X射线脉冲星导航是未来深空自主导航的一种方法,该方法采用脉冲星X射线脉冲作为导航信号源,具有独立性好、使用权不受限制、能够提供精准的时间参考等优点,因此美国、欧洲以及日本等许多国家都展开了脉冲星导航的研究。X射线脉冲星脉冲到达时间(Time of Arrival,TOA)作为脉冲星导航中的关键参数之一,对脉冲星导航定位有重要影响。脉冲到达时间TOA的测量由X射线脉冲星光子到达时间的测量、采集与处理等步骤实现。X射线脉冲星光子到达时间的测量具有测量精度高、动态范围大的特点,目前还没有成熟的针对脉冲星光子到达的时间测量电路。本论文研究的内容来自X射线拼接探测器时间测量电路的研制项目,目的在于研究一种可以在航天器导航系统中利用脉冲星X射线光子脉冲的方案,为了解决时间测量电路中难以同时获得大动态与高分辨率存在的难题,本论文主要对时间测量电路技术与方法进行了研究。实现时间测量电路的方法有多种,包括计数器技术、电流积分技术、时间放大技术、游标卡尺等技术以及时间测量专用芯片。上述测量技术由于原理、器件性能或工艺等方面的限制,均无法满足脉冲星X射线到达时间测量的设计要求;时间测量专用测量芯片具有测量精度高的特点,但在动态范围以及针对脉冲星X射线光子到达时间测量的多通道等方面却难以满足要求。本文采用粗时间测量与细时间测量相结合技术,提出了基于延时单元的TDC方法,利用Xilinx公司Virtex-Ⅱ Pro芯片,设计了一种基于现场可编程逻辑阵列FPGA的TDC(Time Digital Converter)时间测量电路。本文所设计的时间测量电路由粗时间测量模块、细时间测量模块、数据缓存模块等多个模块组成。粗时间测量模块产生的粗时间数据和通道中细时间测量模块产生的细时间数据共同构成了时间数据。在细时间的电路模块中利用了 FPGA底层结构中走线及单元电路的延时构成了高精度时间测量的延迟线电路。通过半手动半自动的布线方式调用Slice逻辑单元,实现了延迟线电路的设计。本设计具有测量精度高、动态范围大等的优点,为脉冲星X射线光子到达时间的高精度测量进行了初步探索。