近年来,多电压阈值(Multi-Voltage Threshold,MVT)闪烁脉冲数字化方法在正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography,PET)后端读出电路中得到广泛应用,MVT是通过预先设置若干个阈值电压并使用时间-数字转换器(Time-to-Digital Converter,TDC)记录闪烁脉冲越过预设电压阈值的时间点来恢复闪烁脉冲波形的一种全数字化架构。随着光电转换器件和闪烁晶体的时间性能的进步,提高MVT数字化电路集成的TDC的时间测量精度可有效提升PET探测器的符合时间分辨率,符合时间分辨率越好,TOF-PET成像的信噪比越高。Wave Union方法是亚门级延迟TDC的一种FPGA实现方案,它将延迟单元的差异分割到新的bin,使TDC的时间分辨率优于延迟单元平均延迟。为满足TOF-PET成像对符合时间分辨率的需求,本文选择Wave Union方法来优化TDC的设计,并在经典的Wave Union TDC基础上做了改进,包括以下几点:修改了进位单元的加和输出和进位输出逻辑来优化Cyclone IV FPGA延迟单元的非线性;通过将一条Wave Union延迟线的输出连接到两个编码器测量脉冲上升沿和下降沿到达时间来优化多通道TDC的资源消耗和输入延迟校正;将Wave Union TDC和MVT闪烁脉冲数字化采样逻辑结合来优化闪烁脉冲数字化单元。Wave Union TDC首先被集成到一个使用分立式电压比较器的MVT数字化电路(Altera EP4CE115F29I7),测量了TDC的平均时间分辨率、微分非线性、积分非线性等性能指标,将两个单通道闪烁探测器连接到MVT数字化电路组成一对数字闪烁探测器,获取了符合时间分辨率、能量分辨率、能量线性度数据。本文为72通道FPGA-Only MVT数字化电路实现了一个可扩展的多路时钟分配系统和两套FPGA固件,搭建了一个小型符合系统,通过固件升级的方式评估了Wave Union TDC的72通道集成对符合时间分辨率的提升。最后,本文围绕多通道MVT数字闪烁探测器的符合时间分辨率提升展开了研究和讨论。