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在集成电路(Integrated Circuit,IC)产业中,芯片测试贯穿IC设计、生产、封装和应用的全过程。IC参数测试是芯片测试的一项重要内容,是确保芯片满足设计要求以及工程应用的必要手段。高性能和高可靠的IC参数自动测试系统(Automatic Test System, ATS)是实现IC参数测试必不可少的工具。论文以IC参数测试原理和方法为切入点,构建了基于模块化和自定义总线概念的IC参数自动测试系统框架。在深入分析各个功能模块性能参数的基础上,对其中的关键功能模块：时间测量单元(Time Measure Unit, TMU)、任意波形发生器(Any Wave Generator, AWG)、波形数字化仪(Digitizer, DIG)、精密测量单元(Precision Measure Unit,PMU)以及系统通信总线进行了探索性研究和设计工作,主要内容如下：1、研究时间间隔测量方法,并以此为理论依据设计了基于时间测量专用芯片TDC-GP2和FPGA平台的时间测量单元。其中着重分析了信号—脉冲转换电路设计方法和脉冲抖动消除方法。经过实验验证,TMU功能单元在时间间隔档位为0-100ns时,本征测试误差为1ns,分辨率为65ps；在时间间隔档位为100ns以上时,本征测试误差为2ns,分辨率为2ns。2、研究并设计波形发生与信号采集功能单元。其中着重分析了高速ADC和DAC设计方法。波形存储深度为32M,波形存储位宽为16位,波形输出最高频率可达到50MHz。3、研究并设计精密测量单元。为提高测试精度,引入开尔文连接方式设计加流测压(FIMV)和加压测流(FVMI)电路。同时设计高电压和大电流驱动电路以及限流保护电路,最大能够提供40V电压和3A限流的激励源。4、研究并设计系统通信总线。设计了基于PCI9054芯片的PCI总线接口电路,同时设计了自定义总线访问时序。根据IC参数自动测试系统数据传输需求,设计了大容量数据和小容量数据传输模式,合理分配总线资源,提高总线传输效率。