北京正负电子对撞机（BEPC）和北京谱仪（BESIII）于2008年7月成功升级，升级后系统分别称为BEPCII和BESIII。作为对撞机的核心部分之一，北京谱仪BESIII 担负着测量和分辨对撞机产生的粒子任务，由主漂移室，飞行时间计数器（TOF），μ子计数器，以及对应的读出电子学系统等组成。自升级后运行以来，各项指标均满足设计要求，取得一系列重大成果。飞行时间计数器（TOF）是BES III 实现粒子分辨的重要部分，测量带电粒子飞行时间，分为端盖（ETOF）和桶部（BTOF）两部分，其中BTOF是世界上同类TOF 探测器中性能最好的，时间测量精度小于90ps。但ETOF由于：⑴物质层散射增加了端盖径迹长度的不确定性；⑵MDC径迹重建导致Z 向击中位置不确定；⑶受到噪声问题的困扰，导致ETOF测量精度仅138ps。为实现更高的时间分辨和提高粒子分辨能力，ETOF系统将升级，包括探测器和读出电子学系统。升级后的系统探测器将使用MRPC 技术，具有高时间分辨精度和探测效率，并在国际大型粒子物理装置，如CERN的ALICE TOF系统和美国BNL的STAR TOF系统中成功运用。根据MRPC探测器输出特点，飞行时间读出电子学系统也将升级，以实现高精度的飞行时间测量，测量精度要求小于25ps。　　 本文研究了ETOF升级读出电子学系统实现方案，重点介绍时间测量的实现方法和升级系统中采用的方案、时间数字化插件（TDIG，Time Digital）的设计和测试结果。粒子物理实验中，飞行时间测量通常对探测器输出信号定时甄别，再经时间数字化实现。第二章介绍时间测量方法，详细阐述被广泛采用的前沿定时和计数器型时间数字化技术，引入高性能TDC——HPTDC的介绍。由于前沿定时需要修正“时间游动”效应，常用的方法有电荷修正，幅度修正等。其中电荷修正方法在大型探测器系统中被采用，实现的前提是对信号进行电荷测量。第二章中介绍电荷测量技术，如波形采样，电荷-电压转换和电荷-时间转换等。详细说明通过测量时间实现的电荷-时间转换和基于这个方法的TOT 技术。第三章调研国内外大型探测器系统读出电子学，结合ETOF 升级探测器自身的特点，提出了基于TOT技术的放大甄别和基于计数器TDC的时间数字化方案，并采用电荷修正方法修正“时间游动”效应。时间测量和电荷测量数字化均由HPTdC芯片实现。第四章讨论整个读出电子学系统设计，包括实现探测器信号放大甄别的前端电子学模块FEE，时间数字化的TDIG 插件和辅助模块CTTP，主时钟扇出模块。重点阐述时间数字化TDIG插件的设计和技术细节。第五章展示读出电子学系统的性能测试结果。测试在实验室环境下进行，分为时间数字化TDIG插件性能测试和读出电子学系统性能测试两个阶段。主要测试各个通道的测量精度和非线性。测试结果表明，读出电子学系统满足设计指标，实现小于25ps的测量精度。