目前在军事、工业、医疗等方面,多线激光雷达都有着广泛的应用。为了满足实验室研制高精度激光雷达的需求,本文对多通道时间间隔测量系统和时刻鉴别系统进行了深入研究。本文阐述了数字时间转换技术以及时刻鉴别技术实际情况以及学者们研究的进展。利用现有的实验室资源平台,设计了基于FPGA的高精度多通道模块化TDC(Time-to-Digital Converter)。分析多相位时钟采样结构实现原理,基于时钟管理模块生成多路固定相移时钟,简化电路设计,资源消耗得到有效降低。综合FPGA设计原则,划分硬件模块,结果如下:门控信号、多相位时钟生成单元、锁存采样单元、边沿预处理与缓存单元、边沿时刻检测单元。其次对时刻鉴别技术的发展进行了调研,设计了基于全波形的时刻鉴别系统。系统按功能模块可划分为峰值保持器、可变阈值电路和三通道TDC计时单元这三个组成部分。最终在XC7Z010-1CLG400C型号的FPGA上实现了时刻鉴别系统和三通道TDC计时系统。为了验证所实现的TDC和时刻鉴别模块性能,实施测试系统的构建,基于此实验以及测试。实验显示,TDC分辨率达到156皮秒,测量精度等效62皮秒,DNL在-0.16-0.21LSB之间,INL小于0.5 LSB,具有较好的线性度,并对系统误差进行了分析;所实现的全波形时刻鉴别系统,结合TDC进行时间测量,可以将测距误差控制在±3.5cm左右,实现了高精度的测距效果,有良好的实用价值。