飞行时间探测器是大型核与粒子物理实验的重要组成部分。国际上目前稳定运行的大型核与粒子物理实验中,气隙电阻板室（Multi-gap Resistive Plate Chamber,MRPC）在飞行时间探测器的研制中得到大量使用,而此领域已建成的大型物理实验装置中,电子学时间测量精度最高水平约为20～25 ps。正在建设的位于兰州重离子加速器冷却储存环中外靶实验系统（Cooling storage ring External Experiment,CEE）的低温高密核物质测量谱仪中,飞行时间探测器包括内部飞行时间探测器（iTOF,internal Time-Of-Flight）和端盖飞行时间探测器（external Time-Of-Flight,eTOF）。这两种探测器都基于MRPC技术制造。其中,eTOF和2/3的iTOF预期本征时间分辨率达到50～60ps,对于电子学,时间测量精度需要达到～25 ps RMS;另外1/3的iTOF本征时间分辨预期达到～30 ps,对于电子学,需要实现～10 ps RMS的高精度时间测量。本论文的工作旨在为谱仪的飞行时间探测器设计原型读出电子学系统。针对CEE的MRPC探测器的时间测量精度指标,特别是用于1/3 iTOF探测器读出～10 ps的高精度需求,基于前端模拟信号高速放大甄别联合后端时间数字变化的技术路线,开展了读出电子学原型的设计。对于高速放大甄别电路,本论文开展了专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit,ASIC）芯片（NINO,PADI）和基于分立器件的不同技术路线的研究,并通过实验,优选出最佳方案;对于时间数字化电路,基于现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Logic Array,FPGA）芯片设计了核心的时间数字变换器（Time-to-Digital Convertor,TDC）电路。针对论文的高可靠性需求的应用背景,讨论了长电缆对信号传输质量的影响,研究了环境温度与FPGA内核供电变化对于时间数字化模块性能的影响。最后,针对设计的原型电子学开展了一系列测试工作,测试结果表明,整套电子学系统在200fc～2pc的动态范围内,达到了～10 ps的时间精度,满足设计需求。本论文的结构如下:第一章,主要针对大型物理实验中飞行时间测量目和技术手段进行介绍,随后介绍了兰州重离子加速器冷却储存环外靶实验系统中的低温高密核物质测量谱仪与其中飞行时间探测其的相关背景与概念性设计。第二章,针对粒子物理实验中经常采用的高精度时间测量电子学技术展开调研。第三章,主要介绍原型电子学的方案设计。采用基于高速放大甄别与高精度TDC的基本技术方案。介绍了基于不同技术路线的前端电路设计,以及高精度TDC电路设计方案。根据第三章的方案设计,在第四章中,阐述了具体硬件电路的设计。第五章,针对时间数字换模块的核心器件FPGA,展开逻辑设计。其中包括基于延时链结构的TDC设计,窄脉冲测量电路与事例组装电路设计。此外,还介绍了根据需求设计的触发匹配电路。第六章对设计的电子学原型展开实验室测试,测试结果显示,电子学整体时间精度好于10ps,满足CEE的高精度时间测量需求。与探测器的初步联调结果也在本章介绍。最后一章对本论文工作进行了总结,并展望下一步的工作方向。