高精度高分辨率的时间间隔测量技术在诸多研究领域中发挥的作用不可小觑,如国防科技、航空航天、时间同步及授时等都是以时间间隔测量为基础。正是由于该技术在众多领域中起到的基石作用,国内外科研人员对该技术的研究从未中断。本文通过分析比较各种时间间隔测量技术的优缺点,确定了在直接计数法的基础上使用时间幅度转换法来对其不可避免的±1理论误差进行再次测量的设计方案,如此一来既可以实现宽动态测量范围,又可以保证测量结果的高精确度。但是,该设计方案也存在着一些内在的缺点,首先,在时间幅度转换模块的设计中,电容、运算放大器、模数转换器等器件易受电源噪声、温度影响,从而引起测量结果的误差。其次,使用计数器计数时,可能由于电路响应不及时而产生漏计脉冲的现象。因此,本文针对以上两个缺点,设计了免受外界影响且保证测量结果准确性的高精度时间间隔测量仪。本文利用数字电路生成不足一个计数周期的脉冲,即直接计数法中的理论误差,并人为延长一个计数时钟周期的长度,在该段时间内对积分电路中的电容进行充电。同时利用数字电路生成两个已知长度的脉冲控制另外积分电路中的电容充电时间,对完成充电过程的电容电压统一由模数转换器进行采样,并转换为数字量,利用三者间的线性关系来间接确定待测间隔。这种间接计算的方法消除了直接运用数学关系来计算间隔时公式中出现的所有常数项,可以避免温度变化对器件造成的影响,也就消除了温度对测量结果精度的影响。另外,使用更高频率的辅助计数器来确定主计数器在计数过程中有无出现漏脉冲现象,主计数器和辅助计数器之间的频率关系可以确保测量系统的一系列可能出现的测量结果值中只有一个测量值在高频率的辅助计数器的测量结果区间内,该值即为待测间隔的实际值。实验表明,基本可以判断本测量系统不受外部环境温度变化的影响,测量的输出结果精度高,可以达到20ps以内,同时可以测量0～13s的时间范围。