数字延时/脉冲发生器又称作延时器或同步装置。在飞行时间二次离子质谱(Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry,TOF-SIMS)仪器中,延时/脉冲发生器为一次离子光学系统、激光后电离模块、二次离子提取系统、质量分析器和数据采集系统等提供高精度的同步信号,延时/脉冲发生器作为TOF-SIMS测控系统核心部件之一,其性能将直接影响整机仪器指标。本文依托国家重大仪器设备开发专项:同位素地质学专用TOF-SIMS科学装置,旨在研制无冗余功能、结构简单能够满足整机仪器要求的同步装置。本文根据TOF-SIMS仪器对延时/脉冲发生器延时输出抖动、延时分辨率和输出脉冲上升沿等指标的要求,分析影响延时/脉冲发生器性能的因素,通过对三种技术方案对比,选择了基于电容二次充电技术的设计方案。该方案采用FPGA内部计数器实现10ns以上的数字延时,用斜坡电路实现10ns以下的模拟延时并对随机晃动进行补偿。开发了延时/脉冲发生器的硬件电路,包括触发整形电路、FPGA模块、通讯模块、模拟延时电路模块、基于STM32单片机的人机交互模块、驱动模块和供电模块。其中,FPGA模块内部包含抖动处理电路、数字延时电路和Nios II软核单片机等。基于Nios II软核单片机开发了系统控制软件,实现了数字延时电路和模拟延时电路的函数配置、参数调整和数据通讯。测试结果表明,自制延时/脉冲发生器在1ms延时范围内,外触发峰峰值抖动小于500ps,自触发峰峰值抖动小于160ps,输出脉冲上升沿1.365ns,延时分辨率100ps。指标符合预期设计,满足TOF-SIMS整机仪器对延时精度的要求,可替代进口同类设备BNC575。