粒子飞行时间测量是当代高能物理实验中不可或缺的实验内容之一，它能够间接反映粒子的动量、质量等信息，对于鉴别粒子种类从而确定其反应类型、探究粒子物理本质起着至关重要的作用。目前，高能物理实验有反应粒子能量高、探测器通道数多、数据率大等发展特点，对于时间测量的精度以及数据读出能力提出了越来越高的要求。　　高压缩重子物质(CBM)实验是位于德国达姆施塔特FAIR加速器上的重离子固定靶实验，其目的是利用高能核子对撞的方式来探索在超高重子密度环境下的QCD相图及潜在理论。飞行时间谱仪(TOF)系统是CBM实验装置的组成部分之一，用于鉴别带电强子的类型。CBM-TOF由基于高分辨率MRPC探测器构成的超级模块组成，总通道数超过10万，根据反应率高低可大致分为内、外墙区域，其单通道事例率最高分别为500kHz和300kHz。为满足粒子分辨要求，TOF系统整体分辨精度为80ps，单通道时间测量分辨精度需好于25ps。　　目前，CBM-TOF实验的MRPC探测器仍处于研制阶段。为满足该实验外墙区域超级模块探测器的质量评估需求，本文利用FPGA技术开展高精度、高密度的时间测量方法研究。为实现高密度和高数据率环境下的数据读出能力，本文研究设计了基于“三明治”结构的TDC采集站模式，最多可兼容320通道的数据读出，并采用自定义协议发送至后端读出机箱。　　本论文的内容安排为:　　第一章介绍CBM-TOF实验背景，以及目前两种主流的时间数字化技术—ASIC TDC和FPGA TDC;第二章介绍基于“三明治”结构的高密度时间数字化及数据读出方案，该方案作为一种多层次数据读出架构的分布式读出节点，能很好地满足当代高能物理实验高精度、高密度的时间测量及其数据读出需求;第三章具体介绍基于FPGA的时间数字化电路硬件设计与功能实现，包括32通道的前沿定时、TOT测量、触发匹配、高速数据收发等功能;第四章具体介绍基于“三明治”结构的320通道前端读出电子学设计与实现，包括高精度时钟分配、触发信号分配、高速数据传输链路和自定义协议设计;第五章在实验室条件下对电子学性能进行测试，包括32通道FPGA TDC的时间测量性能、基于Xilinx FPGA串行收发器的高速读出链路性能等;第六章对本论文工作进行的总结，并对下一步工作进行展望。