超声波技术已广泛用于固体、液体及气体声速的测量。声速的测量实际上包括声波传输时间（声时）和声波传输路程（声程）两部分的测量，通常声程是一种已知的量，那么声速的测量实际上就是声时的测量了。当声程未知时，声速则是已知的，声程的测量实际上也是声时的测量。所以研究声时的测量对超声波速度的测量，超声测距以及气体浓度的检测等应用的精度提高有重要的意义。传统时间测量常常采用计数法，但计数法存在波形起始点不能确定，从而导致计数不准，以及存在1个计数量化误差的问题。当被测信号频率越高，对电路的要求也越高，一般的计数芯片很难正常工作，从而硬件成本大大增加。而基于相位差测量高精度时间的方法无需计数，硬件成本低，精度高。通常声波在传输过程中有高斯噪声存在，为精确估计高斯白噪声背景下超声波的传输时间，在传统相位差测量只考虑信号传输高斯噪声的基础上，考虑了A/D量化误差所带来的影响。应用误差理论，推导了正弦信号A/D量化误差，并得到最后的相位差的总误差均方根公式，利用时间和相位差的关系从而求得特定距离下的传输时间误差。针对超声波信号频率已知和未知两种情况，分析比较FFT相位差法和全相位FFT相位差法。为了避免电路和传感器的干扰，采用传输距离不同的同源双路正弦发送信号。理论分析和仿真结果均表明，在已知信号频率时，FFT相位差法综合效果好，当信号频率为40kHz，信噪比为25dB，采样点数为2048，A/D位数为11位，采样率为200kHz时，测量时间误差小于10ns。在信号频率未知时，全相位FFT相位差法综合效果好。在FPGA硬件系统平台上，用Quartus II编程实现对一定距离下实时超声信号的传输时间测量。与仿真结果进行对比，结果表明基于FFT相位差的方法和全相位FFT相位差的方法测量超声波传输时间能达到很高的精度。在超声波频率已知时，用FFT相位差法效果好，在超声波频率未知时，用全相位FFT相位差的方法测量效果好。