欧洲核子中心的强子对撞机位于法国与瑞士边境地下108米处,周长约为27公里的环形隧道内。对撞机运行时,能量强大的质子流在其内部经过加速以99%的光速进行对撞,在一个极小的空间产生远大于太阳温度的高温,从而模拟宇宙大爆炸初期的状态。实验目的在于探索宇宙起源,对人类产生意义深远的影响,ATLAS是强子对撞机上四个大型探测器之一,同时也是核子中心的六大实验之一。像素探测器是ATLAS内部用于探测质子撞击后形成离子的装置,由像素探测器探测得到的数据经过分析即可绘制出撞击后的离子轨迹。像素探测器的传感器输出是高频小信号,并且在实验环境中具有高温和复杂的电磁辐射干扰,这对探测器的设计提出了很高的要求。设计实现了像素探测探测器的基本功能,并且为像素传感器的研究和设计提供硬件测试平台。本文对高精度像素探测器进行了研究和设计。首先通过对像素探测器研究,提出了总体架构。然后采用外围分立器件同FPGA结合的方式实现相应的功能模块,对提出的架构进行了实现。最后对设计进行了测试和验证,并对相应结果进行了分析。设计通过对像素探测器中传感器数据的处理,可以得到探测器所收集相应离子的运动轨迹,实现了对撞机中像素探测器的功能,为像素探测器中传感器的研发设计以及性能测试提供了硬件平台,对于参加ATLAS高能粒子对撞机计划的像素探测器工程有着重要价值和意义。