Насколько я понимаю, это продолжение попытки сделать импульсный лазерный дальномер. Тут есть одно существенное обстоятельство - стартовый импульс вы генерите сами и процесс синхронный - это существенно обегчает дело.
Как сделать на аналоге - неплохо прописано
тут. Удобен конвертер время-время с последующим измерением длительности импульса - не требует АЦП. Заметная нелинейность в начале шкалы легко компенсируется с учетом синхронности.
А
тут неплохой обзор по TDC.
Можно и на цифре, но, если нет опыта и хорошего осцила - трудновато будет - это PECL на частоте порядка гига.
Но в вашем случае, с учетом периодичности сигналов, можно еще и всяко по хитрому поизвращаться - например сделать генератор с управляемой задержкой и подгонять его до совпадения с сигналом. Это заметно проще может получиться.