本发明公开了一种应用于工艺非受控检测的两级TDC电路，包括第一级环形延时链TDC、时间余量选择电路和第二级游标型TDC。第一级环形延时链TDC对输入的两路信号进行粗量化，同时，利用环形结构扩展测量动态范围；时间余量选择电路将粗量化后剩余的小于一个延时单元的时间余量传递到第二级去细量化；第二级游标型TDC利用两条快慢不同的延时链对第一级剩余的时间余量进一步细量化，测量分辨率可以通过两条延时链上的延时单元差值调节。本发明有效的解决了传统TDC电路中面积与动态范围的矛盾，分辨率与设计复杂度的矛盾，可以满足基于延时测量的大规模数字集成电路工艺非受控检测对TDC电路的各项需求。