本发明提供一种基于多次采样的时间数字转换电路，包括使能复位信号生成模块、Start延迟环、Stop延迟环、信号检测器、Start延迟环和Stop延迟环计数器、计数器寄存器、ROM存储器、ROM存储器寄存器、数据处理器、数据处理器寄存器。Start、Stop信号输入电路中，分别进入Start和Stop延迟环中传播，每个延迟环的最后一个延迟单元后连接计数器，输出连接寄存器，使能复位信号生成模块接在计数器上，同时每个延迟环的输出分别接16个信号检测器对信号进行多次采样，采样结果输入ROM存储器中，输出连接寄存器，计数器寄存器、ROM存储器寄存器的结果作为数据处理器的输入，输出连接寄存器。本发明的技术方案解决了现有的时间数字转换器测量精度低的问题，实现了更高的测量精度。