本发明公开了一种时间数字转换器，该时间数字转换器包括时间数字转换单元、数字时间转换单元和时间放大器，其中：时间数字转换单元，用于对时间进行数字量化，实现时间的数字量化功能；数字时间转换单元，用于提取小于量化时间单位而未被量化的时间余量部分；时间放大器，用于将数字时间转换单元提取的时间余量部分进行线性放大以便进一步进行数字量化。本发明所提供的时间数字转换器可以满足高时间精度、宽量程范围、高转换速率等性能需求。其应用在时间模式信号处理技术应用领域中，可提高时间数字转换的精度和速度。