本发明公开了一种基于非均匀采样的模拟数字转换装置及方法，一路模拟信号经功分器分为n路模拟信号；n路模拟信号分别输入到n个ADC中进行采样处理；n个ADC中至少两个的采样频率不相同；每一个ADC输出的采样数字信号输出至其对应的非线性均衡器中进行非线性校准；经校准后的信号输出至其对应的变采样率模块中，变采样率模块将各通道信号的采样频率、幅度和相位的频率响应调节为一致；n路等采样频率的信号进入波形重组模块中以将n路信号中至少两路信号按照预设时间间隔和顺序交错组合成一路波形数据输出。本发明在对输入模拟信号的非均匀采样的基础上对杂散进行调频，把杂散打散，从而降低杂散信号，提高模数转换器的性能。