在这个万物互联,万物物联的时代,随着微纳米技术,人工智能技术和传感器技术发展,众多电子设备具有了感知这个世界的能力。追求更先进,更智能,更集成的电子设备也促进了可靠、高性能、低成本传感器的发展。以温度参数为基本物理量的温度传感器正成为了系统应用中的核心传感器。高性能也带来了高功耗,在电子设备工作时,大部分热量的聚集会严重降低设备的工作性能,因此在众多高性能电路中,都会配备温度传感器对电路进行热量监控。而对于片上集成电路来说,热量聚集导致的影响会更大,因此设计片上温度传感器来监控芯片已成为主流设计。本文首先对CMOS工艺下温度传感器常用感温器件的电气特性和温度特性进行介绍,并介绍了目前温度传感器的实现方案与主要性能指标。在相关理论知识的基础上,设计实现了两款不同技术路线的CMOS温度传感器,分别是基于时间域的低功耗温度传感器和基于电压域的高精确度温度传感器。基于65 nm CMOS工艺,设计了基于时间域的温度传感器。完成了仿真验证与版图设计,流片成功并完成测试。相比传统结构,采用了工作在亚阈值区的MOS管实现了低功耗设计。验证了低功耗自偏置电流镜、环形振荡器、ESD模块和数字转换电路的电路功能。采用多点校准,在-55～12 C5°测温区间内,温度测量误差小于2°C,且在1.2 V电源电压下,功耗仅为24μW。因时间域的温度传感器的精度不高,故在此基础上基于65 nm CMOS工艺,设计了电压域的高精确度温度传感器。与时间域的设计路线不同,采用有限电流增益补偿技术,设计低失调BJT的前端感温电路;运用斩波技术完成低噪声全差分运放对感温信号放大;SAR ADC作为数字转换接口输出数字码。对各模块的设计原理进行了介绍,完成了仿真验证。其中部分模块进行流片验证,在测温区间内实现了较高的测量精度和较低的误差。