温度是一个基本的物理量,是工农业生产及科学研究必不可少的关键物理参数之一。随着信息时代的到来以及公众对于公共安全、健康监测、环保等诸多领域关注度的不断提高,温度传感器的重要性不断提高。温度传感器与集成电路技术的结合的集成温度传感器,具有低成本、低功耗、高精度、功能多样等优点,应用平台更加广阔,尤其在物联网应用中,集成温度传感器是必不可少的。本文在分析国内外温度传感器的发展现状基础上,设计了一种新型温度传感器。与传统的基于ADC(Analog to Digital Converter,ADC)温度传感器不同,本次温度传感器采用 TDC(Time to Digital Converter,TDC)完成信号的量化。首先,本此设计了两种温度感应电路:基于感温电流温度脉冲转换电路,利用集成电阻和有源MOS电阻实现正温度系数(Proportional to Absolute Temperature,PTAT)与负温度系数(Complementary to Absolute Temperature,CTAT)两条延时,利用两者延时差,提高输出延时与温度的一阶线性关系;基于感温电压的温度脉冲转换电路,利用亚阈区的MOS管产生的PTAT电压和CTAT电压,控制电容的充电时间,实现PTAT延时和CTAT延时,同样利用PTAT延时与CTAT的延时的延时差,提高输出延时与温度的一阶线性关系。为提高TDC的温度稳定性,本文选用PLL-TDC,采用锁相环(Phase Locked Loop,PLL)产生精确的时钟信号以及均匀的时钟分相,作为TDC的测量的时钟信号,采用多段式TDC分步量化,兼顾量程与分辨率,同时,为提高系统稳定性。本设计采用GSMC 0.18μm CMOS工艺,通过Cadence中的Spectre、Virtuo等工具完成了电路设计、前仿真、版图设计以及后仿真验证。芯片测试结果表明:在电源电压1.8V,-20℃-120℃的温度范围内,基于感温电流的温度感应电路能够实现1.29℃的精度,分辨率小于0.1℃,满足设计要求;基于感温电压的温度感应电路,在-20℃～120℃的温度范围内能够实现1.31℃的精度。LL-TDC在15.625MHz输入参考时钟条件下可实现500ps分辨率。温度检测电路的整体系统后仿真表明,温度检测电路功能正常,在测温范围内,各项指标达到设计要求。