为了控制现代超大规模集成电路的温度以及由温度引起的各种系统方面的问题,集成电路相关学者对动态温度管理系统进行了深入的研究,温度传感器也因此成为了国内外学术研究的焦点。尽管各种类型的动态温度管理系统的组成不同,原理各异,但是他们的正常工作都以准确获得芯片表面的温度分布为前提。因此设计一种适用于动态温度管理系统的温度传感器是非常必要的。本文详细分析了传统电压域温度传感器中各种感温元件的原理以及电压域温度传感器系统的工作原理,接着分析了近些年出现的时域温度传感器的基本原理,并比较了两种类型的温度传感器的优缺点,随后指出了温度传感器的性能指标以及各项性能指标和温度传感器组成模块的关系。然后介绍了本次设计的应用环境:动态温度管理系统,并提出了设计指标。随后重点研究了时域温度传感器现有架构及校正算法。然后根据动态温度管理系统的应用环境,提出了以恒定电流型伪差分反相器为感温元件的时域数字温度传感器,仿真证明,该架构有效的抑制了电源抖动引起的温度传感器的输出误差。最后依本论文架构提出了动态温度管理系统中多温度传感器之间因工艺和电压偏差引起的初始值偏移的校正算法。论文基于40nm CMOS工艺进行了电路设计、仿真和验证,最终实现的温度传感器的测量范围是-40℃~+160℃,精度0.2℃,误差范围-1.4℃~+0.8℃。感温电路面积仅为0.0021mm2,总面积0.016mm2,总功耗210μW,刷新率60Hz,多温度传感器校正精度±3℃。并基于深亚微米工艺下集成电路的数字后端实现流程,包括全定制和半定制流程,完成了本设计的版图,并对版图进行了DRC、LVS和电压降验证。