隨著先進CMOS工藝向28nm及以下節點迭代，芯片熱密度持續攀升（如高性能SoC局部熱密度可達100W/cm2 以上），對溫度傳感器的 “小體積、低功耗、高精度” 需求愈發迫切，澳門大學提出了一種應用于先進CMOS工藝溫度監控的金屬電阻式溫度傳感器。針對先進工藝下溫度傳感器面臨的 “面積-功耗-精度” 平衡難題，其關鍵創新包括：
1. 分數放電方案：通過從五相電壓控制環形振蕩器（VCRO）中提取分數脈沖，提出了一種分數放電方案，將前端RC電路的放電窗口縮小至完整時鐘周期的10%，在保持功率預算的同時減低了對金屬電阻器的面積需求；
2. 斬波式電壓-時間（V2T）轉換器：在鎖頻環（FLL）中使用了一個斬波式電壓-時間（V2T）轉換器作為放大級，替代傳統電壓模放大器。該轉換器可有效消除不必要的直流偏移和1/f噪聲，以保證傳感精度和分辨率；
3. 堆疊線金屬電阻設計：采用28nm工藝中5層金屬（M2-M6）堆疊構建 25kΩ 溫度敏感電阻（R?），每層線寬與間距均為50nm，上下分別設置梳狀屏蔽層（M1、M7）以抵御外部電磁干擾。相比同工藝下的硅化物擴散電阻，該堆疊結構面積縮減 12%，溫度系數（TC）達～0.2%/℃，且串聯連接方式確保復合TC線性，可實現寬溫域內電阻隨溫度的可預測變化，適配 -40℃~125℃的工業級溫度范圍。
該溫度傳感器采在28納米CMOS工藝制造，總面積為4100μm2 ，在室溫及0.8伏電源下功耗為10.5μW。在-40°C至125°C范圍內，經過單點/雙點校準后，其3σ誤差分別為±1.5°C/±0.2°C。分辨率質量因素（R-FoM）達到45fJ·K2，與其他在<65納米工藝的電阻式溫度傳感器相比，展現了最佳性能。
隨著芯片集成度提高和功耗密度的增加，該溫度傳感器可廣泛應用于先進制程的CPU、GPU、SoC和ASIC的熱監測，優化散熱設計并降低能耗 — 通過實時精準捕捉核心器件溫度變化，動態調整散熱策略，避免因局部過熱導致的性能降額或硬件損壞。
同時，其超低分辨率質量因素及溫度誤差以及小體積可便于將溫度傳感器推廣至智能城市（如集成于智能電網配電箱內，監測電力設備運行溫度以防過載過熱）、智慧農業（如嵌入溫室大棚的土壤監測節點，精準感知土壤溫度以調控灌溉與保溫設備）和醫療物聯網領域（如可穿戴健康監測設備的體溫采集），適配多場景下對小型化、低功耗、高精度溫度感知的需求。
Shi, D., Martins, R. P., Mak, P. I., & Lei, K. M. (2025). A 4100-μm2 Wire-Metal-Based Temperature Sensor With a Fractional-Discharge FLL and a V2T Converter With±0.2° C Inaccuracy (3σ) From–40° C to 125° C and 45-fJ· K 2 Resolution FoM in 28-nm CMOS.IEEE Journal of Solid-State Circuits.
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