Hay sensores de temperatura de salida PWM . Sin embargo, esto requiere que implemente la lógica para contar la relación entre el tiempo alto y bajo del pulso y convertirlo en temperatura. Esto requiere un oscilador, contadores, etc.
La lógica para convertir PWM de nuevo a una temperatura probablemente sería menos complicada que una interfaz I2C, pero quizás más complicada que una simple interfaz SPI.
El MAX6577 convierte la temperatura en una frecuencia de pulso. Con un oscilador de cristal que es mucho más rápido que el período de frecuencia, podría contar el número de períodos de reloj en el período de temperatura y convertirlo sin una tonelada de lógica. Creo que el MAX6577 sería tu mejor apuesta.