發(fā)布時(shí)間：2017-06-25 15:16

  本文關(guān)鍵詞：基于CMOS工藝的太赫茲成像芯片研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：太赫茲成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)成像和安全檢測(cè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。近年來(lái),硅基CMOS工藝的持續(xù)進(jìn)步使得利用集成電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)低成本和便攜式的太赫茲成像系統(tǒng)有了可能�；诠杌鵆MOS工藝的太赫茲成像的原理、方法和芯片已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。本論文采用0.18pm CMOS工藝,研究了硅基太赫茲成像單元和陣列,研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：1)分別利用流體力學(xué)方程和非準(zhǔn)靜態(tài)模型分析MOSFET的太赫茲?rùn)z波原理。研究了兩種理論分析方法的聯(lián)系與區(qū)別,總結(jié)了兩種分析方法各自的優(yōu)缺點(diǎn)。2)設(shè)計(jì)了太赫茲片上微帶饋電矩形貼片天線。天線用底層金屬作為地平面,實(shí)現(xiàn)電磁波能量屏蔽層。用頂層金屬作為輻射貼片,提高天線增益和效率。同時(shí)設(shè)計(jì)了天線到檢波管的匹配電路,提高功率傳輸效率。3)研究了用于成像輸出的運(yùn)算放大器。針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和性能要求,設(shè)計(jì)了三種類型的運(yùn)算放大器：開環(huán)使用的基本兩級(jí)運(yùn)算放大器、反饋型兩級(jí)運(yùn)算放大器和反饋型低噪聲運(yùn)算放大器。測(cè)試結(jié)果表明,三種類型的運(yùn)算放大器均工作正常,測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果吻合良好。4)研究了太赫茲成像單元和陣列。對(duì)檢波管和運(yùn)算放大器的連接方式進(jìn)行了研究,方面為了提高自混頻的效率,在檢波管和運(yùn)算放大器之間插入一個(gè)5kΩ的電阻,滿足高頻時(shí)負(fù)載輸出阻抗的要求。另一方面,在運(yùn)算放大器輸入偏置的加入方式上,用偽電阻單元作為大電阻,解決了工藝庫(kù)沒(méi)有提供超大電阻的問(wèn)題。基于對(duì)成像單元的研究,設(shè)計(jì)了一個(gè)可尋址的2×2的成像陣列。測(cè)試結(jié)果表明,成像單元能實(shí)現(xiàn)較大的檢波輸出,成像陣列能正常工作。
【關(guān)鍵詞】：CMOS 太赫茲成像 在片天線 運(yùn)算放大器
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN722.77;TN432
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-13
• 1.1 研究背景和意義9-10
• 1.1.1 太赫茲電磁波的特點(diǎn)9
• 1.1.2 太赫茲電磁波的產(chǎn)生和探測(cè)9-10
• 1.1.3 太赫茲成像技術(shù)的應(yīng)用前景10
• 1.2 基于CMOS工藝的太赫茲成像技術(shù)的研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 論文主要工作和組織結(jié)構(gòu)12-13
• 第二章 基于CMOS工藝的太赫茲?rùn)z波器原理13-21
• 2.1 基于流體力學(xué)的MOSFET太赫茲?rùn)z波原理13-16
• 2.2 基于非準(zhǔn)靜態(tài)模型的MOSFET太赫茲?rùn)z波原理16-19
• 2.2.1 阻性自混頻的準(zhǔn)靜態(tài)分析17-18
• 2.2.2 分布式阻性自混頻的非準(zhǔn)靜態(tài)分析18-19
• 2.3 本章小結(jié)19-21
• 第三章 CMOS片上太赫茲成像單元天線的研究21-31
• 3.1 實(shí)現(xiàn)片上天線的優(yōu)點(diǎn)和難點(diǎn)21-22
• 3.1.1 實(shí)現(xiàn)片上天線的優(yōu)點(diǎn)21
• 3.1.2 實(shí)現(xiàn)片上天線的難點(diǎn)21-22
• 3.2 微帶饋電矩形貼片天線基本原理22-24
• 3.3 微帶饋電矩形貼片天線設(shè)計(jì)24-29
• 3.4 天線與檢波單元的阻抗匹配29-30
• 3.5 本章小結(jié)30-31
• 第四章 CMOS運(yùn)算放大器的研究31-47
• 4.1 研究背景31-33
• 4.1.1 運(yùn)算放大器的基本原理31-32
• 4.1.2 運(yùn)算放大器的性能指標(biāo)32-33
• 4.1.3 本文運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)的基本思路33
• 4.2 兩級(jí)運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)33-35
• 4.2.1 30dB兩級(jí)運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)33-34
• 4.2.2 42dB兩級(jí)運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)34-35
• 4.3 反饋型兩級(jí)運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)35-37
• 4.3.1 30dB電阻反饋型兩級(jí)運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)35-36
• 4.3.2 31dB電容反饋型兩級(jí)運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)36-37
• 4.4 低噪聲運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)37-39
• 4.5 CMOS運(yùn)算放大器的測(cè)試39-45
• 4.5.1 30dB兩級(jí)運(yùn)算放大器的測(cè)試41
• 4.5.2 42dB兩級(jí)運(yùn)算放大器的測(cè)試41-42
• 4.5.3 30dB電阻反饋型兩級(jí)運(yùn)算放大器的測(cè)試42-43
• 4.5.4 31dB電容反饋型兩級(jí)運(yùn)算放大器的測(cè)試43
• 4.5.5 32dB低噪聲運(yùn)算放大器的測(cè)試43-44
• 4.5.6 CMOS運(yùn)算放大器的測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果的比較44-45
• 4.6 本章小結(jié)45-47
• 第五章 CMOS太赫茲成像單元與陣列研究47-69
• 5.1 不帶天線的太赫茲成像單元的設(shè)計(jì)47-50
• 5.1.1 帶兩級(jí)運(yùn)算放大器的成像單元設(shè)計(jì)47-48
• 5.1.2 帶反饋型運(yùn)算放大器的成像單元設(shè)計(jì)48-49
• 5.1.3 帶低噪聲運(yùn)算放大器的成像單元設(shè)計(jì)49-50
• 5.2 帶天線的太赫茲成像單元的設(shè)計(jì)50-51
• 5.3 CMOS太赫茲成像陣列的設(shè)計(jì)51-55
• 5.3.1 2×2太赫茲成像陣列系統(tǒng)架構(gòu)51
• 5.3.2 行列控制信號(hào)產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)51-53
• 5.3.3 2×2太赫茲成像陣列電路設(shè)計(jì)53-55
• 5.4 不帶天線的太赫茲成像單元的測(cè)試55-65
• 5.4.1 帶30dB兩級(jí)運(yùn)算放大器的成像單元的測(cè)試56-60
• 5.4.2 帶42dB兩級(jí)運(yùn)算放大器的成像單元的測(cè)試60-63
• 5.4.3 帶31dB電容反饋型運(yùn)算放大器的成像單元的測(cè)試63-65
• 5.5 2×2太赫茲成像陣列的測(cè)試65-67
• 5.5.1 行列控制信號(hào)產(chǎn)生電路的測(cè)試65-66
• 5.5.2 陣列邏輯功能的測(cè)試66-67
• 5.6 本章小結(jié)67-69
• 第六章 總結(jié)與展望69-71
• 致謝71-73
• 參考文獻(xiàn)73-77
• 作者簡(jiǎn)介77

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