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)學成像和安全檢測等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。近年來,硅基CMOS工藝的持續(xù)進步使得利用集成電路技術(shù)實現(xiàn)低成本和便攜式的太赫茲成像系統(tǒng)有了可能。基于硅基CMOS工藝的太赫茲成像的原理、方法和芯片已成為當前的研究熱點。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,研究內(nèi)容包括以下幾個方面：1)分別利用流體力學方程和非準靜態(tài)模型分析MOSFET的太赫茲檢波原理。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。2)設(shè)計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。同時設(shè)計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算放大器。針對不同的應用場景和性能要求,設(shè)計了三種類型的運算放大器：開環(huán)使用的基本兩級運算放大器、反饋型兩級運算放大器和反饋型低噪聲運算放大器。測試結(jié)果表明,三種類型的運算放大器均工作正常,測試結(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。對檢波管和運算放大器的連接方式進行了研究,方面為了提高自混頻的效率,在檢波管和運算放大器之間插入一個5kΩ的電阻,滿足高頻時負載輸出阻抗的要求。另一方面,在運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,解決了工藝庫沒有提供超大電阻的問題�；趯Τ上駟卧难芯�,設(shè)計了一個可尋址的2×2的成像陣列。測試結(jié)果表明,成像單元能實現(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 運算放大器
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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9
• 1.1.2 太赫茲電磁波的產(chǎn)生和探測9-10
• 1.1.3 太赫茲成像技術(shù)的應用前景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工藝的太赫茲檢波器原理13-21
• 2.1 基于流體力學的MOSFET太赫茲檢波原理13-16
• 2.2 基于非準靜態(tài)模型的MOSFET太赫茲檢波原理16-19
• 2.2.1 阻性自混頻的準靜態(tài)分析17-18
• 2.2.2 分布式阻性自混頻的非準靜態(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 實現(xiàn)片上天線的優(yōu)點和難點21-22
• 3.1.1 實現(xiàn)片上天線的優(yōu)點21
• 3.1.2 實現(xiàn)片上天線的難點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運算放大器的研究31-47
• 4.1 研究背景31-33
• 4.1.1 運算放大器的基本原理31-32
• 4.1.2 運算放大器的性能指標32-33
• 4.1.3 本文運算放大器設(shè)計的基本思路33
• 4.2 兩級運算放大器的設(shè)計33-35
• 4.2.1 30dB兩級運算放大器設(shè)計33-34
• 4.2.2 42dB兩級運算放大器設(shè)計34-35
• 4.3 反饋型兩級運算放大器設(shè)計35-37
• 4.3.1 30dB電阻反饋型兩級運算放大器設(shè)計35-36
• 4.3.2 31dB電容反饋型兩級運算放大器設(shè)計36-37
• 4.4 低噪聲運算放大器設(shè)計37-39
• 4.5 CMOS運算放大器的測試39-45
• 4.5.1 30dB兩級運算放大器的測試41
• 4.5.2 42dB兩級運算放大器的測試41-42
• 4.5.3 30dB電阻反饋型兩級運算放大器的測試42-43
• 4.5.4 31dB電容反饋型兩級運算放大器的測試43
• 4.5.5 32dB低噪聲運算放大器的測試43-44
• 4.5.6 CMOS運算放大器的測試結(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47-50
• 5.1.1 帶兩級運算放大器的成像單元設(shè)計47-48
• 5.1.2 帶反饋型運算放大器的成像單元設(shè)計48-49
• 5.1.3 帶低噪聲運算放大器的成像單元設(shè)計49-50
• 5.2 帶天線的太赫茲成像單元的設(shè)計50-51
• 5.3 CMOS太赫茲成像陣列的設(shè)計51-55
• 5.3.1 2×2太赫茲成像陣列系統(tǒng)架構(gòu)51
• 5.3.2 行列控制信號產(chǎn)生電路設(shè)計51-53
• 5.3.3 2×2太赫茲成像陣列電路設(shè)計53-55
• 5.4 不帶天線的太赫茲成像單元的測試55-65
• 5.4.1 帶30dB兩級運算放大器的成像單元的測試56-60
• 5.4.2 帶42dB兩級運算放大器的成像單元的測試60-63
• 5.4.3 帶31dB電容反饋型運算放大器的成像單元的測試63-65
• 5.5 2×2太赫茲成像陣列的測試65-67
• 5.5.1 行列控制信號產(chǎn)生電路的測試65-66
• 5.5.2 陣列邏輯功能的測試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73-77
• 作者簡介77

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  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。

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本文編號：482613