基于CMOS工藝的太赫茲成像芯片研究.pdf

1、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。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(dāng)前的研究熱點(diǎn)。本論文采用0.18μm 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

2、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

3、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，一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