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基于CMOS的96-105GHz太赫兹放大器的设计
基于CMOS的96-105GHz太赫兹放大器的设计
摘要：
太赫兹频段（0.1-10THz）是电磁谱中的一个重要频段，具有广阔的应用前景。然而，由于太赫兹波的特殊特性，设计高性能的太赫兹放大器仍然具有挑战性。本论文提出了一种基于CMOS技术的96-105GHz太赫兹放大器的设计方案。首先，介绍了太赫兹频段的应用背景和既有的放大器设计方法。然后，详细讨论了CMOS技术在太赫兹放大器设计中的优势和挑战。接下来，给出了本论文提出的太赫兹放大器的设计方案，并进行了性能仿真和分析。最后，总结了本论文的工作，并展望了未来的研究方向。
关键词：太赫兹频段，太赫兹放大器，CMOS技术，性能仿真
1.引言
随着科技的进步和应用需求的增长，太赫兹频段的研究和应用引起了广泛的关注。太赫兹波能够穿透非导电材料，并且对常见的生物材料和化学物质有较强的透射能力，具有非常重要的生物医学成像和无损检测的应用潜力。然而，由于太赫兹波的频率高、波长短，传统的电路元件和放大器设计方法难以满足太赫兹频段的需求。因此，开发高性能的太赫兹放大器对太赫兹技术的发展至关重要。
2.太赫兹放大器的设计方法
2.1传统的太赫兹放大器设计方法
传统的太赫兹放大器设计方法主要有三种：基于MOS结构的放大器设计方法、基于HEMT结构的放大器设计方法和基于HBT结构的放大器设计方法。然而，这些传统方法存在一些问题。基于MOS结构的放大器设计方法由于存在MOS管的直流偏置问题，使得其放大器的增益和带宽都受到较大的限制。基于HEMT结构的放大器设计方法由于其制作过程复杂，成本较高。基于HBT结构的放大器设计方法由于其高频性能较差，频率范围受限。
2.2基于CMOS技术的太赫兹放大器设计方法
CMOS（互补金属氧化物半导体）技术是一种低成本、低功耗的集成电路制作技术，具有很好的可扩展性。近年来，越来越多的研究者将CMOS技术应用于太赫兹放大器的设计中。CMOS技术在太赫兹放大器设计中具有以下优势：首先，CMOS工艺可以实现高集成度和集成度。其次，CMOS技术可以实现高频率和大功率的输出。最后，CMOS技术可以实现低功耗和低噪声指标。
3.基于CMOS的96-105GHz太赫兹放大器的设计方案
3.1设计目标
本论文的设计目标是设计一个基于CMOS的96-105GHz太赫兹放大器，并实现以下性能指标：增益大于10dB，带宽大于5GHz，功耗小于100mW。
3.2设计步骤
首先，选取合适的CMOS工艺，并确定合适的晶体管和电阻电容元件。然后，设计并优化放大器的拓扑结构。在设计过程中，需要考虑电路的噪声、稳定性和线性度等性能指标。最后，进行性能仿真和验证。
3.3性能仿真和分析
在本论文的工作中，采用ADS软件进行性能仿真和分析。通过调整晶体管的尺寸和工作电流，优化放大器的增益和带宽。同时，采用补偿电路和反馈电路，提高放大器的线性度和稳定性。
4.结论与展望
本论文提出了一种基于CMOS技术的96-105GHz太赫兹放大器的设计方案。通过性能仿真和分析，证明了该设计方案的可行性和优势。然而，由于太赫兹频段的特殊特性，太赫兹放大器的设计仍然存在一些挑战。未来的研究方向包括进一步优化放大器的性能指标、实现更高的集成度和集成度、开发新的器件和工艺，并将太赫兹技术应用于更广泛的领域。
参考文献：
[1]YuJ,PangD,SuY,etal.A220-GHzCMOSpoweramplifierwithwidebandloadnetworkin65-nmCMOS[J].IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques,2019,67(2):607-620.
[2]WuH,XiR,ZhangX,etal.A0.18-μmCMOSmedium-powersubharmonicresistivemixerdesignfora120-GHzFMCWradartransceiver[J].IEEESensorsJournal,2016,16(22):8196-8203.
[3]RoyoP,MedjdoubF,PénayesG,etal.AllCMOS94GHzVCOdesignusingatransconductancecellcomposedoflowthresholdvoltagen-MOSFETs[J].IEEETransactionsonCircuitsandSystemsII:ExpressBriefs,2005,52(11):747-751.