CN113551770B - 一种太赫兹波幅相读出装置 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种太赫兹波幅相读出装置，该装置包括：探测器，用于探测太赫兹波调制光信号；读出模块，和探测器相连接，读出模块用于读出太赫兹波调制光信号；读出模块包括至少一个放大单元，至少一个放大单元之间采用级联的形式连接，以使读出模块满足读出太赫兹波调制光信号的带宽需求。本公开提供的太赫兹波幅相读出装置中的读出模块的输入阻抗很小，而且不受输入信号的影响，在一定程度上能抑制噪声，灵敏度高，能够将高频、宽带信号有效读出，同时能够有效放大微弱的太赫兹波调制光信号，设计原理简单，成本低廉，且易大规模集成。
Description
技术领域
本公开涉及一种太赫兹波探测技术，尤其涉及一种太赫兹波幅相读出装置。
背景技术
太赫兹波信号(太赫兹波是指波段介于毫米波和远红外光之间，频率在0.1THz～10THz范围内的光波)是电磁波谱中研究的最后一个窗口，加上其诸多独特性质，在安全检查、生物医学成像、质量监控及无损探测等领域具有巨大的应用前景。现有技术探测器检测到的太赫兹波通常很微弱，而且带宽很宽不易读出，通常需要借用外部设备进行读出，且系统较为复杂，此外，电路的较高高频增益与宽带宽通常很难同时实现。因此，设计结构简单、可适性强、成本低廉的太赫兹波读出电路具有重大研究意义。
公开内容
(一)要解决的技术问题
针对现有技术的上述不足，本公开的主要目的在于提供一种太赫兹波幅相读出装置，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
(二)技术方案
为了实现上述目的，本公开提供了一种太赫兹波幅相读出装置，该装置包括：
探测器，用于探测太赫兹波调制光信号；
读出模块，和探测器相连接，读出模块用于读出太赫兹波调制光信号；
读出模块包括至少一个放大单元，至少一个放大单元之间采用级联的形式连接，以使读出模块满足读出太赫兹波调制光信号的带宽需求。
在一些实施例中，和探测器相连接的放大单元的一个输入端和偏置电压相连接，另一个输入端和探测器相连接，用于接收太赫兹波调制光信号。
在一些实施例中，每个放大单元的结构相同，每个放大单元均包括一个放大器；
每个放大器均为采用差分结构的双端输出电路。
在一些实施例中，每个放大器的两个输入端均连接有寄生电容，两个输入端均通过各自连接的寄生电容接地；
除至少一个放大单元中最末端的放大单元外，每个放大单元包括的放大器的两个输出端均通过各自连接的负载电容级联到下一个放大单元包括的放大器的两个输入端；
至少一个放大单元中最末端的放大单元所包括的放大器的两个输出端均通过各自连接的负载电容接地。
在一些实施例中，每个放大器的两个输入端均为MOS管，每个放大器的两个输出端均连接有负载电感。
在一些实施例中，每个放大器的电源电压端均连接有一电流源，每个电流源均用于为太赫兹波幅相读出装置提供尾电流。
在一些实施例中，探测器包括天线，天线用于接收太赫兹波调制光信号。
在一些实施例中，天线为偶极子天线、环形天线、蝶型天线或贴片天线中的任意一种。
在一些实施例中，探测器还包括晶体管；
晶体管包括：源极、漏极和栅极；
源极，用于接收经传输线传输过来的太赫兹波调制光信号；
漏极，用于输出太赫兹波调制光信号；
栅极，用于加载偏置电压。
在一些实施例中，在太赫兹波光信号上加载一预设频率的光载波调制信号得到太赫兹波调制光信号。
(三)有益效果
(1)本公开提供的太赫兹波幅相读出装置中的读出模块的输入阻抗很小，而且不受输入信号的影响，在一定程度上能抑制噪声，灵敏度高，能够将高频、宽带信号有效读出；
(2)本公开提供的读出模块内部采用电感能够提高输出节点阻抗，在高频下也具有较高增益，而且通过级联能扩展带宽，降低功耗；
(3)本公开提供的一种太赫兹波幅相读出装置，能够有效放大微弱的太赫兹波调制光信号，设计原理简单，成本低廉，且易大规模集成。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开中的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1示意性示出了本公开一实施例提供的一种太赫兹波幅相读出装置的结构示意图；
图2示意性示出了本公开一实施例提供的一种太赫兹波幅相读出装置的放大单元的结构示意图。
图3示意性示出了本公开一实施例提供的一种太赫兹波幅相读出装置的放大器的结构示意图；
图4示意性示出了本公开一实施例提供的一种太赫兹波幅相读出装置的探测器的结构示意图。
附图标记说明
1探测器；2读出模块；3晶体管；4天线；5传输线；20放大单元；201放大器；31源极；32漏极；33栅极；Cp寄生电容；Cl负载电容；L电感。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。本领域技术人员还应理解，实质上任意表示两个或更多可选项目的转折连词和/或短语，无论是在说明书、权利要求书还是附图中，都应被理解为给出了包括这些项目之一、这些项目任一方、或两个项目的可能性。例如，短语“A或B”应当被理解为包括“A”或“B”、或“A和B”的可能性。
图1示意性示出了本公开一实施例提供的一种太赫兹波幅相读出装置的结构示意图，如图1所示，在本公开一实施例中，上述太赫兹波幅相读出装置包括：探测器1和读出模块2。探测器1用于探测太赫兹波调制光信号，读出模块2和上述探测器1相连接，上述读出模块2用于读出上述太赫兹波调制光信号；上述读出模块2包括至少一个放大单元20，上述至少一个放大单元20之间采用级联的形式连接，以使上述读出模块2满足读出上述太赫兹波调制光信号的带宽需求。
在本实施例中，在太赫兹波光信号上加载一预设频率的光载波调制信号便可得到上述太赫兹波调制光信号，探测器1将探测到的太赫兹波调制光信号传输给读出模块2，读出模块2包括至少一个放大单元20，至少一个放大单元20采用级联的形式连接，级联的连接方式可以扩大放大单元20的带宽，多个级联的放大单元20的带宽就可以满足读出上述太赫兹波调制光信号的带宽需求，读出模块2就可以正常的读出探测器1探测到的太赫兹波调制光信号，若读出模块2的带宽不能满足读出太赫兹波调制光信号的需求，则无法在后续显示设备上正确显示太赫兹波调制光信号，太赫兹波调制光信号的相位幅度信息也会发生错误。
在本实施例中，假设太赫兹波调制光信号的频率为20MHz，本公开是通过级联多个放大单元20使放大模块2的带宽满足读出太赫兹波调制光信号的需求，因此，为使太赫兹波调制光信号能有效读出，此时宜选用三级级联的放大模块2，每级增益20dB，装置带宽最大化的同时增益较高，功耗较低。
在本公开一实施例中，和上述探测器1相连接的放大单元20的一个输入端和偏置电压相连接，另一个输入端和上述探测器1相连接，用于接收上述太赫兹波调制光信号。
在本实施例中，放大模块2中包括多个放大单元20，多个放大单元20采用级联的方式连接，其中，第一个放大单元20的一个输入端和探测器连接，另一个输入端和一偏置电压相连接。
图2示意性示出了本公开一实施例提供的一种太赫兹波幅相读出装置的放大单元的结构示意图，如图2所示，在本公开一实施例中，每个上述放大单元20的结构相同，每个上述放大单元20均包括一个放大器201，且每个上述放大器201均为采用差分结构的双端输出电路。
在本实施例中，每个放大单元20都包括一个放大器201，每个放大器201均为采用差分结构的双端输出电路，每个放大器201的两个输入端均分别和各自对应的放大单元20的两个输入端相连接，同理，输出端也分别和各自对应的放大单元20的两个输出端相连接。
图3示意性示出了本公开一实施例提供的一种太赫兹波幅相读出装置的放大器的结构示意图，如图3所示，在本公开一实施例中，每个上述放大器201的两个输入端均连接有寄生电容Cp，两个输入端均通过各自连接的寄生电容Cp接地，除上述至少一个放大单元20中最末端的放大单元20外，每个上述放大单元20包括的放大器201的正向输出端和负向输出端均通过各自连接的负载电容Cl级联到下一个放大单元20包括的放大器201的正向输入端和负向输入端，上述至少一个放大单元20中最末端的放大单元20所包括的放大器201的两个输出端均通过各自连接的负载电容Cl接地。
在本实施例中，Vi+是放大器201的正向输入端，Vi-是放大器201的负向输入端，Vo+是放大器201的正向输出端，Vo-是放大器201的负向输出端，每个放大器201的两个输入端上均连接有寄生电容Cp，且均通过各自连接的寄生电容Cp接地。因为多个放大单元20采用级联的形式连接，即上一个放大单元20的输出端和下一个放大单元20的输入端相连接，因此，在多个放大单元20中，除最后一个放大单元20包括的放大器201外，其他的放大单元20包括的放大器201的两个输出端均通过各自连接的负载电容Cl连接到下一个放大单元20所包括的放大器201的两个输入端，最后一个放大单元20包括的放大器201的两个输出端即为该幅相读出装置的输出端，该放大器201的两个输出端均通过各自连接的负载电容Cl接地。
在本公开一实施例中，每个上述放大器201的两个输入端均为MOS管，每个上述放大器201的两个输出端均连接有负载电感L。
在本实施例中，放大器201的两个输入端均为MOS管，本实施例中选择PMOS管，PMOS管产生的噪声相较于NMOS管产生的噪声更小，放大器201的两个输出端还连接有负载电感L，负载电感L用于高频滤波。
在本公开一实施例中，每个上述放大器201的电源电压端均连接有一电流源202，每个上述电流源202均用于为上述太赫兹波幅相读出装置提供尾电流。
在本实施例中，每个放大器201通过电流源202连接电源电压端，电流源202用于为该太赫兹波幅相读出装置提供尾电流。
图4示意性示出了本公开一实施例提供的一种太赫兹波幅相读出装置的探测器的结构示意图，如图4所示，在本公开一实施例中，上述探测器1包括天线4和晶体管3，上述天线4用于接收上述太赫兹波调制光信号。上述晶体管3包括：源极31、漏极33和栅极32，上述源极31，用于接收经传输线5传输过来的上述太赫兹波调制光信号，上述漏极33，用于输出上述太赫兹波调制光信号，上述栅极32，用于加载偏置电压。
在本实施例中，探测器1包括天线4和晶体管3，天线4用于接收太赫兹波调制光信号，常用的天线4的类型有偶极子天线、环形天线、蝶型天线或贴片天线等，天线4和晶体管3之间通过传输线5相连接，传输线5是为了使天线4和晶体管3进行阻抗匹配，达到最大的响应，在本实施例中，晶体管3为NMOS管，晶体管3包括源极31、漏极32和栅极33，其中，源极31和天线4相连接，用于接收上述太赫兹波调制光信号，漏极32用于输出太赫兹波调制光信号，栅极33用于加载偏置电压。
本公开提供的太赫兹波幅相读出装置，通过探测器探测太赫兹波调制光信号，并将探测到的太赫兹波调制光信号传输给读出模块，读出模块包括多个级联的放大单元，多个级联的放大单元可以满足太赫兹波调制光信号的带宽需求，从而使读出模块可以顺利的读出接收到的太赫兹波调制光信号，本公开能够将频率高、带宽宽的太赫兹波调制光信号进行有效读出，同时，本公开还具有结构简单、功耗较低、成本低的优点。
附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。
Claims (7)
1.一种太赫兹波幅相读出装置，其特征在于，包括：
探测器(1)，用于探测太赫兹波调制光信号；
读出模块(2)，和所述探测器(1)相连接，所述读出模块(2)用于读出所述太赫兹波调制光信号；
所述读出模块(2)包括至少一个放大单元(20)，所述至少一个放大单元(20)之间采用级联的形式连接，以使所述读出模块(2)满足读出所述太赫兹波调制光信号的带宽需求；
每个所述放大单元(20)的结构相同，每个所述放大单元(20)均包括一个放大器(201)，每个所述放大器(201)均为采用差分结构的双端输出电路；
每个所述放大器(201)的两个输入端均为MOS管，每个所述放大器(201)的两个输出端均连接有负载电感(L)；
每个所述放大器(201)的两个输入端均连接有寄生电容(Cp)，所述两个输入端均通过各自连接的寄生电容(Cp)接地；
除所述至少一个放大单元(20)中最末端的放大单元(20)外，每个所述放大单元(20)包括的放大器(201)的两个输出端均通过各自连接的负载电容(Cl)级联到下一个放大单元(20)包括的放大器(201)的两个输入端；
所述至少一个放大单元(20)中最末端的放大单元(20)所包括的放大器(201)的两个输出端均通过各自连接的负载电容(C1)接地。
2.根据权利要求1所述的太赫兹波幅相读出装置，其特征在于，和所述探测器(1)相连接的放大单元(20)的一个输入端和偏置电压相连接，另一个输入端和所述探测器(1)相连接，用于接收所述太赫兹波调制光信号。
3.根据权利要求1所述的太赫兹波幅相读出装置，其特征在于，每个所述放大器(201)的电源电压端均连接有一电流源(202)，每个所述电流源(202)均用于为所述太赫兹波幅相读出装置提供尾电流。
4.根据权利要求1所述的太赫兹波幅相读出装置，其特征在于，所述探测器(1)包括天线(4)，所述天线(4)用于接收所述太赫兹波调制光信号。
5.根据权利要求4所述的太赫兹波幅相读出装置，其特征在于，所述天线(4)为偶极子天线、环形天线、蝶型天线或贴片天线中的任意一种。
6.根据权利要求5所述的太赫兹波幅相读出装置，其特征在于，所述探测器(1)还包括晶体管(3)；
所述晶体管(3)包括：源极(31)、漏极(33)和栅极(32)；
所述源极(31)，用于接收经传输线(5)传输过来的所述太赫兹波调制光信号；
所述漏极(33)，用于输出所述太赫兹波调制光信号；
所述栅极(32)，用于加载偏置电压。
7.根据权利要求1所述的太赫兹波幅相读出装置，其特征在于，在太赫兹波光信号上加载一预设频率的光载波调制信号得到所述太赫兹波调制光信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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