近几年,半导体技术取得长足的发展,使得毫米波、太赫兹芯片设计得到了很大的进步。最近,将小面积、低功耗、低成本的CMOS技术应用于实现毫米波/太赫兹单片引起了广泛的关注。本文主要基于硅基CMOS技术,针对220 GHz衰减相对较小的“空气窗口”频率,重点研究了太赫兹系统收发前端中的部分关键电路,同时对芯片封装的关键技术进行了研究与应用。本文首次将SMIC 55nm工艺应用在太赫兹低频段,设计了多款芯片,验证其可行性,具体工作如下:在发射前端中,重点研究了倍频器和开关。本文设计了两款工作在102.5-112.5GHz的二倍频器芯片,以及一款工作在205-225 GHz的开关芯片,同时对二倍频器和开关进行了级联仿真,构成毫米波发射前端芯片,并在55nm CMOS工艺上验证。发射部分级联仿真结果表明,在开关导通时的倍频损耗最大约为21 d B,输入输出端回波损耗均优于20 d B,当开关闭合时,在125-225 GHz之间,隔离度大于40.3 d B。实测中,开关芯片在170-190 GHz频段内插损在4.9-8 d B之间,关断时,抑制度优于22 d B,与仿真相比产生了约30 GHz的频偏。在接收前端中,重点研究了混频器和放大器,本文设计了两款工作在205-225GHz下变频混频器,以及一款102.5-112.5 GHz的本振放大器,同时对其中一款性能较好的混频器和3-18 GHz的中频放大器进行了级联仿真,构成太赫兹接收前端芯片,并在55nm CMOS工艺上验证。接收部分级联仿真结果表明,在208-223 GHz之间,变频损耗优于5.32 d B,在222 GHz频点,变频增益约为15 d B,本振和射频输入端的回波均优于15 d B。最后将两款混频器芯片和接收前端芯片封装成模块进行测试,接收前端芯片测试结果表明,在中频208-223 GHz之间,变频损耗优于40 d B。同时对国产的一款220 GHz Ga N HEMT功率放大器芯片进行了模块封装,该功率放大模块在220GHz饱和输出功率达到17 d Bm,在国内尚未见公开报道。