在成像分辨率及精度需求不断提高的背景下,近场成像已成为一种获取微观图像信息的重要技术手段。由于不同物质具有各自不同的介电常数且电学传感单元较为简单,从而在电学领域通过对某一区域的介电常数空间分布进行无损测量,可以实现近场成像。与光学领域的近场扫描成像方法相比,在电学领域通过片上电路阵列来实现近场成像,具有成像时间短且成本低的优势。当前实现片上近场成像或介电常数测量主要是基于:探测振荡器在不同介电常数的待测物下会产生不同的频率偏移,通过测量频偏信息来表征介电常数。研究成果在指纹识别及生物化学传感等方面已有应用。但由于高频频偏的测量需要通过分频或者下变频等方式实现,消耗较大的芯片面积和功耗。为了在电学领域设计实现小面积,低功耗的片上毫米波近场成像电路,本文做了以下工作:1.提出使用振荡器起振时间来表征待测物介电常数的近场成像机理:经理论推导,交叉耦合振荡器的起振时间正比于其并联谐振回路的等效容值;交指电容作为介电常数传感单元,其等效容值又正比于待测物介电常数;若将交指电容作为交叉耦合振荡器谐振回路的一部分,便能够在整体上实现振荡器起振时间与介电常数单调正相关的规律,通过振荡器的起振时间来表征介电常数。2.基于55 nm CMOS工艺设计单像素电路验证了上述原理。振荡器的起振包络被包络检波器检测出,起振时间信息通过片上时间数字转换器（TDC）来读取。TDC的指标设计为10 ps的分辨率以及640 ps的量程,用于配合前级的探测电路。测试过程中使用不同介电常数的有机溶液及其混合液验证了交叉耦合振荡器起振时间与待测物介电常数呈正相关的规律。3.基于55 nm CMOS工艺设计128像素毫米波近场成像阵列。设计时钟信号选通路径控制方案,并进一步改进TDC,实现32像素近场成像阵列。在此基础上通过对称拼接实现128像素阵列,该成像阵列整体面积为3.375 mm~2,功耗为20.5 m W,实现了小面积、低功耗的设计目标。