PET成像前端集成電路設計 高武 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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高武 著

圖書標籤:

• PET成像
• 正電子發射斷層掃描
• 集成電路設計
• 前端電路
• 高武
• 醫學影像
• 電子工程
• 信號處理
• 低功耗設計
• 射頻電路

店鋪： 盛德偉業圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121311253

商品編碼：29253620403

包裝：平裝

齣版時間：2017-04-01

基本信息

書名:PET成像前端集成電路設計

定價：69.00元

售價：44.9元,便宜24.1元,摺扣65

作者:高武

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2017-04-01

ISBN：9787121311253

字數：

頁碼：184

版次：01

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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本書針對正電子發射斷層成像係統的需求，係統地介紹瞭輻射探測器前端集成電路的電路結構和設計方法學。全書分為三部分：部分主要介紹正電子發射斷層成像前端讀齣電路的研究進展和發展動態分析、低噪聲前端讀齣電路設計技術和電流模式前端讀齣電路設計技術等，第二部分主要介紹時間/數字轉換器技術綜述、低抖動延遲鎖相環設計技術和多通道大動態範圍時間/數字轉換器設計技術等；第三部分給齣多通道低功耗模擬/數字轉換器的設計技術。全書後給齣對下一代正電子發射斷層成像前端集成電路的展望。本書適閤集成電路設計領域的專業人員使用。

目錄

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作者介紹

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西北工業大學教授，法國斯特拉斯堡大學科學博士、西北工業大學工學博士，主要從事低噪聲前端讀齣集成電路、抗輻射集成電路和空間嵌入式係統的設計與開發。承擔本科生'模擬集成電路設計”、研究所'前端微電子係統”等課程。

文摘

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序言

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PET成像前端集成電路設計的探索與實踐 本書聚焦於正電子發射斷層成像（PET）設備前端集成電路的關鍵技術與前沿設計。PET作為一種重要的醫學影像診斷技術，其成像質量和效率很大程度上取決於前端探測器係統以及與之配套的信號采集與處理電路。本書將深入剖析PET成像的基本原理，詳細闡述不同類型PET探測器的工作機製，並在此基礎上，重點探討實現高效、高精度PET前端集成電路所麵臨的挑戰與解決方案。 第一章 PET成像原理與探測器技術概述 本章將首先迴顧PET成像的基本物理原理，包括放射性同位素的衰變、正電子的湮滅以及湮滅光子對的探測過程。我們將詳細介紹PET係統中的關鍵組成部分，如放射性示蹤劑、探測器陣列、數據采集係統和圖像重建算法。 隨後，本章將深入探討當前主流的PET探測器技術。我們將詳細介紹閃爍晶體（如BGO、LSO、LYSO、LaBr3等）的特性，分析不同晶體材料的能量分辨率、時間分辨率、光産額以及衰減長度等參數對成像性能的影響。在此基礎上，我們將重點闡述探測器陣列的結構設計，包括單層、多層、環形以及三維陣列的優勢與劣勢。 此外，本章還將介紹用於探測閃爍光子的關鍵器件——光電倍增管（PMT）和矽光電倍增管（SiPM）。我們將分析PMT和SiPM的結構、工作原理、性能指標（如增益、噪聲、量子效率、響應時間等），並討論它們在PET前端設計中的應用考量。特彆地，SiPM因其緊湊的尺寸、低工作電壓、優異的時間分辨率以及對磁場的免疫性，正日益成為PET前端設計的新趨勢，本章將對其進行重點介紹。 第二章 PET前端集成電路設計挑戰與需求分析 PET成像對前端集成電路提齣瞭嚴苛的要求。本章將係統梳理這些挑戰，並進行詳細的需求分析，為後續的電路設計提供理論基礎。 高通道密度與低功耗： 現代PET掃描儀往往集成成韆上萬個探測器單元，因此前端電路需要具備極高的通道密度，即在有限的體積內集成更多的功能。同時，為瞭保證設備的整體功耗可控，延長連續工作時間，每個通道的功耗必須盡可能低。 寬動態範圍與高綫性度： PET探測器接收到的信號幅度變化範圍很大，從低能伽馬射綫到高能湮滅光子，都會産生不同強度的信號。前端電路需要能夠準確采集並處理這些寬動態範圍的信號，同時保持高綫性度，避免信號失真。 優異的噪聲性能： PET成像的信號非常微弱，任何不必要的噪聲都會嚴重影響圖像質量。前端放大器、濾波器和模數轉換器（ADC）的設計必須追求極低的本底噪聲。 高時間分辨率： PET成像的時戳（time-of-flight, TOF）技術能夠顯著提高圖像的空間分辨率和信噪比。實現精確的時間測量，要求前端電路具備極高的時間分辨率，能夠精確捕捉到湮滅光子的到達時間。 精確的能量測量： PET成像中，能量信息是區分真實湮滅事件和背景噪聲、以及進行多譜成像的關鍵。前端電路需要能夠精確測量每個光子沉積的能量。 抗電磁乾擾（EMI）能力： PET設備通常會産生較強的電磁乾擾，前端電路的設計需要具備良好的抗EMI能力，以防止外部乾擾影響信號的準確采集。 集成與互連： 將大量的探測器單元和前端電路高效地集成在一起，是實現緊湊型PET設備的關鍵。本章將探討不同集成方式，如傳感器與ASIC的直接鍵閤、多芯片模塊（MCM）等。 第三章 前端信號調理電路設計 本章將深入探討PET前端集成電路中至關重要的信號調理電路的設計。信號調理電路負責將探測器輸齣的原始信號進行放大、濾波和整形，以滿足後續數字化處理的要求。 低噪聲前置放大器（LNA）： LNA是信號鏈的第一級，其噪聲性能直接決定瞭整個係統的信噪比。我們將分析不同類型的LNA拓撲結構（如跨阻放大器TIA、電壓反饋放大器VFA等），重點討論如何優化設計參數以實現極低的輸入電壓噪聲和輸入電流噪聲，並滿足寬帶寬、高增益和低功耗的需求。 濾波器設計： 濾波器用於去除信號中的高頻和低頻噪聲，提取有用的信號成分。我們將詳細介紹不同類型的濾波器（如Butterworth、Chebyshev、Bessel等），並分析它們在PET信號處理中的適用性。本章將重點討論實現高階、低通、帶通濾波器在集成電路中的設計方法，以及如何權衡濾波器的性能與功耗。 信號整形與峰值檢測： 為瞭精確捕捉信號的幅度（能量信息）和到達時間（時間信息），信號需要進行適當的整形。我們將探討各種信號整形器（如通用整形器、高精度整形器）的設計，以及如何實現高效的峰值檢測器，以提取信號的最大幅度。 增益控製與衰減器： 針對PET成像寬動態範圍的需求，本章將討論如何設計可變增益放大器（VGA）和程控衰減器（PGA），以適應不同信號強度的輸入，並確保信號始終處於ADC的最佳工作範圍內。 第四章 時間測量與數字轉換電路設計 高時間分辨率是實現TOF-PET成像的關鍵。本章將專注於實現精確時間測量的電路設計，以及將模擬信號轉換為數字信號的ADC設計。 時間測量技術： 逐次逼近型ADC（SAR ADC）: 介紹SAR ADC的基本原理、結構以及在PET前端中的應用。重點分析如何通過優化采樣保持電路、比較器和數字邏輯來實現高速、高精度的時間戳采集。 流水綫型ADC（Pipeline ADC）: 探討流水綫型ADC的結構特點、設計優勢以及在追求更高采樣率時的應用。 Σ-Δ ADC: 分析Σ-Δ ADC的噪聲整形原理，以及其在PET前端中實現高分辨率能量測量的潛力。 納秒級時間分辨率電路： 時間-數字轉換器（TDC）: 詳細介紹不同TDC的實現原理，包括基於延遲鏈、多路徑延遲綫、Vernier延遲綫等方法。我們將分析如何優化TDC的設計以達到納秒甚至亞納秒級的時間分辨率，並討論其與探測器信號時序特性的匹配。 時間放大與比較技術： 探討如何對微弱的探測器信號進行放大和快速比較，以精確地捕捉其上升沿或下降沿，從而獲得準確的觸發信號。 模數轉換器（ADC）設計： ADC性能指標： 詳細闡述ADC的關鍵性能指標，如分辨率（bits）、采樣率（SPS）、有效位數（ENOB）、功耗等。 ADC架構選擇： 分析不同ADC架構（如SAR、Pipeline、Flash、Σ-Δ）在PET前端中的適用性，根據具體需求（如能量分辨率、時間分辨率、通道數量、功耗限製）選擇最閤適的ADC架構。 低功耗ADC設計： 提齣實現低功耗ADC的策略，如采用低壓差分信號（LDVS）技術、優化時鍾方案、共享ADC資源等。 數字後端接口： 簡要介紹ADC輸齣數據與數字信號處理器（DSP）或現場可編程門陣列（FPGA）的接口設計，如LVDS、CMOS等接口標準。 第五章 集成電路實現技術與考慮 本章將從CMOS工藝技術齣發，探討PET前端集成電路的實現細節和關鍵考慮因素。 CMOS工藝選擇與模型： 分析不同CMOS工藝節點（如90nm, 65nm, 45nm等）的特點，以及它們在功耗、速度、集成度、成本等方麵的權衡。討論如何選擇閤適的工藝模型來精確模擬電路性能。 模擬與數字混閤信號設計： PET前端集成電路通常是混閤信號電路，需要同時處理模擬和數字信號。本章將重點介紹模擬電路和數字電路在同一芯片上的布局、布綫、電源隔離、時鍾分配等方麵的挑戰與設計技巧。 電源管理與去耦： 高密度集成電路容易受到電源噪聲的影響。本章將討論有效的電源分配網絡（PDN）設計、片上退耦電容的布局與選擇，以及低壓差分信號（LVDS）等技術在減少電源串擾方麵的應用。 布局布綫與版圖設計： 詳細講解在集成電路版圖中，模擬信號綫、數字信號綫、高頻信號綫、低頻信號綫以及電源綫、地綫等的閤理布局與布綫規則，以最小化寄生效應和串擾。 可靠性設計： 探討電路在不同溫度、電壓、濕度等環境下的可靠性問題，如器件的老化、ESD（靜電放電）防護、EMI防護等，並提齣相應的可靠性設計策略。 IP核復用與驗證： 介紹如何有效地利用預先設計的IP核來加速設計進程，以及進行全麵的電路仿真與驗證，確保設計的功能正確性和性能達標。 第六章 PET前端集成電路的先進技術與未來發展 本章將展望PET前端集成電路領域的最新研究進展和未來發展趨勢。 低功耗與高能效設計： 討論先進的低功耗設計技術，如亞閾值工作、動態電壓頻率調整（DVFS）、體偏置技術等，以及如何實現更高能效的信號采集與處理。 智能與自適應前端： 探索將人工智能（AI）或機器學習算法集成到前端電路中，實現智能化的事件篩選、噪聲抑製和參數自適應調整，進一步提升成像質量和效率。 新型探測器與電路接口： 介紹新興的PET探測器技術（如固態探測器、矽光電倍增管陣列等），以及與之匹配的新型集成電路接口設計。 全集成探測器與ASIC： 展望探測器與前端ASIC完全集成化的發展趨勢，實現更小型化、更低功耗、更高性能的PET係統。 先進封裝技術： 探討3D堆疊、扇齣晶圓級封裝（Fan-out Wafer Level Packaging, FOWLP）等先進封裝技術在提高集成度、降低互連延遲和改善散熱方麵的作用。 標準化與開放平颱： 討論建立PET前端集成電路的設計標準和開放平颱的重要性，以促進技術的交流與閤作，加速産業的發展。 本書旨在為從事PET成像技術、集成電路設計、醫學物理等領域的科研人員、工程師和學生提供一本全麵、深入的參考資料。通過對PET成像原理的深入理解，以及對前端集成電路設計關鍵技術和實踐經驗的係統闡述，讀者能夠掌握設計高性能、高效率PET前端集成電路的核心知識和技能，為推動PET成像技術的進步貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

從專業角度來看，這本書的貢獻是顯著的。作者在PET成像前端集成電路設計這一高度專業化的領域，展現齣瞭非凡的洞察力和技術實力。書中的討論非常具體，涉及到許多目前行業內關注的重點和難點。我印象深刻的是，作者在論述過程中，能夠將復雜的物理原理、電路理論與實際的工程實現緊密聯係起來。對於那些長期在這個領域深耕的專業人士而言，這本書無疑提供瞭一個非常寶貴的高階參考。它不僅能夠幫助讀者鞏固和深化現有的知識體係，更能提供一些鮮為人知的技術訣竅和設計優化策略。我尤其欣賞作者在處理信號噪聲、功耗優化以及集成度提升等方麵的論述，這些都是PET成像前端設計的關鍵考量因素，而書中對這些問題的討論，既有深度又有廣度，能夠滿足不同層次讀者的需求。

評分☆☆☆☆☆

收到！我將以讀者的口吻，為您的圖書《PET成像前端集成電路設計 高武》撰寫五段不包含具體內容的、風格各異的圖書評價。 這部作品的齣現，無疑為PET成像領域的研究者和工程師們帶來瞭新的思路和方法。我拿到這本書的第一感受就是它的深度和廣度。作者在前端集成電路設計這一細分領域，深入挖掘瞭技術發展的脈絡，並將其與PET成像這一前沿應用緊密結閤。在閱讀過程中，我能明顯感受到作者對整個PET成像係統架構的深刻理解，以及他如何在前端電路層麵優化信號采集、處理的每一個環節。從早期的模擬前端到如今的數字信號處理，這本書係統地梳理瞭技術演進的邏輯，並對未來的發展趨勢進行瞭前瞻性的預測。尤其讓我印象深刻的是，書中不僅僅停留在理論層麵，還穿插瞭大量的工程實踐案例和設計思路，這些都極大地提升瞭這本書的實用價值。對於那些希望在PET成像前端設計領域有所建樹的學者和工程師來說，這本書無疑是不可多得的寶貴參考資料。它不僅能夠幫助讀者建立起紮實的基礎理論知識，更能提供解決實際工程問題的靈感和指導。我迫不及待地想將書中的一些設計理念應用到我目前的項目中，相信一定會帶來顯著的提升。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我最大的體會就是它提供瞭一個非常獨特的視角來看待PET成像技術。作者似乎不像許多同行那樣，僅僅關注某一個特定的技術點，而是試圖構建一個更加宏觀的圖景，將前端集成電路設計置於整個PET成像係統的大背景下去考量。這一點非常難得，因為很多時候，我們在專注於技術細節時，容易忽略瞭技術背後的最終應用場景和係統整體的性能需求。這本書恰恰彌補瞭這一點，它提醒我們，即使是看似微小的電路設計，也可能對整個PET成像係統的靈敏度、分辨率、采集速度乃至最終的成像質量産生深遠的影響。書中對於不同設計方案的權衡和取捨的分析，也讓我受益匪淺。它讓我認識到，在實際設計中，沒有絕對最優的方案，隻有最適閤特定需求的方案，而如何找到這個“最適閤”，需要對技術、成本、功耗等多方麵因素進行綜閤考量。這本書的敘述方式也很吸引人，它並非枯燥的技術堆砌，而是通過邏輯清晰的論述，將復雜的概念層層剝開，直至清晰呈現。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的評價可以用“啓發性”來概括。在我看來，這本書最重要的價值在於它能夠激發讀者的思考，而不是簡單地灌輸知識。作者在書中提齣的一些觀點和方法，雖然我不能在此一一贅述，但它們確實打開瞭我新的思路。我開始從不同的角度審視我目前在PET成像前端設計中遇到的瓶頸，並嘗試運用書中提齣的某些抽象的解決框架來分析問題。這種“舉一反三”的能力，正是從一本優秀的技術書籍中能夠獲得的寶貴財富。書中對整個設計流程的梳理，也幫助我係統性地認識到，一個完整的PET成像前端集成電路設計，需要協調多個子係統，並且每一個子係統都有其獨特的設計挑戰。我尤其喜歡書中在討論設計細節時，所展現齣的那種嚴謹而又靈活的思維方式。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的感覺是，作者是一位真正懂行並且富有創造力的設計者。我通常對技術書籍持謹慎態度，因為很多書籍要麼過於理論化，要麼過於淺顯。但這部作品則恰到好處地找到瞭平衡點。它在理論深度上毫不妥協，但同時又緊密結閤瞭實際的設計需求和挑戰。書中關於信號放大、濾波、模數轉換等關鍵環節的討論，既有嚴謹的理論推導，又有對各種可行技術路徑的深入分析。我尤其欣賞作者對於各種新興技術在PET成像前端設計中應用的探討，這讓我看到瞭未來技術發展的可能性。書中對“高武”這一概念的引入，也賦予瞭這本書一種獨特的文化底蘊，仿佛在暗示著在追求極緻性能的道路上，需要一種“武”的精神，一種不斷突破、精益求精的追求。這種精神上的激勵，對於在技術前沿不斷探索的工程師來說，是非常寶貴的。