PET成像前端集成电路设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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高武 著

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• 医学影像
• 射频电路
• 低噪声放大器
• 模数转换器
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店铺： 赏心悦目图书专营店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121311253

商品编码：29367860065

包装：平装

出版时间：2017-04-01

基本信息

书名：PET成像前端集成电路设计

定价：69.00元

作者：高武

出版社：电子工业出版社

出版日期：2017-04-01

ISBN：9787121311253

字数：

页码：184

版次：01

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书针对正电子发射断层成像系统的需求，系统地介绍了辐射探测器前端集成电路的电路结构和设计方法学。全书分为三部分：部分主要介绍正电子发射断层成像前端读出电路的研究进展和发展动态分析、低噪声前端读出电路设计技术和电流模式前端读出电路设计技术等，第二部分主要介绍时间/数字转换器技术综述、低抖动延迟锁相环设计技术和多通道大动态范围时间/数字转换器设计技术等；第三部分给出多通道低功耗模拟/数字转换器的设计技术。全书后给出对下一代正电子发射断层成像前端集成电路的展望。本书适合集成电路设计领域的专业人员使用。

目录

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作者介绍

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西北工业大学教授，法国斯特拉斯堡大学科学博士、西北工业大学工学博士，主要从事低噪声前端读出集成电路、抗辐射集成电路和空间嵌入式系统的设计与开发。承担本科生'模拟集成电路设计”、研究所'前端微电子系统”等课程。

文摘

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序言

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PET成像技术中的前端集成电路设计：一份技术解析 本书深入探讨了正电子发射断层成像（PET）设备核心组件——前端集成电路（Front-end Integrated Circuit, FIC）的设计与实现。PET技术作为一种重要的医学影像学手段，其成像质量和性能很大程度上取决于前端探测器和信号处理电路的效率与精度。FIC作为连接探测器和后端数据处理的桥梁，其设计水平直接影响着PET系统的空间分辨率、时间分辨率、能量分辨率以及最终的图像重建效果。 第一章：PET成像原理与前端电路概述 本章首先回顾了PET成像的基本原理，包括正电子湮灭、伽马光子探测、符合计数以及图像重建的流程。在此基础上，重点阐述了前端电路在整个PET系统中的关键作用。我们将介绍不同类型PET探测器（如闪烁体、硅光电倍增管（SiPM）等）的探测机制，以及前端电路需要完成的主要任务，包括： 信号放大与整形： 探测器产生的微弱电信号需要经过低噪声放大器进行有效提升，并经过脉冲整形以标准化信号宽度，便于后续的数字化处理。 时间测量： 精确测量伽马光子到达时间是实现时间分辨率的关键，需要高性能的时间到数字转换（TDC）或门控采样电路。 能量测量： 区分不同能量的伽马光子，识别符合事件，需要精密的能量测量电路，如电荷到数字转换（ADC）或脉冲幅度分析器。 多通道集成： 现代PET系统通常拥有数万甚至数十万个探测单元，FIC需要能够高效地集成和管理这些通道的信号，实现小型化和低功耗。 数字接口： 将处理后的模拟信号转换为数字信号，并以标准协议（如LVDS、SerDes等）传输到后端数据采集与处理单元。 第二章：低噪声放大器设计 低噪声放大器（Low-Noise Amplifier, LNA）是FIC设计的基石。本章将详细介绍LNA的设计理论、关键参数以及多种实现拓扑。 噪声分析与优化： 深入剖析LNA的主要噪声源，包括热噪声、散粒噪声、闪烁噪声等，并探讨如何通过器件选择、偏置点优化、反馈网络设计等手段将噪声降至最低，以提高PET系统对微弱信号的探测能力。 跨导放大器（OTA）与跨阻放大器（TIA）： 重点分析OTA和TIA作为LNA核心的优缺点，以及在PET前端设计中的适用场景。我们将详细讨论如何设计宽带宽、高增益、低失真的OTA和TIA电路，以满足不同探测器信号特性的需求。 反馈网络设计： 探讨电阻反馈、电容反馈等多种反馈机制，以及它们对放大器性能的影响。我们将重点介绍如何设计一个稳定、高增益、低噪声的反馈回路。 输入匹配与阻抗匹配： 分析探测器与放大器之间阻抗匹配的重要性，以及如何设计匹配网络以最大化信号传输效率。 器件选择与工艺考量： 讨论不同半导体工艺（如CMOS、BiCMOS）在LNA设计中的优势与劣势，以及如何根据探测器类型和性能要求选择合适的晶体管（如NMOS、PMOS、BJT）。 实际设计实例分析： 提供一些典型的PET前端LNA设计案例，包括电路图、仿真结果和性能指标，帮助读者理解理论知识在实际设计中的应用。 第三章：时间测量电路设计（TDC/门控采样） 精确的时间测量是PET实现高时间分辨率和减少随机符合的关键。本章将聚焦于FIC中的时间测量电路设计。 时间到数字转换器（TDC）原理： 介绍不同TDC架构，如压控振荡器（VCO）型、延迟线型、多级触发器型等，分析其精度、功耗和复杂度。 高精度触发器与比较器设计： 阐述如何设计低延迟、高稳定性的触发器和比较器，以捕捉微弱的探测信号并产生精确的时间参考点。 门控采样技术： 探讨在某些应用场景下，采用门控采样技术（如将ADC的采样窗口与探测信号同步）实现时间测量的方法，并分析其优缺点。 脉冲鉴别与整形： 讨论如何通过整形电路优化探测脉冲的上升沿和下降沿，为TDC提供清晰的时序信号。 抖动（Jitter）分析与抑制： 深入分析时序信号中的抖动，以及它对时间分辨率的影响。我们将介绍抑制抖动的技术，如锁相环（PLL）的应用、低噪声参考时钟设计等。 多通道时间同步： 探讨如何在FIC内部实现多个通道的时间同步，以确保不同探测器之间的精确时间比较。 第四章：能量测量电路设计 能量测量在PET中用于区分伽马光子能量，识别符合事件，并提高图像质量。本章将详细介绍FIC中的能量测量电路设计。 电荷到数字转换器（ADC）设计： 介绍不同ADC架构，如逐次逼近型（SAR）、流水线型（Pipeline）、Σ-Δ型等，分析其精度、采样率、功耗和线性度。 脉冲幅度分析（PAM）技术： 讨论如何设计电路来测量探测脉冲的峰值幅度，并将其转换为数字信号。 基线恢复（Baseline Restoration）： 阐述在连续探测信号流中，如何有效地恢复基线，确保后续能量测量的准确性。 数字信号处理（DSP）在能量测量中的应用： 简要介绍如何利用片上数字信号处理器对采集到的脉冲进行滤波、积分等操作，以提高能量测量的精度。 能量分辨率的优化： 分析影响能量分辨率的因素，如探测器本身的能量分辨率、电子噪声、积分时间等，并探讨如何在电路设计中进行优化。 能量窗口设置与阈值判别： 介绍如何根据能量测量结果设置能量窗口，以筛选出符合条件的探测事件。 第五章：多通道集成与数据接口设计 现代PET系统需要集成大量的探测通道，FIC的设计需要兼顾通道密度、功耗和数据传输效率。 通道复用与串行化： 探讨如何通过时间复用或空间复用技术，减少FIC的引脚数量，提高集成度。介绍串行数据传输技术（如LVDS, SerDes）在FIC中的应用，以实现高速、低串扰的数据输出。 低功耗设计策略： 详细讨论FIC的低功耗设计方法，包括动态功耗和静态功耗的优化，如时钟门控、电源门控、低功耗模式设计等。 片上网络（NoC）的初步探讨： 针对大规模集成，介绍片上网络（NoC）的概念及其在FIC互连中的潜在应用。 数据传输协议与接口标准： 介绍目前PET系统中常用的数据传输协议和接口标准，如LVDS, USB, Ethernet等，并讨论FIC如何与之兼容。 时钟分配与管理： 阐述FIC内部高效、低抖动的时钟分配和管理策略，以保证各个功能模块的同步运行。 第六章：版图设计与物理实现 本章将从物理实现的角度，讨论FIC的版图设计、布线与封装。 信号完整性（SI）与电源完整性（PI）分析： 重点讲解在高速电路设计中，如何通过合理的版图布局、布线策略、电源退耦等技术，保证信号的完整性和电源的稳定性。 串扰（Crosstalk）抑制： 讨论在多通道集成电路中，如何通过间距、屏蔽、差分布线等方法，减小通道间的串扰。 热管理： 针对高密度集成和高功耗模块，分析热效应，并提出相应的版图和封装散热设计建议。 ESD（静电放电）保护设计： 阐述FIC的ESD保护设计策略，以提高芯片的可靠性。 封装技术选择： 讨论不同封装类型（如QFP, BGA）在PET FIC设计中的适用性，以及封装对性能的影响。 流片与验证流程： 简要介绍IC设计的流片流程，以及在验证阶段需要进行的各项测试。 第七章：先进技术与未来发展趋势 本章将展望PET前端集成电路设计的未来发展方向，介绍一些前沿技术和新兴趋势。 CMOS图像传感器（CIS）在PET中的潜在应用： 探讨将CIS技术集成到PET前端的可能性，以及其带来的优势。 人工智能（AI）与机器学习在FIC设计中的融合： 展望AI技术在电路优化、故障预测、自适应性能调优等方面的应用。 宽禁带半导体材料（如GaN, SiC）在PET前端的应用前景： 分析这些新材料在高频、高功率、耐辐射等方面的优势，以及在PET领域的潜在价值。 小型化、低功耗化与高集成度： 探讨未来FIC在体积、功耗和集成度方面的进一步提升。 面向特定应用场景的优化设计： 讨论针对不同PET系统（如PET/CT、PET/MRI、便携式PET等）的FIC定制化设计需求。 与探测器技术的协同发展： 强调前端电路设计需要与新型探测器材料和技术紧密结合，以共同推动PET成像技术的进步。 通过对以上各章节的深入研究，读者将能够全面掌握PET成像前端集成电路设计的基本原理、关键技术、设计方法以及未来发展趋势。本书旨在为从事PET设备研发、集成电路设计、医学影像技术研究的工程师、研究人员和学生提供一份宝贵的参考资料。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对前沿科学研究领域充满好奇的爱好者，我一直对PET（正电子发射断层成像）技术在癌症诊断、神经科学研究等领域的巨大贡献赞叹不已。而当我看到这本书的书名——《PET成像前端集成电路设计》时，我便立刻联想到，在PET成像过程中，那些极其微弱的信号是如何被捕捉、放大和初步处理的。前端集成电路，顾名思义，应该是这个复杂系统最先接触信号的部分，其设计的好坏，直接关系到整个成像的灵敏度、分辨率以及最终的图像质量。我非常有兴趣了解，在这个“前端”设计中，工程师们需要解决哪些关键的技术难题？例如，如何设计出超低噪声的放大器来捕捉极其微弱的放射信号？如何实现高速度、高精度的模数转换，将模拟信号转化为数字信息？又或者，在设计过程中，如何平衡性能、功耗和成本？这本书的出现，仿佛为我提供了一个深入探究PET成像技术“心脏”的机会，让我能够窥探到那些看不见的、但却至关重要的工程智慧。

评分☆☆☆☆☆

乍眼一看《PET成像前端集成电路设计》这个书名，我脑海中立刻浮现出的是那些在实验室里，工程师们一丝不苟地在显微镜下焊接、调试电路板的场景。PET成像本身就已经是尖端技术了，而“前端集成电路设计”更是将技术推向了一个更深层次的细节。这不仅仅是关于PET成像的原理，更是关于如何将这些原理用最精密的电子元件来实现。我很好奇，在这本书里，作者会如何阐述从最初的理论构想到最终的芯片落地？会不会涉及到底层电路的原理，比如各种传感器的工作机制，以及如何将它们高效地集成到一个单一的芯片上？我设想，书中可能会深入探讨各种不同的集成电路架构，以及它们各自的优缺点，例如在信号采集效率、抗干扰能力、功耗管理等方面。同时，我也期待能够了解到，在实际设计过程中，可能会遇到哪些难以预料的挑战，以及工程师们又是如何通过巧妙的设计来克服它们的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名本身就让我这个非专业人士产生了浓厚的兴趣，虽然我不太了解PET成像的核心技术，但“前端集成电路设计”这个词汇组合，无疑点燃了我对幕后工程的想象。我一直觉得，我们日常接触到的各种先进科技，背后都有着无数默默付出的工程师，而这本书似乎就是揭示了PET成像这一前沿医疗诊断技术背后，集成电路设计这一关键环节的奥秘。我期待能从中了解到，那些精密的芯片是如何被设计出来的，它们在PET成像的整个过程中扮演着怎样的角色，又是如何克服各种技术挑战，最终实现高效、精准的成像效果。我猜想，书中可能会涉及到信号采集、数据处理、功耗优化、噪声抑制等一系列复杂的设计考量，而这些恰恰是我作为普通读者最为好奇的部分。这本书，或许能为我打开一扇了解现代医疗设备精密构造的大门，让我对那些潜藏在仪器内部的“智慧”有更深的认识，也可能让我意识到，一个小小的集成电路，承载着多么大的技术含量和研发心血。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对科技发展趋势保持关注的读者，我对PET成像技术近年来在医疗诊断领域的飞速进步印象深刻。而《PET成像前端集成电路设计》这本书的书名，立刻吸引了我的注意力。它指向的是PET成像系统中一个至关重要的、却往往被公众所忽视的部分——前端集成电路。我猜想，这本书的重点将是如何设计和优化那些能够直接与探测器交互的电子电路，以最大限度地提升信号的捕获效率和质量。我对此充满好奇，这本书是否会详细介绍各种信号处理技术的演进，例如如何从大量的背景噪声中提取出有用的信号？又或者，它是否会探讨不同类型的前端架构，比如模拟前端和数字前端，以及它们在PET成像中的具体应用和优势？此外，我对于如何将这些复杂电路集成到微小芯片上，并实现低功耗、高可靠性的设计也充满了期待，这背后一定凝聚着无数工程师的智慧和努力。

评分☆☆☆☆☆

我是一个对精密仪器和电子技术有着浓厚兴趣的业余爱好者。当我看到《PET成像前端集成电路设计》这本书的书名时，我感觉自己仿佛发现了通往某种“幕后英雄”的钥匙。PET成像技术，听起来就很高端、很神秘，而“前端集成电路设计”则进一步将这种神秘感聚焦到了技术的核心。我非常想知道，在PET成像的整个链条中，这个“前端”究竟是做什么的？它是不是直接接收来自探测器的数据，然后进行初步的信号放大、滤波和数字化？我脑海中会想象，书中会不会详细介绍各种类型的传感器如何与集成电路协同工作，又或者是如何设计出能够处理海量数据的芯片。我更期待的是，这本书能够揭示在设计过程中，工程师们是如何平衡各种性能指标的，比如速度、精度、功耗以及成本，并且如何克服例如热量管理、信号串扰等技术难题。这本书，在我看来，不仅仅是关于技术，更是关于工程师们如何将科学原理转化为实际应用的智慧结晶。