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

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高武 著

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• 高武
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• 射频电路

店铺： 盛德伟业图书专营店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121311253

商品编码：29253620403

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

售价：44.9元,便宜24.1元,折扣65

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成像前端集成电路设计的探索与实践 本书聚焦于正电子发射断层成像（PET）设备前端集成电路的关键技术与前沿设计。PET作为一种重要的医学影像诊断技术，其成像质量和效率很大程度上取决于前端探测器系统以及与之配套的信号采集与处理电路。本书将深入剖析PET成像的基本原理，详细阐述不同类型PET探测器的工作机制，并在此基础上，重点探讨实现高效、高精度PET前端集成电路所面临的挑战与解决方案。 第一章 PET成像原理与探测器技术概述 本章将首先回顾PET成像的基本物理原理，包括放射性同位素的衰变、正电子的湮灭以及湮灭光子对的探测过程。我们将详细介绍PET系统中的关键组成部分，如放射性示踪剂、探测器阵列、数据采集系统和图像重建算法。 随后，本章将深入探讨当前主流的PET探测器技术。我们将详细介绍闪烁晶体（如BGO、LSO、LYSO、LaBr3等）的特性，分析不同晶体材料的能量分辨率、时间分辨率、光产额以及衰减长度等参数对成像性能的影响。在此基础上，我们将重点阐述探测器阵列的结构设计，包括单层、多层、环形以及三维阵列的优势与劣势。 此外，本章还将介绍用于探测闪烁光子的关键器件——光电倍增管（PMT）和硅光电倍增管（SiPM）。我们将分析PMT和SiPM的结构、工作原理、性能指标（如增益、噪声、量子效率、响应时间等），并讨论它们在PET前端设计中的应用考量。特别地，SiPM因其紧凑的尺寸、低工作电压、优异的时间分辨率以及对磁场的免疫性，正日益成为PET前端设计的新趋势，本章将对其进行重点介绍。 第二章 PET前端集成电路设计挑战与需求分析 PET成像对前端集成电路提出了严苛的要求。本章将系统梳理这些挑战，并进行详细的需求分析，为后续的电路设计提供理论基础。 高通道密度与低功耗： 现代PET扫描仪往往集成成千上万个探测器单元，因此前端电路需要具备极高的通道密度，即在有限的体积内集成更多的功能。同时，为了保证设备的整体功耗可控，延长连续工作时间，每个通道的功耗必须尽可能低。 宽动态范围与高线性度： PET探测器接收到的信号幅度变化范围很大，从低能伽马射线到高能湮灭光子，都会产生不同强度的信号。前端电路需要能够准确采集并处理这些宽动态范围的信号，同时保持高线性度，避免信号失真。 优异的噪声性能： PET成像的信号非常微弱，任何不必要的噪声都会严重影响图像质量。前端放大器、滤波器和模数转换器（ADC）的设计必须追求极低的本底噪声。 高时间分辨率： PET成像的时戳（time-of-flight, TOF）技术能够显著提高图像的空间分辨率和信噪比。实现精确的时间测量，要求前端电路具备极高的时间分辨率，能够精确捕捉到湮灭光子的到达时间。 精确的能量测量： PET成像中，能量信息是区分真实湮灭事件和背景噪声、以及进行多谱成像的关键。前端电路需要能够精确测量每个光子沉积的能量。 抗电磁干扰（EMI）能力： PET设备通常会产生较强的电磁干扰，前端电路的设计需要具备良好的抗EMI能力，以防止外部干扰影响信号的准确采集。 集成与互连： 将大量的探测器单元和前端电路高效地集成在一起，是实现紧凑型PET设备的关键。本章将探讨不同集成方式，如传感器与ASIC的直接键合、多芯片模块（MCM）等。 第三章 前端信号调理电路设计 本章将深入探讨PET前端集成电路中至关重要的信号调理电路的设计。信号调理电路负责将探测器输出的原始信号进行放大、滤波和整形，以满足后续数字化处理的要求。 低噪声前置放大器（LNA）： LNA是信号链的第一级，其噪声性能直接决定了整个系统的信噪比。我们将分析不同类型的LNA拓扑结构（如跨阻放大器TIA、电压反馈放大器VFA等），重点讨论如何优化设计参数以实现极低的输入电压噪声和输入电流噪声，并满足宽带宽、高增益和低功耗的需求。 滤波器设计： 滤波器用于去除信号中的高频和低频噪声，提取有用的信号成分。我们将详细介绍不同类型的滤波器（如Butterworth、Chebyshev、Bessel等），并分析它们在PET信号处理中的适用性。本章将重点讨论实现高阶、低通、带通滤波器在集成电路中的设计方法，以及如何权衡滤波器的性能与功耗。 信号整形与峰值检测： 为了精确捕捉信号的幅度（能量信息）和到达时间（时间信息），信号需要进行适当的整形。我们将探讨各种信号整形器（如通用整形器、高精度整形器）的设计，以及如何实现高效的峰值检测器，以提取信号的最大幅度。 增益控制与衰减器： 针对PET成像宽动态范围的需求，本章将讨论如何设计可变增益放大器（VGA）和程控衰减器（PGA），以适应不同信号强度的输入，并确保信号始终处于ADC的最佳工作范围内。 第四章 时间测量与数字转换电路设计 高时间分辨率是实现TOF-PET成像的关键。本章将专注于实现精确时间测量的电路设计，以及将模拟信号转换为数字信号的ADC设计。 时间测量技术： 逐次逼近型ADC（SAR ADC）: 介绍SAR ADC的基本原理、结构以及在PET前端中的应用。重点分析如何通过优化采样保持电路、比较器和数字逻辑来实现高速、高精度的时间戳采集。 流水线型ADC（Pipeline ADC）: 探讨流水线型ADC的结构特点、设计优势以及在追求更高采样率时的应用。 Σ-Δ ADC: 分析Σ-Δ ADC的噪声整形原理，以及其在PET前端中实现高分辨率能量测量的潜力。 纳秒级时间分辨率电路： 时间-数字转换器（TDC）: 详细介绍不同TDC的实现原理，包括基于延迟链、多路径延迟线、Vernier延迟线等方法。我们将分析如何优化TDC的设计以达到纳秒甚至亚纳秒级的时间分辨率，并讨论其与探测器信号时序特性的匹配。 时间放大与比较技术： 探讨如何对微弱的探测器信号进行放大和快速比较，以精确地捕捉其上升沿或下降沿，从而获得准确的触发信号。 模数转换器（ADC）设计： ADC性能指标： 详细阐述ADC的关键性能指标，如分辨率（bits）、采样率（SPS）、有效位数（ENOB）、功耗等。 ADC架构选择： 分析不同ADC架构（如SAR、Pipeline、Flash、Σ-Δ）在PET前端中的适用性，根据具体需求（如能量分辨率、时间分辨率、通道数量、功耗限制）选择最合适的ADC架构。 低功耗ADC设计： 提出实现低功耗ADC的策略，如采用低压差分信号（LDVS）技术、优化时钟方案、共享ADC资源等。 数字后端接口： 简要介绍ADC输出数据与数字信号处理器（DSP）或现场可编程门阵列（FPGA）的接口设计，如LVDS、CMOS等接口标准。 第五章 集成电路实现技术与考虑 本章将从CMOS工艺技术出发，探讨PET前端集成电路的实现细节和关键考虑因素。 CMOS工艺选择与模型： 分析不同CMOS工艺节点（如90nm, 65nm, 45nm等）的特点，以及它们在功耗、速度、集成度、成本等方面的权衡。讨论如何选择合适的工艺模型来精确模拟电路性能。 模拟与数字混合信号设计： PET前端集成电路通常是混合信号电路，需要同时处理模拟和数字信号。本章将重点介绍模拟电路和数字电路在同一芯片上的布局、布线、电源隔离、时钟分配等方面的挑战与设计技巧。 电源管理与去耦： 高密度集成电路容易受到电源噪声的影响。本章将讨论有效的电源分配网络（PDN）设计、片上退耦电容的布局与选择，以及低压差分信号（LVDS）等技术在减少电源串扰方面的应用。 布局布线与版图设计： 详细讲解在集成电路版图中，模拟信号线、数字信号线、高频信号线、低频信号线以及电源线、地线等的合理布局与布线规则，以最小化寄生效应和串扰。 可靠性设计： 探讨电路在不同温度、电压、湿度等环境下的可靠性问题，如器件的老化、ESD（静电放电）防护、EMI防护等，并提出相应的可靠性设计策略。 IP核复用与验证： 介绍如何有效地利用预先设计的IP核来加速设计进程，以及进行全面的电路仿真与验证，确保设计的功能正确性和性能达标。 第六章 PET前端集成电路的先进技术与未来发展 本章将展望PET前端集成电路领域的最新研究进展和未来发展趋势。 低功耗与高能效设计： 讨论先进的低功耗设计技术，如亚阈值工作、动态电压频率调整（DVFS）、体偏置技术等，以及如何实现更高能效的信号采集与处理。 智能与自适应前端： 探索将人工智能（AI）或机器学习算法集成到前端电路中，实现智能化的事件筛选、噪声抑制和参数自适应调整，进一步提升成像质量和效率。 新型探测器与电路接口： 介绍新兴的PET探测器技术（如固态探测器、硅光电倍增管阵列等），以及与之匹配的新型集成电路接口设计。 全集成探测器与ASIC： 展望探测器与前端ASIC完全集成化的发展趋势，实现更小型化、更低功耗、更高性能的PET系统。 先进封装技术： 探讨3D堆叠、扇出晶圆级封装（Fan-out Wafer Level Packaging, FOWLP）等先进封装技术在提高集成度、降低互连延迟和改善散热方面的作用。 标准化与开放平台： 讨论建立PET前端集成电路的设计标准和开放平台的重要性，以促进技术的交流与合作，加速产业的发展。 本书旨在为从事PET成像技术、集成电路设计、医学物理等领域的科研人员、工程师和学生提供一本全面、深入的参考资料。通过对PET成像原理的深入理解，以及对前端集成电路设计关键技术和实践经验的系统阐述，读者能够掌握设计高性能、高效率PET前端集成电路的核心知识和技能，为推动PET成像技术的进步贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉是，作者是一位真正懂行并且富有创造力的设计者。我通常对技术书籍持谨慎态度，因为很多书籍要么过于理论化，要么过于浅显。但这部作品则恰到好处地找到了平衡点。它在理论深度上毫不妥协，但同时又紧密结合了实际的设计需求和挑战。书中关于信号放大、滤波、模数转换等关键环节的讨论，既有严谨的理论推导，又有对各种可行技术路径的深入分析。我尤其欣赏作者对于各种新兴技术在PET成像前端设计中应用的探讨，这让我看到了未来技术发展的可能性。书中对“高武”这一概念的引入，也赋予了这本书一种独特的文化底蕴，仿佛在暗示着在追求极致性能的道路上，需要一种“武”的精神，一种不断突破、精益求精的追求。这种精神上的激励，对于在技术前沿不断探索的工程师来说，是非常宝贵的。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的体会就是它提供了一个非常独特的视角来看待PET成像技术。作者似乎不像许多同行那样，仅仅关注某一个特定的技术点，而是试图构建一个更加宏观的图景，将前端集成电路设计置于整个PET成像系统的大背景下去考量。这一点非常难得，因为很多时候，我们在专注于技术细节时，容易忽略了技术背后的最终应用场景和系统整体的性能需求。这本书恰恰弥补了这一点，它提醒我们，即使是看似微小的电路设计，也可能对整个PET成像系统的灵敏度、分辨率、采集速度乃至最终的成像质量产生深远的影响。书中对于不同设计方案的权衡和取舍的分析，也让我受益匪浅。它让我认识到，在实际设计中，没有绝对最优的方案，只有最适合特定需求的方案，而如何找到这个“最适合”，需要对技术、成本、功耗等多方面因素进行综合考量。这本书的叙述方式也很吸引人，它并非枯燥的技术堆砌，而是通过逻辑清晰的论述，将复杂的概念层层剥开，直至清晰呈现。

评分☆☆☆☆☆

从专业角度来看，这本书的贡献是显著的。作者在PET成像前端集成电路设计这一高度专业化的领域，展现出了非凡的洞察力和技术实力。书中的讨论非常具体，涉及到许多目前行业内关注的重点和难点。我印象深刻的是，作者在论述过程中，能够将复杂的物理原理、电路理论与实际的工程实现紧密联系起来。对于那些长期在这个领域深耕的专业人士而言，这本书无疑提供了一个非常宝贵的高阶参考。它不仅能够帮助读者巩固和深化现有的知识体系，更能提供一些鲜为人知的技术诀窍和设计优化策略。我尤其欣赏作者在处理信号噪声、功耗优化以及集成度提升等方面的论述，这些都是PET成像前端设计的关键考量因素，而书中对这些问题的讨论，既有深度又有广度，能够满足不同层次读者的需求。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的评价可以用“启发性”来概括。在我看来，这本书最重要的价值在于它能够激发读者的思考，而不是简单地灌输知识。作者在书中提出的一些观点和方法，虽然我不能在此一一赘述，但它们确实打开了我新的思路。我开始从不同的角度审视我目前在PET成像前端设计中遇到的瓶颈，并尝试运用书中提出的某些抽象的解决框架来分析问题。这种“举一反三”的能力，正是从一本优秀的技术书籍中能够获得的宝贵财富。书中对整个设计流程的梳理，也帮助我系统性地认识到，一个完整的PET成像前端集成电路设计，需要协调多个子系统，并且每一个子系统都有其独特的设计挑战。我尤其喜欢书中在讨论设计细节时，所展现出的那种严谨而又灵活的思维方式。

评分☆☆☆☆☆

收到！我将以读者的口吻，为您的图书《PET成像前端集成电路设计 高武》撰写五段不包含具体内容的、风格各异的图书评价。 这部作品的出现，无疑为PET成像领域的研究者和工程师们带来了新的思路和方法。我拿到这本书的第一感受就是它的深度和广度。作者在前端集成电路设计这一细分领域，深入挖掘了技术发展的脉络，并将其与PET成像这一前沿应用紧密结合。在阅读过程中，我能明显感受到作者对整个PET成像系统架构的深刻理解，以及他如何在前端电路层面优化信号采集、处理的每一个环节。从早期的模拟前端到如今的数字信号处理，这本书系统地梳理了技术演进的逻辑，并对未来的发展趋势进行了前瞻性的预测。尤其让我印象深刻的是，书中不仅仅停留在理论层面，还穿插了大量的工程实践案例和设计思路，这些都极大地提升了这本书的实用价值。对于那些希望在PET成像前端设计领域有所建树的学者和工程师来说，这本书无疑是不可多得的宝贵参考资料。它不仅能够帮助读者建立起扎实的基础理论知识，更能提供解决实际工程问题的灵感和指导。我迫不及待地想将书中的一些设计理念应用到我目前的项目中，相信一定会带来显著的提升。