PET成像前端集成电路设计 9787121311253 电子工业出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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高武 著

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• 电子工业出版社
• 9787121311253
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店铺： 花晨月夕图书专营店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121311253

商品编码：29579787841

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成像前端集成电路设计：探索高性能探测器与信号处理的融合之道》 简介： 正电子发射断层成像（PET）作为一种先进的医学影像技术，在疾病诊断、药物研发和生物医学研究等领域扮演着至关重要的角色。其核心在于探测由放射性示踪剂衰变产生的湮灭光子，并将其转化为可解析的图像信息。而PET成像系统的性能，很大程度上取决于前端集成电路的设计。前端电路直接面对探测器输出的微弱、高速信号，其设计水平决定了探测效率、空间分辨率、时间分辨率以及系统的信噪比等关键指标。 本书深入探讨了PET成像前端集成电路设计的核心技术与前沿进展，旨在为从事PET系统研发、集成电路设计以及相关领域的科研人员和工程师提供一份详实的技术指南。我们不仅关注单个器件的性能提升，更着重于系统层面的优化，力求实现探测器、模拟前端、数字信号处理以及系统集成的高效协同。 第一部分：PET成像原理与探测器技术基础 在深入集成电路设计之前，理解PET成像的基本原理是必不可少的。本部分将从原子核衰变、正电子发射、湮灭过程、光子探测机制等方面，系统阐述PET成像的物理基础。我们将详细介绍不同类型的PET探测器，包括闪烁体材料（如LSO, BGO, LaBr3等）的特性、光电转换器件（如光电倍增管PMT, 硅光电倍增管SiPM）的工作原理及其在PET系统中的应用。特别是SiPM作为一种新型固态探测器，以其紧凑的尺寸、高探测效率、低工作电压等优势，正逐渐成为PET前端电路设计的重要考量对象。我们将深入分析各种探测器类型在性能上的权衡，以及它们对前端电路提出的具体设计要求。 第二部分：高性能模拟前端电路设计 模拟前端电路是PET信号链的起点，它负责接收探测器输出的微弱、快速脉冲信号，并对其进行放大、整形、滤波等处理，以提取有用的信息并抑制噪声。本部分将围绕以下关键环节展开： 电荷/电压灵敏放大器设计： 探讨如何设计低噪声、宽带宽的放大器，以有效放大探测器输出的毫伏级脉冲信号。我们将分析不同拓扑结构（如跨阻放大器、电压放大器）的优缺点，并重点介绍如何优化器件选择、布局布线以及反馈网络设计，以达到最佳的噪声性能和稳定性。 信号整形与滤波： PET探测器输出的脉冲信号往往带有一定的展宽和噪声，需要通过整形电路来获得更清晰、更易于后续数字处理的脉冲。本部分将介绍多种整形器设计技术，如CR-RC整形、高斯整形等，并分析它们在提高时间分辨率和区分相邻脉冲方面的作用。同时，我们将探讨如何设计低通滤波器，以抑制高频噪声，提升信噪比。 阈值设定与幅度-数字转换（ADC）： 为了区分真实的湮灭事件和噪声，需要设定合适的阈值。本部分将介绍基于模拟比较器或数字逻辑的阈值判断技术。对于需要进行幅度测量以实现能量测量的应用，我们将深入分析ADC的选择与设计，包括采样率、分辨率、功耗等关键参数的权衡，以及如何针对PET信号的特点选择合适的ADC架构，如逐次逼近型ADC（SAR ADC）或流水线型ADC。 低功耗设计与噪声抑制技术： PET系统通常包含大量的探测器和前端电路，其总功耗是一个重要的考量因素。本部分将探讨各种低功耗设计策略，如使用低功耗器件、电源管理技术、动态电压/频率调整等。同时，我们将深入研究各种噪声来源（如热噪声、散粒噪声、EMI干扰等），并提出有效的噪声抑制技术，包括屏蔽、接地、滤波以及差分信号传输等。 第三部分：数字信号处理与事件数据采集 模拟前端输出的数字信号需要经过进一步的数字信号处理，以提取事件的精确时间、能量信息，并最终形成事件列表。本部分将聚焦于数字前端的设计： 时间测量技术： 精确的时间信息对于实现时间飞行（TOF）PET至关重要，它能够显著提高图像重建的信噪比和空间分辨率。本部分将详细介绍各种时间测量技术，如基于延迟线、计数器、数字延迟锁定环（DLL）或模拟/数字混合时间测量单元（TDC/ TDC-ADC）等。我们将分析不同技术在精度、功耗、成本等方面的权衡，并探讨如何在FPGA或ASIC平台上高效实现这些时间测量算法。 能量测量与数字滤波： 除了时间信息，事件的能量信息也对区分不同衰变过程和抑制散射事件至关重要。本部分将探讨如何通过数字滤波和峰值检测算法，从数字化信号中精确提取事件的能量。我们将介绍各种数字滤波器的设计，如FIR滤波器和IIR滤波器，并分析其在抑制噪声、提取峰值方面的性能。 事件触发与数据压缩： 在高计数率的PET系统中，能够快速准确地判断一个有效事件的发生并进行数据编码是挑战。本部分将讨论各种触发机制的设计，包括软件触发和硬件触发，以及如何设计高效的数据编码和压缩算法，以减少数据传输带宽和存储需求。 FPGA与ASIC在数字前端中的应用： 介绍如何在现场可编程门阵列（FPGA）和专用集成电路（ASIC）平台上实现数字信号处理算法。我们将对比FPGA和ASIC在灵活性、性能、功耗、成本等方面的优劣，并给出针对不同应用场景的选型建议。 第四部分：系统集成与测试验证 前端集成电路的设计并非孤立的环节，它需要与探测器、后端数据采集系统以及整体PET成像系统紧密结合。本部分将关注系统层面的集成与验证： 探测器与前端接口设计： 详细讨论探测器输出接口与模拟前端输入接口的设计，包括信号耦合方式、阻抗匹配、信号完整性等。 多通道前端集成与时钟同步： PET系统通常包含成百上千个探测器通道，如何高效地集成这些通道，并保证它们之间精确的时钟同步，是保证系统整体性能的关键。本部分将探讨多通道前端的设计挑战，如串扰抑制、功耗管理、PCB布局等，以及实现高精度时钟同步的技术。 系统级测试与性能评估： 介绍PET前端集成电路的测试方法与流程，包括单元测试、模块测试和系统集成测试。我们将阐述如何通过各种性能指标（如探测效率、空间分辨率、时间分辨率、能量分辨率、信噪比、计数率性能等）来评估前端电路的设计水平，并提供相关的测试设备和技术。 面向特定应用的优化： 针对不同类型的PET系统（如全身PET、PET-MRI、PET-CT、微型PET等）和应用需求（如科研、临床诊断、车载等），讨论前端集成电路设计的优化方向和策略。 总结： 本书力求以系统化的视角，全面深入地剖析PET成像前端集成电路设计的方方面面。我们不仅提供理论上的深度解析，更融入了丰富的工程实践经验与前沿技术动态，旨在帮助读者掌握从器件选择、电路设计到系统集成、性能优化的全流程技能。通过对本书的学习，读者将能够更好地理解PET成像系统的核心技术瓶颈，并为开发更高性能、更低成本、更低功耗的PET前端集成电路提供坚实的理论基础和实践指导。我们希望本书能够成为PET成像领域研究者和工程师们宝贵的参考工具，共同推动PET成像技术的进步与发展。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我买这本书的初衷是想找点实用的项目参考，看看有没有可以直接套用的设计流程或者具体的IP核实现案例。这本书的深度显然是面向专业研究人员和资深工程师的，那些关于低噪声放大器（LNA）的跨导优化、阈值电压的精确控制，以及如何在极低功耗下保证高动态范围的讨论，都体现了作者深厚的理论功底和丰富的工程实践经验。我个人对其中关于新型电荷敏感放大器（CSA）架构的探讨特别感兴趣，它不仅仅是简单地堆砌技术指标，而是深入剖析了不同拓扑结构在特定应用场景下的性能权衡。阅读过程中，我反复对比了书中提到的几种主流设计范式，思考着它们在未来PET系统小型化和便携化趋势下的潜力。这本书的价值在于它提供了一个思考的框架，引导读者去探索技术边界，而不是仅仅停留在已有的标准之上，这种前瞻性是很多教材所不具备的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计着实吸引人，那种深邃的蓝色调，搭配着精密复杂的电路图纹理，一下子就让人联想到高精尖的科技前沿。我翻开第一页，就被那种严谨的学术氛围所笼罩。虽然我不是专门研究PET成像前端的，但作为一名对集成电路设计抱有浓厚兴趣的工程师，我总想看看行业内是如何将复杂的物理探测与微电子技术巧妙地结合在一起的。这本书的排版非常清晰，图文并茂，即便是涉及一些高深莫测的模拟电路理论，作者也能用相对直观的图示来辅助理解，这对于我们这些需要跨领域学习的人来说，无疑是巨大的福音。我尤其欣赏其中关于噪声分析和信号完整性处理的部分，那些公式和推导看得我心潮澎湃，仿佛自己就在无尘室里打磨着每一个晶体管的性能参数。它不仅仅是一本技术手册，更像是一部关于如何用硅片去“聆听”生命奥秘的史诗，每一个章节都充满了对极致性能的不懈追求。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，好的技术书籍应该像一位耐心的导师，在你困惑时指点迷津，在你迷茫时提供清晰的路径。这本书给我的感觉就是如此。我最近正在做一个与高速数据采集相关的项目，虽然不是直接针对PET，但其中涉及到高精度ADC接口的设计，与书中所述的前端信号调理电路有着异曲同工之妙。书中对串扰抑制和电磁兼容性（EMC）的详细论述，简直就是“救命稻草”。我发现自己过去在设计中忽略的一些细节，比如地线的划分策略和电源去耦网络的优化，在这本书里都有非常详尽的案例分析和理论支撑。读完关于PCB布局对系统噪声影响的那一章后，我立刻回去修改了我的原型板布局，效果立竿见影。这种能够即时转化成工程实践的知识，才是最宝贵的财富。

评分☆☆☆☆☆

从装帧和印刷质量来看，这本教材的制作水平非常高，这在专业技术书籍中并不常见，往往很多硬核书籍在纸张和墨水上会显得比较敷衍。高质量的印刷使得那些密集的数学符号和复杂的电路图能够被清晰、准确地呈现出来，这极大地减轻了长时间阅读带来的视觉疲劳。此外，书中的参考文献列表也展现了作者的广博视野，包含了大量最新的国际会议和期刊论文，这为读者后续进行更深入的学术探索铺平了道路。总的来说，这本书不仅仅是一份关于PET成像前端设计的参考资料，更像是进入尖端微电子设计领域的一张高质量门票，它所蕴含的知识密度和工程智慧，足以支撑一个人在相关领域深耕数年，非常值得收藏和反复研读。

评分☆☆☆☆☆

这本书的学术严谨性毋庸置疑，但更难得的是它对“集成”二字的深刻理解。在现代电子系统中，前端电路的设计绝非孤立的性能竞赛，它必须与后端的数字信号处理（DSP）和系统级的能耗管理紧密耦合。书中对异步操作和时钟域交叉的讨论，虽然篇幅不算大，但切中要害，揭示了在实际芯片设计中，最容易被理论模型忽略的“灰色地带”。我过去总是在纯模拟部分做得很好，但在与数字部分的接口处频频碰壁，这本书似乎早就预料到了这种困境，并提供了切实可行的解决方案和设计哲学。它让我明白，设计一个成功的系统，需要的是一种“系统级思维”，而不是单纯的模块堆砌，这种理念的提升，对我后续的工作思路产生了深远的影响。