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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• 核医学

店铺： 炫丽之舞图书专营店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121311253

商品编码：29657829526

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》 内容简介 本书聚焦于正电子发射断层成像（PET）系统中至关重要的前端电子学设计，旨在为读者提供一个全面深入的理论框架和实践指导。PET成像作为一种无创、高灵敏度的核医学成像技术，在疾病诊断、药物研发、神经科学研究等领域发挥着不可替代的作用。其成像质量和效率很大程度上取决于前端电子学的设计水平，包括探测器接口、信号采集、数据处理以及与后端系统的集成。本书将层层剥茧，详细阐述PET成像前端集成电路设计的关键技术、挑战与解决方案。 第一章 绪论：PET成像与前端电子学的重要性 本章首先简要回顾PET成像的基本原理，包括放射性同位素的衰变、正电子的湮灭、伽马光子的产生以及探测器的工作机制。在此基础上，着重强调前端电子学在PET系统中的核心地位。读者将了解到，高性能的前端电子学设计能够显著提升PET系统的空间分辨率、时间分辨率、灵敏度和计数率能力，从而直接影响成像质量和临床应用价值。本章还会探讨PET成像技术的发展趋势，以及对前端电子学设计提出的新要求，例如更高集成度、更低功耗、更强抗干扰能力和更快的信号处理速度。 第二章 PET探测器与信号特性分析 本章深入剖析PET系统中常用的探测器类型，如闪烁体探测器（包括卤化物晶体和硅光电倍增管）以及其工作原理。重点分析了从探测器输出的信号特性，包括脉冲形状、幅值、持续时间、噪声成分以及各种影响因素（如温度、电压、探测器批次差异等）。理解这些信号特性是设计有效信号处理电路的基础。我们将详细介绍信号的时域和频域特性，以及如何通过模型来描述这些特性，为后续的电路设计提供理论依据。 第三章 低噪声信号放大电路设计 PET探测器输出的信号通常非常微弱，并且容易受到各种噪声的干扰。因此，低噪声信号放大电路是PET前端设计的首要环节。本章将详细阐述各种低噪声放大器的设计原理与实现技术，包括跨阻放大器（TIA）、跨导放大器（Gm-C）、运算放大器（Op-amp）等。我们将重点关注噪声分析，包括热噪声、散粒噪声、闪烁噪声等，并介绍如何通过器件选择、电路拓扑优化、反馈网络设计等方法来最大程度地降低噪声。此外，本章还会探讨放大器的带宽、增益、稳定性以及线性度等关键性能指标的设计考量。 第四章 滤波与整形电路设计 从探测器输出的原始信号包含了大量的噪声成分，需要通过滤波来抑制这些噪声，并将其整形为适合后续模数转换（ADC）或时间测量单元（TDC）处理的信号。本章将深入介绍各种滤波器的设计，包括低通滤波器、带通滤波器、陷波滤波器等。我们将探讨模拟滤波器和数字滤波器的优缺点，以及在PET前端设计中的适用场景。此外，本章还将详细讲解信号整形技术，如微分器、积分器、峰值检测器等，以及它们如何将探测器输出的脉冲信号转化为具有稳定幅度和宽度的脉冲，以便于精确的时间和能量测量。 第五章 时间测量与同步电路设计 PET成像的一个重要维度是时间信息，通过测量两个伽马光子的到达时间差（Time of Flight, TOF），可以显著提高图像质量。本章将专注于时间测量电路的设计，包括时间数字转换器（TDC）的原理、结构与设计。我们将详细介绍TDC的各种实现方式，如基于延迟线、基于电荷共享、基于闪存锁环（DLL）等，并分析其分辨率、非线性度和功耗。此外，本章还将讨论如何设计高精度的时钟同步电路，以确保整个PET系统各模块之间的时间一致性，以及如何进行时间校准，以补偿信号传播延迟和探测器差异。 第六章 能量测量与信号幅度处理 除了时间信息，伽马光子的能量信息对于区分PET信号与背景噪声、以及识别特定衰变过程也至关重要。本章将深入探讨能量测量电路的设计，包括模拟积分器、峰值保持电路以及后续的模数转换（ADC）设计。我们将分析ADC的采样率、分辨率、线性度等关键参数，并介绍如何在有限的资源下实现高性能的能量测量。此外，本章还将讨论信号幅度处理的技术，例如幅度归一化、幅度补偿等，以消除因探测器差异和信号衰减带来的幅度变化，确保能量测量的准确性。 第七章 数据采集与预处理电路 PET系统在单位时间内产生的事件数量巨大，前端电子学需要高效地采集和预处理这些数据。本章将介绍数据采集（DAQ）系统的设计，包括多通道并行采集、数据缓冲、事件打包等。我们将深入讲解如何设计高效的数字逻辑电路，如状态机、FIFO（先进先出）缓冲器等，以实现高速、低延迟的数据传输。此外，本章还将讨论前端数据预处理技术，如坏点剔除、死时间修正、增益补偿等，这些预处理能够显著减轻后端处理器负担，并提高图像重建的准确性。 第八章 低功耗与高集成度设计技术 随着PET系统向更紧凑、更便携的方向发展，低功耗和高集成度成为前端电子学设计的重要考量。本章将探讨多种降低功耗的技术，例如采用低功耗器件、优化电路工作点、使用脉冲式工作模式、以及电源管理技术等。同时，本章还将介绍高集成度设计的方法，包括CMOS技术在模拟和数字电路设计中的应用，以及如何通过混合信号集成电路（MSIC）设计来减小电路尺寸、降低寄生参数和提高性能。我们将讨论布线、版图设计以及电磁兼容性（EMC）等关键方面。 第九章 噪声抑制与抗干扰技术 PET前端电路容易受到各种噪声的干扰，包括来自电源、时钟、其他电子设备的电磁干扰（EMI），以及探测器本身的固有噪声。本章将系统性地介绍噪声抑制与抗干扰的技术。在电路设计层面，我们将探讨屏蔽、接地、滤波、差分信号传输等方法。在系统层面，我们将讨论如何优化PCB布局，减少信号耦合，以及如何采用差分时钟和数据传输来提高系统的抗干扰能力。此外，本章还将介绍电磁兼容性（EMC）设计原则，确保前端电路在复杂的电磁环境中稳定可靠地工作。 第十章 仿真与验证工具 在集成电路设计过程中，仿真与验证是必不可少的环节。本章将介绍PET前端集成电路设计中常用的仿真工具和验证方法。我们将涵盖电路级仿真（如SPICE仿真）、系统级仿真以及版图验证等。读者将了解如何使用这些工具来预测电路性能、发现设计缺陷，并最终确保设计的鲁棒性和可靠性。本章还将讨论寄生参数提取、功耗分析以及时序分析等验证过程。 第十一章 实例分析与未来展望 为了帮助读者更好地理解理论知识，本章将通过实际案例来展示PET成像前端集成电路设计的具体应用。我们将选取一些具有代表性的设计方案，详细分析其设计思路、性能指标以及面临的挑战。最后，本章将对PET成像前端集成电路设计的未来发展趋势进行展望，包括更高性能的探测器接口、更智能化的数据处理、更高效的功耗管理以及与新兴技术的融合，如人工智能在数据分析中的应用等。 本书旨在为从事PET成像设备研发、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套系统、完整、实用的技术指南。通过阅读本书，读者将能够深入理解PET成像前端集成电路设计的复杂性与挑战，掌握先进的设计理念与实现技术，从而为开发新一代高性能PET成像系统奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

最后，尽管这本书在某些技术细节上可以更丰富，但其整体的系统性结构还是值得肯定的。它成功地勾勒出了从光电信号捕获到数字事件输出的完整路径。对于那些已经具备一定模拟电路和数字逻辑基础，并希望跨入医疗成像专用IC设计领域的工程师而言，这本书提供了一个不错的路线图。如果能针对不同的PET模态（如PET/CT、PET/MR）的特殊需求，增加专门的章节来讨论跨模态兼容性带来的电路设计挑战，比如磁场对前端电路的影响，或者在超低功耗要求下如何权衡性能，相信其价值会更上一层楼。总而言之，这是一本有深度、有专业性的参考资料，但它更像是一份结构严谨的课程大纲，而非手把手教学的工具书。

评分☆☆☆☆☆

从工程实践的角度来看，这本书在系统集成与验证方面的经验分享相对不足。集成电路设计不仅仅是仿真和流片，更涉及到与探测器阵列、电源管理单元（PMU）以及后端计算平台的复杂交互。我期待看到更多关于PCB布局的关键原则，比如如何处理地平面设计以最小化高频噪声耦合，以及在多通道系统中如何保证通道间的一致性。书中对ESD保护和EMC/EMI测试的探讨也显得过于表面化，这对于任何需要通过医疗设备认证的芯片设计而言，都是生死攸关的环节。一个优秀的参考书理应包含一些“血泪教训”式的案例分析，比如某个具体的噪声源是如何被定位和消除的，或者在某个特定的工艺节点下面临的功耗和热管理挑战。目前的内容更偏向于“理想化”的设计流程，缺乏对真实世界中不完美因素的应对之道。

评分☆☆☆☆☆

深入到电路设计的具体章节，我感觉作者在模拟前端（AFE）部分的处理上展现了扎实的功底，尤其是在低噪声放大器（LNA）和脉冲整形滤波器（Shaping Filter）的设计权衡上，提供了不少实用的见解。然而，在高速数据采集与模数转换器（ADC）的接口部分，内容的层次感略有欠缺。PET系统对时间分辨率的要求极高，这直接关系到时间飞行（TOF）测量的精度。书中虽然提到了时间数字转换器（TDC）的重要性，但对于如何在高增益、高带宽的模拟链之后，有效抑制串扰、消除基线漂移，并确保ADC采样时序的精确同步，这些“魔鬼细节”的讨论稍显单薄。我期望看到更多关于不同ADC架构（如Pipeline, SAR）在PET应用场景下的优劣对比，以及如何通过片上（On-chip）校准技术来应对温度漂移和器件老化对时间窗一致性的破坏，这些是实际产品化中最为头疼的问题。

评分☆☆☆☆☆

关于数字信号处理（DSP）和FPGA实现的部分，内容显得有些过于概括化。PET系统的实时事件处理能力是其核心竞争力之一，这涉及到复杂的时间戳匹配、能量重建以及事件筛选。书中对这些算法的硬件加速策略阐述不够深入。例如，在描述如何利用FPGA实现并行化的时间戳处理流水线时，如果能提供具体的Verilog/VHDL代码片段或者更详细的状态机描述，对比不同的并行度策略对系统延迟的影响，那将是极具价值的参考。目前的描述更像是一个高层的功能列表，缺乏深入到寄存器传输级（RTL）的细节，这使得有志于FPGA开发或嵌入式系统设计的读者，难以将书本知识直接转化为可验证的设计。特别是对于先进的深度学习在PET图像增强中的应用趋势，书中似乎没有给予足够的关注，这在当前快速迭代的医疗影像领域是一个明显的疏漏。

评分☆☆☆☆☆

这本《PET成像前端集成电路设计》的书籍，从我一个初涉数字信号处理领域的读者的角度来看，内容编排和深度上都有值得探讨之处。首先，我注意到书中对于PET成像基础原理的介绍篇幅相对有限，更多地聚焦于后续的电子学实现层面。这对于希望全面了解PET系统工作机制的读者来说，可能略显不足。如果能在开篇部分，更系统、更详尽地阐述放射源、探测器响应、时间分辨以及能量窗设定等关键物理概念，并用直观的图示来辅助说明，那么读者在理解后续电路设计时，就能建立一个更坚实的理论基础。例如，在讨论如何从光电倍增管（PMT）或硅光电倍增管（SiPM）的模拟信号中提取有效信息时，如果能更深入地剖析噪声源的特性及其对重建图像质量的影响，而不是仅仅停留在电路框图的层面，我想会更有帮助。目前的结构更倾向于一个成熟的工程师手册，对新手不太友好，需要读者自行补齐前端物理背景知识。