PET成像前端集成電路設計 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
• 醫學影像
• 射頻電路
• 低噪聲放大器
• 模數轉換器
• 信號處理
• 核醫學

店鋪： 炫麗之舞圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121311253

商品編碼：29657829526

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

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》 內容簡介 本書聚焦於正電子發射斷層成像（PET）係統中至關重要的前端電子學設計，旨在為讀者提供一個全麵深入的理論框架和實踐指導。PET成像作為一種無創、高靈敏度的核醫學成像技術，在疾病診斷、藥物研發、神經科學研究等領域發揮著不可替代的作用。其成像質量和效率很大程度上取決於前端電子學的設計水平，包括探測器接口、信號采集、數據處理以及與後端係統的集成。本書將層層剝繭，詳細闡述PET成像前端集成電路設計的關鍵技術、挑戰與解決方案。 第一章 緒論：PET成像與前端電子學的重要性 本章首先簡要迴顧PET成像的基本原理，包括放射性同位素的衰變、正電子的湮滅、伽馬光子的産生以及探測器的工作機製。在此基礎上，著重強調前端電子學在PET係統中的核心地位。讀者將瞭解到，高性能的前端電子學設計能夠顯著提升PET係統的空間分辨率、時間分辨率、靈敏度和計數率能力，從而直接影響成像質量和臨床應用價值。本章還會探討PET成像技術的發展趨勢，以及對前端電子學設計提齣的新要求，例如更高集成度、更低功耗、更強抗乾擾能力和更快的信號處理速度。 第二章 PET探測器與信號特性分析 本章深入剖析PET係統中常用的探測器類型，如閃爍體探測器（包括鹵化物晶體和矽光電倍增管）以及其工作原理。重點分析瞭從探測器輸齣的信號特性，包括脈衝形狀、幅值、持續時間、噪聲成分以及各種影響因素（如溫度、電壓、探測器批次差異等）。理解這些信號特性是設計有效信號處理電路的基礎。我們將詳細介紹信號的時域和頻域特性，以及如何通過模型來描述這些特性，為後續的電路設計提供理論依據。 第三章 低噪聲信號放大電路設計 PET探測器輸齣的信號通常非常微弱，並且容易受到各種噪聲的乾擾。因此，低噪聲信號放大電路是PET前端設計的首要環節。本章將詳細闡述各種低噪聲放大器的設計原理與實現技術，包括跨阻放大器（TIA）、跨導放大器（Gm-C）、運算放大器（Op-amp）等。我們將重點關注噪聲分析，包括熱噪聲、散粒噪聲、閃爍噪聲等，並介紹如何通過器件選擇、電路拓撲優化、反饋網絡設計等方法來最大程度地降低噪聲。此外，本章還會探討放大器的帶寬、增益、穩定性以及綫性度等關鍵性能指標的設計考量。 第四章 濾波與整形電路設計 從探測器輸齣的原始信號包含瞭大量的噪聲成分，需要通過濾波來抑製這些噪聲，並將其整形為適閤後續模數轉換（ADC）或時間測量單元（TDC）處理的信號。本章將深入介紹各種濾波器的設計，包括低通濾波器、帶通濾波器、陷波濾波器等。我們將探討模擬濾波器和數字濾波器的優缺點，以及在PET前端設計中的適用場景。此外，本章還將詳細講解信號整形技術，如微分器、積分器、峰值檢測器等，以及它們如何將探測器輸齣的脈衝信號轉化為具有穩定幅度和寬度的脈衝，以便於精確的時間和能量測量。 第五章 時間測量與同步電路設計 PET成像的一個重要維度是時間信息，通過測量兩個伽馬光子的到達時間差（Time of Flight, TOF），可以顯著提高圖像質量。本章將專注於時間測量電路的設計，包括時間數字轉換器（TDC）的原理、結構與設計。我們將詳細介紹TDC的各種實現方式，如基於延遲綫、基於電荷共享、基於閃存鎖環（DLL）等，並分析其分辨率、非綫性度和功耗。此外，本章還將討論如何設計高精度的時鍾同步電路，以確保整個PET係統各模塊之間的時間一緻性，以及如何進行時間校準，以補償信號傳播延遲和探測器差異。 第六章 能量測量與信號幅度處理 除瞭時間信息，伽馬光子的能量信息對於區分PET信號與背景噪聲、以及識彆特定衰變過程也至關重要。本章將深入探討能量測量電路的設計，包括模擬積分器、峰值保持電路以及後續的模數轉換（ADC）設計。我們將分析ADC的采樣率、分辨率、綫性度等關鍵參數，並介紹如何在有限的資源下實現高性能的能量測量。此外，本章還將討論信號幅度處理的技術，例如幅度歸一化、幅度補償等，以消除因探測器差異和信號衰減帶來的幅度變化，確保能量測量的準確性。 第七章 數據采集與預處理電路 PET係統在單位時間內産生的事件數量巨大，前端電子學需要高效地采集和預處理這些數據。本章將介紹數據采集（DAQ）係統的設計，包括多通道並行采集、數據緩衝、事件打包等。我們將深入講解如何設計高效的數字邏輯電路，如狀態機、FIFO（先進先齣）緩衝器等，以實現高速、低延遲的數據傳輸。此外，本章還將討論前端數據預處理技術，如壞點剔除、死時間修正、增益補償等，這些預處理能夠顯著減輕後端處理器負擔，並提高圖像重建的準確性。 第八章 低功耗與高集成度設計技術 隨著PET係統嚮更緊湊、更便攜的方嚮發展，低功耗和高集成度成為前端電子學設計的重要考量。本章將探討多種降低功耗的技術，例如采用低功耗器件、優化電路工作點、使用脈衝式工作模式、以及電源管理技術等。同時，本章還將介紹高集成度設計的方法，包括CMOS技術在模擬和數字電路設計中的應用，以及如何通過混閤信號集成電路（MSIC）設計來減小電路尺寸、降低寄生參數和提高性能。我們將討論布綫、版圖設計以及電磁兼容性（EMC）等關鍵方麵。 第九章 噪聲抑製與抗乾擾技術 PET前端電路容易受到各種噪聲的乾擾，包括來自電源、時鍾、其他電子設備的電磁乾擾（EMI），以及探測器本身的固有噪聲。本章將係統性地介紹噪聲抑製與抗乾擾的技術。在電路設計層麵，我們將探討屏蔽、接地、濾波、差分信號傳輸等方法。在係統層麵，我們將討論如何優化PCB布局，減少信號耦閤，以及如何采用差分時鍾和數據傳輸來提高係統的抗乾擾能力。此外，本章還將介紹電磁兼容性（EMC）設計原則，確保前端電路在復雜的電磁環境中穩定可靠地工作。 第十章 仿真與驗證工具 在集成電路設計過程中，仿真與驗證是必不可少的環節。本章將介紹PET前端集成電路設計中常用的仿真工具和驗證方法。我們將涵蓋電路級仿真（如SPICE仿真）、係統級仿真以及版圖驗證等。讀者將瞭解如何使用這些工具來預測電路性能、發現設計缺陷，並最終確保設計的魯棒性和可靠性。本章還將討論寄生參數提取、功耗分析以及時序分析等驗證過程。 第十一章 實例分析與未來展望 為瞭幫助讀者更好地理解理論知識，本章將通過實際案例來展示PET成像前端集成電路設計的具體應用。我們將選取一些具有代錶性的設計方案，詳細分析其設計思路、性能指標以及麵臨的挑戰。最後，本章將對PET成像前端集成電路設計的未來發展趨勢進行展望，包括更高性能的探測器接口、更智能化的數據處理、更高效的功耗管理以及與新興技術的融閤，如人工智能在數據分析中的應用等。 本書旨在為從事PET成像設備研發、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套係統、完整、實用的技術指南。通過閱讀本書，讀者將能夠深入理解PET成像前端集成電路設計的復雜性與挑戰，掌握先進的設計理念與實現技術，從而為開發新一代高性能PET成像係統奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本《PET成像前端集成電路設計》的書籍，從我一個初涉數字信號處理領域的讀者的角度來看，內容編排和深度上都有值得探討之處。首先，我注意到書中對於PET成像基礎原理的介紹篇幅相對有限，更多地聚焦於後續的電子學實現層麵。這對於希望全麵瞭解PET係統工作機製的讀者來說，可能略顯不足。如果能在開篇部分，更係統、更詳盡地闡述放射源、探測器響應、時間分辨以及能量窗設定等關鍵物理概念，並用直觀的圖示來輔助說明，那麼讀者在理解後續電路設計時，就能建立一個更堅實的理論基礎。例如，在討論如何從光電倍增管（PMT）或矽光電倍增管（SiPM）的模擬信號中提取有效信息時，如果能更深入地剖析噪聲源的特性及其對重建圖像質量的影響，而不是僅僅停留在電路框圖的層麵，我想會更有幫助。目前的結構更傾嚮於一個成熟的工程師手冊，對新手不太友好，需要讀者自行補齊前端物理背景知識。

評分☆☆☆☆☆

關於數字信號處理（DSP）和FPGA實現的部分，內容顯得有些過於概括化。PET係統的實時事件處理能力是其核心競爭力之一，這涉及到復雜的時間戳匹配、能量重建以及事件篩選。書中對這些算法的硬件加速策略闡述不夠深入。例如，在描述如何利用FPGA實現並行化的時間戳處理流水綫時，如果能提供具體的Verilog/VHDL代碼片段或者更詳細的狀態機描述，對比不同的並行度策略對係統延遲的影響，那將是極具價值的參考。目前的描述更像是一個高層的功能列錶，缺乏深入到寄存器傳輸級（RTL）的細節，這使得有誌於FPGA開發或嵌入式係統設計的讀者，難以將書本知識直接轉化為可驗證的設計。特彆是對於先進的深度學習在PET圖像增強中的應用趨勢，書中似乎沒有給予足夠的關注，這在當前快速迭代的醫療影像領域是一個明顯的疏漏。

評分☆☆☆☆☆

最後，盡管這本書在某些技術細節上可以更豐富，但其整體的係統性結構還是值得肯定的。它成功地勾勒齣瞭從光電信號捕獲到數字事件輸齣的完整路徑。對於那些已經具備一定模擬電路和數字邏輯基礎，並希望跨入醫療成像專用IC設計領域的工程師而言，這本書提供瞭一個不錯的路綫圖。如果能針對不同的PET模態（如PET/CT、PET/MR）的特殊需求，增加專門的章節來討論跨模態兼容性帶來的電路設計挑戰，比如磁場對前端電路的影響，或者在超低功耗要求下如何權衡性能，相信其價值會更上一層樓。總而言之，這是一本有深度、有專業性的參考資料，但它更像是一份結構嚴謹的課程大綱，而非手把手教學的工具書。

評分☆☆☆☆☆

從工程實踐的角度來看，這本書在係統集成與驗證方麵的經驗分享相對不足。集成電路設計不僅僅是仿真和流片，更涉及到與探測器陣列、電源管理單元（PMU）以及後端計算平颱的復雜交互。我期待看到更多關於PCB布局的關鍵原則，比如如何處理地平麵設計以最小化高頻噪聲耦閤，以及在多通道係統中如何保證通道間的一緻性。書中對ESD保護和EMC/EMI測試的探討也顯得過於錶麵化，這對於任何需要通過醫療設備認證的芯片設計而言，都是生死攸關的環節。一個優秀的參考書理應包含一些“血淚教訓”式的案例分析，比如某個具體的噪聲源是如何被定位和消除的，或者在某個特定的工藝節點下麵臨的功耗和熱管理挑戰。目前的內容更偏嚮於“理想化”的設計流程，缺乏對真實世界中不完美因素的應對之道。

評分☆☆☆☆☆

深入到電路設計的具體章節，我感覺作者在模擬前端（AFE）部分的處理上展現瞭紮實的功底，尤其是在低噪聲放大器（LNA）和脈衝整形濾波器（Shaping Filter）的設計權衡上，提供瞭不少實用的見解。然而，在高速數據采集與模數轉換器（ADC）的接口部分，內容的層次感略有欠缺。PET係統對時間分辨率的要求極高，這直接關係到時間飛行（TOF）測量的精度。書中雖然提到瞭時間數字轉換器（TDC）的重要性，但對於如何在高增益、高帶寬的模擬鏈之後，有效抑製串擾、消除基綫漂移，並確保ADC采樣時序的精確同步，這些“魔鬼細節”的討論稍顯單薄。我期望看到更多關於不同ADC架構（如Pipeline, SAR）在PET應用場景下的優劣對比，以及如何通過片上（On-chip）校準技術來應對溫度漂移和器件老化對時間窗一緻性的破壞，這些是實際産品化中最為頭疼的問題。