PET成像前端集成電路設計 高武 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
• 高武
• 醫學影像
• 電子工程
• 信號處理
• 低功耗設計
• 射頻電路

店鋪： 讀者科技圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121311253

商品編碼：29720424691

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：高性能探測器控製與信號處理》 內容簡介： 本書旨在為讀者提供一套全麵、深入的PET（正電子發射斷層成像）成像前端集成電路設計理論與實踐指導。PET技術作為一種無創的分子成像手段，在疾病診斷、藥物研發、神經科學研究等領域扮演著至關重要的角色。其成像質量的提升，很大程度上依賴於前端探測器係統的性能，而前端探測器係統，尤其是其信號采集、處理和控製單元，是整個PET係統中最具挑戰性的部分之一。本書將聚焦於 PET成像前端集成電路的設計，從基礎原理齣發，詳細闡述構成高性能PET探測器前端所需的關鍵集成電路模塊，並提供實際設計中的考量、優化策略與典型應用案例。 第一章 PET成像原理與前端探測器係統概述 本章將首先迴顧PET成像的基本原理，包括放射性核素的衰變、正電子的産生與湮滅、符閤探測及其信號拾取過程。在此基礎上，重點介紹PET探測器係統及其前端的組成結構，包括閃爍體、光電探測器（如光電倍增管PMT、矽光電倍增管SiPM）以及負責信號采集、放大、數字化和初步處理的電子學前端。我們將探討不同類型閃爍體與光電探測器的特性如何影響成像效果，並初步勾勒齣前端電子學在實現高精度、高計數率、低噪聲探測中的關鍵作用。同時，本章還將簡要介紹當前PET技術的發展趨勢，以及高性能前端集成電路設計在推動這些趨勢中的必要性。 第二章 高精度信號采集電路設計 前端信號采集電路是 PET成像鏈的第一道關卡，其設計直接決定瞭信號的保真度和信噪比。本章將深入探討高性能信號采集電路的設計要點。 信號放大器的設計： 詳細分析不同類型的低噪聲放大器（如跨阻放大器TIA、電壓放大器）的設計考量，包括增益、帶寬、噪聲係數、功耗以及輸入阻抗匹配等參數的優化。我們將討論如何根據光電探測器的輸齣特性選擇閤適的放大器拓撲結構，並介紹如何通過反饋網絡和器件選擇來最小化噪聲注入。 濾波器的設計： 討論用於抑製噪聲、提取有用信號的濾波電路設計。我們將深入研究低通濾波器、帶通濾波器在 PET信號處理中的應用，並介紹如何在有限的硬件資源下實現最優的濾波效果。濾波器設計將涵蓋原型濾波器（如巴特沃斯、切比雪夫）的理論，以及如何在集成電路中實現這些濾波器，包括有源濾波器和無源濾波器的設計考量。 基綫恢復與閾值檢測： 針對PET信號的脈衝特性，我們將詳細介紹基綫恢復電路的設計，以應對信號漂移和信號疊加的問題。同時，閾值檢測電路的設計將是實現事件觸發和初步數據篩選的關鍵。我們將討論如何設計低功耗、高精度的比較器和延時電路，以實現精確的事件閾值判斷，並為後續的數字化處理做好準備。 第三章 高速信號數字化與數據預處理 將模擬信號轉化為數字信號是 PET成像前端的關鍵步驟，也是實現高性能數據處理的基礎。本章將聚焦於高速信號數字化電路的設計與數據預處理技術。 模數轉換器（ADC）的選擇與應用： 詳細介紹適閤 PET前端應用的ADC類型，包括逐次逼近型ADC (SAR ADC)、流水綫型ADC (Pipelined ADC) 和Σ-Δ型ADC (Sigma-Delta ADC)。我們將分析各類ADC的優缺點，如采樣率、分辨率、功耗、綫性度等，並指導讀者如何根據具體應用需求選擇閤適的ADC。同時，將探討ADC的驅動電路設計，確保ADC能夠在高頻下穩定工作。 時間測量電路設計： PET成像的關鍵在於精確測量兩個探測事件發生的時間差，以計算正電子湮滅點。本章將詳細介紹時間測量電路的設計，包括基於高精度時間數字轉換器（TDC）的設計思路。我們將探討如何設計能夠捕捉微弱信號、實現納秒甚至亞納秒級時間分辨率的電路。這部分內容將包括對延遲綫、鎖相環（PLL）等技術的應用介紹。 數字信號處理（DSP）初步： 在ADC輸齣之後，進行初步的數字信號處理是提高效率和減少數據量的必要手段。本章將介紹一些基礎的數字信號處理算法在 PET前端的應用，如脈衝形狀分析 (PSA) 用於區分不同類型的事件，以及簡單的門控和觸發邏輯。我們將討論如何利用FPGA或專用ASIC實現這些DSP功能，以滿足實時處理的需求。 第四章 探測器控製與電源管理 高性能PET探測器前端不僅需要強大的信號處理能力，還需要精密的控製和穩定的電源供應。本章將深入探討探測器控製與電源管理電路的設計。 探測器偏置與閾值設置： 針對不同類型的光電探測器（如SiPM），我們將詳細介紹其偏置電壓的設置方法，以及如何通過集成電路實現精確、可調的偏置控製。同時，將討論事件觸發閾值的精確設定與動態調整，以適應不同的探測環境和信號強度變化。 數字控製接口設計： 現代PET前端通常需要與主控係統進行數據和控製信息的交互。本章將介紹通用的數字接口協議（如SPI、I2C、LVDS）在 PET前端集成電路中的應用，以及如何設計魯棒的接口電路，以確保數據傳輸的可靠性。 低功耗電源設計： PET探測器前端通常需要集成到緊湊的設備中，因此低功耗設計至關重要。本章將討論如何設計高效率的電源管理單元（PMU），包括低壓差綫性穩壓器（LDO）、開關穩壓器（Switching Regulator）的設計考量，以及如何通過動態電壓與頻率調整（DVFS）等技術進一步降低功耗。 噪聲抑製與EMI防護： 在高度集成的電路環境中，噪聲的産生和相互乾擾是普遍存在的問題。本章將探討在電路設計層麵如何進行有效的噪聲抑製，包括接地設計、布綫規則、濾波技術等。同時，將介紹電磁乾擾（EMI）的防護策略，確保探測器前端在復雜的電磁環境下穩定工作。 第五章 集成電路設計流程與工具 本章將介紹 PET成像前端集成電路設計的完整流程，以及在實際設計中常用的EDA（Electronic Design Automation）工具。 設計流程概述： 從需求分析、係統架構設計、模塊劃分，到RTL編碼、邏輯綜閤、物理布局布綫（Place and Route）、時序分析、功耗分析，再到流片與測試，我們將全麵介紹集成電路設計的典型流程。 主流EDA工具介紹： 重點介紹用於前端集成電路設計的關鍵EDA工具，如Cadence、Synopsys、Mentor Graphics等公司的設計套件。我們將簡要介紹各工具在不同設計階段的功能，例如Verilog/VHDL仿真、邏輯綜閤、布局布綫、版圖設計、寄生參數提取、靜態時序分析（STA）等。 版圖設計與可製造性設計（DFM）： 詳細講解集成電路的版圖設計規則，以及如何根據工藝庫的要求進行版圖繪製。我們將介紹可製造性設計（DFM）的概念，以及如何在版圖設計中考慮製造過程的限製，以提高芯片的可製造性和良率。 驗證與測試策略： 強調在設計過程中進行充分的功能驗證和性能驗證的重要性。我們將介紹仿真測試、形式驗證、以及芯片流片後的測試策略，包括ATE（Automatic Test Equipment）的應用，以確保設計滿足所有規格要求。 第六章 性能優化與實際應用考量 在完成基礎設計後，如何進一步優化電路性能，並考慮實際應用中的挑戰，是提升 PET係統整體成像質量的關鍵。 噪聲性能的深入優化： 針對 PET成像對低噪聲的極緻追求，本章將探討更高級的噪聲分析與抑製技術。例如，如何在電路層麵最小化器件噪聲、耦閤噪聲，以及如何通過數字信號處理算法進一步濾除殘留噪聲。 計數率能力的提升： PET成像過程中，探測器需要處理大量的事件。本章將討論如何設計能夠應對高計數率的電路，包括快速信號傳輸、避免信號飽和、以及有效的事件分離與判彆機製。 功耗與散熱的管理： 隨著集成度的提高，功耗和散熱成為不容忽視的問題。本章將深入探討低功耗設計策略，包括選擇低功耗器件、優化電路拓撲、以及先進的功耗管理技術。同時，將討論如何進行熱分析，並采取有效的散熱措施，以保證芯片在長期運行下的穩定性。 抗輻射設計考量（可選，根據具體應用）： 對於某些特殊的 PET應用場景（如高能物理實驗中的探測器），需要考慮輻射環境對電子器件的影響。本章將簡要介紹抗輻射設計的基本概念和一些常用的防護措施。 典型應用案例分析： 本章將結閤實際的 PET係統設計，提供一些典型的集成電路設計案例。例如，針對高分辨率 PET的需求，如何設計超低噪聲的前置放大器；針對快速計數率PET的需求，如何設計高速ADC和DSP模塊。通過這些案例，讀者可以更直觀地理解理論知識在實際設計中的應用。 第七章 未來發展趨勢與挑戰 本章將展望 PET成像前端集成電路設計的未來發展方嚮，並討論當前麵臨的主要挑戰。 更小尺寸、更高集成度： 隨著半導體工藝的不斷進步，未來 PET前端集成電路將朝著更小的尺寸和更高的集成度發展，這將對設計和封裝技術提齣新的要求。 智能化與自適應性： 未來的 PET前端集成電路將更加智能化，能夠根據探測環境和信號特性進行自適應調整，以實現最優的成像效果。 新型探測器技術的集成： 隨著新型光電探測器（如固態光電探測器）和閃爍體材料的齣現，前端集成電路的設計需要與這些新技術緊密結閤。 人工智能與機器學習的應用： AI和機器學習技術有望在 PET信號處理、圖像重建等環節發揮更大作用，這也將對前端數據采集和預處理提齣新的需求。 成本與可製造性： 在追求高性能的同時，如何兼顧成本與可製造性，實現大規模商業化應用，仍是重要的挑戰。 本書內容詳實，理論與實踐相結閤，適閤從事 PET成像係統研發的工程師、科研人員以及對集成電路設計感興趣的在校學生閱讀。通過學習本書，讀者將能夠係統地掌握 PET成像前端集成電路設計的方法與技巧，為開發新一代高性能 PET成像設備奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘事節奏把握得非常到位，從宏觀的係統需求分析入手，逐步深入到微觀的器件級實現，這種由錶及裏、循序漸進的結構安排，極大地降低瞭讀者的認知負荷。作者在每一章節的銜接上處理得極其自然流暢，上一章遺留的問題會在下一章中得到閤理的解答和延伸，使得整個閱讀過程一氣嗬成，很少有“卡殼”或感覺突兀的地方。這種行雲流水的寫作風格，使得原本可能枯燥的專業知識學習過程變得非常享受。它就像是一部結構精妙的交響樂，各個聲部（章節）和諧統一，共同營造齣一種清晰、和諧的知識體驗，讓人沉浸其中，不知不覺中就吸收瞭大量知識。

評分☆☆☆☆☆

這本書讀起來真是讓人耳目一新，從頭到尾都展現齣一種對前沿科技深入骨髓的理解和把握。作者的敘事方式非常獨特，沒有采用那種枯燥的教科書式的講解，而是像一個經驗豐富的老教授在娓娓道來，將那些復雜深奧的原理用生動形象的比喻串聯起來，即便是初次接觸這個領域的讀者也能很快領會其中的精髓。特彆是關於係統架構設計的那幾章，邏輯清晰，層次分明，每一個模塊的功能和相互之間的製約關係都交代得清清楚楚，讓人感覺作者不僅是知其然，更是知其所以然。書中對設計流程中的痛點和解決方案的探討，更是體現瞭作者紮實的工程實踐經驗，讀來讓人有豁然開朗之感。整本書的語言風格沉穩而不失靈動，充滿瞭對專業知識的熱愛和敬畏，讀完後，感覺自己的知識體係被極大地夯實和拓展瞭。

評分☆☆☆☆☆

我個人對書中探討的創新性方法論非常感興趣。這本書並非僅僅停留在對現有技術的羅列和描述，它更像是一份充滿前瞻性的思考錄。作者敢於挑戰傳統的設計範式，提齣瞭一些非常具有顛覆性的觀點，尤其是在功耗優化和信號完整性處理方麵，給齣瞭很多令人意想不到的巧妙思路。閱讀過程中，我經常需要停下來，反思自己以往的工作方法，並開始嘗試用書中提齣的新視角去審視那些看似已經成熟的技術難題。這種引導讀者進行批判性思考的能力，是衡量一本優秀專業書籍的重要標準。它不提供標準答案，而是提供思考的框架和工具，讓讀者自己去探索和發現更優的解決方案，這種授人以漁的教育理念貫穿始終，令人欽佩。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度達到瞭一個非常高的平衡點。它既沒有為瞭追求晦澀而堆砌過於深奧的數學公式，導緻大部分人望而卻步；也沒有因為追求易懂而流於錶麵，缺乏技術上的深度和說服力。它仿佛找到瞭一個完美的黃金分割點，在理論基礎的嚴謹性和工程應用的實用性之間做到瞭遊刃有餘的切換。比如，在討論特定器件選型時，作者不僅指齣瞭其參數優勢，還結閤實際工作溫度、壽命、成本等多個維度進行瞭綜閤考量和權衡，這種全方位的視角，對於正在進行實際項目設計的人來說，具有極高的參考價值。讀完這本書，我感覺自己對整個領域的技術棧有瞭更全麵、更立體的認識，不再是零散知識點的堆砌。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和裝幀設計簡直是業界良心，每一頁的閱讀體驗都非常舒適。裝幀材質的選取恰到好處，拿在手裏有分量感，但又不會過分沉重，封麵的設計簡潔大氣，透露齣一種專業和嚴謹的氣質。更難能可貴的是，書中大量的圖錶和示意圖，其清晰度和細節的豐富程度令人印象深刻。很多復雜的電路拓撲結構，如果單靠文字描述，恐怕需要反復揣摩纔能理解，但在這本書裏，配圖往往能一錘定音，直觀地展示瞭設計思路。插圖的繪製風格統一，標注清晰無歧義，這對於需要對照文字和圖形進行學習的讀者來說，簡直是巨大的福音。可以說，這本書在視覺上傳達信息的效率上做到瞭極緻，看得齣齣版方在細節處理上花費瞭大量的心思。