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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• 集成电路设计
• 前端电路
• 医学影像
• 射频电路
• 低噪声放大器
• 模数转换器
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店铺： 华文京典专营店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121311253

商品编码：29831976151

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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穿越微观的视界：PET成像技术与前端电子学的深度探索 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，理解和掌握正电子发射断层成像（PET）技术的基石——前端集成电路设计。我们并非仅仅罗列技术细节，而是力求勾勒出PET成像从微观粒子探测到宏观图像构建的完整链条，并在此过程中，聚焦于支撑这一过程的关键电子学设计。 PET成像，作为一种功能性成像技术，其魅力在于能够无创地观察生物体内的生化过程，为疾病的诊断、治疗监测以及药物研发提供了无与伦比的洞察力。从检测示踪剂发出的正电子，到湮灭过程中产生的伽马光子，再到前端电子学将这些微弱的信号转化为可分析的数据，每一个环节都凝聚着科学的智慧和工程的精妙。本书的侧重点，正是连接物理探测与数字处理之间的“前端”——那些负责捕捉、放大、数字化并初步处理伽马光子信号的集成电路。 第一部分：PET成像的物理基础与探测原理 在深入探讨电子学设计之前，理解PET成像背后的物理原理至关重要。我们将从放射性同位素的衰变机制入手，重点讲解正电子发射及其湮灭过程。正电子与电子湮灭会产生一对能量各为511 keV，方向相反的伽马光子，这是PET成像的核心信号来源。 随后，我们将详细阐述PET探测器的基本构成。PET探测器阵列由无数个闪烁体像素组成，当伽马光子与闪烁体相互作用时，会激发闪烁体发出可见光或紫外光。这些光子信号的强度与入射伽马光子的能量相关，而光子的空间分布则反映了伽马光子的入射位置。 接下来，我们将聚焦于光电探测器（PDE），通常是硅光电倍增管（SiPM）或多通道光电倍增管（MPPC），它们负责将闪烁体发出的光信号转化为电信号。这一过程的效率、噪声特性以及响应速度，直接影响到PET系统的整体性能。我们将分析不同PDE技术的优缺点，以及它们在PET应用中的选择考量。 第二部分：前端集成电路设计的核心要素 本部分是本书的核心，我们将系统地介绍PET前端集成电路设计的各个关键方面。 信号采集与放大： 探测器输出的电信号往往非常微弱，且可能伴随各种噪声。因此，高性能的前置放大器（Preamplifier）和跨阻放大器（Transimpedance Amplifier, TIA）是必不可少的。我们将深入分析低噪声放大器（LNA）的设计原理，包括噪声源分析、匹配技术以及增益和带宽的优化。此外，对于高速信号处理，我们还将探讨移位放大器（Shaper Amplifier）的设计，以及如何通过整形电路来改善信号的信噪比和时域分辨率。 能量测量： PET成像的一个重要能力是能量甄别（Energy Discrimination），即区分真实的511 keV伽马光子与可能存在的低能噪声。这需要精确的能量测量电路。我们将探讨如何设计高精度、宽动态范围的模数转换器（ADC）接口电路，以及能量测量所需的关键参数，如积分时间、采样率和量化精度。 时间测量： 为了实现时间飞行（Time-of-Flight, TOF）PET成像，即利用伽马光子飞行时间差来提高图像重建的准确性，精确的时间测量电路设计变得尤为重要。我们将介绍时间-能量转换器（TED）和时间-数字转换器（TDC）的设计原理，包括如何处理纳秒甚至亚纳秒级别的时间间隔。此外，零交叉（Zero Crossing）技术、前沿检测（Leading Edge Discriminator）以及后沿检测（Constant Fraction Discriminator, CFD）等时间测量方法也将被详细阐述。 数字化与数据处理： 将模拟信号转换为数字信号是后续图像重建的基础。本书将深入探讨ADC的选择与设计，包括分辨率、采样率、功耗以及接口协议。我们还将讨论初步的数据处理，如数字信号滤波、基线恢复和阈值判断等，这些操作对提高数据质量至关重要。 前端读出系统架构： 了解不同前端读出系统的架构对理解整体设计至关重要。我们将对比串行和并行读出架构的优缺点，以及如何在功耗、带宽和复杂性之间进行权衡。同时，我们还将探讨集成了多通道探测器和数字处理单元的片上系统（SoC）设计理念，以及其在PET前端中的应用前景。 噪声抑制与干扰防护： 在微弱信号的探测过程中，噪声无处不在。我们将详细分析各种噪声源，包括热噪声、散粒噪声、闪烁体背景噪声以及电路自身的噪声。在此基础上，我们将介绍各种有效的噪声抑制技术，如滤波、屏蔽、接地以及差分信号传输等。同时，对于PET成像环境中可能存在的电磁干扰（EMI），我们将探讨其来源和防护策略。 功耗优化与热管理： 随着PET探测器阵列的日益庞大，前端电子学组件的总功耗和散热问题成为设计中的重要挑战。我们将探讨低功耗设计技术，包括采用高能效的电路拓扑、优化电源管理策略以及选择低功耗的器件。对于散热，我们将讨论PCB布局、散热材料以及主动散热方案的应用。 第三部分：先进的PET前端设计理念与技术展望 在掌握了基础的前端集成电路设计知识后，本书还将引领读者关注当前PET成像领域的前沿技术和未来发展方向。 高性能SiPM的集成设计： 随着SiPM技术本身的飞速发展，其性能不断提升，如何将其与前端电子学进行高效、紧凑地集成是关键。我们将探讨SiPM阵列的布阵优化、连接技术以及与之匹配的专用前端ASIC设计。 先进的数字前端（DFE）设计： 传统的模拟前端需要将信号放大并转换为模拟信号，然后由独立的ADC进行数字化。而数字前端（DFE）则致力于将数字化过程前移，在探测器附近直接进行模拟信号的数字化和部分数字信号处理。我们将探讨DFE的优势，如减少模拟信号传输中的噪声影响，提高信号处理的灵活性和集成度。 机器学习与人工智能在前端设计中的应用： 机器学习和人工智能技术正在逐步渗透到各个技术领域，在PET前端设计中，它们可以用于优化电路参数、预测和补偿噪声、甚至实现更智能的事件识别。我们将展望AI在前端设计中的潜在应用，为未来的创新提供思路。 新型探测器技术与前端电子学的协同发展： 除了SiPM，还有许多新型的探测器技术正在涌现，例如基于半导体材料的探测器。我们将探讨这些新兴探测器技术对前端电子学提出的新挑战和机遇，以及电子学设计如何与探测器技术协同发展，共同推动PET成像技术的进步。 小型化、低功耗与便携式PET设备的设计： 随着PET技术向小型化、低功耗方向发展，例如用于床旁诊断或特定临床应用的便携式PET设备，前端电子学的挑战更加严峻。我们将讨论如何在有限的空间和功耗预算下，实现高性能的前端设计。 本书旨在成为PET成像技术爱好者、电子工程专业学生、研究人员以及行业工程师的宝贵参考。我们相信，通过深入理解PET成像的前端集成电路设计，读者将能够更好地把握这一前沿成像技术的脉搏，并为未来的技术创新和应用贡献力量。本书的编写过程中，我们始终秉持着严谨的科学态度和清晰的逻辑结构，力求为读者提供一份既具深度又易于理解的知识盛宴，共同探索微观世界的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在大型医疗设备公司负责产品技术评估的经理，《PET成像前端集成电路设计》这本书，是我评估下一代PET产品技术可行性和市场竞争力的重要参考。我关注的重点是这本书能否提供关于当前最前沿的PET前端集成电路技术发展趋势的洞察。例如，书中是否会探讨最新的半导体材料和工艺技术在PET前端设计中的应用前景？我希望书中能提及一些关于高集成度、低功耗、高性能的前端ASIC或FPGA解决方案的研究进展。特别是对于缩小PET设备体积、降低能耗，以及提升图像采集速度方面的创新，这将直接影响我们产品的竞争力。我也非常关心书中对不同技术路线的比较分析，例如，是采用离散元件还是高度集成的ASIC方案更具优势？在这种权衡中，成本、性能、功耗和开发周期各占多大的比重？我希望这本书能为我们提供一些量化的数据和分析，帮助我们做出更明智的技术选型决策。此外，书中对未来PET成像技术发展方向的展望，例如与人工智能、大数据等技术的融合，以及如何通过前端电路设计来赋能这些融合，也将是我关注的重点。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对高精度测量和信号处理有深入研究的博士生，正在撰写关于下一代PET成像系统的关键技术论文。《PET成像前端集成电路设计》这本书，对于我来说，不仅是知识的补充，更是理论升华的阶梯。我特别关注书中对超低噪声、宽带宽信号放大器设计的研究。在PET成像中，探测器产生的信号极其微弱，且需要极高的时间分辨率才能实现TOF功能。这本书是否能提供关于如何设计出噪声系数（Noise Figure）极低的跨阻放大器（TIA）或电压放大器（VA），以及如何选择合适的半导体器件来实现纳秒甚至亚纳秒级的时间延迟？我希望书中能深入探讨在高速信号传输过程中，如何有效抑制串扰（crosstalk）和信号失真，特别是对于多通道并行采集的系统。另外，对于PET系统的实时数据采集和预处理，书中是否会提供关于FPGA或ASIC在前端设计中的应用案例？我非常感兴趣的是，如何利用这些可编程器件来实现快速的信号滤波、峰值检测、时间戳生成以及初步的数据编码，从而减轻后端处理单元的负担。书中对这些硬件加速技术的论述，将直接影响我论文中关于系统架构设计的部分。

评分☆☆☆☆☆

我是一名长期关注医疗技术发展，并对生物医学工程领域有浓厚兴趣的科技爱好者。《PET成像前端集成电路设计》这本书，在我看来，代表了将尖端科学技术转化为实际应用的关键一步。虽然我并非直接从事芯片设计，但对于PET成像背后的原理和技术挑战深感好奇。我希望这本书能够以一种相对易于理解的方式，阐释PET成像前端的核心技术。例如，它是否会解释为何需要如此复杂的电路来检测那些由放射性同位素衰变产生的瞬间光子？书中是否会用形象的比喻来描述微弱信号的捕获和放大过程？我期望这本书能够勾勒出从探测器接收到的光信号，到最终转化为数字信息，再到用于图像重建的整个流程。对于PET成像的几个关键性能指标，如灵敏度、分辨率和TOF能力，这本书是否会解释前端电路设计是如何直接影响这些指标的？我非常好奇，那些“看不见的”电路设计，是如何为我们带来更清晰、更精确的医学影像。此外，我希望能从中了解到，在追求更优性能的同时，科学家和工程师们是如何权衡成本、功耗和尺寸等因素的，这对于理解整个技术的发展趋势非常有意义。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对新兴医疗成像技术充满热情的早期创业者，《PET成像前端集成电路设计》这本书的出现，无疑为我团队在产品研发初期提供了宝贵的参考。我们面临的最大挑战是如何在有限的资源和时间内，设计出性能卓越且具有成本效益的前端采集系统。我希望这本书能够提供一套从概念到实现的完整流程，涵盖从需求分析、架构设计到具体电路实现和版图布局的各个环节。特别是在PET成像中，信号的信噪比（SNR）是影响图像质量的关键因素。这本书能否提供一套系统的方法来优化整个信号链的SNR？例如，如何通过优化探测器接口电路来最大化信号耦合效率，如何设计低噪声的滤波和放大电路来抑制干扰，以及如何有效地进行数字信号处理以进一步提升SNR？我非常关心书中关于如何处理大量并发采集数据的策略，特别是对于高帧率、高分辨率的PET系统，前端电路需要能够高效地处理来自大量探测器通道的信号。书中对这些复杂数据流管理的讨论，将直接影响我们产品的可扩展性和性能上限。此外，对于PET探测器阵列的校准和补偿，前端电路的设计起着至关重要的作用，我希望书中能提供相关的电路级解决方案，以确保整个探测器阵列的均匀性和一致性。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对光子探测和数字信号处理技术都有深入了解的科研人员，正在研究下一代PET成像系统的关键技术。《PET成像前端集成电路设计》这本书，对我来说，是连接光电探测与集成电路设计的宝贵资源。我最关注的是书中关于如何将探测器接收到的微弱光信号，高效、低损耗地转化为可供数字处理的电信号。我希望这本书能深入阐述如何设计低噪声、高增益的跨阻放大器（TIA）以及其他前端放大电路，以最大化信号的信噪比。同时，在TOF-PET技术中，时间戳的精度至关重要，我期待书中能提供关于如何设计高精度时间-数字转换器（TDC）或与FPGA集成的解决方案，以实现纳秒甚至亚纳秒级的时间测量。书中是否会讨论如何通过电路设计来补偿探测器本身的瞬态响应特性，以及如何对多通道信号进行精确的时间对齐？我非常好奇书中关于如何处理大量并行采集数据的策略，例如如何设计高效的数据缓冲、编码和传输机制，以满足高分辨率PET系统对数据吞吐量的需求。此外，对于PET成像系统中普遍存在的能量门控（Energy Windowing）和时间门控（Timing Windowing）等功能，我希望书中能提供相关的电路级实现方案，以及这些功能如何影响前端电路的设计。

评分☆☆☆☆☆

作为一位正在积极寻求技术突破的初创企业技术负责人，《PET成像前端集成电路设计》这本书，是指导我们团队在激烈的市场竞争中找到差异化优势的关键。我们面临的挑战是如何在一个高度受限的成本和功耗预算下，设计出达到甚至超越现有高端PET设备性能的前端系统。我希望这本书能提供一套创新的设计理念和方法，帮助我们规避行业内的普遍误区，并探索新的技术路径。例如，书中是否会介绍一些非传统的信号采集和处理技术，能够显著提升PET成像的灵敏度和时间分辨率？我非常关注书中对低功耗设计技术的论述，因为这直接关系到我们产品的便携性和部署灵活性。我希望书中能提供具体的低功耗电路设计技巧，例如如何通过动态电压频率调整（DVFS）、睡眠模式优化等手段来降低功耗，同时不牺牲关键的成像性能。此外，对于如何实现高密度、模块化的前端设计，以适应未来PET设备的紧凑化趋势，书中是否会提供一些相关的设计案例和经验分享？

评分☆☆☆☆☆

我是一名在射频（RF）和微波电路设计领域有多年经验的工程师，最近开始涉足医疗成像领域。《PET成像前端集成电路设计》这本书，对于我来说，是连接我现有技术积累与PET成像前端新兴技术的重要桥梁。我深知，在PET系统中，前端信号的采集涉及到非常快速的瞬态信号和极低的信号幅度，这对我而言，意味着需要非常精密的RF和模拟电路设计。我特别希望这本书能提供关于如何设计低噪声、宽带宽的前置放大器，以及如何有效处理高速脉冲信号的电路拓扑和元器件选择。书中是否会讨论如何在处理这些信号的同时，最大限度地抑制外部电磁干扰（EMI）和内部噪声？我关注书中对信号完整性（Signal Integrity）和电源完整性（Power Integrity）的分析，因为这对于保证PET前端信号的准确性和稳定性至关重要。此外，我对于如何将这些模拟前端与高速数字信号处理单元（如ADC和FPGA）进行有效集成也充满兴趣。书中是否会提供关于接口设计、数据传输协议以及时钟同步等方面的指导？理解这些细节，将有助于我将我的RF设计专长，成功应用于PET成像前端的开发中。

评分☆☆☆☆☆

作为一位在医学影像设备生产线上辛勤工作的工程师，《PET成像前端集成电路设计》这本书对我而言，更像是一本实用的“操作手册”。我们日常工作中最大的痛点是如何在保证产品稳定性的前提下，进一步提升PET设备的成像性能，降低生产成本。我希望这本书能提供一些关于如何选择最适合批量生产的器件，以及如何在PCB（Printed Circuit Board）设计中优化布局，以减少寄生参数和电磁干扰。例如，书中是否会提供关于如何设计低阻抗电源分配网络（PDN）的建议，以减少电源噪声对敏感模拟电路的影响？我非常关注书中关于如何优化信号路径，缩短走线长度，并合理使用屏蔽技术来降低噪声耦合的具体实践。此外，在PET成像系统中，前端电路的可靠性和长期稳定性至关重要，这本书是否会提及一些关于器件选型、可靠性测试以及故障诊断的策略？我希望书中能分享一些在实际生产和应用中遇到的典型问题及其解决方案，这将大大帮助我们避免重复踩坑，提高产品质量。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样一位从模拟电路设计背景转入医疗器械领域的研究者来说，《PET成像前端集成电路设计》这本书如同暗夜中的灯塔，为我指明了方向。我最迫切的需求是理解PET成像前端电路设计的“why”和“how”。这本书是否能详细解释，为何某种特定的电容或电感值选择会直接影响信号的带宽和噪声水平？它是否会深入分析不同类型的低噪声放大器（LNA）拓扑结构，并给出在PET前端应用场景下的优劣势对比？我尤其关注书中对数模转换器（ADC）的选择和设计建议，因为ADC的性能直接决定了信号的数字化精度和动态范围，而这对于后续的图像质量至关重要。例如，书中是否会讨论Delta-Sigma ADC和逐次逼近型ADC在PET前端应用中的适用性，以及如何根据特定的采集需求来权衡采样率、分辨率和功耗？另外，在PET系统中，前端电路的设计往往需要兼顾灵敏度、空间分辨率和时间分辨率，这三者之间存在复杂的权衡关系。我希望这本书能够提供一套系统性的方法论，指导我们如何在满足这些相互冲突的要求之间找到最优解。我也期待书中能提及一些前沿的低功耗设计技术，以满足便携式PET设备的需求，同时不牺牲成像性能。对于高密度集成度的挑战，这本书是否有关于SIP（System-in-Package）或SoC（System-on-Chip）在PET前端实现的案例分析或设计原则？

评分☆☆☆☆☆

作为一名深耕影像技术多年的工程师，我一直在寻找能够真正触及PET成像前端核心技术，并能引导我突破现有瓶颈的资料。拿到《PET成像前端集成电路设计》这本书，首先吸引我的是它鲜明的专业定位。我期待的不仅仅是泛泛而谈的概念介绍，而是能够深入到每一个芯片设计细节、每一个元器件选型的考量，甚至是对工艺制程的深刻理解。我希望能在这本书中看到，如何将那些极其微弱的信号捕获、放大、数字化，并最终转换成可供重建算法使用的有效信息。特别是对于时间飞行（Time-of-Flight, TOF）PET技术，前端信号的精确度和时间分辨率至关重要，这本书能否提供关于如何优化探测器耦合、如何设计低噪声放大器，以及如何实现纳秒级时间戳采集的电路方案？我非常关注其对信号链整体性能的提升策略，例如如何在保证信号完整性的前提下，实现高集成度和低功耗。同时，我也好奇书中是否会探讨不同探测器材料（如LSO, BGO等）对前端电路设计的特殊要求，以及如何通过电路设计来补偿探测器本身的缺陷。此外，在PET成像系统中，射频（RF）干扰和电磁兼容性（EMC）是长期存在的挑战，我期望这本书能提供切实可行的电路设计方法来应对这些问题，确保前端电路的稳定运行。对于高速数据传输和接口设计，比如如何将海量数据从前端采集单元高效地传输到后端处理单元，也是我非常关注的方面，书中在这方面的论述深度将直接影响我解决实际工程问题的能力。