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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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121311253

商品编码：29569436070

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：微纳电子与医学影像的融合之道 本书深入探讨了正电子发射断层成像（PET）技术中至关重要的前端集成电路（IC）设计，旨在为相关领域的科研人员、工程师及研究生提供一份详实的技术参考和理论指导。PET成像作为一种功能成像技术，其核心在于精确捕捉和量化由放射性核素衰变产生的湮灭光子，从而重建物体内部的代谢活动或生理过程。而前端集成电路，作为PET探测器系统的“眼睛”和“大脑”，其性能的优劣直接决定了PET成像的空间分辨率、时间分辨率、能量分辨率以及整体的灵敏度。 本书的写作，并非仅仅是对现有技术的简单罗列，而是力求从基础理论到前沿应用，系统性地阐述PET前端集成电路设计的各个环节。我们首先会回顾PET成像的基本原理，包括放射性核素的选择、放射性药物的显影机制、湮灭光子的产生与相互作用，以及如何通过探测器阵列捕捉这些光子。在此基础上，我们将重点聚焦于前端电子学，即直接与探测器晶体相耦合的信号获取、处理和数字化电路。 一、核心探测器技术与前端电子学的渊源 PET探测器系统通常由闪烁晶体和光电转换器件（如光电倍增管PMT或硅光电倍增管SiPM）构成。晶体的选择（如BGO、LSO、LYSO、LaBr3等）直接影响着探测效率和能量分辨率；而光电转换器件则负责将闪烁体发出的光信号转化为电信号。本书将详细分析不同类型光电转换器件的特性，包括其响应速度、增益、噪声水平、量子效率以及尺寸等，并重点探讨如何选择最适合特定PET系统需求的光电转换器件。 在此基础上，我们将深入剖析与这些光电转换器件紧密相连的前端电子学设计。这包括： 前置放大器（Preamplifier）设计： 负责将光电转换器件输出的微弱电信号进行初步放大，同时要具备低噪声、宽带宽和良好的线性度。我们将分析不同类型的跨导放大器（OTA）、跨阻放大器（TIA）以及其稳定性问题，并结合实际应用场景，探讨如何在有限的功率和面积约束下实现最优设计。 滤波与整形电路（Filtering and Shaping Circuit）设计： 探测器输出的原始信号通常带有噪声，并且脉冲形状并不适合后续的数字化处理。滤波电路用于抑制噪声，而整形电路则将信号脉冲转换为易于计数的标准脉冲。本书将详细介绍各种滤波技术，如RC滤波、CR-RC滤波、高斯滤波等，并分析其对时间分辨和能量分辨的影响。同时，对于信号整形，我们将探讨如何设计能够精确测量脉冲峰值（用于能量测量）和脉冲到达时间（用于时间测量）的电路。 阈值与触发电路（Threshold and Trigger Circuit）设计： PET探测器需要对接收到的信号进行有效筛选，只对超过一定能量阈值的信号进行后续处理。这涉及到低噪声、高精度的比较器设计，以及能够快速响应的触发逻辑。我们将分析如何优化阈值设置以平衡信号的漏检和噪声的误触发。 时间测量电路（Timing Circuit）设计： PET成像的时间分辨率至关重要，它直接影响到对同一探测事件的精确配准和对衰减、散射等效应的校正。本书将重点介绍时间测量技术，如恒比定时器（Constant Fraction Discriminator, CFD）、延迟线定时器（Delay Line Time-to-Digital Converter, T-DC）以及基于ADC的数字时间测量方法。我们将深入分析各种技术的优缺点，以及它们在不同PET系统架构中的适用性。 能量测量电路（Energy Measurement Circuit）设计： 精确的能量测量有助于区分真正的光子湮灭事件与散射事件。本书将详细介绍能量测量电路的设计，包括峰值保持电路、采样保持电路以及如何将其与模数转换器（ADC）相结合，以获得高精度的能量信息。 二、高性能集成电路设计关键技术 在上述基础之上，本书将进一步深入探讨高性能集成电路设计的关键技术： 噪声分析与抑制： 噪声是影响PET前端性能的头号敌人。我们将从器件层面（如热噪声、闪烁噪声）到电路层面（如放大器噪声、耦合噪声）全面分析噪声的来源，并介绍各种降噪技术，包括低噪声电路设计、屏蔽技术、信号处理算法等。 速度与带宽优化： PET系统需要处理大量的事件，因此前端电路必须具备高速度和宽带宽。本书将讨论如何通过器件选择、电路拓扑优化以及版图设计来提升电路的速度和带宽，同时避免寄生效应的影响。 低功耗设计： 尤其是在便携式或移动式PET系统中，低功耗设计是不可或缺的。我们将介绍各种低功耗设计策略，包括器件选择、时钟门控、电源管理等，并分析它们在PET前端电路中的应用。 高集成度与小型化： 随着PET探测器阵列的不断增大和密集化，前端电路的集成度也成为一个重要的考量因素。本书将探讨如何采用CMOS、BiCMOS等先进工艺技术，实现高密度、高性能的前端集成电路，并讨论相关的版图设计和封装技术。 版图设计与布局布线： 高性能模拟集成电路的设计往往与版图设计密不可分。我们将深入探讨信号完整性、电源完整性、接地设计、寄生参数控制等关键版图设计原则，以及它们如何影响电路的性能。 三、面向不同PET系统架构的集成电路设计考量 PET系统的架构多种多样，从传统的环形PET到全数字PET，再到数字PET（dPET）和飞行时间（ToF）PET，每种架构都对前端集成电路设计提出了不同的挑战和需求。 传统PET系统： 侧重于对PMT信号的数字化和处理，通常需要大量的模数转换通道。 全数字PET（dPET）： 其核心特点是将信号处理和数字化完全集成到探测器像素中，对前端集成电路的低功耗、高集成度和高性能要求极高。本书将详细分析dPET的信号链，以及如何设计能够实现高时间分辨率和高能量分辨率的数字前端。 飞行时间（ToF）PET： ToF PET的目标是利用光子的飞行时间差来提高成像的信噪比和降低散射。这要求前端电路具备极高的时间测量精度，即纳秒甚至亚纳秒级的时间分辨率。我们将重点探讨实现高ToF精度的关键电路技术，以及它们在ADC、TDC以及数字信号处理中的实现。 四、测试与验证 集成电路设计完成后，充分的测试与验证是确保其性能达标的关键。本书将介绍PET前端集成电路的常用测试方法，包括直流参数测试、交流参数测试、噪声测试、时间分辨测试、能量分辨测试等，并讨论如何在实际应用场景中进行性能评估。 五、面向未来的发展趋势 最后，本书还将展望PET成像前端集成电路设计的未来发展趋势，包括： 更低功耗、更高集成度的数字前端设计。 基于FPGA/ASIC的混合信号处理架构。 人工智能与机器学习在PET信号处理中的应用，进一步提升成像质量。 新材料、新器件在PET探测器及前端电子学中的探索。 本书旨在为读者提供一个全面、深入、实用的PET成像前端集成电路设计框架。通过对本书的学习，读者将能够深刻理解PET成像的核心技术挑战，掌握高性能模拟与数字集成电路的设计方法，并能够独立或协作完成PET前端集成电路的设计与优化工作，为推动PET医学影像技术的发展贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

我收到这本《PET成像前端集成电路设计》的时候，第一眼就被厚实的纸张和精美的印刷质量打动了。书中的排版非常清晰，图文并茂，即使是讲解一些相对复杂的电路原理，也能通过精美的图示和详细的步骤解析，让读者更容易理解。我尤其喜欢书中对不同类型探测器前端电路的深入剖析，比如硅光电倍增管（SiPM）和闪烁体耦合的模拟前端电路。作者在解释这些电路的性能指标，如增益、噪声、时间分辨率和能量分辨率时，不仅给出了理论公式，还结合了实际的设计考量和优化策略，这对于我这种希望将理论知识与实际应用相结合的读者来说，非常有价值。书中的案例分析也十分详实，通过具体的电路图和仿真结果，让我能够直观地感受到设计中的挑战和解决方案。例如，关于如何抑制电磁干扰（EMI）和如何进行功耗优化，这些都是实际工程中不可忽视的细节，书中都进行了细致的探讨。总而言之，这本书的内容非常充实，层次分明，无论是初学者还是有一定经验的工程师，都能从中受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

在我看来，《PET成像前端集成电路设计》这本书的价值在于它提供了一个非常系统和全面的视角来理解PET成像的核心技术。从探测器的选择、模拟信号的处理，到最终的数字转换和初步的数据预处理，每一个环节都环环相扣，而前端集成电路的设计更是其中的关键。书中不仅讲解了基础的电路理论，更重要的是将这些理论巧妙地融入到PET成像的实际应用场景中，使得读者能够深刻理解为什么某种电路设计能够提升成像质量，为什么某种技术方案能够克服特定的工程难题。比如，书中关于时间测量单元（TDC）和幅度测量单元（ADC）在PET前端中的具体应用，以及如何设计高精度、低功耗的TDC和ADC，让我对PET的“时间戳”和“能量计”有了更深刻的认识。这本书不仅仅是给工程师看的，对于任何对PET成像技术有深入了解需求的研究人员和学生，都具有极高的参考价值。它像一把钥匙，打开了通往PET成像“心脏”的大门。

评分☆☆☆☆☆

这本《PET成像前端集成电路设计》我是在一个学术论坛上看到的推荐，当时正好我对PET成像技术在医学影像领域的前景非常感兴趣，但又苦于对底层的硬件设计了解不多。所以，当我看到有这样一本专门讲前端集成电路设计的书时，就立刻被吸引住了。我当时的想法是，如果能深入了解PET成像的“眼睛”是如何工作的，对于理解整个成像过程的原理和局限性一定会有极大的帮助。我一直觉得，很多时候，理解技术最核心的部分，往往隐藏在最基础的设计之中。这本书的封面设计给我一种很专业、很扎实的感觉，没有那些花哨的宣传语，就像是一个潜心研究的科学家，把最精华的东西呈现在眼前。我期待它能带领我走进那个充满挑战和创新的集成电路设计世界，让我看到那些精密的电路是如何转化为高分辨率的医学图像的。虽然我可能不是专业的硬件工程师，但作为一名对PET成像技术充满好奇的学习者，我希望能从这本书中获得一些“硬核”的知识，了解那些决定成像质量和效率的关键技术细节。

评分☆☆☆☆☆

我购买《PET成像前端集成电路设计》更多的是出于对下一代PET成像技术发展趋势的好奇。我对小型化、低功耗以及多功能集成的前端电子器件非常感兴趣，因为这预示着PET设备将能够实现更灵活的应用，比如便携式PET、PET/MRI一体机等。这本书对CMOS工艺在PET前端设计中的应用进行了深入的探讨，包括如何利用先进的CMOS技术实现高密度集成，如何进行功耗管理以满足便携式设备的能源需求，以及如何集成更多的数字处理功能到前端芯片中，以提高整体的效率和智能化水平。书中对于电荷共享（charge sharing）效应的补偿、多通道并行处理架构的设计，以及如何利用FPGA等可编程器件实现前端信号的实时处理和数字校准，都进行了细致的阐述。这些内容让我看到了PET成像硬件设计的未来方向，以及集成电路技术在其中扮演的关键角色。这本书为我理解未来PET技术的发展提供了重要的理论基础和技术视角。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我购买《PET成像前端集成电路设计》的初衷，是希望能够找到一些关于高性能模拟前端信号处理的最新研究进展。我对低噪声放大器、阈值鉴别器以及如何高效地将模拟信号转化为数字信号（ADC）的选型和设计非常感兴趣，因为这直接关系到PET图像的信噪比和重建质量。这本书在这方面的内容确实给了我很多启发。它不仅详细介绍了各种模拟前端电路的设计原理和关键参数，还特别强调了在PET成像这种对时间分辨率和能量分辨率都有极高要求的应用场景下，如何进行电路的优化和权衡。我印象深刻的是关于脉冲整形（pulse shaping）技术的部分，书中对不同整形滤波器（如CR-RC$^n$）的特性和设计做了深入的讲解，以及如何根据闪烁体信号的时域特性来选择最优的滤波器参数，以最大化信噪比。此外，对于如何减小前端电路的寄生参数和耦合效应，书中也给出了一些非常实用的建议。这本书给我最大的感受是，它不仅仅是电路原理的罗列，更包含了作者在实际设计中积累的宝贵经验。