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： 詩書雅韻圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121311253

商品編碼：29581418869

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

售價：43.5元,便宜25.5元,摺扣63

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成像前端電子綫路設計原理與實踐》 圖書簡介 本書深入探討瞭正電子發射斷層成像（PET）設備前端電子綫路的設計原理、關鍵技術與實際應用。PET成像作為一種重要的分子影像技術，其性能的優劣在很大程度上取決於前端探測係統及其與之緊密耦閤的電子學設計。本書旨在為從事PET係統研發、影像設備設計、以及相關領域研究的工程師、研究人員和研究生提供一套係統、詳實、具有實踐指導意義的參考。 第一部分：PET成像基礎與前端探測器概述 在深入電子學設計之前，我們首先迴顧PET成像的基本原理，包括放射性核素的衰變、正電子的湮滅、湮滅光子的産生與探測，以及時間符閤（time-of-flight, TOF）和能量信息在成像重建中的作用。我們將簡要介紹不同類型的PET探測器，如閃爍晶體（如LSO、BGO、LaBr3等）及其物理特性，以及它們如何將高能光子轉化為可探測的電信號。重點將放在探測器單元的尺寸、形狀、光電轉換效率、閃爍衰減時間等參數對成像分辨率、靈敏度和背景噪聲的影響。 第二部分：PET前端電子學核心組成 本書的核心內容將聚焦於PET成像前端的電子學設計。我們將從信號鏈的各個環節進行詳細闡述，包括： 2.1 閃爍晶體與光電探測器的接口設計 光電倍增管（PMT）： 介紹不同類型的PMT（如盒式PMT、對數PMT、SiPM等），其結構、工作原理、增益控製、噪聲特性（暗電流、串擾）以及在PET前端中的應用考量。 矽光電倍增管（SiPM）： 重點介紹SiPM作為PMT的替代品，其優勢（體積小、低電壓、抗磁場、高量子效率）和劣勢（增益非綫性、溫度依賴性、串擾），以及其在PET探測器陣列中的集成方法。 光敏元件與閃爍晶體耦閤： 討論優化光耦閤效率的技術，包括使用反射材料、透鏡、導光闆等，以及它們對信號幅度、信號到達時間抖動的影響。 2.2 前置放大器（Preamplifier）設計 信號特性分析： 分析閃爍探測器輸齣信號的幅度和時間特性，包括脈衝形狀、上升/下降時間、電荷量等。 基本放大器拓撲： 介紹常用的前置放大器拓撲，如跨阻放大器（TIA）、電壓並聯反饋放大器等，分析其各自的優缺點。 關鍵設計參數： 詳細講解增益、帶寬、噪聲係數（輸入電壓噪聲、輸入電流噪聲）、失真、功耗等對前端性能的影響。 低噪聲設計技術： 討論如何通過器件選擇（低噪聲晶體管、肖特基二極管）、電路布局、電源濾波等手段，最大限度地降低噪聲對微弱信號的影響。 瞬態響應優化： 介紹如何設計能夠快速響應信號瞬變，同時避免過載和飽和的放大器，以保證信號的準確測量。 集成化設計： 探討將前置放大器集成到探測器模塊中的設計方法，以減小寄生參數和提高信號傳輸效率。 2.3 濾波與信號整形（Filtering and Shaping） 濾波器類型： 介紹低通濾波器、帶通濾波器、梯形濾波器、高斯濾波器等，以及它們在PET信號處理中的作用。 最佳濾波理論： 講解維納濾波（Wiener filter）和匹配濾波（matched filter）等理論，以及如何根據信號和噪聲特性選擇最優濾波器以最大化信噪比。 信號成形器（Shaper）設計： 詳細介紹不同類型的信號成形器（如CR-RCn、多極點濾波器）的設計原理和參數選擇，使其輸齣脈衝具有特定形狀，便於後續的峰值檢測和積分。 成形時間常數的選擇： 分析成形時間常數對能量分辨率、時間分辨率和計數率能力的影響。過短的成形時間會增加噪聲，過長的成形時間會降低計數率能力和引入堆疊效應。 抗乾擾設計： 討論如何通過濾波器設計來抑製不同頻率範圍的噪聲，包括高頻噪聲、低頻噪聲和電源紋波。 2.4 能量測量與數字化（Energy Measurement and Digitization） 幅度測量技術： 介紹峰值檢測器（peak detector）、積分器（integrator）等技術，用於提取整形後信號的峰值幅度，反映瞭探測到的光子能量。 模數轉換器（ADC）： 詳細分析PET前端對ADC的要求，包括采樣率、分辨率（位數）、動態範圍、非綫性度、功耗等。 ADC類型選擇： 介紹逐次逼近型ADC（SAR ADC）、流水綫型ADC（Pipeline ADC）、∑-Δ ADC等，並分析它們在PET應用中的適用性。 數字信號處理（DSP）初步： 簡述ADC輸齣的數字信號在基帶進行的一些初步處理，如基綫恢復、增益校正等。 2.5 時間測量與觸發（Timing Measurement and Triggering） 時間信息提取： 介紹不同的時間測量技術，如零交叉檢測（zero-crossing detection）、斜率積分法（leading edge integration）、恒比分壓器（constant fraction discriminator, CFD）等。 CFD設計與優化： 重點講解CFD的工作原理、關鍵參數（延遲時間、衰減係數）的優化，以及其在精確時間測量中的優勢。 時間符閤電路： 介紹用於檢測兩個探測器信號是否同時到達（在特定時間窗口內）的電路設計，這是PET事件識彆的關鍵。 觸發信號生成： 討論如何根據能量和時間信息生成有效的觸發信號，以指示一個符閤條件的湮滅事件發生。 第三部分：高級設計考慮與集成 3.1 噪聲源分析與抑製 係統噪聲分解： 對整個信號鏈中的噪聲源進行詳細分析，包括熱噪聲、散粒噪聲、閃爍噪聲、器件噪聲、電源噪聲、串擾噪聲等。 降噪策略： 提齣係統性的降噪方法，包括低噪聲器件選擇、電路布局優化、屏蔽、接地、電源濾波、信號平均等。 濛特卡洛仿真在噪聲分析中的應用： 介紹如何利用仿真工具對噪聲進行精確建模和評估。 3.2 計數率與動態範圍 探測器死時間（Dead Time）： 分析探測器和電子學電路中的死時間，及其對PET計數率和準確性的影響。 死時間修正技術： 介紹常用的死時間修正方法，如基於模型修正、無死時間探測器設計等。 動態範圍設計： 討論如何設計能夠同時處理微弱和強信號的電子綫路，以應對不同衰減率的放射源和不同的成像區域。 3.3 電源管理與穩定性 低噪聲電源設計： 介紹低噪聲綫性穩壓器、開關電源的濾波與穩壓技術，以及如何減少電源對模擬信號的影響。 電源紋波抑製： 討論采用旁路電容、濾波網絡等手段抑製電源紋波。 溫度補償： 分析溫度對器件性能的影響，並介紹溫度補償電路的設計方法，以保證係統的穩定性和精度。 3.4 PCB布局與電磁兼容（EMC） 高頻信號處理： 討論PCB布局對高頻信號傳輸的影響，包括走綫阻抗匹配、過孔設計、信號完整性等。 電源和地綫設計： 介紹閤理的電源和地綫規劃，以減少地綫迴流和電源噪聲耦閤。 屏蔽與隔離： 討論如何通過屏蔽盒、接地層、隔離電路等技術，提高係統的抗乾擾能力。 EMC設計原則： 遵循EMC設計原則，確保前端電子綫路在復雜的電磁環境中穩定可靠地工作。 3.5 係統集成與測試 模塊化設計： 介紹將各個功能模塊（如探測器單元、ASIC、ADC模塊）進行集成的方法。 接口標準與協議： 討論不同模塊之間的接口設計和數據傳輸協議。 測試方法與設備： 介紹用於驗證電子綫路性能的測試方法，如噪聲譜分析、頻率響應測試、眼圖測試、死時間測量等，以及相關的測試設備。 係統校準： 講解如何在整個係統層麵進行能量、時間、位置等參數的校準，以保證成像質量。 第四部分：應用實例與未來趨勢 特定PET探測器前端設計案例分析： 結閤具體的PET係統（如全身PET、小動物PET），分析其前端電子學設計的具體實現和優化策略。 ASIC（專用集成電路）在PET前端中的應用： 介紹ASIC在集成度、性能和功耗方麵帶來的優勢，以及如何設計高效的ASIC前端。 未來發展方嚮： 探討PET成像電子學設計的新興技術和發展趨勢，如更高集成度的SoC設計、新型光電探測器技術、深度學習在信號處理中的應用、TOF PET技術的進一步發展等。 本書內容豐富，理論與實踐相結閤，圖文並茂，旨在幫助讀者全麵掌握PET成像前端電子綫路的設計精髓。通過對本書的學習，讀者將能夠獨立完成高性能PET前端電子綫路的設計、調試和優化工作，為PET成像技術的進步貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

我翻開《PET成像前端集成電路設計》這本書，立刻被其嚴謹的學術風格所吸引。作者在開篇就為讀者構建瞭一個清晰的知識框架，將PET成像的原理與前端電子設計的必要性緊密聯係起來。書中對信號處理鏈條的梳理非常到位，從閃爍體産生的光信號如何被光電探測器轉化為電信號，再到這個電信號經過放大、濾波、整形，最終被模數轉換器數字化，每一步的電路設計都進行瞭細緻的講解。我尤其關注書中關於低噪聲放大器（LNA）的設計章節，因為PET成像對信號的微弱性要求極高，任何一點噪聲都會嚴重影響圖像質量。作者深入淺齣地分析瞭不同LNA拓撲結構（如跨阻放大器、跨導放大器）的優缺點，以及如何根據PET探測器特性選擇閤適的器件和優化電路參數。此外，書中對模數轉換器（ADC）的選擇和設計也進行瞭詳盡的闡述，特彆是對於高速、高分辨率ADC在PET前端的應用，以及如何在保證數據率的同時控製功耗和成本，這些內容對我而言極具啓發性。

評分☆☆☆☆☆

《PET成像前端集成電路設計》這本書為我打開瞭一扇通往PET成像核心技術的大門。它不僅僅是一本關於電子電路設計的書籍，更是一次對精密工程美學的探索。書中關於如何處理微弱、快速變化的信號，如何在大規模並行係統中實現高效的數據采集，以及如何將復雜的功能集成到微小的芯片中，都展現瞭工程師們令人驚嘆的創造力和解決問題的能力。我理解瞭為什麼PET成像技術能夠在醫學診斷中扮演如此重要的角色，這背後離不開一代又一代工程師在前端集成電路設計上的不懈努力和技術突破。書中對未來發展趨勢的展望，也讓我對PET成像技術在精準醫療、藥物研發等領域的應用前景充滿瞭期待。這本書的價值，在於它不僅傳授瞭技術知識，更激發瞭人們對科學技術不斷探索和創新的熱情。

評分☆☆☆☆☆

在我閱讀《PET成像前端集成電路設計》的過程中，我深深體會到集成電路設計並非一蹴而就，它是一個不斷權衡和優化的過程。作者在書中詳細探討瞭在PET成像前端設計中，設計者常常麵臨的各種取捨，比如在提高信號靈敏度的同時，如何控製器件的功耗和成本；在追求更高的成像速度時，又如何保證信號的準確性和抗乾擾能力。書中對不同工藝技術（如CMOS、BiCMOS）在PET前端設計中的適用性進行瞭分析，並討論瞭如何在不同的工藝製程下實現最優化的設計。我發現，對數字信號處理（DSP）與前端模擬電路的協同設計也是書中一個重要的亮點。通過將一部分信號處理功能移至數字域，可以有效地降低模擬前端的復雜性，提高係統的整體性能。書中對這種軟硬件協同設計的理念進行瞭深入的闡釋，讓我對未來的PET成像前端設計有瞭更廣闊的視野。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名是《PET成像前端集成電路設計》。 在深入研究《PET成像前端集成電路設計》之前，我曾對PET（正電子發射斷層成像）成像的核心技術——其前端集成電路的設計——感到無比的好奇。想象一下，一個微小的芯片如何在人體內部追蹤粒子的軌跡，從而勾勒齣器官的功能和代謝活動。這其中的工程智慧和技術挑戰，對我而言，無疑是充滿瞭神秘感。我期待這本書能夠揭開這層神秘的麵紗，讓我理解那些驅動PET掃描儀精密運轉的電子元件是如何被巧妙地集成在一起的。我希望看到關於信號采集、放大、數字化以及數據處理等關鍵環節的設計原理，特彆是如何在大腦、心髒等關鍵部位的微弱信號中捕捉有效信息，同時又要抑製噪聲和乾擾。如果書中能詳細闡述不同類型的探測器（如閃爍體和光電倍增管的接口電路）的工作原理，以及如何優化這些前端電路的性能以提高成像分辨率和靈敏度，那將是極大的驚喜。更進一步，關於電源管理、功耗優化以及如何在有限的空間內實現高集成度，這些都是實際設計中不可忽視的挑戰，若能在這本書中一窺其設計之道，我將受益匪淺。這本書的書名直接點明瞭其核心內容，所以我預設瞭它會深入探討前端集成電路的每一個細節，從最基礎的晶體管級彆的設計，到係統級彆的集成方案。

評分☆☆☆☆☆

《PET成像前端集成電路設計》這本書以其對實踐的高度重視脫穎而齣。我之所以選擇這本書，很大程度上是希望能夠獲得一些在實際工程設計中能夠直接應用的知識。書中並沒有停留在理論層麵，而是通過大量精心設計的電路圖、仿真結果以及實際應用案例，生動地展示瞭前端集成電路的設計過程。作者非常注重從係統層麵來考慮問題，例如如何將探測器、放大器、濾波電路、ADC等模塊有機地集成在一起，形成一個高效、可靠的前端數據采集係統。我特彆欣賞書中關於噪聲分析和抑製的部分，作者不僅列舉瞭各種噪聲源，還提齣瞭多種有效的抑製策略，例如差分信號傳輸、屏蔽技術以及數字信號處理中的降噪算法。對於PET這種需要處理海量數據的成像技術，前端的效率和準確性至關重要，書中對高速數據傳輸接口和實時數據預處理的設計也給瞭我很多啓發。