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
• 信号处理
• 核医学

店铺： 妙语书言图书专营店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121311253

商品编码：29388875220

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 》图书简介 前言 近年来，医学影像技术以前所未有的速度发展，为疾病的诊断、治疗和研究提供了强大的支持。其中，正电子发射断层成像（PET）凭借其独特的生理功能显影能力，在肿瘤学、神经科学、心血管疾病等多个领域发挥着越来越重要的作用。PET成像系统的核心在于其能够精确、高效地探测和识别由放射性示踪剂衰变产生的正电子湮灭光子。前端集成电路（Front-End Integrated Circuits, FEICs）作为PET探测器系统的“眼睛”，直接决定了PET图像的质量、灵敏度、空间分辨率以及系统的整体性能。 本书《PET成像前端集成电路设计》旨在深入探讨PET成像系统前端集成电路的设计原理、关键技术、最新进展及未来发展趋势。本书内容覆盖了从基础理论到实际应用的各个环节，为从事PET成像系统研发、集成电路设计、医学物理以及相关领域的研究人员、工程师和学生提供一份详实的技术参考。本书的目标是帮助读者理解PET成像前端电路所面临的挑战，掌握设计高精度、低噪声、高速率前端集成电路的关键技术，并能够将所学知识应用于实际的PET系统设计与优化中。 第一部分：PET成像原理与前端电路概述 在本部分，我们将首先回顾PET成像的基本原理，包括放射性示踪剂的选择、正电子发射、湮灭过程以及光子探测的物理过程。在此基础上，我们将详细介绍PET探测器的工作原理，重点阐述晶体探测器（如LYSO, BGO等）与光电探测器（如SiPM, APD等）的配合模式，以及这些组件如何将物理信号转换为电信号。 随后，我们将引入PET前端集成电路的概念。前端集成电路是探测器组件输出的原始电信号经过放大、整形、滤波、模数转换等一系列处理的载体。其核心任务是将探测到的微弱光子信号精确、快速地转换为可供后续数据采集和图像重建系统处理的数字信息。本书将从系统层面介绍前端电路在整个PET成像链中的位置和作用，并初步勾勒出构成一个完整前端集成电路模块的主要功能单元。我们将讨论不同PET探测器技术对前端电路设计提出的特殊要求，以及前端电路性能直接影响PET系统各项关键指标（如灵敏度、能量分辨率、时间分辨率、计数率性能等）的内在联系。 第二部分：关键模拟前端电路设计 模拟前端电路是PET成像前端集成电路的核心组成部分，其性能直接决定了信号的保真度和噪声水平。本部分将深入剖析构成模拟前端电路的关键模块。 低噪声前置放大器（Low-Noise Preamplifier）： 探测器输出的信号通常非常微弱，并伴随着器件本身的噪声。低噪声前置放大器负责对信号进行初始放大，同时将对噪声的贡献降至最低。我们将详细讲解不同类型的低噪声放大器拓扑结构，如跨导放大器（Transconductance Amplifier, TA）、跨阻抗放大器（Transimpedance Amplifier, TIA）等，并分析它们在PET应用中的优缺点。我们将深入探讨噪声分析方法，包括电压噪声、电流噪声的来源以及如何通过电路设计和器件选择来优化噪声性能。特别地，我们会关注在PET应用中，不同放大器增益、带宽、输入阻抗等参数对信号完整性和噪声的影响。 信号整形与滤波（Signal Shaping and Filtering）： 放大后的信号往往具有较长的脉冲宽度，并且包含高频噪声。信号整形器（Shaper）和滤波器（Filter）的作用是压缩脉冲宽度，使其更易于进行时间测量，并去除不必要的噪声分量，从而提高能量分辨率和时间分辨率。我们将介绍多种经典的脉冲整形滤波器，如CR-RC、Gaussian、optimal filter等，并分析它们在时间和能量分辨率之间的权衡。本书将详细讲解如何根据探测器响应特性和采样速率来选择和设计合适的整形器，以及如何通过级联滤波器来进一步优化信号质量。 增益控制与动态范围（Gain Control and Dynamic Range）： PET成像过程中，不同事件的光子数可能相差悬殊，这就要求前端电路能够处理宽动态范围的信号。我们将探讨可变增益放大器（Variable Gain Amplifier, VGA）的设计技术，包括模拟增益控制和数字增益控制（DGC）方法，以及如何在不牺牲噪声性能的前提下实现对信号幅度的调整。此外，我们还将讨论如何通过优化偏置电路和电源管理来确保电路在不同工作条件下都能稳定运行。 基线恢复与直流偏移校正（Baseline Restoration and DC Offset Correction）： 连续的探测器信号可能会引入直流偏移或基线漂移，这会影响后续信号处理的准确性。我们将研究基线恢复电路的设计，包括各种交流耦合技术和反馈机制，以及如何有效去除直流分量，确保信号的准确测量。 第三部分：高速数据采集与数字处理 高质量的模拟信号需要通过高速数据采集和数字处理才能转化为有用的信息。本部分将聚焦于前端集成电路中的数字部分。 模数转换器（Analog-to-Digital Converter, ADC）： 将模拟信号转换为数字信号是前端电路的关键一步。对于PET成像，需要高精度、高采样速率的ADC来捕获快速变化的信号。我们将介绍不同类型的ADC架构，如逐次逼近寄存器（SAR）ADC、Sigma-Delta（Σ-Δ）ADC、流水线（Pipelined）ADC等，并分析它们在PET应用中的适用性。我们将讨论ADC的量化噪声、非线性、采样速率以及功耗等关键指标，并探讨如何在有限的资源下设计满足性能需求的ADC。 触发与时间测量（Triggering and Time Measurement）： PET成像需要精确的时间信息来区分不同事件，并进行符合（Coincidence）判别。本部分将深入探讨触发器的设计，包括阈值触发、能量触发等，以及如何实现低延迟、高精度的触发。我们将介绍时间测量技术，如时间到数字转换器（TDC）的设计原理，以及如何实现亚纳秒级的时间分辨率。本书将详细分析触发和时间测量电路的噪声和抖动对PET时间分辨率的影响，并提出优化设计方案。 数字信号处理（Digital Signal Processing, DSP）： 一旦信号被数字化，就可以通过数字信号处理技术进行进一步的优化和分析。我们将讨论数字滤波器（如FIR, IIR滤波器）、峰值检测算法、能量计算等数字处理技术在PET前端电路中的应用。此外，我们还将探讨如何在FPGA或ASIC中实现这些数字处理功能，以及如何优化算法以满足实时性要求。 数据输出与接口（Data Output and Interface）： 数字化的数据需要有效地传输到后续的数据采集系统。本部分将介绍各种高速数据输出接口，如LVDS, MIPI, SerDes等，并讨论如何选择合适的接口以满足数据传输速率和功耗要求。我们将关注接口的电气特性、时序要求以及 EMI/EMC 设计。 第四部分：先进设计技术与挑战 随着PET成像技术的不断进步，前端集成电路的设计也面临着新的挑战和机遇。本部分将探讨一些先进的设计技术和前沿议题。 低功耗设计（Low-Power Design）： 尤其对于便携式PET设备或需要大规模集成的前端系统，低功耗设计至关重要。我们将介绍各种低功耗设计策略，包括时钟门控、动态电压和频率调整（DVFS）、亚阈值电路设计等。 高集成度与片上系统（High Integration and System-on-Chip, SoC）： 将更多的功能集成到单个芯片上可以减小尺寸、降低功耗并提高性能。我们将讨论如何通过SOC设计将前端模拟电路、数字处理单元、存储器等集成到一个芯片中，并分析在高度集成过程中可能遇到的挑战，如串扰、热效应等。 先进工艺技术（Advanced Process Technologies）： 采用更先进的CMOS工艺技术（如FinFET, GAAFET）可以实现更高的性能和更低的功耗。我们将探讨先进工艺技术在PET前端电路设计中的应用，以及它们带来的机遇与挑战。 特殊应用场景的设计考量（Design Considerations for Special Applications）： 我们将探讨针对不同PET应用场景（如科研型PET、临床PET、PET/MRI融合系统等）前端电路设计的特殊需求和优化方向。例如，对时间分辨率要求极高的PET（如ToF-PET）以及对低本底噪声要求极高的PET（如低剂量PET）在前端设计上会有哪些侧重点。 可靠性与测试（Reliability and Testing）： 集成电路的可靠性是其在实际应用中能否长期稳定工作的关键。我们将讨论集成电路的设计可靠性，包括器件的可靠性、版图的可靠性，以及测试策略，包括设计验证、功能测试、性能测试等。 第五部分：未来发展趋势 最后，我们将展望PET成像前端集成电路的未来发展趋势。 智能化与自适应设计（Intelligent and Adaptive Design）： 探讨如何利用AI和机器学习技术来实现前端电路的智能化调优和自适应工作，以应对复杂多变的成像环境。 新型探测器与前端接口（Novel Detectors and Front-End Interfaces）： 随着新型探测器（如数字光电倍增管）的出现，前端电路的设计也需要随之演进，以更好地支持新型探测器的特性。 与AI图像重建的协同设计（Co-design with AI Image Reconstruction）： 探索前端电路的设计如何与AI驱动的图像重建算法更好地协同，以期实现端到端的性能优化。 结论 本书《PET成像前端集成电路设计》力求全面、深入地解析PET成像前端集成电路的设计精髓。我们希望通过本书的阅读，读者能够构建起扎实的理论基础，掌握实用的设计技巧，并对PET成像技术的前沿发展有更深刻的理解。本书的编写融合了理论知识、设计经验和对行业发展的洞察，希望能为推动PET成像技术及其相关集成电路设计领域的发展贡献一份力量。 致谢 （此部分为本书的常规结构，此处省略具体致谢内容。） 参考文献 （此部分为本书的常规结构，此处省略具体参考文献内容。） 作者简介 （此部分为本书的常规结构，此处省略具体作者简介内容。）

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计非常吸引人，那种深邃的蓝色调配上简洁的白色字体，一下子就抓住了我的眼球。作为一名初涉这个领域的研究生，我对这本《PET成像前端集成电路设计》抱有很高的期待。我希望它能为我提供一个扎实的基础，让我能够理解从传感器到信号处理的整个流程。我特别关注那些关于低噪声放大器和时间分辨测量技术的章节，因为这些是影响PET系统性能的关键因素。这本书的排版也很舒服，图文并茂，理论推导过程清晰易懂。虽然书名很专业，但我发现作者在介绍基础概念时非常耐心，没有那种高高在上的感觉。这对我这种需要快速建立知识体系的读者来说，是莫大的帮助。我打算把它作为我未来一年学习和项目开发的主要参考资料，希望它能带我领略到这个交叉学科的魅力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容编排很有逻辑性，层次分明，适合不同层次的读者。对于那些已经有一定电路基础的工程师来说，他们可以直接跳到自己感兴趣的特定章节进行深入研究，比如高精度ADC的实现或者系统集成方面的内容。而对于像我这样需要从头学起的人，前几章对半导体器件特性的介绍和前端电路的基本原理讲解得非常透彻，为后续的复杂设计打下了坚实的基础。我特别喜欢作者在引用相关文献时表现出的学术态度，这使得整本书的知识体系非常可靠。我感觉这不仅仅是一本教材，更像是一位资深专家手把手带领你进行一次系统的学习旅程，每一步都走得踏实而有力。

评分☆☆☆☆☆

总体来看，这本书的学术严谨性和工程实用性达到了一个很好的平衡点。我尤其赞赏作者在处理那些经典设计范式时，能够结合最新的工艺技术和器件特性进行重新审视和优化。对于希望从事PET系统开发或者医疗影像设备设计的专业人士而言，这本书几乎可以算作是案头必备的工具书。我发现书中提供的仿真结果和实验数据都很有说服力，使得理论推导不再是空泛的公式堆砌，而是有实际参考价值的指导。唯一美中不足的是，由于技术更新迭代速度快，某些特定工艺节点的描述可能需要读者结合最新的行业动态进行二次解读，但这并不影响本书作为核心参考资料的地位。它成功地将复杂的物理过程与精密的电路实现紧密地联系起来，展现了现代集成电路设计在医疗领域中的巨大潜力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值远不止于纸面上的知识传递，它更像是一份关于“如何思考”的指南。在阅读过程中，我不断地被引导去思考当前技术的局限性以及未来可能的发展方向。例如，在讨论新型探测器接口时，作者提出的几种创新性解决方案让我眼前一亮，这不仅是技术上的突破，更是思维上的拓展。我注意到，书中对噪声分析和电磁兼容性（EMC）的关注度非常高，这体现了作者对工程实践的重视。在设计一个能够真正投入临床使用的系统时，这些“非功能性”的需求往往是最考验设计者功力的部分。这本书在这方面的探讨非常细致，让我对一个成熟的PET前端系统所需具备的素质有了全新的认识。

评分☆☆☆☆☆

我从一个业余爱好者的角度来谈谈我的阅读体验。坦白说，这本书的专业深度让我这个门外汉感到有些吃力，但正是这种挑战性激发了我的好奇心。我花了大量时间去理解那些复杂的电路图和参数描述，感觉就像在攀登一座知识的高峰。我尤其欣赏作者在解释设计哲学时的那种严谨态度，他不仅仅是在告诉你“如何做”，更是在引导你思考“为什么这么做”。书中对不同设计权衡的讨论非常深入，比如在灵敏度和功耗之间如何做出取舍，这些实际问题让我对集成电路设计有了更深刻的认识。虽然我可能无法完全掌握所有细节，但它让我对PET成像这一前沿技术有了更宏观的认识，激发了我对未来可能从事相关领域工作的兴趣。