PET成像前端集成電路設計 高武 9787121311253 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
• 半導體
• 核醫學

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齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121311253

商品編碼：29523959378

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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《芯動力：高性能PET成像前端芯片集成解析》 內容概要： 本書深入剖析瞭正電子發射斷層掃描（PET）成像係統中至關重要的前端電子學集成電路設計。PET作為一種無創性醫學影像技術，其診斷精度和成像質量在很大程度上取決於前端探測器信號的采集、處理和傳輸效率。本書聚焦於這一核心環節，從理論基礎到實際應用，係統闡述瞭實現高性能PET成像前端所需的關鍵集成電路技術和設計策略。 全書共分為七章，層層遞進，力求為讀者構建一個全麵而深入的知識體係。 第一章：PET成像原理與前端電子學挑戰 本章首先迴顧瞭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、反符閤信號的探測以及圖像重建的基本流程。在此基礎上，重點闡述瞭PET成像對前端電子學提齣的嚴峻挑戰。包括： 極高的計數率處理能力： PET係統需要實時處理海量的探測器信號，這對前端電路的帶寬和處理速度提齣瞭極高要求。 微弱信號的精確測量： 探測器産生的信號幅度非常微弱，需要低噪聲、高精度的放大和數字化電路來準確捕捉。 高空間分辨率的需求： 實現精細的圖像分辨率，要求探測器陣列的密度極高，而每個通道的電子學設計都必須緊湊且低功耗。 時間分辨率的提升： 提高時間分辨率是實現“時間飛行”（Time-of-Flight, TOF）PET的關鍵，這對前端時間測量電路的精度和穩定性提齣瞭極高要求。 多功能集成與成本控製： 在有限的空間內集成更多功能，同時控製整體成本，是商用PET設備必須考慮的因素。 電磁兼容性（EMC）問題： 大量的電子元器件在高密度集成時，會産生復雜的電磁乾擾，需要精心設計以保證係統的穩定運行。 通過對這些挑戰的深入分析，讀者能夠清晰地認識到PET前端集成電路設計的重要性及其復雜性。 第二章：探測器接口電路設計 探測器是PET係統的“眼睛”，其輸齣信號的特點直接影響著後續信號處理的效率和精度。本章詳細介紹瞭PET係統中常用的探測器類型（如閃爍晶體與光電倍增管/矽光電倍增管）及其輸齣信號的特性。在此基礎上，重點討論瞭與之匹配的接口電路設計，包括： 前置放大器（Preamplifier）設計： 針對不同探測器的特性，設計具有高增益、低噪聲、寬帶寬的前置放大器，以有效放大探測器輸齣的微弱信號，同時抑製外部噪聲的乾擾。將深入探討各種放大器拓撲結構（如跨阻放大器、共發射極放大器等）在PET前端的應用，以及如何優化其噪聲性能和穩定性。 信號耦閤與阻抗匹配： 闡述瞭如何通過閤理的信號耦閤方式（如AC耦閤、DC耦閤）和阻抗匹配技術，最大限度地減少信號傳輸過程中的損耗和失真。 探測器校準電路： 針對探測器性能的漂移和個體差異，設計必要的校準電路，以保證整個探測器陣列的均勻性和測量精度。 第三章：信號調理與整形電路設計 探測器輸齣的原始信號往往需要經過一係列的調理和整形纔能滿足後續數字化和處理的要求。本章深入探討瞭這一環節的關鍵技術： 濾波電路設計： 詳細分析瞭低通濾波、高通濾波、帶通濾波在PET信號處理中的作用，包括如何根據信號特性和噪聲頻譜選擇閤適的濾波器類型（如RC濾波器、有源濾波器）和設計參數，以最大程度地去除噪聲，保留有用信號。 幅度限製與箝位電路： 討論瞭如何設計電路來限製信號的幅度，防止過載損壞後續電路，以及如何利用箝位電路來處理異常信號。 波形整形電路： 重點介紹瞭各種波形整形電路（如施密特觸發器、延遲綫整形器）的設計，以生成具有標準邏輯電平的脈衝信號，便於後續的數字處理和時間測量。將詳細分析不同整形器對脈衝寬度、上升沿和下降沿的影響。 基綫恢復（Baseline Restoration）技術： 闡述瞭在連續脈衝信號流中如何有效恢復信號的基綫，以保證每次脈衝測量的準確性。 第四章：高精度時間測量電路設計 高時間分辨率是現代PET技術（尤其是TOF-PET）的核心競爭力。本章將聚焦於實現這一目標的高精度時間測量電路設計： 時間測量原理： 介紹基於不同原理的時間測量方法，如基於脈衝邊沿檢測的時間測量、基於脈衝纍加的時間測量等。 恒比定時器（Constant Fraction Discriminator, CFD）設計： 詳細闡述CFD的設計原理和電路實現，重點在於如何設計能夠精確輸齣觸發信號，且其觸發點與輸入信號幅度無關的CFD。 延遲綫（Delay Line）技術： 探討瞭利用延遲綫實現精確時間延遲的方法，以及其在時間測量中的應用。 模數轉換（ADC）的門控與觸發： 分析瞭如何利用CFD等電路的輸齣信號來觸發ADC的采樣，以捕捉特定時間窗口內的信號信息。 時間數字轉換器（TDC）設計： 深入介紹TDC的設計原理和各種實現方法（如延遲鏈式TDC、環形振蕩器TDC等），以及如何通過TDC實現納秒甚至皮秒量級的時間分辨率。 第五章：低功耗與高集成度設計策略 在PET前端集成電路設計中，低功耗和高集成度是提升係統性能和降低成本的關鍵。本章將重點探討相關的設計策略： 低功耗電路設計技術： 介紹各種低功耗設計技術，如亞閾值工作模式、動態電壓頻率調整（DVFS）、門控時鍾技術、低功耗邏輯單元設計等，並分析其在PET前端的應用潛力。 混閤信號集成（Mixed-Signal Integration）： 詳細闡述模擬電路和數字電路在同一芯片上集成所麵臨的挑戰以及相應的解決方案，包括噪聲隔離、時鍾抖動控製、電源分割等。 模塊化設計與IP復用： 強調模塊化設計思想在大型集成電路開發中的重要性，以及如何有效利用現有的IP核來加速設計進程，降低開發成本。 先進封裝技術： 討論瞭先進封裝技術（如3D堆疊、扇齣封裝等）在PET前端集成中的應用，以及如何通過封裝來提升集成密度和電氣性能。 第六章：FPGA與ASIC在PET前端的應用 現場可編程門陣列（FPGA）和專用集成電路（ASIC）是實現PET前端功能的主流硬件平颱。本章將對比分析兩者在PET前端設計中的優劣勢： FPGA在PET前端的應用： 介紹FPGA在PET係統原型驗證、算法開發、小批量生産中的優勢，包括其靈活性高、開發周期短等特點。將展示如何利用FPGA實現數據采集、信號處理、實時校準等功能。 ASIC在PET前端的應用： 探討ASIC在PET係統大規模量産、追求極緻性能和低功耗時的不可替代性。將深入分析ASIC的設計流程、性能優化以及與FPGA的權衡。 混閤設計方案： 討論如何結閤FPGA和ASIC的優勢，構建高效的PET前端係統，例如利用FPGA進行前期算法驗證，最終將成熟的算法固化到ASIC中。 第七章：實際案例分析與未來展望 本章通過分析一些實際的PET成像前端集成電路設計案例，將前文所述的理論知識與實際工程應用相結閤，幫助讀者更好地理解設計過程和遇到的問題。同時，對PET成像技術和前端電子學設計未來的發展趨勢進行展望，包括： 更高能量分辨率和時間分辨率的追求 麵嚮新一代探測器技術（如SiPM）的優化設計 人工智能（AI）在PET信號處理中的應用 低成本、便攜式PET設備的開發 與MRI、CT等模態融閤的集成電路設計 本書特色： 理論與實踐緊密結閤： 既有紮實的理論基礎，又包含豐富的工程實踐指導。 技術前沿性： 聚焦於當前PET成像前端設計最熱門和最具挑戰性的技術點。 係統性與全麵性： 覆蓋瞭從原理到實現、從硬件到部分軟件接口的完整流程。 專業性與可讀性並存： 語言嚴謹專業，同時力求清晰易懂，適閤不同背景的讀者。 《芯動力：高性能PET成像前端芯片集成解析》將成為PET成像領域的研究者、工程師以及相關專業學生的重要參考資料，為推動下一代高性能PET成像技術的發展提供堅實的理論和技術支撐。

評分☆☆☆☆☆

總結與展望：一本值得反復研讀的工具書 讀完這本書，我最大的感受是“充實”和“可靠”。它不是一本讀完一遍就能完全吸收的快速入門讀物，而是一本需要放在手邊，在遇到具體技術難題時反復查閱的工具書。它成功地在學術的嚴謹性與工程的實用性之間找到瞭一個完美的平衡點。書中對不同工藝節點的適應性討論，也為我們思考未來IC的演進方嚮提供瞭重要的參考係。例如，隨著CMOS工藝節點不斷縮小，對亞閾值漏電和隨機缺陷的管理將變得愈發重要，書中對這些前沿挑戰的預見性分析，使得這本書的參考價值得以長期維持。總而言之，這本書的深度、廣度以及對工程實踐的指導意義，使其在PET成像前端電路設計這個細分領域中，達到瞭一個很高的標杆水平。我強烈推薦給所有緻力於高端醫療電子設備研發的工程師和研究生。

評分☆☆☆☆☆

開篇：從技術深度到實際應用的思考 這本書的題目一齣來，我就被“PET成像”和“前端集成電路設計”這兩個關鍵詞深深吸引住瞭。在醫學影像領域，PET技術的重要性不言而喻，但其核心的信號采集和處理環節，尤其是前端電路的設計，往往是決定最終圖像質量和係統性能的關鍵瓶頸。我帶著一種近乎朝聖般的心情翻開瞭這本書，期待能看到那些隱藏在高性能PET設備背後的電子學智慧。初讀之下，作者似乎並未急於展示那些炫目的係統指標，而是紮紮實實地從半導體物理和器件層麵講起，這讓我感到非常欣慰。這種由內而外的講解方式，比那些隻會堆砌現有模塊框圖的書籍要更有價值得多。我特彆關注瞭其中關於低噪聲放大器（LNA）和脈衝整形電路的章節，書中對不同拓撲結構的優劣勢分析得極為透徹，不僅僅停留在理論公式推導，還結閤瞭實際噪聲源的建模和抑製策略，讓我對如何在高計數率環境下保持高信噪比有瞭更深層次的理解。這種對細節的執著，正是衡量一本硬核技術書籍是否閤格的試金石。那種仿佛能親手調試電路、感受到電流流動的代入感，是閱讀其他泛泛之談的資料時所無法比擬的。

評分☆☆☆☆☆

深入探討：設計哲學與前沿趨勢的交織 這本書的敘述邏輯非常嚴謹，它巧妙地將傳統的模擬電路設計原則與現代超大規模集成電路（VLSI）的設計流程無縫對接。尤其讓我印象深刻的是，作者並未將PET前端電路視為一個孤立的模塊，而是將其置於整個數據鏈的背景下進行考量。比如，在討論電荷收集和數字化轉換時，它詳細闡述瞭如何根據後續的數字信號處理（DSP）能力來反推前端電路的最佳參數設置，這體現瞭一種係統級的、麵嚮應用的集成設計哲學。這種前瞻性的視角，讓這本書的價值遠遠超齣瞭單純的“電路設計手冊”。我注意到書中對新型探測器接口的適配性有深入探討，例如新型閃爍體材料對信號特性的影響，以及如何設計齣能兼容不同脈衝形狀的自適應前端。這種對行業最新進展的關注和消化能力，使得這本書即使麵對日新月異的技術迭代，也依然保持瞭強大的生命力。它不是在教你如何復製已有的設計，而是在啓發你如何去思考下一個十年可能齣現的挑戰並提前布局解決方案。

評分☆☆☆☆☆

閱讀體驗：圖文並茂，晦澀難懂處的點睛之筆 坦率地說，PET前端電路設計涉及的知識點非常密集，從半導體工藝的微觀世界到高速信號傳輸的宏觀錶現，對讀者的基礎要求很高。然而，作者在呈現復雜概念時，展現齣瞭非凡的教學能力。那些原本可能讓人望而卻步的傅裏葉變換在噪聲分析中的應用，或是復雜反饋迴路的穩定性討論，都被配上瞭清晰的、邏輯性極強的圖錶來輔助理解。特彆是那些關鍵公式的推導過程，作者總能在看似跳躍的地方插入一小段解釋性的文字，就像在你迷路時遞來一張指路的地圖。這種行文風格，使得原本生澀的理論知識變得易於消化，極大地降低瞭自學的門檻。我個人非常欣賞作者在關鍵定義旁標注的“工程啓示”或“設計陷阱”部分，這些看似不起眼的標注，往往是作者多年實踐經驗的結晶，能夠幫助我們這些實踐者避免走許多彎路。這本書的排版和插圖質量也值得稱贊，清晰的電路圖和布局圖讓人一目瞭然，確保瞭閱讀過程中的流暢性。

評分☆☆☆☆☆

對實踐者的價值：從理論到驗證的橋梁 對於已經在相關領域工作或者進行畢業設計（畢設）的工程師和學生來說，這本書無疑是一座寶貴的橋梁。它不僅提供瞭理論基礎，更重要的是，它深入到瞭仿真和驗證的層麵。書中對Spice模型參數的選擇、濛特卡洛仿真在統計噪聲分析中的應用，以及版圖設計時需要特彆注意的串擾和地彈問題，都有詳盡的討論。這部分內容將理論的嚴謹性帶入瞭實際的工程操作層麵。我特彆留意瞭關於功耗優化的章節，在便攜式或植入式PET設備日益普及的今天，低功耗設計已不再是可選項而是必選項。作者提齣的功耗-性能權衡的量化方法，提供瞭一套可操作的評估框架，而不是僅僅停留在“應該低功耗”這種空泛的口號上。這本書的價值在於，它教你如何“做齣”一個閤格的前端IC，而不是僅僅“描述”一個理想的前端IC。