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： 賞心悅目圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121311253

商品編碼：29367860065

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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PET成像技術中的前端集成電路設計：一份技術解析 本書深入探討瞭正電子發射斷層成像（PET）設備核心組件——前端集成電路（Front-end Integrated Circuit, FIC）的設計與實現。PET技術作為一種重要的醫學影像學手段，其成像質量和性能很大程度上取決於前端探測器和信號處理電路的效率與精度。FIC作為連接探測器和後端數據處理的橋梁，其設計水平直接影響著PET係統的空間分辨率、時間分辨率、能量分辨率以及最終的圖像重建效果。 第一章：PET成像原理與前端電路概述 本章首先迴顧瞭PET成像的基本原理，包括正電子湮滅、伽馬光子探測、符閤計數以及圖像重建的流程。在此基礎上，重點闡述瞭前端電路在整個PET係統中的關鍵作用。我們將介紹不同類型PET探測器（如閃爍體、矽光電倍增管（SiPM）等）的探測機製，以及前端電路需要完成的主要任務，包括： 信號放大與整形： 探測器産生的微弱電信號需要經過低噪聲放大器進行有效提升，並經過脈衝整形以標準化信號寬度，便於後續的數字化處理。 時間測量： 精確測量伽馬光子到達時間是實現時間分辨率的關鍵，需要高性能的時間到數字轉換（TDC）或門控采樣電路。 能量測量： 區分不同能量的伽馬光子，識彆符閤事件，需要精密的能量測量電路，如電荷到數字轉換（ADC）或脈衝幅度分析器。 多通道集成： 現代PET係統通常擁有數萬甚至數十萬個探測單元，FIC需要能夠高效地集成和管理這些通道的信號，實現小型化和低功耗。 數字接口： 將處理後的模擬信號轉換為數字信號，並以標準協議（如LVDS、SerDes等）傳輸到後端數據采集與處理單元。 第二章：低噪聲放大器設計 低噪聲放大器（Low-Noise Amplifier, LNA）是FIC設計的基石。本章將詳細介紹LNA的設計理論、關鍵參數以及多種實現拓撲。 噪聲分析與優化： 深入剖析LNA的主要噪聲源，包括熱噪聲、散粒噪聲、閃爍噪聲等，並探討如何通過器件選擇、偏置點優化、反饋網絡設計等手段將噪聲降至最低，以提高PET係統對微弱信號的探測能力。 跨導放大器（OTA）與跨阻放大器（TIA）： 重點分析OTA和TIA作為LNA核心的優缺點，以及在PET前端設計中的適用場景。我們將詳細討論如何設計寬帶寬、高增益、低失真的OTA和TIA電路，以滿足不同探測器信號特性的需求。 反饋網絡設計： 探討電阻反饋、電容反饋等多種反饋機製，以及它們對放大器性能的影響。我們將重點介紹如何設計一個穩定、高增益、低噪聲的反饋迴路。 輸入匹配與阻抗匹配： 分析探測器與放大器之間阻抗匹配的重要性，以及如何設計匹配網絡以最大化信號傳輸效率。 器件選擇與工藝考量： 討論不同半導體工藝（如CMOS、BiCMOS）在LNA設計中的優勢與劣勢，以及如何根據探測器類型和性能要求選擇閤適的晶體管（如NMOS、PMOS、BJT）。 實際設計實例分析： 提供一些典型的PET前端LNA設計案例，包括電路圖、仿真結果和性能指標，幫助讀者理解理論知識在實際設計中的應用。 第三章：時間測量電路設計（TDC/門控采樣） 精確的時間測量是PET實現高時間分辨率和減少隨機符閤的關鍵。本章將聚焦於FIC中的時間測量電路設計。 時間到數字轉換器（TDC）原理： 介紹不同TDC架構，如壓控振蕩器（VCO）型、延遲綫型、多級觸發器型等，分析其精度、功耗和復雜度。 高精度觸發器與比較器設計： 闡述如何設計低延遲、高穩定性的觸發器和比較器，以捕捉微弱的探測信號並産生精確的時間參考點。 門控采樣技術： 探討在某些應用場景下，采用門控采樣技術（如將ADC的采樣窗口與探測信號同步）實現時間測量的方法，並分析其優缺點。 脈衝鑒彆與整形： 討論如何通過整形電路優化探測脈衝的上升沿和下降沿，為TDC提供清晰的時序信號。 抖動（Jitter）分析與抑製： 深入分析時序信號中的抖動，以及它對時間分辨率的影響。我們將介紹抑製抖動的技術，如鎖相環（PLL）的應用、低噪聲參考時鍾設計等。 多通道時間同步： 探討如何在FIC內部實現多個通道的時間同步，以確保不同探測器之間的精確時間比較。 第四章：能量測量電路設計 能量測量在PET中用於區分伽馬光子能量，識彆符閤事件，並提高圖像質量。本章將詳細介紹FIC中的能量測量電路設計。 電荷到數字轉換器（ADC）設計： 介紹不同ADC架構，如逐次逼近型（SAR）、流水綫型（Pipeline）、Σ-Δ型等，分析其精度、采樣率、功耗和綫性度。 脈衝幅度分析（PAM）技術： 討論如何設計電路來測量探測脈衝的峰值幅度，並將其轉換為數字信號。 基綫恢復（Baseline Restoration）： 闡述在連續探測信號流中，如何有效地恢復基綫，確保後續能量測量的準確性。 數字信號處理（DSP）在能量測量中的應用： 簡要介紹如何利用片上數字信號處理器對采集到的脈衝進行濾波、積分等操作，以提高能量測量的精度。 能量分辨率的優化： 分析影響能量分辨率的因素，如探測器本身的能量分辨率、電子噪聲、積分時間等，並探討如何在電路設計中進行優化。 能量窗口設置與閾值判彆： 介紹如何根據能量測量結果設置能量窗口，以篩選齣符閤條件的探測事件。 第五章：多通道集成與數據接口設計 現代PET係統需要集成大量的探測通道，FIC的設計需要兼顧通道密度、功耗和數據傳輸效率。 通道復用與串行化： 探討如何通過時間復用或空間復用技術，減少FIC的引腳數量，提高集成度。介紹串行數據傳輸技術（如LVDS, SerDes）在FIC中的應用，以實現高速、低串擾的數據輸齣。 低功耗設計策略： 詳細討論FIC的低功耗設計方法，包括動態功耗和靜態功耗的優化，如時鍾門控、電源門控、低功耗模式設計等。 片上網絡（NoC）的初步探討： 針對大規模集成，介紹片上網絡（NoC）的概念及其在FIC互連中的潛在應用。 數據傳輸協議與接口標準： 介紹目前PET係統中常用的數據傳輸協議和接口標準，如LVDS, USB, Ethernet等，並討論FIC如何與之兼容。 時鍾分配與管理： 闡述FIC內部高效、低抖動的時鍾分配和管理策略，以保證各個功能模塊的同步運行。 第六章：版圖設計與物理實現 本章將從物理實現的角度，討論FIC的版圖設計、布綫與封裝。 信號完整性（SI）與電源完整性（PI）分析： 重點講解在高速電路設計中，如何通過閤理的版圖布局、布綫策略、電源退耦等技術，保證信號的完整性和電源的穩定性。 串擾（Crosstalk）抑製： 討論在多通道集成電路中，如何通過間距、屏蔽、差分布綫等方法，減小通道間的串擾。 熱管理： 針對高密度集成和高功耗模塊，分析熱效應，並提齣相應的版圖和封裝散熱設計建議。 ESD（靜電放電）保護設計： 闡述FIC的ESD保護設計策略，以提高芯片的可靠性。 封裝技術選擇： 討論不同封裝類型（如QFP, BGA）在PET FIC設計中的適用性，以及封裝對性能的影響。 流片與驗證流程： 簡要介紹IC設計的流片流程，以及在驗證階段需要進行的各項測試。 第七章：先進技術與未來發展趨勢 本章將展望PET前端集成電路設計的未來發展方嚮，介紹一些前沿技術和新興趨勢。 CMOS圖像傳感器（CIS）在PET中的潛在應用： 探討將CIS技術集成到PET前端的可能性，以及其帶來的優勢。 人工智能（AI）與機器學習在FIC設計中的融閤： 展望AI技術在電路優化、故障預測、自適應性能調優等方麵的應用。 寬禁帶半導體材料（如GaN, SiC）在PET前端的應用前景： 分析這些新材料在高頻、高功率、耐輻射等方麵的優勢，以及在PET領域的潛在價值。 小型化、低功耗化與高集成度： 探討未來FIC在體積、功耗和集成度方麵的進一步提升。 麵嚮特定應用場景的優化設計： 討論針對不同PET係統（如PET/CT、PET/MRI、便攜式PET等）的FIC定製化設計需求。 與探測器技術的協同發展： 強調前端電路設計需要與新型探測器材料和技術緊密結閤，以共同推動PET成像技術的進步。 通過對以上各章節的深入研究，讀者將能夠全麵掌握PET成像前端集成電路設計的基本原理、關鍵技術、設計方法以及未來發展趨勢。本書旨在為從事PET設備研發、集成電路設計、醫學影像技術研究的工程師、研究人員和學生提供一份寶貴的參考資料。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名本身就讓我這個非專業人士産生瞭濃厚的興趣，雖然我不太瞭解PET成像的核心技術，但“前端集成電路設計”這個詞匯組閤，無疑點燃瞭我對幕後工程的想象。我一直覺得，我們日常接觸到的各種先進科技，背後都有著無數默默付齣的工程師，而這本書似乎就是揭示瞭PET成像這一前沿醫療診斷技術背後，集成電路設計這一關鍵環節的奧秘。我期待能從中瞭解到，那些精密的芯片是如何被設計齣來的，它們在PET成像的整個過程中扮演著怎樣的角色，又是如何剋服各種技術挑戰，最終實現高效、精準的成像效果。我猜想，書中可能會涉及到信號采集、數據處理、功耗優化、噪聲抑製等一係列復雜的設計考量，而這些恰恰是我作為普通讀者最為好奇的部分。這本書，或許能為我打開一扇瞭解現代醫療設備精密構造的大門，讓我對那些潛藏在儀器內部的“智慧”有更深的認識，也可能讓我意識到，一個小小的集成電路，承載著多麼大的技術含量和研發心血。

評分☆☆☆☆☆

我是一個對精密儀器和電子技術有著濃厚興趣的業餘愛好者。當我看到《PET成像前端集成電路設計》這本書的書名時，我感覺自己仿佛發現瞭通往某種“幕後英雄”的鑰匙。PET成像技術，聽起來就很高端、很神秘，而“前端集成電路設計”則進一步將這種神秘感聚焦到瞭技術的核心。我非常想知道，在PET成像的整個鏈條中，這個“前端”究竟是做什麼的？它是不是直接接收來自探測器的數據，然後進行初步的信號放大、濾波和數字化？我腦海中會想象，書中會不會詳細介紹各種類型的傳感器如何與集成電路協同工作，又或者是如何設計齣能夠處理海量數據的芯片。我更期待的是，這本書能夠揭示在設計過程中，工程師們是如何平衡各種性能指標的，比如速度、精度、功耗以及成本，並且如何剋服例如熱量管理、信號串擾等技術難題。這本書，在我看來，不僅僅是關於技術，更是關於工程師們如何將科學原理轉化為實際應用的智慧結晶。

評分☆☆☆☆☆

乍眼一看《PET成像前端集成電路設計》這個書名，我腦海中立刻浮現齣的是那些在實驗室裏，工程師們一絲不苟地在顯微鏡下焊接、調試電路闆的場景。PET成像本身就已經是尖端技術瞭，而“前端集成電路設計”更是將技術推嚮瞭一個更深層次的細節。這不僅僅是關於PET成像的原理，更是關於如何將這些原理用最精密的電子元件來實現。我很好奇，在這本書裏，作者會如何闡述從最初的理論構想到最終的芯片落地？會不會涉及到底層電路的原理，比如各種傳感器的工作機製，以及如何將它們高效地集成到一個單一的芯片上？我設想，書中可能會深入探討各種不同的集成電路架構，以及它們各自的優缺點，例如在信號采集效率、抗乾擾能力、功耗管理等方麵。同時，我也期待能夠瞭解到，在實際設計過程中，可能會遇到哪些難以預料的挑戰，以及工程師們又是如何通過巧妙的設計來剋服它們的。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對前沿科學研究領域充滿好奇的愛好者，我一直對PET（正電子發射斷層成像）技術在癌癥診斷、神經科學研究等領域的巨大貢獻贊嘆不已。而當我看到這本書的書名——《PET成像前端集成電路設計》時，我便立刻聯想到，在PET成像過程中，那些極其微弱的信號是如何被捕捉、放大和初步處理的。前端集成電路，顧名思義，應該是這個復雜係統最先接觸信號的部分，其設計的好壞，直接關係到整個成像的靈敏度、分辨率以及最終的圖像質量。我非常有興趣瞭解，在這個“前端”設計中，工程師們需要解決哪些關鍵的技術難題？例如，如何設計齣超低噪聲的放大器來捕捉極其微弱的放射信號？如何實現高速度、高精度的模數轉換，將模擬信號轉化為數字信息？又或者，在設計過程中，如何平衡性能、功耗和成本？這本書的齣現，仿佛為我提供瞭一個深入探究PET成像技術“心髒”的機會，讓我能夠窺探到那些看不見的、但卻至關重要的工程智慧。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對科技發展趨勢保持關注的讀者，我對PET成像技術近年來在醫療診斷領域的飛速進步印象深刻。而《PET成像前端集成電路設計》這本書的書名，立刻吸引瞭我的注意力。它指嚮的是PET成像係統中一個至關重要的、卻往往被公眾所忽視的部分——前端集成電路。我猜想，這本書的重點將是如何設計和優化那些能夠直接與探測器交互的電子電路，以最大限度地提升信號的捕獲效率和質量。我對此充滿好奇，這本書是否會詳細介紹各種信號處理技術的演進，例如如何從大量的背景噪聲中提取齣有用的信號？又或者，它是否會探討不同類型的前端架構，比如模擬前端和數字前端，以及它們在PET成像中的具體應用和優勢？此外，我對於如何將這些復雜電路集成到微小芯片上，並實現低功耗、高可靠性的設計也充滿瞭期待，這背後一定凝聚著無數工程師的智慧和努力。