【摘 要】
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正电子发射断层成像（Positron Emission Tomography,PET）是医学影像领域最尖端的造影系统。全数字信号处理是PET系统发展的重要方向,高速闪烁脉冲信号的精确采样和量化是全数字PET系统的关键技术,精确的工作时钟是全数字PET稳定工作的重要前提。本论文以此出发,结合CMOS集成电路设计技术的最新发展,设计了满足闪烁脉冲高速采样的低功耗、高集成度的离散阈值比较器和抑制工作电压
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正电子发射断层成像（Positron Emission Tomography,PET）是医学影像领域最尖端的造影系统。全数字信号处理是PET系统发展的重要方向,高速闪烁脉冲信号的精确采样和量化是全数字PET系统的关键技术,精确的工作时钟是全数字PET稳定工作的重要前提。本论文以此出发,结合CMOS集成电路设计技术的最新发展,设计了满足闪烁脉冲高速采样的低功耗、高集成度的离散阈值比较器和抑制工作电压波动的系统时钟振荡器,为小体积和高性能的全数字PET系统集成奠定了基础。根据PET闪烁脉冲信号特点,采用TSMC-0.18μm CMOS工艺设计了一款离散阈值比较器（Discrete Threshold Comparator,DTC）芯片和基于该比较器的高速量化系统。实验结果表明DTC比较器阈值可调范围229 m V～1426 m V,传输延时小于1.5 ns。基于DTC比较器设计了系统级FLASH-ADC和芯片级DTC-ADC两款电路。测试结果表明基于DTC比较器的系统级FLASH-ADC可以达到600 MS/s的采样率。DTC-ADC经过仿真验证,在带宽为32 MHz时采样率达1 GS/s。为了获得稳定系统时钟,采用TSMC-0.18μm CMOS工艺设计了一个有效抑制电压波动的全集成OSC芯片。通过振荡检测和低压差线性稳压技术,达到了振荡器快速起振和降低功耗的目的,并通过设计芯片内部带隙基准和电流偏置减小电源波动对芯片性能的干扰。仿真结果表明在2.5 V～3.6 V工作电压、-40℃～120℃温度的条件下,芯片输出信号的相位噪声为-124.986 d Bc/Hz@1 k Hz,起振时间小于1 ms。芯片尺寸为1130μm×730μm。测试结果表明芯片能在2.2 V～3.3 V工作电压、-45℃～90℃温度条件下振荡,且3.3 V电压下功耗小于13.2 mW。
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