《物联网之芯：传感器件与通信芯片设计》PPT

本书为“物联网工程实战丛书”第2卷。书中从物联网工程的实际需求出发，阐述了传感器件与通信芯片的设计理念，从设计源头告诉读者我要设计什么样的芯片。集成电路设计是一门专业的技术，其设计方法和流程有专门著作介绍，不在本书讲述范围之内。
本书适合作为高等院校物联网工程、通信工程、网络工程、电子信息工程、微电子和集成电路等相关专业的教材，也适合传感器和芯片研发人员阅读，另外也适合作为智慧城市建设等政府管理部门相关人员的参考读物。

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目录

• 丛书序
• 序言
• 第1章 物联网集成电路（IoT IC）芯片设计概述1
• 1.1 集成传感器件技术演进2
• 1.2 物联网集成电路芯片分类3
• 1.3 物联网集成电路芯片设计要求4
• 1.3.1 物联网集成电路芯片设计一般要求4
• 1.3.2 物联网边缘层设备IC芯片设计要求5
• 1.3.3 物联网中间层设备IC芯片设计要求6
• 1.3.4 物联网核心层设备IC芯片设计要求7
• 1.3.5 物联网集成电路芯片安全性设计8
• 1.3.6 物联网集成电路芯片低功耗设计9
• 1.4 物联网集成电路芯片生态圈构建9
• 1.4.1 英特尔布局云端物联网11
• 1.4.2 Marvell做业界最全芯片平台解决方案11
• 1.4.3 博通打造最安全物联网平台12
• 1.4.4 TI建立第三方物联网云服务生态系统12
• 1.5 物联网集成电路芯片定制化之变13
• 1.6 物联网集成电路芯片产业化发展13
• 1.6.1 物联网集成电路芯片技术发展趋势14
• 1.6.2 IC企业在物联网领域的布局23
• 1.6.3 传感器芯片和通信芯片是物联网集成电路芯片产业的方向28
• 1.7 本章小结29
• 1.8 习题29
• 第2章 集成电路制造与设计基础30
• 2.1 集成电路发展简史30
• 2.2 集成电路产业变迁32
• 2.3 集成电路分类与命名规则35
• 2.3.1 按电路属性、功能分类35
• 2.3.2 按集成规模分类37
• 2.3.3 按导电类型分类38
• 2.3.4 按用途分类38
• 2.3.5 按外形分类39
• 2.3.6 集成电路命名规则39
• 2.4 集成电路制造40
• 2.4.1 晶圆制造40
• 2.4.2 晶圆生产工艺流程44
• 2.4.3 集成电路生产流程44
• 2.4.4 集成电路工艺46
• 2.4.5 CMOS工艺49
• 2.5 集成电路封装49
• 2.5.1 集成电路封装技术49
• 2.5.2 集成电路封装形式枚举52
• 2.6 集成电路微组装工艺58
• 2.6.1 不同工艺芯片组装58
• 2.6.2 集成电路组装案例59
• 2.7 数字集成电路设计概要62
• 2.8 本章小结64
• 2.9 习题64
• 第3章 物联网传感器件设计65
• 3.1 传感器件概述65
• 3.2 材料型传感器66
• 3.2.1 材料型传感器的基础效应66
• 3.2.2 传感器半导体材料特性设计68
• 3.2.3 掺杂工艺改变半导体敏感特性69
• 3.2.4 设计材料成分，改变制造工艺，调节敏感特性72
• 3.3 结构型传感器73
• 3.3.1 电阻敏感结构74
• 3.3.2 电感敏感结构75
• 3.3.3 电容敏感结构78
• 3.4 半导体敏感器件81
• 3.4.1 磁敏元件结构81
• 3.4.2 湿敏元件结构85
• 3.4.3 光敏元件结构88
• 3.4.4 气敏元件结构93
• 3.5 生物敏感元件结构95
• 3.5.1 酶传感器结构95
• 3.5.2 葡萄糖传感器结构97
• 3.5.3 氧传感器结构99
• 3.6 图像敏感元件结构101
• 3.6.1 CCD图像传感器101
• 3.6.2 CMOS图像传感器106
• 3.6.3 色敏三极管108
• 3.7 传感器接口技术109
• 3.7.1 传感器融合110
• 3.7.2 I3C总线协议111
• 3.8 几种传感器设计实例116
• 3.8.1 MEMS传感器概述117
• 3.8.2 微机电系统（MEMS）压力传感器118
• 3.8.3 微机电系统（MEMS）加速度传感器118
• 3.8.4 智能压力传感器119
• 3.8.5 智能温湿度传感器121
• 3.8.6 智能液体浑浊度传感器121
• 3.9 本章小结122
• 3.10 习题123
• 第4章 物联网通信集成电路设计124
• 4.1 通信电路概述124
• 4.1.1 物联网常用通信方式124
• 4.1.2 物联网通信电路进展128
• 4.2 物联网有线通信电路设计130
• 4.2.1 RS232电路设计131
• 4.2.2 用VHDL设计UART收发电路132
• 4.2.3 用Verilog HDL设计USART收发电路135
• 4.2.4 RS485电路设计141
• 4.2.5 光纤收发器电路142
• 4.2.6 USB 2.0接口电路设计143
• 4.2.7 USB 3.0芯片设计147
• 4.2.8 USB 3.0转千兆以太网单芯片设计148
• 4.3 物联网无线通信技术150
• 4.3.1 物联网无线通信技术概述150
• 4.3.2 物联网无线通信技术特性154
• 4.4 RFIC芯片设计155
• 4.4.1 RFIC 设计历程156
• 4.4.2 RFIC设计流程156
• 4.4.3 RFIC设计行业的衰落160
• 4.4.4 几款射频芯片性能一览161
• 4.5 WiFi芯片设计163
• 4.5.1 WiFi芯片产业概况164
• 4.5.2 WiFi芯片设计171
• 4.5.3 WiFi无线收发基带处理器设计174
• 4.5.4 WiFi芯片设计案列186
• 4.5.5 5G WiFi技术191
• 4.6 蓝牙芯片设计193
• 4.6.1 TI CC2541蓝牙芯片概述193
• 4.6.2 TI CC2541蓝牙芯片RF片载系统195
• 4.6.3 TI CC2541蓝牙芯片开发工具195
• 4.6.4 TI CC2541 蓝牙低功耗解决方案196
• 4.7 本章小结197
• 4.8 习题197
• 第5章 窄带物联网（NB-IoT）198
• 5.1 NB-IoT概念198
• 5.2 NB-IoT商业模式199
• 5.3 NB-IoT技术标准200
• 5.4 NB-IoT实现高覆盖、大连接、微功耗、低成本的技术路线201
• 5.4.1 NB-IoT提升无线覆盖的方法201
• 5.4.2 NB-IoT实现大连接的关键技术203
• 5.4.3 NB-IoT实现低成本的技术路线204
• 5.4.4 NB-IoT实现低功耗的措施206
• 5.5 NB-IoT芯片设计208
• 5.5.1 NB-IoT芯片设计目标208
• 5.5.2 物联网芯片生产厂商产品一览209
• 5.5.3 NB-IoT终端芯片系统结构213
• 5.5.4 Rx架构的选择216
• 5.5.5 Rx混频器（Mixer）设计216
• 5.5.6 Rx直流偏移消除电路218
• 5.5.7 Tx中的模拟基带219
• 5.6 NB-IoT业务范围、应用场景及竞争挑战221
• 5.6.1 NB-IoT主要业务范围221
• 5.6.2 NB-IoT应用场景222
• 5.6.3 NB-IoT发展与挑战223
• 5.7 本章小结223
• 5.8 习题224
• 第6章 物联网5G通信技术225
• 6.1 物联网5G通信基本概念225
• 6.1.1 5G通信技术研究机构225
• 6.1.2 5G通信技术研究进程229
• 6.1.3 5G通信技术基本概念229
• 6.1.4 5G通信技术应用场景233
• 6.2 5G通信关键技术234
• 6.2.1 5G通信技术指标235
• 6.2.2 5G通信理论基础235
• 6.2.3 5G网络关键技术236
• 6.3 5G网络建设245
• 6.3.1 5G网络主要功能245
• 6.3.2 5G网络速率测试246
• 6.3.3 5G网络商业应用进程246
• 6.4 5G小基站建设247
• 6.5 5G芯片设计与实现250
• 6.6 5G芯片设计案例——智能手机芯片253
• 6.6.1 调制变频技术与多工技术253
• 6.6.2 数字通信系统架构254
• 6.6.3 无线通信系统架构256
• 6.6.4 通信相关集成电路：基频芯片、中频芯片、射频芯片257
• 6.7 本章小结258
• 6.8 习题258
• 第7章 物联网嵌入式处理器应用259
• 7.1 4种常见的物联网嵌入式处理器259
• 7.1.1 嵌入式ARM微处理器259
• 7.1.2 嵌入式MIPS处理器260
• 7.1.3 PowerPC处理器260
• 7.1.4 x86架构物联网处理器261
• 7.2 嵌入式Cortex-M0微处理器262
• 7.2.1 LPC1114微控制器262
• 7.2.2 ARM微控制器开发的软件——Keil264
• 7.3 微处理器应用于温度检测设计实例265
• 7.3.1 DS18B20的工作原理265
• 7.3.2 LPC1114控制DS18B20温度显示的工程实例268
• 7.4 乐鑫ESP8266移动互联网SoC芯片应用272
• 7.4.1 ESP8266芯片概述272
• 7.4.2 ESP8266引脚定义273
• 7.4.3 ESP8266EX内部结构及组成275
• 7.4.4 ESP8266EX低功耗管理278
• 7.4.5 ESP8266EX外设接口279
• 7.4.6 WiFi SoC芯片应用设计284
• 7.5 君正物联网处理器286
• 7.6 本章小结289
• 7.7 习题289
• 第8章 SoC应用设计290
• 8.1 FPAG应用是大数据和物联网的发展趋势290
• 8.1.1 FPGA＋CPU模式：大数据时代发展趋势之一290
• 8.1.2 FPGA替代部分AISC，提升运行效率291
• 8.1.3 FPGA在小批量应用上的优势293
• 8.2 FPGA性能特色295
• 8.2.1 可编程的“万能芯片”——FPGA295
• 8.2.2 FPGA的核心优点295
• 8.2.3 FPGA的制约因素296
• 8.2.4 半导体领域摩尔定律的坚定执行者297
• 8.3 SoC设计导论297
• 8.3.1 SoC的概念297
• 8.3.2 Cortex-M0处理器及总线结构298
• 8.4 SoC系统的实现301
• 8.4.1 Cortex-M0系统的构建301
• 8.4.2 仿真原理和行为级仿真318
• 8.4.3 系统编译和分析323
• 8.5 本章小结329
• 8.6 习题329
• 第9章 微功耗无源物联网电源模块设计330
• 9.1 电源管理330
• 9.1.1 电压变换331
• 9.1.2 功耗管理模式334
• 9.1.3 功耗分析335
• 9.2 微处理器功耗分析339
• 9.2.1 微处理器功耗来源340
• 9.2.2 CMOS反相器功耗组成340
• 9.2.3 集成电路设计中常用的低功耗技术341
• 9.3 STM32微处理器节能工作模式344
• 9.3.1 STM32芯片的4种低功耗工作模式344
• 9.3.2 STM32芯片时钟管理349
• 9.4 低功耗集成电路设计350
• 9.4.1 低功耗设计的原因350
• 9.4.2 功耗分析351
• 9.4.3 系统级低功耗设计361
• 9.4.4 RTL级低功耗设计366
• 9.4.5 门级电路低功耗设计379
• 9.4.6 物理级低功耗设计387
• 9.5 亚阈值设计388
• 9.6 本章小结390
• 9.7 习题391
• 第10章 物联网无源IC设计前沿技术展望392
• 10.1 物联网能源众包392
• 10.1.1 光伏发电392
• 10.1.2 温差发电393
• 10.1.3 风力发电394
• 10.1.4 水力发电395
• 10.1.5 电磁辐射能发电397
• 10.2 无线输电技术398
• 10.2.1 无线输电技术溯源398
• 10.2.2 无线输电的方法399
• 10.2.3 无线输电技术研究进展401
• 10.3 无线传感器实例402
• 10.3.1 无线传感器概述402
• 10.3.2 无线智能温度传感器403
• 10.3.3 无线气体传感器404
• 10.3.4 无线压力传感器404
• 10.3.5 无线温湿度传感器405
• 10.3.6 无线传感器的选择方法405
• 10.3.7 无线传感器的应用技术407
• 10.3.8 无线传感器网络拓扑结构407
• 10.4 具有微功耗、低成本、高可靠性、长寿命性能的SoC芯片410
• 10.4.1 改进设计架构是重要降耗途径411
• 10.4.2 应对碎片化的挑战411
• 10.4.3 无线传感器网络SoC芯片的低功耗设计实例412
• 10.5 具有信息传感、数据传输、实时控制、无源供电功能的SoC芯片414
• 10.5.1 WiFi无线传感器网络及其应用前景414
• 10.5.2 选择合适的无线WiFi SoC 芯片415
• 10.5.3 选择合适的开发系统417
• 10.5.4 代码开发和初步测试418
• 10.6 集成电路产业发展趋势420
• 10.7 本章小结422
• 10.8 习题422
• 参考文献423