物联网之芯：传感器件与通信芯片设计

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