物聯(lián)網(wǎng)之芯：傳感器件與通信芯片設(shè)計

叢書序 

序言 

第1章 物聯(lián)網(wǎng)集成電路（IoT IC）芯片設(shè)計概述1 

1.1 集成傳感器件技術(shù)演進2 

1.2 物聯(lián)網(wǎng)集成電路芯片分類3 

1.3 物聯(lián)網(wǎng)集成電路芯片設(shè)計要求4 

1.3.1 物聯(lián)網(wǎng)集成電路芯片設(shè)計一般要求4 

1.3.2 物聯(lián)網(wǎng)邊緣層設(shè)備IC芯片設(shè)計要求5 

1.3.3 物聯(lián)網(wǎng)中間層設(shè)備IC芯片設(shè)計要求6 

1.3.4 物聯(lián)網(wǎng)核心層設(shè)備IC芯片設(shè)計要求7 

1.3.5 物聯(lián)網(wǎng)集成電路芯片安全性設(shè)計8 

1.3.6 物聯(lián)網(wǎng)集成電路芯片低功耗設(shè)計9 

1.4 物聯(lián)網(wǎng)集成電路芯片生態(tài)圈構(gòu)建9 

1.4.1 英特爾布局云端物聯(lián)網(wǎng)11 

1.4.2 Marvell做業(yè)界最全芯片平臺解決方案11 

1.4.3 博通打造最安全物聯(lián)網(wǎng)平臺12 

1.4.4 TI建立第三方物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)12 

1.5 物聯(lián)網(wǎng)集成電路芯片定制化之變13 

1.6 物聯(lián)網(wǎng)集成電路芯片產(chǎn)業(yè)化發(fā)展13 

1.6.1 物聯(lián)網(wǎng)集成電路芯片技術(shù)發(fā)展趨勢14 

1.6.2 IC企業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的布局23 

1.6.3 傳感器芯片和通信芯片是物聯(lián)網(wǎng)集成電路芯片產(chǎn)業(yè)的方向28 

1.7 本章小結(jié)29 

1.8 習題29 

第2章 集成電路制造與設(shè)計基礎(chǔ)30 

2.1 集成電路發(fā)展簡史30 

2.2 集成電路產(chǎn)業(yè)變遷32 

2.3 集成電路分類與命名規(guī)則35 

2.3.1 按電路屬性、功能分類35 

2.3.2 按集成規(guī)模分類37 

2.3.3 按導電類型分類38 

2.3.4 按用途分類38 

2.3.5 按外形分類39 

2.3.6 集成電路命名規(guī)則39 

2.4 集成電路制造40 

2.4.1 晶圓制造40 

2.4.2 晶圓生產(chǎn)工藝流程44 

2.4.3 集成電路生產(chǎn)流程44 

2.4.4 集成電路工藝46 

2.4.5 CMOS工藝49 

2.5 集成電路封裝49 

2.5.1 集成電路封裝技術(shù)49 

2.5.2 集成電路封裝形式枚舉52 

2.6 集成電路微組裝工藝58 

2.6.1 不同工藝芯片組裝58 

2.6.2 集成電路組裝案例59 

2.7 數(shù)字集成電路設(shè)計概要62 

2.8 本章小結(jié)64 

2.9 習題64 

第3章 物聯(lián)網(wǎng)傳感器件設(shè)計65 

3.1 傳感器件概述65 

3.2 材料型傳感器66 

3.2.1 材料型傳感器的基礎(chǔ)效應66 

3.2.2 傳感器半導體材料特性設(shè)計68 

3.2.3 摻雜工藝改變半導體敏感特性69 

3.2.4 設(shè)計材料成分，改變制造工藝，調(diào)節(jié)敏感特性72 

3.3 結(jié)構(gòu)型傳感器73 

3.3.1 電阻敏感結(jié)構(gòu)74 

3.3.2 電感敏感結(jié)構(gòu)75 

3.3.3 電容敏感結(jié)構(gòu)78 

3.4 半導體敏感器件81 

3.4.1 磁敏元件結(jié)構(gòu)81 

3.4.2 濕敏元件結(jié)構(gòu)85 

3.4.3 光敏元件結(jié)構(gòu)88 

3.4.4 氣敏元件結(jié)構(gòu)93 

3.5 生物敏感元件結(jié)構(gòu)95 

3.5.1 酶傳感器結(jié)構(gòu)95 

3.5.2 葡萄糖傳感器結(jié)構(gòu)97 

3.5.3 氧傳感器結(jié)構(gòu)99 

3.6 圖像敏感元件結(jié)構(gòu)101 

3.6.1 CCD圖像傳感器101 

3.6.2 CMOS圖像傳感器106 

3.6.3 色敏三極管108 

3.7 傳感器接口技術(shù)109 

3.7.1 傳感器融合110 

3.7.2 I3C總線協(xié)議111 

3.8 幾種傳感器設(shè)計實例116 

3.8.1 MEMS傳感器概述117 

3.8.2 微機電系統(tǒng)（MEMS）壓力傳感器118 

3.8.3 微機電系統(tǒng)（MEMS）加速度傳感器118 

3.8.4 智能壓力傳感器119 

3.8.5 智能溫濕度傳感器121 

3.8.6 智能液體渾濁度傳感器121 

3.9 本章小結(jié)122 

3.10 習題123 

第4章 物聯(lián)網(wǎng)通信集成電路設(shè)計124 

4.1 通信電路概述124 

4.1.1 物聯(lián)網(wǎng)常用通信方式124 

4.1.2 物聯(lián)網(wǎng)通信電路進展128 

4.2 物聯(lián)網(wǎng)有線通信電路設(shè)計130 

4.2.1 RS232電路設(shè)計131 

4.2.2 用VHDL設(shè)計UART收發(fā)電路132 

4.2.3 用Verilog HDL設(shè)計USART收發(fā)電路135 

4.2.4 RS485電路設(shè)計141 

4.2.5 光纖收發(fā)器電路142 

4.2.6 USB 2.0接口電路設(shè)計143 

4.2.7 USB 3.0芯片設(shè)計147 

4.2.8 USB 3.0轉(zhuǎn)千兆以太網(wǎng)單芯片設(shè)計148 

4.3 物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)150 

4.3.1 物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)概述150 

4.3.2 物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)特性154 

4.4 RFIC芯片設(shè)計155 

4.4.1 RFIC 設(shè)計歷程156 

4.4.2 RFIC設(shè)計流程156 

4.4.3 RFIC設(shè)計行業(yè)的衰落160 

4.4.4 幾款射頻芯片性能一覽161 

4.5 WiFi芯片設(shè)計163 

4.5.1 WiFi芯片產(chǎn)業(yè)概況164 

4.5.2 WiFi芯片設(shè)計171 

4.5.3 WiFi無線收發(fā)基帶處理器設(shè)計174 

4.5.4 WiFi芯片設(shè)計案列186 

4.5.5 5G WiFi技術(shù)191 

4.6 藍牙芯片設(shè)計193 

4.6.1 TI CC2541藍牙芯片概述193 

4.6.2 TI CC2541藍牙芯片RF片載系統(tǒng)195 

4.6.3 TI CC2541藍牙芯片開發(fā)工具195 

4.6.4 TI CC2541 藍牙低功耗解決方案196 

4.7 本章小結(jié)197 

4.8 習題197 

第5章 窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）198 

5.1 NB-IoT概念198 

5.2 NB-IoT商業(yè)模式199 

5.3 NB-IoT技術(shù)標準200 

5.4 NB-IoT實現(xiàn)高覆蓋、大連接、微功耗、低成本的技術(shù)路線201 

5.4.1 NB-IoT提升無線覆蓋的方法201 

5.4.2 NB-IoT實現(xiàn)大連接的關(guān)鍵技術(shù)203 

5.4.3 NB-IoT實現(xiàn)低成本的技術(shù)路線204 

5.4.4 NB-IoT實現(xiàn)低功耗的措施206 

5.5 NB-IoT芯片設(shè)計208 

5.5.1 NB-IoT芯片設(shè)計目標208 

5.5.2 物聯(lián)網(wǎng)芯片生產(chǎn)廠商產(chǎn)品一覽209 

5.5.3 NB-IoT終端芯片系統(tǒng)結(jié)構(gòu)213 

5.5.4 Rx架構(gòu)的選擇216 

5.5.5 Rx混頻器（Mixer）設(shè)計216 

5.5.6 Rx直流偏移消除電路218 

5.5.7 Tx中的模擬基帶219 

5.6 NB-IoT業(yè)務(wù)范圍、應用場景及競爭挑戰(zhàn)221 

5.6.1 NB-IoT主要業(yè)務(wù)范圍221 

5.6.2 NB-IoT應用場景222 

5.6.3 NB-IoT發(fā)展與挑戰(zhàn)223 

5.7 本章小結(jié)223 

5.8 習題224 

第6章