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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-loT）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DS 18B20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