物联网之芯：传感器件与通信芯片设计
国内物联网工程学科的奠基性作品，物联网工程研发一线工程师的经验总结；系统阐述物联网传感器件与通信芯片的设计理念与方法，多位物联网专业人士力荐，赠送教学PPT
基本信息
- 作者： 曾凡太 边栋 徐胜朋
- 丛书名： 物联网工程实战丛书
- 出版社：机械工业出版社
- ISBN：9787111613244
- 上架时间：2018-11-29
- 出版日期：2018 年11月
- 开本：16开
- 页码：448
- 版次：1-1
- 所属分类：计算机 > 电子商务与计算机文化 > 综合
编辑推荐
广告语：
国内物联网工程学科的奠基性作品，物联网工程研发一线工程师的经验总结；系统阐述物联网传感器件与通信芯片的设计理念与方法，多位物联网专业人士力荐，赠送教学PPT
内容简介
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
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
前言
“芯”随“物”动，“物”依“芯”联
物联网芯片产业范畴
物联网（IoT）被认为是世界产业技术革命的第三次浪潮，有着前所未有的大市场。随着物联网的普及，作为核心设备的芯片也迎来蓬勃发展，成为物联网产业竞争的制高点。在千亿连接和万亿市场的吸引之下，运营商、通信设备商、IT厂商、软件公司和互联网企业等各方势力，纷纷竞逐这个潜力无穷的“风口”市场。
物联网芯片产业主要包括RFID芯片、移动芯片、M2M芯片、微控制器芯片、无线传感器芯片、安全芯片、移动支付芯片、通信射频芯片和身份识别类芯片等。囊括在物联网这个术语中的器件有传感器、各种类型的处理器、越来越多的片上和片外存储器、I/O接口和chipsets。封装这些器件的不同方法也在不断涌现，包括云中定制ASIC、各种各样的SoC、用于网络和服务器的2.5D芯片，以及用于MEMS和传感器集群的fan-out晶圆级封装技术。移动芯片作为连接物联网的核心器件，也是整个网络信息传送的枢纽。
物联网芯片产业现状
目前我国物联网芯片的研发企业由于缺乏相关技术人才，创新服务能力不足，再加上芯片设计周期长、风险高等因素，导致了在芯片领域一直处于劣势。我国芯片产业的产业基础、产业结构、产业规模和创新能力与发达国家相比还有很大差距，技术空白点很多，骨干企业规模和利润都远远不及竞争对手。我国物联网发展对芯片需求庞大，核心芯片主要依赖进口。以传感器为例，中高端传感器进口比例高达80%，传感芯片进口比例高达90%，跨国公司在中国MEMS传感器市场占比高达60%。
全球产业正在整合，产业模式在变，中国集成电路产业只有靠创新的研发、创新的思维，才能找到正确路径，避免掉入陷阱。物联网产业规模发展需要跨越三大壁垒：行业壁垒、技术壁垒和需求壁垒。如何突破物联网芯片产业的核心关键技术，正成为我国芯片产业界要考虑的重点。
如何在IC层面推进物联网技术的创新？从不同视角看物联网会有不同的理解。
物联网专家看物联网：物联网芯片要微功耗、低成本、多功能。芯片企业看物联网：小芯片，大机会。投资机构看物联网：只投物联网芯片创业公司，这绝对是产业链的上游。
物联网芯片创业挑战
无论是做物联网芯片、模组，还是做终端产品，创业的风险其实都很大。物联网芯片的定位是位于整个产业链的上游，虽然投入非常大，门槛也很高，但进入后竞争者想要加入的难度会很高。物联网市场的长尾效应，让这些新加入的芯片公司能够在广阔而分散的市场中找到自己的一席之地。芯片市场运营环境正在由运营商需求为主导向行业用户需求为主导转变，所以在这个阶段，芯片初创企业与行业巨头并不是竞争对手，而是开拓各自领域的行业伙伴。
物联网芯片设计听上去像是很简单的主题，但深入一点就会发现，物联网并不是单一的主题，肯定没有什么类型的芯片可以构成物联网的广泛应用和市场普适。
开发用于汽车、医疗设备和工业控制系统的芯片，还存在安全性的考量。这会带来额外的复杂度和成本，另外还需要额外的时间来设计、验证和调试这些设备。
在物联网边缘，这些设备尽可能地与设计目标相符。它们会将数以十亿计的事物连接到互联网。它们必须要廉价，必须出现在现场，必须要能与物理世界进行交互，并且必须满足低功耗要求。通过传感器和执行器与现实世界交互，涉及高电压、物理学、MEMS和光子学这样的领域。物联网芯片设计需要更可靠、更安全，还需要满足一些行业标准，比如汽车领域的ISO 26262或用于工业物联网（IIoT）的OMAC和OPC工业标准。这些都会导致成本增长，也会拉长这些设备上市的时间。尤其是在移动电子产品领域，需要非常低的功耗以延长电池寿命，这需要复杂的电源管理，进一步增加了产品价格和设计复杂性。
“芯”随“物”动：技能实力确定物联网“江湖地位”
芯片的功能、性能和成本随物联网工程应用而动态变化。实现这些变化，要靠芯片设计企业的研发和技术实力。
（1）谁是霸主？群雄逐鹿核心战场
万物互联离不开小小的芯片，包括华为、联发科、英特尔和高通在内的行业巨头纷纷发力物联网芯片。芯片是物联网时代的战略制高点，谁能掌握核心技术，谁就能成为物联网产业的霸主。
战鼓擂响，深耕手机芯片市场多年的联发科聚焦物联网芯片，推出新一代客制化WiFi无线芯片平台系列MT7686、MT7682和MT5932，这3款芯片具备了更多实用功能，功耗大大降低（约90%），唤醒时间小于0.1秒，开发者在开发新产品时能获得周到的技术支持。
华为积极战略布局物联网领域，高度集成的Boudica 120芯片将大规模发货。预计全球将有20多个国家都部署NB-IoT（窄带物联网）网络。华为已经与40多家合作伙伴展开合作，涉及20多个行业业态，在智能停车和消防领域的应用处于领先地位。
物联网芯片产业范畴
物联网（IoT）被认为是世界产业技术革命的第三次浪潮，有着前所未有的大市场。随着物联网的普及，作为核心设备的芯片也迎来蓬勃发展，成为物联网产业竞争的制高点。在千亿连接和万亿市场的吸引之下，运营商、通信设备商、IT厂商、软件公司和互联网企业等各方势力，纷纷竞逐这个潜力无穷的“风口”市场。
物联网芯片产业主要包括RFID芯片、移动芯片、M2M芯片、微控制器芯片、无线传感器芯片、安全芯片、移动支付芯片、通信射频芯片和身份识别类芯片等。囊括在物联网这个术语中的器件有传感器、各种类型的处理器、越来越多的片上和片外存储器、I/O接口和chipsets。封装这些器件的不同方法也在不断涌现，包括云中定制ASIC、各种各样的SoC、用于网络和服务器的2.5D芯片，以及用于MEMS和传感器集群的fan-out晶圆级封装技术。移动芯片作为连接物联网的核心器件，也是整个网络信息传送的枢纽。
物联网芯片产业现状
目前我国物联网芯片的研发企业由于缺乏相关技术人才，创新服务能力不足，再加上芯片设计周期长、风险高等因素，导致了在芯片领域一直处于劣势。我国芯片产业的产业基础、产业结构、产业规模和创新能力与发达国家相比还有很大差距，技术空白点很多，骨干企业规模和利润都远远不及竞争对手。我国物联网发展对芯片需求庞大，核心芯片主要依赖进口。以传感器为例，中高端传感器进口比例高达80%，传感芯片进口比例高达90%，跨国公司在中国MEMS传感器市场占比高达60%。
全球产业正在整合，产业模式在变，中国集成电路产业只有靠创新的研发、创新的思维，才能找到正确路径，避免掉入陷阱。物联网产业规模发展需要跨越三大壁垒：行业壁垒、技术壁垒和需求壁垒。如何突破物联网芯片产业的核心关键技术，正成为我国芯片产业界要考虑的重点。
如何在IC层面推进物联网技术的创新？从不同视角看物联网会有不同的理解。
物联网专家看物联网：物联网芯片要微功耗、低成本、多功能。芯片企业看物联网：小芯片，大机会。投资机构看物联网：只投物联网芯片创业公司，这绝对是产业链的上游。
物联网芯片创业挑战
无论是做物联网芯片、模组，还是做终端产品，创业的风险其实都很大。物联网芯片的定位是位于整个产业链的上游，虽然投入非常大，门槛也很高，但进入后竞争者想要加入的难度会很高。物联网市场的长尾效应，让这些新加入的芯片公司能够在广阔而分散的市场中找到自己的一席之地。芯片市场运营环境正在由运营商需求为主导向行业用户需求为主导转变，所以在这个阶段，芯片初创企业与行业巨头并不是竞争对手，而是开拓各自领域的行业伙伴。
物联网芯片设计听上去像是很简单的主题，但深入一点就会发现，物联网并不是单一的主题，肯定没有什么类型的芯片可以构成物联网的广泛应用和市场普适。
开发用于汽车、医疗设备和工业控制系统的芯片，还存在安全性的考量。这会带来额外的复杂度和成本，另外还需要额外的时间来设计、验证和调试这些设备。
在物联网边缘，这些设备尽可能地与设计目标相符。它们会将数以十亿计的事物连接到互联网。它们必须要廉价，必须出现在现场，必须要能与物理世界进行交互，并且必须满足低功耗要求。通过传感器和执行器与现实世界交互，涉及高电压、物理学、MEMS和光子学这样的领域。物联网芯片设计需要更可靠、更安全，还需要满足一些行业标准，比如汽车领域的ISO 26262或用于工业物联网（IIoT）的OMAC和OPC工业标准。这些都会导致成本增长，也会拉长这些设备上市的时间。尤其是在移动电子产品领域，需要非常低的功耗以延长电池寿命，这需要复杂的电源管理，进一步增加了产品价格和设计复杂性。
“芯”随“物”动：技能实力确定物联网“江湖地位”
芯片的功能、性能和成本随物联网工程应用而动态变化。实现这些变化，要靠芯片设计企业的研发和技术实力。
（1）谁是霸主？群雄逐鹿核心战场
万物互联离不开小小的芯片，包括华为、联发科、英特尔和高通在内的行业巨头纷纷发力物联网芯片。芯片是物联网时代的战略制高点，谁能掌握核心技术，谁就能成为物联网产业的霸主。
战鼓擂响，深耕手机芯片市场多年的联发科聚焦物联网芯片，推出新一代客制化WiFi无线芯片平台系列MT7686、MT7682和MT5932，这3款芯片具备了更多实用功能，功耗大大降低（约90%），唤醒时间小于0.1秒，开发者在开发新产品时能获得周到的技术支持。
华为积极战略布局物联网领域，高度集成的Boudica 120芯片将大规模发货。预计全球将有20多个国家都部署NB-IoT（窄带物联网）网络。华为已经与40多家合作伙伴展开合作，涉及20多个行业业态，在智能停车和消防领域的应用处于领先地位。
媒体评论
业内点评
“物联网工程实战丛书”给出了物联网工程的学科架构和理论体系。这对于开设物联网专业的高校来说，无论是进行学科建设，还是做课程设置，都具有很高的参考价值。丛书适合作为各院校物联网专业相关课程的教材，也适合作为物联网研发工程师的项目研发读物。
——山东力明科技职业学院信息工程与管理学院院长陶翠霞
“物联网工程实战丛书”系统地阐述了物联网的理论基础、工程实践和行业应用。丛书是多位一线物联网研发人员和教学人员的经验总结，是一套优秀的物联网专业教材，也是物联网研发工程师产品研发和项目规划的实践指南。丛书对于普及物联网知识和推动物联网技术进步有很大价值，对于青年学生和工程技术人员的物联网技术学习大有助益。
——山东大学教授赵世民
本书是一本具有高应用价值的物联网基础读物。作者结合物联网传感器的特点，系统阐述了传感器的理论基础，介绍了改变敏感材料配方而获取不同传感参数的方法；还介绍了传感器结构变化而引起传感参数变化的原理。读者通过阅读本书，可以对传感器设计和制造技术及其应用选型有一个全新的认识，从而更加全面地掌握传感器在物联网工程中的应用。
——山东大学微电子学院博士曾鸣
本书是“物联网工程实战丛书”的重要组成部分。书中给出了通信芯片的设计要求和功能范畴，并指出高覆盖、低功耗、低成本、无源芯片是物联网无线通信芯片的追求目标和研发方向。书中给出了无线传感网的基本概念，是读者学习物联网工程芯片设计及传感元件制造的重要参考读物，也是一本很好的高校教学用书。
——山东建筑大学教授崔元明
“物联网工程实战丛书”给出了物联网工程的学科架构和理论体系。这对于开设物联网专业的高校来说，无论是进行学科建设，还是做课程设置，都具有很高的参考价值。丛书适合作为各院校物联网专业相关课程的教材，也适合作为物联网研发工程师的项目研发读物。
——山东力明科技职业学院信息工程与管理学院院长陶翠霞
“物联网工程实战丛书”系统地阐述了物联网的理论基础、工程实践和行业应用。丛书是多位一线物联网研发人员和教学人员的经验总结，是一套优秀的物联网专业教材，也是物联网研发工程师产品研发和项目规划的实践指南。丛书对于普及物联网知识和推动物联网技术进步有很大价值，对于青年学生和工程技术人员的物联网技术学习大有助益。
——山东大学教授赵世民
本书是一本具有高应用价值的物联网基础读物。作者结合物联网传感器的特点，系统阐述了传感器的理论基础，介绍了改变敏感材料配方而获取不同传感参数的方法；还介绍了传感器结构变化而引起传感参数变化的原理。读者通过阅读本书，可以对传感器设计和制造技术及其应用选型有一个全新的认识，从而更加全面地掌握传感器在物联网工程中的应用。
——山东大学微电子学院博士曾鸣
本书是“物联网工程实战丛书”的重要组成部分。书中给出了通信芯片的设计要求和功能范畴，并指出高覆盖、低功耗、低成本、无源芯片是物联网无线通信芯片的追求目标和研发方向。书中给出了无线传感网的基本概念，是读者学习物联网工程芯片设计及传感元件制造的重要参考读物，也是一本很好的高校教学用书。
——山东建筑大学教授崔元明
