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物理化學（第二版）

為了解決汽車電壓不足的問題，作者李素婷 這樣論述：

《物理化學》主要內容包括：相平衡、溶液、電化學、動力學、表面現象、熱力學第 一定律和熱力學第二定律等物理化學基本知識。知識的講解重應用、輕推導，每節後設有思考題，每章後有習題，例題、思考題和習題與生產生活結合緊密，有助於對物理化學知識的理解和接受。為方便教學，本書配有電子課件。 緒論/ 001 一、物理化學的內容/ 001 二、物理化學的研究方法/ 002 三、物理化學的學習方法/ 002 第一章 相、相平衡/ 004 第一節 物質的聚集狀態/ 004 一、氣體、液體和固體/ 004 二、相/ 005 三、相律/ 006 第二節 氣體/ 008 一、理想氣體/ 008 二

、混合氣體/ 010 第三節 實際氣體/ 013 一、用壓縮因數圖計算實際氣體/ 014 二、范德華方程/ 015 三、氣體的液化/ 016 第四節 單組分體系/ 018 一、液體的飽和蒸氣壓和沸點/ 018 二、克拉貝龍方程的應用/ 019 三、單組分體系相圖/ 021 實驗一液體飽和蒸氣壓的測定/ 023 ※第五節 簡單雙組分凝聚體系相圖/ 026 一、相圖分析/ 026 二、應用舉例/ 028 新視野液體和液晶/ 029 習題/ 031 第二章 溶液  / 034 第一節 拉烏爾定律與理想溶液/ 034 一、拉烏爾定律/ 034 二、理想溶液/ 035 第二節 實際溶液的相圖/ 039

一、實際溶液/ 039 二、杠杆規則/ 042 三、精餾/ 043 實驗二雙液系氣液平衡相圖的繪製/ 045 第三節 亨利定律/ 048 一、溶液組成的標記法及其換算/ 048 二、亨利定律/ 049 第四節 稀溶液的依數性/ 051 一、蒸氣壓降低/ 051 二、沸點升高/ 052 三、凝固點降低/ 052 四、滲透壓/ 053 實驗三凝固點降低法測定溶質的摩爾品質——環己烷溶解萘/ 055 第五節 不互溶液體混合物和水蒸氣蒸餾/ 057 一、不互溶液體混合物/ 057 二、水蒸氣蒸餾/ 057 第六節 分配定律和萃取/ 059 一、分配定律/ 059 二、萃取/ 059 三、浸取/ 06

0 新視野現代分離技術簡介/ 061 習題/ 063 第三章 化學平衡  / 066 第一節 化學反應平衡常數/ 066 一、化學平衡/ 066 二、平衡常數/ 067 三、多相反應平衡常數/ 068 實驗四液相反應平衡常數的測定/ 070 第二節 平衡常數和平衡組成的計算/ 073 一、平衡轉化率或產率的計算/ 073 二、平衡常數的計算/ 074 第三節 化學反應的方向/ 077 一、化學反應的標準摩爾反應吉布斯函數——ΔrGm/ 077 二、化學反應方向/ 079 第四節 化學平衡的移動/ 083 一、溫度變化引起化學平衡的移動/ 083 二、總壓力變化引起化學平衡的移動/ 085 三

、加入或減少惰性介質引起化學平衡的移動/ 086 四、原料配比不同引起化學平衡的移動/ 086 新視野人體血液中氧和二氧化碳的交換/ 088 習題/ 088 第四章 化學動力學/ 091 第一節 化學反應速率/ 091 一、化學反應速率的表示方法/ 091 二、化學反應速率的測定/ 092 三、影響化學反應速率的因素/ 093 第二節 一級反應/ 095 一、一級反應速率方程的積分式/ 095 二、一級反應的特點/ 096 實驗五過氧化氫催化分解反應速率常數的測定/ 098 實驗六蔗糖水解反應速率常數的測定/ 101 第三節 二級反應/ 103 一、兩反應物初始濃度相等的二級反應/ 103

二、兩反應物初始濃度不相等的二級反應/ 105 實驗七乙酸乙酯皂化反應速率常數的測定/ 107 第四節 溫度對化學反應速率的影響/ 109 一、阿倫尼烏斯方程/ 110 二、活化能/ 112 第五節 催化劑對化學反應速率的影響/ 114 一、催化劑的一般性質/ 115 二、催化劑的活性與穩定性/ 115 第六節 常見的催化反應/ 118 一、均相催化反應/ 118 二、酶催化反應/ 119 三、多相催化反應簡介/ 119 新視野鉑-鈀-銠系汽車尾氣淨化劑/ 121 習題/ 122 第五章 電解質溶液  / 125 第一節 弱電解質的電離平衡/ 125 一、電離度/ 125 二、電離常數/ 1

25 三、電離度與電離常數的關係/ 127 實驗八醋酸電離常數的測定/ 129 第二節 鹽類的水解/ 131 一、鹽溶液的酸鹼性/ 131 二、鹽的水解及水解平衡常數/ 131 三、影響水解平衡的因素/ 134 四、鹽類水解平衡的應用/ 134 第三節 緩衝溶液/ 136 一、同離子效應/ 136 二、緩衝溶液和緩衝原理/ 136 三、緩衝溶液的pH計算/ 137 第四節 配位平衡/ 140 一、配合物的穩定性/ 140 二、EDTA及其配合物/ 141 第五節 沉澱平衡/ 143 一、溶度積規則/ 143 二、沉澱生成與溶解的相互轉化/ 144 新視野pH與人類健康/ 149 習題/ 149

第六章 電化學基礎/ 151 第一節 電解質溶液的導電能力/ 151 一、電導率和摩爾電導率/ 151 二、電導測定的應用/ 155 第二節 原電池/ 157 一、原電池的組成和原理/ 157 二、原電池的記載方法/ 158 三、可逆電池/ 159 第三節 電極電位/ 160 一、電極電位/ 160 二、標準電極電位/ 161 三、標準氫電極/ 162 第四節 電極的種類/ 163 一、第一類電極/ 163 二、第二類電極/ 164 三、第三類電極/ 165 第五節 原電池電動勢的計算/ 166 一、由E=E -E-計算/ 166 二、用能斯特方程計算/ 167 第六節 原電池電動勢的有關

應用/ 169 一、原電池電動勢的應用/ 169 二、電位滴定/ 173 第七節 電解/ 174 一、法拉第定律/ 174 二、電解時電極上的反應/ 175 三、金屬電鍍/ 176 第八節 分解電壓與極化作用/ 178 一、分解電壓/ 178 二、極化作用/ 180 三、超電壓與超電位/ 180 四、電解工業/ 182 第九節 化學電源/ 183 一、化學電源的概念/ 183 二、幾種常見的化學電源及其工作原理/ 184 第十節 金屬的腐蝕與保護/ 188 一、金屬的腐蝕/ 188 二、金屬的防腐/ 189 新視野電化學生物感測器/ 191 習題/ 192 第七章 熱力學第一定律/ 195

第一節 熱力學第一定律/ 195 一、基本概念/ 195 二、熱力學第一定律/ 197 三、恒容熱與恒壓熱/ 200 第二節 功與過程的關係/ 202 一、最大功/ 202 二、可逆過程/ 204 第三節 熱量計算/ 206 一、熱容/ 206 二、熱量計算/ 207 三、理想氣體簡單變化過程的ΔU和ΔH/ 208 第四節 相變熱的計算及相變化過程/ 210 一、相變熱的計算/ 210 二、相變化過程的內能變化和功/ 211 第五節 化學反應熱效應/ 213 一、恒容反應熱和恒壓反應熱/ 213 二、化學反應熱效應的計算/ 214 第六節 化學反應熱效應與溫度的關係/ 217 一、基爾霍夫定律

/ 217 二、有相變發生的化學反應/ 218 實驗九燃燒焓的測定/ 220 新視野能量的有效利用/ 223 習題/ 224 第八章 熱力學第二定律/ 227 第一節 熱力學第二定律/ 227 一、自發過程/ 227 二、熵的物理意義/ 228 三、熵變的定義/ 229 四、熱力學第二定律/ 229 第二節 熵變計算/ 232 一、沒有非體積功的單純pVT變化過程/ 232 二、相變過程的熵變計算/ 234 三、化學反應熵變計算/ 236 第三節 吉布斯函數/ 238 一、吉布斯函式定義/ 238 二、吉布斯函數判據/ 238 三、熱力學基本關係式/ 239 四、吉布斯函數變化值的計算/ 2

40 第四節 吉布斯函數的應用/ 243 一、吉布斯函數在相平衡中的應用/ 244 二、吉布斯函數在化學平衡中的應用/ 244 三、吉布斯函數在電化學中的應用/ 245 新視野熱力學第二定律的應用領域/ 246 習題/ 248 第九章 表面化學/ 250 第一節 物質的表面特性/ 250 一、表面張力/ 250 二、分散度和比表面/ 251 第二節 彎曲液面的表面現象/ 253 一、彎曲液面下的附加壓力/ 253 二、彎曲液面的蒸氣壓/ 253 三、亞穩狀態/ 254 第三節 吸附作用/ 256 一、固體表面的吸附/ 256 二、溶液表面的吸附/ 257 三、介面現象在複合材料中的應用/ 2

57 實驗十固體在溶液中的吸附/ 260 第四節 分散體系/ 261 一、分散體系的定義、分類及研究方法/ 261 二、膠體的性質/ 262 第五節 溶膠的穩定性和聚沉/ 265 一、溶膠的穩定性/ 265 二、溶膠的聚沉/ 265 三、高分子化合物溶液與溶膠/ 266 新視野納米材料及其應用概況/ 267 附錄/ 270 附錄一 國際單位制(SI)/ 270 附錄二 不同溫度下水的飽和蒸氣壓/ 270 附錄三 弱酸、弱鹼的電離平衡常數/ 271 附錄四 常見難溶電解質的溶度積/ 271 附錄五 標準電極電位表/ 272 附錄六 常見配離子的穩定常數/ 275 附錄七 常見物質的ΔfHm、Δ

fGm和Sm(298.15K)/ 275 參考文獻/ 280 前言 根據多年的使用，在綜合多方意見的基礎上，本次對《物理化學》教材的修訂主要注重了以下幾個方面的問題： 1.對內容結構進行了適當調整。將原來的“第十章 知識拓展”中每節內容合併到相應的章節中，作為選學內容呈現。目的是使知識的前後連貫性更好，方便讀者連續學習。 2.增加思考題的數量和形式。將原有的每一節後的“思考與練習”的內容增加，由原來的5個填空題、5個判斷題，擴充為5個填空題、5個判斷題、5個單選題和5個問答題。目的是使學習者思考、提高，通過反復練習達到鞏固加深效果。 3.進一步修訂學習目標。修改

了每章前的“學習目標”，使“學習目標”更詳細、敘述更具體，使讀者在學習中目標更明確。 4.更新了新視野內容。每章後的“新視野”的內容適當進行了更新，緊密跟隨學科發展和最新應用，拓寬讀者的知識面和對相關知識的理解。 5.修訂了部分文字敘述。對內容中敘述不夠簡潔的文字等進行了修改，力求以最簡潔的文字呈現知識內容。 由於作者水準有限，不足之處在所難免，懇請同行、讀者批評指正。 編者 2019年2月 第一版前言 本教材是根據全國化工高等職業教育基礎化學教學指導委員會教學改革會議精神和會議討論制定的教學大綱編寫的。 本教材在編寫過程中充分考慮到高職高專培養高等技術應用性人才的目標要求，力求

做到突出應用、夠用和適用等特點。 1.以應用為主 ① 在內容編排上做了大膽的嘗試，強調結論在各領域的應用和使用範圍。首先是熱力學結論在相平衡、化學平衡、電化學平衡等方面的應用，例如，直接應用克拉貝龍方程、化學反應等溫方程式、能斯特方程等，最後講述熱力學第一、第二定律。這樣做的目的是突出應用，使初學者將注意力放在應用上，避免了初學者在熱力學第一、第二定律難點處的困惑和對後續內容的不理解。 ② 淡化了部分理論知識的由來以及公式的推導過程等內容。例如，簡化了熵的匯出過程、吉布斯函數的匯出過程等。 ③ 例題和習題儘量聯繫生活或生產實際，避免純理論的公式推導，內容涉及面廣；相應的內容後編有實驗，

使學生在動手操作後既加深對知識的理解又提高了動手能力，同時避免了理論與實驗“脫節”的現象。 ④ 每章後編有“新視野”，重在介紹物理化學知識在各個領域的最新應用和新技術，旨在開闊讀者視野、開放思維、啟發創新。 2.以夠用為度 在內容安排上，以選擇最基礎的知識，使讀者能掌握最基本的應用，培養最基本的技能為主要目標。在最後一章編有“知識拓展”，是在前面幾章的基礎上對知識的延伸，內容上採取模組形式，方便不同專業、不同學時的課程作適當組合和選擇。 3.突出適用性 在對知識的敘述上，力圖語言精練、內涵豐富，多處設問使學生或讀者思考後加深對知識的理解，同時也利於開闊思維。在每一節後都編有思考與練習

，以加強對知識的理解、掌握、鞏固和靈活應用。同時也為教者提供方便。 本書由李素婷主編。緒論，第三、四、九章由李素婷編寫；第一、二章由張克峰編寫；第五、六章及第十章第五～九節由侯煒編寫；第七、八章由溫泉編寫；第十章第一～四節以及第十～十二節由趙紅霞編寫。全書由李素婷統稿。 本書由鄔憲偉主審，參加審稿的有周健、陳佳。他們在審稿中提出了許多寶貴意見，在此表示衷心感謝。 由於編者水準有限、時間倉促，不足之處在所難免，懇請同行、讀者批評指正。 編者 2007年4月

物聯網之芯：感測器件與通信晶片設計

為了解決汽車電壓不足的問題，作者曾凡太 這樣論述：

本書為“物聯網工程實戰叢書”第2卷。書中從物聯網工程的實際需求出發，闡述了感測器件與通信晶片的設計理念，從設計源頭告訴讀者我要設計什麼樣的晶片。積體電路設計是一門專業的技術，其設計方法和流程有專門著作介紹，不在本書講述範圍之內。 本書適合作為高等院校物聯網工程、通信工程、網路工程、電子資訊工程、微電子和積體電路等相關專業的教材，也適合感測器和晶片研發人員閱讀，另外也適合作為智慧城市建設等政府管理部門相關人員的參考讀物。 叢書序 序言 第1章 物聯網積體電路（IoT IC）晶片設計概述1 1.1 集成感測器件技術演進2 1.2 物聯網積體電路晶片分類3 1.3 物聯網積體

電路晶片設計要求4 1.3.1 物聯網積體電路晶片設計一般要求4 1.3.2 物聯網邊緣層設備IC晶片設計要求5 1.3.3 物聯網中間層設備IC晶片設計要求6 1.3.4 物聯網核心層設備IC晶片設計要求7 1.3.5 物聯網積體電路晶片安全性設計8 1.3.6 物聯網積體電路晶片低功耗設計9 1.4 物聯網積體電路晶片生態圈構建9 1.4.1 英特爾佈局雲端物聯網11 1.4.2 Marvell做業界最全晶片平臺解決方案11 1.4.4 TI建立協力廠商物聯網雲服務生態系統12 1.5 物聯網積體電路晶片定制化之變13 1.6 物聯網積體電路晶片產業化發展13 1.6.1 物聯網積體電路晶

片技術發展趨勢14 1.6.2 IC企業在物聯網領域的佈局23 1.6.3 感測器晶片和通信晶片是物聯網積體電路晶片產業的方向28 1.7 本章小結29 1.8 習題29 第2章 積體電路製造與設計基礎30 2.1 積體電路發展簡史30 2.2 積體電路產業變遷32 2.3 積體電路分類與命名規則35 2.3.1 按電路屬性、功能分類35 2.3.2 按集成規模分類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 積體電路命名規則39 2.4 積體電路製造40 2.4.1 晶圓製造40 2.4.2 晶圓生產工藝流程44 2.4.3 積體

電路生產流程44 2.4.4 積體電路工藝46 2.4.5 CMOS工藝49 2.5 積體電路封裝49 2.5.1 積體電路封裝技術49 2.5.2 積體電路封裝形式枚舉52 2.6 積體電路微組裝工藝58 2.6.1 不同工藝晶片組裝58 2.6.2 積體電路組裝案例59 2.7 數位積體電路設計概要62 2.8 本章小結64 2.9 習題64 第3章 物聯網感測器件設計65 3.1 感測器件概述65 3.2 材料型感測器66 3.2.1 材料型感測器的基礎效應66 3.2.2 感測器半導體材料特性設計68 3.2.3 摻雜工藝改變半導體敏感特性69 3.2.4 設計材料成分，改變製造工藝

，調節敏感特性72 3.3 結構型感測器73 3.3.1 電阻敏感結構74 3.3.2 電感敏感結構75 3.3.3 電容敏感結構78 3.4 半導體敏感器件81 3.4.1 磁敏元件結構81 3.4.2 濕敏元件結構85 3.4.3 光敏元件結構88 3.4.4 氣敏元件結構93 3.5 生物敏感元件結構95 3.5.1 酶感測器結構95 3.5.2 葡萄糖感測器結構97 3.5.3 氧感測器結構99 3.6 圖像敏感元件結構101 3.6.1 CCD圖像感測器101 3.6.2 CMOS圖像感測器106 3.6.3 色敏三極管108 3.7 感測器介面技術109 3.7.1 感測器融合11

0 3.7.2 I3C匯流排協定111 3.8 幾種感測器設計實例116 3.8.1 MEMS感測器概述117 3.8.2 微機電系統（MEMS）壓力感測器118 3.8.3 微機電系統（MEMS）加速度感測器118 3.8.4 智慧壓力感測器119 3.8.5 智慧溫濕度感測器121 3.8.6 智慧液體渾濁度感測器121 3.9 本章小結122 3.10 習題123 第4章 物聯網通信積體電路設計124 4.1 通信電路概述124 4.1.1 物聯網常用通信方式124 4.1.2 物聯網通信電路進展128 4.2 物聯網有線通信電路設計130 4.2.1 RS232電路設計131 4.2

.2 用VHDL設計UART收發電路132 4.2.3 用Verilog HDL設計USART收發電路135 4.2.4 RS485電路設計141 4.2.5 光纖收發器電路142 4.2.6 USB 2.0介面電路設計143 4.2.7 USB 3.0晶片設計147 4.2.8 USB 3.0轉千兆乙太網單晶片設計148 4.3 物聯網無線通訊技術150 4.3.1 物聯網無線通訊技術概述150 4.3.2 物聯網無線通訊技術特性154 4.4 RFIC晶片設計155 4.4.1 RFIC 設計歷程156 4.4.2 RFIC設計流程156 4.4.3 RFIC設計行業的衰落160 4.4.

4 幾款射頻晶片性能一覽161 4.5 WiFi晶片設計163 4.5.1 WiFi晶片產業概況164 4.5.2 WiFi晶片設計171 4.5.3 WiFi無線收發基帶處理器設計174 4.5.4 WiFi晶片設計案列186 4.5.5 5G WiFi技術191 4.6 藍牙晶片設計193 4.6.1 TI CC2541藍牙晶片概述193 4.6.2 TI CC2541藍牙晶片RF片載系統195 4.6.3 TI CC2541藍牙晶片開發工具195 4.6.4 TI CC2541 藍牙低功耗解決方案196 4.7 本章小結197 4.8 習題197 第5章 窄帶物聯網（NB-IoT）19

8 5.1 NB-IoT概念198 5.2 NB-IoT商業模式199 5.3 NB-IoT技術標準200 5.4 NB-IoT實現高覆蓋、大連接、微功耗、低成本的技術路線201 5.4.1 NB-IoT提升無線覆蓋的方法201 5.4.2 NB-IoT實現大連接的關鍵技術203 5.4.3 NB-IoT實現低成本的技術路線204 5.4.4 NB-IoT實現低功耗的措施206 5.5 NB-IoT晶片設計208 5.5.1 NB-IoT晶片設計目標208 5.5.2 物聯網晶片生產廠商產品一覽209 5.5.3 NB-IoT終端晶片系統結構213 5.5.4 Rx架構的選擇216 5.5.5

Rx混頻器（Mixer）設計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業務範圍、應用場景及競爭挑戰221 5.6.1 NB-IoT主要業務範圍221 5.6.2 NB-IoT應用場景222 5.6.3 NB-IoT發展與挑戰223 5.7 本章小結223 5.8 習題224 第6章 “芯”隨“物”動，“物”依“芯”聯 物聯網晶片產業範疇 物聯網（IoT）被認為是世界產業技術革命的第三次浪潮，有著前所未有的大市場。隨著物聯網的普及，作為核心設備的晶片也迎來蓬勃發展，成為物聯網產業競爭的制高點。在千億連接和萬

億市場的吸引之下，運營商、通信設備商、IT廠商、軟體公司和互聯網企業等各方勢力，紛紛競逐這個潛力無窮的“風口”市場。 物聯網晶片產業主要包括RFID晶片、移動晶片、M2M晶片、微控制器晶片、無線感測器晶片、安全晶片、移動支付晶片、通信射頻晶片和身份識別類晶片等。囊括在物聯網這個術語中的器件有感測器、各種類型的處理器、越來越多的片上和片外記憶體、I/O介面和chipsets。封裝這些器件的不同方法也在不斷湧現，包括雲中定制ASIC、各種各樣的SoC、用於網路和伺服器的2.5D晶片，以及用於MEMS和感測器集群的fan-out晶圓級封裝技術。移動晶片作為連接物聯網的核心器件，也是整個網路資訊傳送

的樞紐。 物聯網晶片產業現狀 目前我國物聯網晶片的研發企業由於缺乏相關技術人才，創新服務能力不足，再加上晶片設計週期長、風險高等因素，導致了在晶片領域一直處於劣勢。我國晶片產業的產業基礎、產業結構、產業規模和創新能力與發達國家相比還有很大差距，技術空白點很多，骨幹企業規模和利潤都遠遠不及競爭對手。我國物聯網發展對晶片需求龐大，核心晶片主要依賴進口。以感測器為例，中高端感測器進口比例高達80%，傳感晶片進口比例高達90%，跨國公司在中國MEMS感測器市場占比高達60%。 全球產業正在整合，產業模式在變，中國積體電路產業只有靠創新的研發、創新的思維，才能找到正確路徑，避免掉入陷阱。物聯網產業

規模發展需要跨越三大壁壘：行業壁壘、技術壁壘和需求壁壘。如何突破物聯網晶片產業的核心關鍵技術，正成為我國晶片產業界要考慮的重點。 如何在IC層面推進物聯網技術的創新？從不同視角看物聯網會有不同的理解。 物聯網專家看物聯網：物聯網晶片要微功耗、低成本、多功能。晶片企業看物聯網：小晶片，大機會。投資機構看物聯網：只投物聯網晶片創業公司，這絕對是產業鏈的上游。 物聯網晶片創業挑戰 無論是做物聯網晶片、模組，還是做終端產品，創業的風險其實都很大。物聯網晶片的定位是位於整個產業鏈的上游，雖然投入非常大，門檻也很高，但進入後競爭者想要加入的難度會很高。物聯網市場的長尾效應，讓這些新加入的晶片公司能

夠在廣闊而分散的市場中找到自己的一席之地。晶片市場運營環境正在由運營商需求為主導向行業使用者需求為主導轉變，所以在這個階段，晶片初創企業與行業巨頭並不是競爭對手，而是開拓各自領域的行業夥伴。 物聯網晶片設計聽上去像是很簡單的主題，但深入一點就會發現，物聯網並不是單一的主題，肯定沒有什麼類型的晶片可以構成物聯網的廣泛應用和市場普適。 開發用於汽車、醫療設備和工業控制系統的晶片，還存在安全性的考量。這會帶來額外的複雜度和成本，另外還需要額外的時間來設計、驗證和調試這些設備。 在物聯網邊緣，這些設備盡可能地與設計目標相符。它們會將數以十億計的事物連接到互聯網。它們必須要廉價，必須出現在現場，必

須要能與物理世界進行交互，並且必須滿足低功耗要求。通過感測器和執行器與現實世界交互，涉及高電壓、物理學、MEMS和光子學這樣的領域。物聯網晶片設計需要更可靠、更安全，還需要滿足一些行業標準，比如汽車領域的ISO 26262或用於工業物聯網（IIoT）的OMAC和OPC工業標準。這些都會導致成本增長，也會拉長這些設備上市的時間。尤其是在移動電子產品領域，需要非常低的功耗以延長電池壽命，這需要複雜的電源管理，進一步增加了產品價格和設計複雜性。 “芯”隨“物”動：技能實力確定物聯網“江湖地位” 晶片的功能、性能和成本隨物聯網工程應用而動態變化。實現這些變化，要靠晶片設計企業的研發和技術實力。

（1）誰是霸主？群雄逐鹿核心戰場 萬物互聯離不開小小的晶片，包括華為、聯發科、英特爾和高通在內的行業巨頭紛紛發力物聯網晶片。晶片是物聯網時代的戰略制高點，誰能掌握核心技術，誰就能成為物聯網產業的霸主。 戰鼓擂響，深耕手機晶片市場多年的聯發科聚焦物聯網晶片，推出新一代客制化WiFi無線晶片平臺系列MT7686、MT7682和MT5932，這3款晶片具備了更多實用功能，功耗大大降低（約90%），喚醒時間小於0.1秒，開發者在開發新產品時能獲得周到的技術支援。 華為積極戰略佈局物聯網領域，高度集成的Boudica 120晶片將大規模發貨。預計全球將有20多個國家都部署NB-IoT（窄帶物聯網）

網路。華為已經與40多家合作夥伴展開合作，涉及20多個行業業態，在智慧停車和消防領域的應用處於領先地位。 風靡城市的共用單車是窄帶物聯網技術最大的應用市場之一。搭載物聯網晶片的單車將從一種出行方式擴展為一種生活方式。摩拜不僅牽手高通，在新款單車中加入高通的最新物聯網晶片，還與華為達成戰略合作，在窄帶物聯網應用及創新等領域開展深度合作。 物聯網成為推動世界高速發展的重要生產力，各國都在投入鉅資深入研究探索，我國也不例外。工信部發佈《關於實施深入推進提速降費、促進實體經濟發展2017專項行動的意見》，提出了NB-IoT商業化的具體方向，加快NB-IoT商用進程，包括拓展蜂窩物聯網在工業互聯網、

城市公共服務及管理等領域的應用，支援智慧工廠、智慧聯網汽車等創新業態發展。 （2）誰執牛耳？專利才是爭奪目標 物聯網萬億“蛋糕”雖然美味，但想要咬下去並不是那麼容易。在2G、3G甚至4G時代，中國企業並沒有佔據先發優勢，尤其是在核心技術方面，頻頻吃了專利的虧。例如，高通在CDMA領域擁有3 900多項專利，核心專利600多項，占CDMA所有專利的27%，壟斷了全球92%以上的CDMA市場。在中國，這一比例幾乎達到100%。吃過專利虧的中國企業在佈局物聯網時，更應該未雨綢繆，在專利上加大投入，儘早掌握行業的話語權。 根據諮詢公司LexInnova發佈的物聯網專利調查報告顯示，晶片廠商和網路

設備製造商在物聯網專利方面，晶片巨頭高通和英特爾排名前兩位，專利數量是第三名的兩倍。 物聯網發展還處在初級階段，變數還很多，但可以肯定的是，這將是一場激烈的專利戰。 （3）全面出擊？高通推出系列方案 高通公司第一個產品系列是移動SoC。它保留了高通為智慧手機打造的晶片性能；為了適應物聯網的需求，做了相應的軟硬體調整和改動，使其兼具強勁計算性能和聯網能力。 第二個產品系列是應用SoC。它由高通和穀歌聯手打造，集成Google Android Things軟體系統，支援觸控式螢幕、攝像頭及Google Assistant家居中樞產品的應用。家庭環境的物聯網產品只需要支援WiFi連接，不太需

要4G LTE的連接能力。通過減少對蜂窩技術的支援，優化應用SoC的成本。應用SoC可以用於智慧助手類產品、溫度調節器、安全類產品，甚至智慧冰箱。哈曼和聯想分別與高通合作，宣佈採用高通家居中樞平臺開發家居產品。 第三個產品系列是LTE SoC。它支援面向物聯網的4G LTE連接，譬如NB-IoT和e-MTC。LTE SoC系列除了支援LTE蜂窩連接外，還可利用其內置的ARM Cortex M系統微型控制器提供一定的計算性能。此系列非常適合智慧城市的相關應用。 第四個產品系列是連接SoC。這個系列僅內嵌了MCU，因此計算性能有限；在連接方面，僅支持WiFi、藍牙及802.15.4連接。 第五

個產品系列是藍牙SoC。它結構簡單，擁有微型控制器，僅支援藍牙無線連接。 高通還和亞馬遜、微軟合作，在晶片的M4微型控制器中集成了它們的雲平臺SDK。通過這兩款平臺，高通的客戶可以為家居打造成本較低，但仍然具備智慧特性的產品。 “物”依“芯”聯：設計新概念、新技術和新方法 萬物互聯，依賴物聯網晶片。聯網設備種類繁多，對物聯網晶片的功能和性能提出了更多要求。物聯網晶片涉及的新概念、新技術和新方法層出不窮。 （1）eMTC與NB-IoT，3GPP的新寵 隨著物聯網的進步和成長，許多行業都在期待有一個低成本、微功耗、更高節點密度的LTE晶片，為行業帶來革命性的改變。為了應對這些要求，國際化

組織3GPP宣佈了兩個全新的LTE規格，一個是Cat-M1（eMTC），另一個是Cat-NB1（NB-IoT）。eMTC與NB-IoT在運營商佈局LTE時，複用現有的FDD-LTE和TDD-LTE的網路基本設施。因此通過少量的設備投資，網路就可以實現對Cat-NB1和Cat-M1的雙模支持，從而更高效、快速地支持物聯網的演進與成長。晶片性能高達1.2Gbps的峰值速率，支援全網通、雙SIM卡、雙VoLTE和LAA，首批商用終端即將上市。 （2）軟硬體協同設計方法縮短設計週期 zGlue提供晶片與系統設計方案，將物聯網產品設計與製造相結合，具有高集成度、系統靈活、成本更低、風險更低和上市時間

更短等特點。zGlue提供了一個完整的產品設計解決方案，包括zCAD軟體、ZIP集成平臺、zGlueSmart FabricTM系統管理基片和zGlue ZipPlet StoreTM。研發人員可以訪問zGlue ZipPlet StoreTM，從供應商提供的晶片組中選擇並配置所需功能，自動在zGlueSmart FabricTM上生成滿足市場需求的晶片產品。zGlue Zip設計自動生成硬體和軟體發展環境，在設計平臺上立即開始功能驗證，所以從產品概念到批量生產的研發週期被縮短，上市時間也提前了。 （3）eSIM晶片應用普及 eSIM卡的概念就是將傳統的SIM卡直接集成在各種物聯網晶片之上

，而不是作為獨立的可移除零部件加入設備中，使用者無須插入物理SIM卡。 如果說SIM卡是移動互聯時代的物種，那麼eSIM就是專門為萬物互聯時代量身打造的嵌入式集成晶片。簡單概括，eSIM具備不占空間、低成本、高安全等特性，在技術上有著SIM卡無法比擬的優勢。eSIM將成為物聯網設備的中樞神經。 目前，eSIM已經應用到了車聯網、共用單車和消費級電子設備等眾多領域。摩拜單車最新的智慧鎖就是基於eSIM晶片設計，實現了更省電、終身免維護，且防盜能力強等特點。eSIM這顆“芯”已經成為萬物互聯的硬體載體和安全信任的根本。 物聯網技術在智慧公用領域的應用由來已久。應用在表具（燃氣表、水錶和電錶）

上的“GPRS無線遠傳方案”通過GPRS移動通信網路實現伺服器與表具資料的資訊交互。物聯網表在實際應用中存在維護成本高、改造成本大、功耗大，以及在實際應用中往往長時間暴露於外部環境，使得傳統實體SIM卡容易氧化而引起接觸不良和掉線等問題。eSIM晶片可以避免此類問題，有效提高應用的穩定性和可靠性，從而大大降低實際運營中的維護成本。 智慧醫療領域中物聯網技術的應用已經逐步深入。但是在複雜的應用場景中，當前智慧醫療設備往往受到干擾性強、攜帶不方便等因素的困擾，導致實際應用效果不盡如人意。 智慧醫療設備通過內置eSIM卡技術避免了實體SIM卡的空間限制，有效縮小了配件產品的體積，可以輔助實現多種

醫療設備便捷式設計的實現，從而拓寬使用場景，有效提高抗干擾性，提升資料傳輸的可靠性和穩定性。因此，內置eSIM卡技術的應用對於便捷式智慧醫療設備業務拓展和功能延展有著重要意義。中國聯通正式宣佈在6座城市率先啟動“eSIM一號雙終端”業務的辦理，這也意味著可穿戴設備可以和使用者手機共用號碼。 （4）SDR概念加速研發進程 在通用的硬體平臺上用軟體實現各種通信模組的SDR（Software Defined Radio，軟體定義無線電）概念，其實早在3G時代就已經出現了。物聯網晶片企業從技術分類上來看，其實只有兩大類：一類是用傳統ASIC（Application Specific Integra

ted Circuit，專用積體電路）方式；另一類就是以SDR做物聯網晶片前端設計的方式。 低頻次連接、傳輸速率低的物聯網的出現，恰恰使SDR功耗高的短板變得不再重要，而使得軟體屬性晶片（泛指通過軟體設計的晶片，如SDR（軟體定義無線電）和SDN（軟體定義網路）基於FPGA基片，通過軟體程式設計而開發的晶片）特有的反覆運算迅速、製作成本低、定制化開發快等技術優勢被放大。基於SDR的物聯網晶片解決方案支援NB-IoT和LORA技術的雙模產品，可應用于智慧城市、智慧消防、智慧健康和智慧三表等領域。 （5）用於神經網路計算的高性能晶片 麻省理工學院（MIT）的研究人員開發出了一種可用於神經網路

計算的高性能晶片。該晶片的處理速度可達其他處理器的7倍之多，而所需的功耗卻比其他晶片少94%~95%。未來這種晶片將有可能被使用在運行神經網路的移動設備或物聯網設備上。 處理器在進行計算的時候，會在記憶體中來回移動資料。由於機器學習演算法需要大量的運算，因此在來回移動資料的時候會消耗大量能源。這些計算可以被簡化成一種具體的操作，這種操作被稱為點積（dot product）。他們的想法是，是否可以將這個點積功能部署到記憶體中，從而不用再不斷地移動這些資料。 神經網路晶片會將節點的輸入值轉化為電壓，然後在進行儲存和進一步處理的時候將其轉換為數位形式。這種做法讓這塊晶片能夠在一個步驟中同時對16個

節點的點積進行計算，而且無須在記憶體和處理器之間移動資料。這種處理方法更加接近於人類大腦的工作方式。 （6）積體電路工藝和封裝技術 物聯網晶片設計流程和製造工藝都必須創新，其中包括功率管理、電路簡化和成本降低。晶片的工藝節點從55nm遷移到28nm會節省更多成本。隨著工藝的發展，成本還會繼續下降。 另外還有其他降低成本的方法，如將多個感測器封裝到一個集群中以實現規模經濟的方法。這種方法背後的思想是，即使並不是所有的感測器都會被使用，但生產集群感測器的成本還是比單獨生產單個感測器的成本更低。 （7）虹雲工程推動物聯網覆蓋範圍 中國正在積極推進網路演進，發展下一代網路技術。有報導稱，中國

的虹雲工程會在2018年底發射首顆技術驗證星，開展低軌寬頻通信演示驗證及應用示範。2022年，中國將部署和運營整個衛星系統，構建156顆衛星組成的天基寬頻互聯網，形成以低軌寬頻通信為主，兼顧導航和遙感的綜合資訊系統。屆時，無論我們身處沙漠、海洋或飛機上，都能享受與家裡一樣的上網速度和服務體驗。 美國太空探索技術公司SpaceX星鏈（Starlink）計畫將開展對地通信測試。該專案計畫在2024年前發射近1.2萬顆小衛星，向全世界推出高速互聯網服務，助力物聯網的普及和發展。 關於本書 本書是“物聯網工程實戰叢書”的第2卷——《物聯網之芯：感測器件與通信晶片設計》。本書基於物聯網工程的實際應

用，系統介紹了感測器件與通信晶片的設計理念與方法，從源頭告訴讀者需要設計什麼樣的晶片，以及如何去設計這樣的晶片。 僅以此文致敬那些為物聯網的發展做出貢獻的工程師們！同時感謝在本書寫作和出版過程中提供過幫助的各位朋友！本書參考了較多文獻，但因為所參考的文獻繁多，未能一一列出，非常感謝文獻作者對促進我國物聯網工程技術的繁榮和發展所做出的貢獻。 曾凡太 于山東大學 2018年10月

利用三頻交流阻抗法量測鋰離子電池SOC之研究

為了解決汽車電壓不足的問題，作者郭家辰 這樣論述：

為因應全球暖化，減少二氧化碳的排放量，電動車與再生能源快速地發展，產業的綠化已是必然的路程，且再生能源佔比不斷增加會對電力系統造成衝擊，導致電力系統的不穩定性增加以及系統貫量不足等，儲能也為此崛起，成為系統不可或缺的備轉容量。然而於電動車部件中取代汽車汽油的是鋰離子電池，儲能的主體也為鋰離子電池，都脫離不了鋰離子電池，因此鋰離子電池的安全性、健康度也成為了大家所關注的焦點。為此本論文設計了一套量測鋰離子電池組的電池充電狀態(State of Charge, SOC)的方法，其中包含訊號產生模組、濾波模組、MSP430微控制器等，首先將正弦模組產生的正弦波輸入電池模組中，分別測得電池模組的交流

電壓與電流，之後經過濾波模組使雜訊被濾除，最後經由微控制器計算出電池交流阻抗數值，藉由計算出的電池交流阻抗數值，進而估計該電池模組之充電狀態。實際在應用時，只要簡單量測三個頻率下的電池交流電壓及電流，後將交流阻抗與同一批鋰離子電池所記錄的交流阻抗量測數據進行比對，就能大致判斷該電池組的電池充電狀態。