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传感器在人类进入现代社会后已经到了无所不在的程度，如在物联网、穿戴式装置、机器人、汽车、飞机、高铁等领域均广泛应用。本书在介绍必要的传感器原理的基本知识和传感器技术的基础上，全方位地介绍最新型的、面向物联网与穿戴式应用的传感器及传感器接口电路，为电子工程师开拓视野、研发有竞争力的新产品提供集成化传感器及其接口电路的选择参考。

目   录
第1章  传统传感器	（1）
1.1  概述	（1）
1.2  电阻传感器	（1）
1.2.1  电位器式位移或角位移传感器	（1）
1.2.2  电阻应变片（丝）	（2）
1.2.3  压阻式传感器	（2）
1.2.4  热电阻传感器	（3）
1.2.5  热敏电阻传感器	（4）
1.3  电容传感器	（5）
1.4  光电传感器	（5）
1.4.1  光电效应	（6）
1.4.2  光敏电阻	（7）
1.4.3  光敏晶体管	（8）
1.5  超声传感器	（12）
1.6  图像传感器	（15）
1.6.1  CCD传感器	（15）
1.6.2  CMOS传感器	（19）
1.6.3  CCD和CMOS传感器的主要参数	（22）
1.6.4  CCD和CMOS传感器的对比分析	（23）
1.7  化学传感器	（24）
1.7.1  化学传感器的工作原理	（25）
1.7.2  化学传感器的主要类型	（25）
1.7.3  影响化学传感器性能的主要因素	（38）
1.8  生物传感器	（38）
第2章  传统传感器的接口电路	（40）
2.1  概述	（40）
2.2  热电阻的接口电路	（41）
2.3  电容传感器的接口电路	（43）
2.3.1  电容传感器桥式接口电路	（43）
2.3.2  电容传感器谐振式接口电路	（44）
2.3.3  电容传感器调频式接口电路	（44）
2.3.4  电容传感器运算式接口电路	（45）
2.3.5  电容传感器二极管双T形交流电桥接口电路	（46）
2.3.6  电容传感器脉冲宽度调制电路	（46）
2.4  电涡流式传感器的接口电路	（48）
2.5  电位器式传感器的接口电路	（49）
2.6  差动变压器式位移传感器的接口电路	（50）
2.7  压阻式压力传感器的接口电路	（53）
2.8  压电晶体传感器的接口电路	（54）
2.9  光电二极管（光电池）的接口电路	（55）
2.9.1  光电二极管（光电池）的工作特性	（55）
2.9.2  光电二极管的接口电路	（56）
2.10  阻抗性传感器的集成接口电路	（57）
2.10.1  电容数字转换器（CDC）AD7747	（57）
2.10.2  电容传感器的集成接口电路AD7745	（61）
2.10.3  线性位移差分变压器（LVDT）的集成接口电路	（65）
2.10.4  压阻传感器集成接口电路MAX1450	（69）
2.10.5  数字化可编程信号调理芯片PGA309	（78）
2.11  化学传感器的集成接口电路	（79）
2.11.1  电化学可编程模拟前端（AFE）LMP91000	（80）
2.11.2  pH值传感器（离子电极）集成接口电路LMP91200	（81）
2.11.3  NDIR气体传感器集成接口2AFE LMP91050	（82）
2.11.4  电化学传感器接口电路LMP91002	（83）
2.11.5  电化学传感器接口电路AFE5809	（84）
2.12  电压输出型传感器的集成接口电路	（86）
2.12.1  高集成、多通道、低功耗16位传感器接口电路LMP90080	（87）
2.12.2  高精度模数转换器（ADC）ADS1113/4/5	（89）
2.12.3  低功耗16位传感器模拟前端电路LMP90079/78/77	（90）
2.12.4  传感器模拟前端LMP90100/99/98/97	（92）
2.13  图像传感器的集成接口电路	（94）
2.13.1  CCD/CMOS 传感器模拟前端VSP5620/21/22	（94）
2.13.2  电荷耦合元件（CCD）模拟前端VSP8133	（96）
2.14  温度传感器的集成接口电路	（99）
2.14.1  高精度热电偶至数字输出转换器MAX31856	（99）
2.14.2  热敏电阻RTD至数字输出转换器MAX31865	（100）
2.15  超声传感器的集成接口电路	（112）
2.15.1  完全集成的超声波感测模拟前端TDC1000	（112）
2.15.2  面向液位感测、浓度感测应用的单通道超声波感测模拟前端TDC1011	（113）
第3章  智能传感器	（116）
3.1  集成MEMS传感器	（116）
3.1.1  单轴加速度传感器ADXL193	（116）
3.1.2  双轴加速计ADXL202/ADXL210	（119）
3.1.3  双轴加速度传感器ADXL206	（125）
3.1.4  数字加速度计ADXL312	（126）
3.1.5  3轴加速计ADXL343	（127）
3.1.6  低噪声、低漂移、低功耗3轴MEMS加速度计ADXL356/ADXL357	（129）
3.1.7  微功耗、3轴、±200 g数字输出MEMS ADXL372	（130）
3.1.8  角速率传感器ADXRS450	（132）
3.1.9  高性能角速率传感器ADXRS646	（133）
3.1.10  角速率传感器ADXRS800	（135）
3.1.11  侧翻检测层内陀螺仪ADXRS910	（136）
3.1.12  角速度传感器ADIS16120	（137）
3.1.13  惯性传感器ADIS16448	（140）
3.1.14  ADXL203型双轴加速度传感器	（162）
3.1.15  四自由度集成惯性测量传感器ADIS16300	（165）
3.1.16  集成3轴角速度传感器MAX21000	（168）
3.1.17  振动传感器ADIS16000/ADIS16229	（178）
3.1.18  可编程数字陀螺仪ADIS16266	（183）
3.1.19  集成三轴加速度计ADXL377	（195）
3.1.20  集成惯性传感器ADIS16445	（199）
3.1.21  集成惯性传感器ADIS16375	（201）
3.2  集成温度传感器	（203）
3.2.1  集成温度传感器TMP05	（203）
3.2.2  温度传感器AD7416/AD7417/AD7418	（206）
3.2.3  集成温度传感器MAX6632	（216）
3.2.4  集成温度传感器ADT75	（219）
3.2.5  集成温度传感器ADT7310	（221）
3.2.6  高精度数字温度传感器ADT7320	（236）
3.3  集成温湿度传感器	（252）
3.3.1  16位数字I2C温度传感器ADT7420	（252）
3.3.2  16位175℃数字SPI温度传感器ADT7312	（253）
3.3.3  ±0.5℃精度的16位数字SPI温度传感器ADT7311	（254）
3.3.4  数字相对湿度和温度传感器Si7015	（255）
3.3.5  湿度和温度传感器Si701x/2x	（256）
3.3.6  具有温度传感器的低功耗、高精度数字湿度传感器HDC1010	（259）
3.3.7  具有双线制接口的11位至14位数字温度传感器LM73-Q1	（259）
3.3.8  汽车类远程温度传感器监视器TMP421/2/3-Q1	（261）
3.3.9  9通道高精度温度传感器TMP468	（263）
3.3.10  汽车用电阻可编程温度开关TMP708-Q1	（265）
3.3.11  汽车用电阻可编程温度开关TMP709-Q1	（267）
3.3.12  集成数字温度传感器TMP75C-Q1	（268）
3.3.13  高精度双引脚温度传感器LMT01-Q1	（269）
3.3.14  具有温度传感器的低功耗、高精度数字湿度传感器 HDC1080	（271）
3.4  集成光电传感器	（272）
3.4.1  光度测量前端ADPD103	（272）
3.4.2  集成一个输出和SPI的光度测量前端ADPD105/ADPD106/ADPD107	（273）
3.4.3  带环境光抑制功能的光度测量系统ADPD142RG/ADPD142RI	（276）
3.4.4  集成环境光抑制功能和两个LED的光学模块ADPD144RI	（277）
3.4.5  集成环境光抑制功能和三个LED的光学模块ADPD174GGI	（278）
3.4.6  集成环境光抑制功能和三个LED的光学模块ADPD175GGI	（279）
3.4.7  手势和近距光度传感器ADUX1020	（280）
3.4.8  集成化的光电传感器OPT101	（281）
3.4.9  采用密封封装的集成光电二极管和放大器OPT301	（283）
3.4.10  环境光传感器OPT3001	（284）
3.4.11  光数字传感器OPT3002	（285）
3.4.12  超薄环境光传感器OPT3006	（286）
3.4.13  可编程彩色光/频转换器T/CS230	（288）
3.4.14  集成光强度传感器TSL2560和TSL2561	（292）
3.4.15  集成色彩传感器MAX44006/MAX44008	（296）
3.4.16  接近光及环境光感应器Si1120	（310）
3.4.17  光电传感器Si1141/2/3	（320）
3.4.18  用于烟雾检测应用的高灵敏度光传感器MAX30105	（321）
3.4.19  环境光和红外接近检测传感器MAX44000	（323）
3.4.20  低功耗环境光传感器MAX44009	（324）
3.5  特定应用光学传感器	（325）
3.5.1  3D飞行时间（ToF）传感器	（325）
3.5.2  集成指纹传感器FCD4B14	（327）
3.6  集成传声器前置放大器ADAU1301的数字传声器	（331）
3.7  集成气压计模块MS5534	（335）
3.8  集成液位传感器LM1042	（341）
3.9  地球位置与时间传感—全球定位系统	（344）
3.9.1  GPS的发展、原理与组成	（344）
3.9.2  GPS接收机的内部功能	（347）
3.9.3  GPS接收器件MAX2742	（347）
3.9.4  GPS-41SMD接收器模块	（350）
3.9.5  北斗卫星导航系统MXTOS2-200	（353）
3.10  集成霍尔传感器	（355）
3.10.1  集成式AMR角度传感器和信号调理器ADA4571	（355）
3.10.2  集成式AMR角度传感器和信号调理器ADA4571-2	（356）
3.10.3  数字锁存霍尔效应传感器DRV5013	（358）
3.10.4  超灵敏双通道正交霍尔效应双极开关A1230	（360）
3.10.5  连续型比例式线性霍尔效应传感器A1301和A1302	（362）
3.10.6  带开路漏极脉宽调制输出的高精度线性霍尔效应传感器A1356	（364）
3.10.7  带三态输出微功率3 V线性霍尔效应传感器系列A139x	（365）
3.10.8  单元件齿状检测速度传感器ATS601	（367）
3.10.9  动态自行校准峰值侦测差分霍尔效应齿轮齿传感器ATS616	（369）
3.10.10  动态自行校准差分霍尔效应齿轮齿传感器ATS617	（370）
3.10.11  具有TPOS功能的可编程霍尔效应开关ATS128	（372）
3.10.12  带持续校准的三线式真零速差分峰值侦测传感器A1468	（373）
3.10.13  双线真零速高精度传感器A1688	（375）
3.10.14  凸轮轴传感器ATS601	（376）
3.10.15  双输出差分速度和方向传感器ATS605	（378）
3.10.16  真零速齿轮齿传感器ATS667	（379）
3.11  集成胎压监控传感器MPXY8300	（381）
3.12  时间/速度传感器	（384）
3.12.1  集成模拟前端的时间数字转换器MAX35101	（384）
3.12.2  带有AFE、RTC和闪存的低功耗时间数字转换器MAX35103	（386）
3.13  LDC电感数字转换器LDC1000	（388）
第4章  智能传感器接口电路与混合信号微处理器	（391）
4.1  高精度模数转换器	（392）
4.1.1  16位数据采集系统MAX1358B	（393）
4.1.2  2、3通道隔离式∑-Δ型ADE7912/ADE7913	（394）
4.1.3  14位、500 MSPS 4通道模数转换器AD9694	（395）
4.1.4  16位、1 MSPS、集成数据采集子系统ADAQ7980/ADAQ7988	（397）
4.1.5  用于电源控制和保护应用的模拟前端ADS131E04	（399）
4.1.6  16位数据采集系统MAX11359A	（400）
4.1.7  具微微安培输入的缓冲型18位8通道ADC LTC2358-18	（402）
4.1.8  18位、1 MSPS、8通道差分输入ADC LTC2335-18	（404）
4.1.9  低噪声、高速24位逐次逼近型寄存器（SAR）ADC LTC2380-24	（405）
4.1.10  具可配置数字滤波器的32位过采样ADC LTC2500-32	（406）
4.2  旋变数字转换器	（408）
4.2.1  12位R/D转换器AD2S1205	（408）
4.2.2  分辨率可变的10位至16位R/D转换器AD2S1210	（409）
4.2.3  12位R/D转换器AD2S1200	（410）
4.2.4  分辨率可变的旋变数字转换器AD2S83	（411）
4.2.5  14位双通道自整角机/旋变数字转换器AD2S44	（412）
4.2.6  旋变数字转换器AD2S80A/AD2S81A/AD2S82A	（413）
4.2.7  14位自整角机数字转换器SDC1740	（414）
4.3  无源传感器集成接口电路	（415）
4.3.1  低成本、高精度传感器信号调理器MAX1452	（415）
4.3.2  带有过压保护的高精度信号调理器MAX1454	（417）
4.3.3  MAX1455低成本、汽车传感器信号调理器	（418）
4.3.4  电容传感器的集成接口电路AD7745	（420）
4.3.5  12位阻抗转换器网络分析仪AD5934	（424）
4.3.6  单电极电容数字转换器AD7147A	（425）
4.3.7  双通道电容数字转换器AD7156	（426）
4.3.8  12位电容数字转换器AD7152/AD7153	（427）
4.3.9  24位电容数字转换器AD7747	（428）
4.3.10  超低功耗双通道电容数字转换器AD7150	（429）
4.3.11  适用于闭环磁通门传感器的信号调节IC DRV401-Q1	（429）
4.3.12  LVDT传感器信号调节器PGA970	（431）
4.3.13  车用超声信号处理与换能器驱动IC PGA460	（433）
4.3.14  可编程微功耗电化学模拟前端LMP91000	（434）
4.4  混合信号微处理器	（436）
4.4.1  低功耗、低噪声、多路传感器信号处理器MAX1464	（436）
4.4.2  6电流通道和1电压通道电能计量IC ADE7816	（437）
4.4.3  单相电能计量IC ADE7116/7156/7166/7169/7566/7569	（439）
4.4.4  单相有功和视在功率计量IC ADE7763	（442）
4.4.5  带有10位ADC的微控制器MAXQ7670	（443）
4.4.6  基于16位RISC微控制器的超声测距系统MAXQ7667	（445）
4.4.7  带有12位ADC的微控制器MAXQ7670A	（447）
4.4.8  无RTC时间数字转换器MAX35102	（449）
4.4.9  集成电源管理和128 KB闪存的超低功耗ARM ADuCM3027/3029	（450）
4.4.10  集成电源管理的超低功耗ARM ADuCM4050	（453）
4.5  无线片上系统	（456）
4.5.1  第二代2.4 GHz SoC CC2530	（456）
4.5.2  Texas Instruments公司的CC2531	（459）
4.5.3  具有USB的SimpleLink蓝牙智能无线MCU CC2540	（463）
4.5.4  Texas Instruments公司的CC2541-Q1	（466）
4.5.5  针对蓝牙智能应用的SimpleLink超低功耗无线MCU CC2640	（469）
4.5.6  SimpleLinkTM Bluetooth?低功耗无线MCU CC2640R2F	（473）
4.5.7  Nordic Semiconductor公司的nRF24LE1	（476）
4.5.8  微芯科技公司的rfPIC12F675	（481）
4.5.9  芯科实验室有限公司的Si102x和Si103x	（484）
4.5.10  赛普拉斯半导体公司的PSoC 4XX8_BLE	（487）
第5章  穿戴式装置中的人体信息传感模拟前端	（493）
5.1  生物电位测量模拟前端	（494）
5.1.1  生物电位测量模拟前端ADS1294/6/8/4R/6R/8R	（494）
5.1.2  极低功耗单通道生物电位测量模拟前端MAX30003	（496）
5.1.3  全集成单导联ECG模拟前端AD8232	（498）
5.1.4  低功耗5电极心电图模拟前端ADAS1000/-1/-2	（501）
5.1.5  低功耗3电极心电图模拟前端ADAS1000-3/ADAS1000-4	（505）
5.2  血氧饱和度与心率测量模拟前端	（510）
5.2.1  脉搏血氧饱和度和心率测量模拟前端MAX30101	（510）
5.2.2  用于健身的高灵敏度脉搏血氧饱和度和心率传感器MAX30102	（512）
5.2.3  低成本极小体积的脉搏血氧饱和度和心率传感器AFE4403	（513）
5.2.4  极小体积的心率与SpO2测量模拟前端AFE4404	（515）
5.2.5  具有FIFO的极小体积心率与SpO2测量模拟前端AFE4405	（517）
5.2.6  脉搏血氧饱和度测量模拟前端AFE4490	（518）
5.3  体温传感器	（521）
5.3.1  体温传感器MAX30205	（521）
5.3.2  红外线测温器MLX90614	（522）
5.4  体重计和人体成分测量模拟前端AFE4300	（523）

前    言
大到汽车、高铁、飞机、卫星，小到冰箱、空调、洗衣机，少则需要几个传感器，多则有成百上千个传感器。不仅这些工业产品中需要传感器，工业的生产过程中也需要各种各样的传感器参与，在现代农业、现代军事等领域，传感器的应用无处不在。现在最热点的物联网、穿戴式设备、机器人，传感器更是其中不可或缺的关键部件。
一方面，传感器的应用已经到了爆炸式发展的地步；另一方面，传感器及其技术本身的发展也令人眼花缭乱：传感器种类繁多、灵敏度越来越高、功能越来越强大、体积越来越小、功耗越来越低……
作者对上述传感器及其技术的发展有着刻骨铭心的感受，希望将最新型的传感器及其技术撷英荟萃，介绍给读者。虽然作者能力和水平有限，但希望尽最大的努力，为读者提供传感器及其技术的盛宴，为工程师在开发新产品时提供有价值的参考。
现代传感器集成了传感器所需的信号处理功能、高精度的数字化（模数转换）功能、一种以上的计算机通信接口等功能，参考电压、激励信号和电源稳压器等也常常集成在传感器中。
有些传感器已经有很悠久的历史，具备可靠性高、成本低廉等优势，依然在现代电子系统中发挥着重要的作用。因为有很多现代集成接口电路是专门为这一类传感器设计的，而且它们确实在“现代”社会中依然发挥作用。另外，它们与现代集成传感器和集成传感器接口电路不可分割。因此本书的前两章专门介绍“传统”的传感器和传感器接口电路。
正如万维网是计算机技术和通信技术融合发展的结晶，现代传感器技术也在融合计算机技术和通信技术，很多最“全”的集成传感器本身就是一块微处理器，也具有完整的网络接口，如蓝牙或Zigbee，或者WiFi。以最“全”的传感器为参照，很多单片机或嵌入式系统把除传感器以外的传感器接口所需的其他功能全部集成在内部，本书把这一类主要用于与传感器接口的单片机或嵌入式系统也作为重要内容予以介绍。
本书最后介绍用于穿戴式健康设备的传感器，即生理信息传感器或测量模拟前端。相信这部分内容会有很多读者感兴趣。
本书共分5章，乔文编写了第1章和第5章，李哲编写了第2章，王慧泉编写了第3章的3.1节，刘近贞编写了第3章的3.2节和3.3节，赵喆编写了第3章的3.4节和3.5节，周梅编写了第3章的3.6～3.13节，陈瑞娟编写了第4章。全书由李刚和林凌整理和统稿。

编  者      
2017年初夏于北洋园

工业/农业技术-电子/通信

林凌，天津大学精密仪器与光电子工程学院教授，博士生导师（生物医学工程、仪器科学与技术两个学科。主要研究领域：信息检测与处理、光谱检测与分析。主持和参与了20多项国家自然科学基金、省部委以及企业合作项目。在国际和国内学术刊物与会议上发表论文100多篇，其中EI检索70多篇、SCI检索60多篇。获得国家发明专利20多项。主编并出版教材和著作16本。已培养毕业博士10名和硕士30多名。获九安奖教金和中国仪器仪表学会创新奖。

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物联网与穿戴式应用中的传感器及其接口技术