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第1章 智能传感器设计 1

1.1 引言 1

1.2 智能传感器 2

1.2.1 接口电路 3

1.2.2 校准和微调 5

1.3 智能温度传感器 6

1.3.1 电路原理 6

1.3.2 接口电路设计 7

1.3.3 近期研究进展 8

1.4 智能风速传感器 8

1.4.1 工作原理 9

1.4.2 接口电路 10

1.4.3 近期研究进展 11

1.5 智能霍尔传感器 11

1.5.1 电路原理 11

1.5.2 接口电路 12

1.5.3 近期研究进展 13

1.6 本章小结 14

参考文献 15

第2章 智能传感器的校准与自校准 17

2.1 引言 17

2.2 智能传感器的校准 18

2.2.1 校准术语 18

2.2.2 校准有效性的局限 19

2.2.3 智能传感器校准的特性 20

2.2.4 传感器中校准数据的存储 20

2.2.5 生产过程中的校准 22

2.2.6 智能传感器校准的机遇 24

2.2.7 案例分析：一种智能温度传感器 24

2.3 自校准 26

2.3.1 自校准的局限性 26

2.3.2 通过结合多个传感器的自校准 26

2.3.3 自校准传感激励器 29

2.3.4 案例分析：一种智能磁场传感器 30

2.3.5 零位平衡传感激励器 32

2.3.6 案例分析：一种智能风速传感器 33

2.3.7 其他自校准方法 35

2.4 总结和未来趋势 37

2.4.1 总结 37

2.4.2 未来趋势 38

参考文献 39

第3章 精密仪表放大器 41

3.1 引言 41

3.2 仪表放大器的应用 42

3.3 三运放仪表放大器 43

3.4 电流反馈仪表放大器 44

3.5 自动调零运算放大器和仪表放大器 47

3.6 斩波运算放大器和仪表放大器 50

3.7 斩波稳零运算放大器和仪表放大器 55

3.8 斩波稳零及自动调零协同运算放大器和仪表放大器 60

3.9 总结与展望 64

参考文献 65

第4章 专用阻抗传感器系统 67

4.1 引言 67

4.2 采用方波激励信号的电容式传感器接口电路 70

4.2.1 单元素测量 70

4.2.2 基于周期调制的高能效接口电路 71

4.2.3 电容式传感器的高速高分辨测量 74

4.2.4 接地电容测量：前馈有源保护 75

4.3 专用测量系统：微生物检测 77

4.3.1 新陈代谢引起的电导改变特性 77

4.3.2 张弛振荡器阻抗测量 80

4.4 专用测量系统：含水量的测量 82

4.4.1 背景 82

4.4.2 电容值与含水量的关系 83

4.4.3 趋肤效应和邻近效应 83

4.4.4 测定含水量的专用接口电路系统 85

4.5 专用测量系统：血液阻抗表征测量系统 87

4.5.1 血液及其电路模型的特征 87

4.5.2 有机体内血液分析系统 90

4.5.3 实验结果 93

4.6 本章小结 95

参考文献 96

第5章 低功耗振动式陀螺仪读出电路 99

5.1 引言 99

5.2 节能的科里奥利传感技术 99

5.2.1 振动式陀螺仪简介 99

5.2.2 电子接口电路 100

5.2.3 接口读出电路 101

5.2.4 提高接口读出电路功效 102

5.2.5 利用感应谐振 103

5.3 模式匹配 105

5.3.1 评估失配 105

5.3.2 调节失配 109

5.3.3 关闭调谐回路 110

5.3.4 实际考虑 111

5.4 力反馈 114

5.4.1 模式匹配考虑 114

5.4.2 初始系统架构和模型稳定性分析 115

5.4.3 适应寄生谐振 117

5.4.4 正反馈架构 120

5.5 实验样机 126

5.5.1 实施 127

5.5.2 实验结果 130

5.6 总结 136

参考文献 136

第6章 基于 CMOS工艺的DNA生物芯片 138

6.1 引言 138

6.2 DNA芯片的基本工作原理和应用 138

6.3 芯片修饰 142

6.4 CMOS集成 143

6.5 电化学读出技术 146

6.5.1 探测原理 146

6.5.2 电位法装置 152

6.5.3 读出电路 155

6.6 其他读出技术 157

6.6.1 基于标记方法 157

6.6.2 无标记方法 158

6.7 封装集成附注 160

6.8 总结和展望 161

参考文献 162

第7章 CMOS图像传感器 165

7.1 CMOS尺寸效应对图像传感器的影响 165

7.2 CMOS像素结构 167

7.3 光子散粒噪声 171

7.4 应用于CMOS图像传感器的模-数转换器 172

7.5 光灵敏度 175

7.6 动态范围 176

7.7 全局快门 177

7.8 结论 178

参考文献 179

第8章 智能传感器探索之神经接口 181

8.1 引言 181

8.2 动态神经控制系统设计技术要点 183

8.3 动态控制框架中基于智能传感器的治疗设备：闭环心脏起搏器案例 186

8.4 “间接”智能传感方法的应用实例：一个针对慢性疼痛的姿态响应脊髓刺激案例研究 188

8.4.1 姿态响应型控制系统概述 188

8.4.2 设计的挑战：定义病人预期状态 189

8.4.3 物理传感器：三轴加速度计 192

8.4.4 三轴加速度计的具体设计 192

8.4.5 采用状态评估使传感器“智能化”：位置检测算法和刺激算法 195

8.4.6 “闭环”：将惯性信息映射到基于姿态的自适应治疗的刺激参数 196

8.5 神经状态的直接感知：智能传感器用于测量神经状态和实现闭环神经系统的案例研究 198

8.5.1 植入式双向脑机接口系统设计 199

8.5.2 斩波稳零EEG仪表放大器设计概述 200

8.5.3 大脑的神经智能感知探索：动物样本原型试验 208

8.5.4 展示大脑中智能传感的概念：实时大脑状态评估和刺激法 214

8.6 神经系统智能检测的未来趋势和机遇 220

参考文献 222

第9章 微能源产生：原理和应用 226

9.1 引言 226

9.2 能量存储系统 229

9.2.1 简介 229

9.2.2 超级电容器 230

9.2.3 锂离子电池 230

9.2.4 薄膜锂离子电池 232

9.2.5 能量存储系统应用 233

9.3 热电能量采集 234

9.3.1 简介 234

9.3.2 最新技术 235

9.3.3 转化效率 239

9.3.4 电源管理 240

9.3.5 小结 240

9.4 振动与运动能量采集 241

9.4.1 简介 241

9.4.2 机械环境：谐振系统 242

9.4.3 人类环境：非谐振系统 246

9.4.4 电源管理 248

9.4.5 小结 248

9.5 远场RF能量采集 249

9.5.1 简介 249

9.5.2 基本原理 249

9.5.3 分析和设计 252

9.5.4 应用 253

9.6 光伏 254

9.7 总结和未来趋势 255

9.7.1 总结 255

9.7.2 未来趋势 256

参考文献 257