NFC设备设计宝典：设计约束篇 [法]Dominique Paret pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[法] Dominique Paret 著

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• 射频识别
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• 电路设计
• 电子工程
• 嵌入式系统
• 设计模式
• 技术指南
• 硬件设计
• Dominique Paret

店铺： 盛德伟业图书专营店

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111583141

商品编码：29770139920

包装：平装-胶订

出版时间：2018-04-01

基本信息

书名:NFC设备设计宝典：设计约束篇

定价：59.00元

售价：38.4元,便宜20.6元,折扣65

作者:Dominique Paret

出版社：机械工业出版社

出版日期：2018-04-01

ISBN：9787111583141

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书讲了当今NFC设备的技术，以及这些技术在诸如金融支付、公共交通、行政管理、机动车、工业、通信工具以及物联网等领域的应用。本书通过数个详细的技术实例，讨论了诸多标准（如ISO、CEN、NFCForum、EMV等）和监管认证（如ERC、FCC、ETSI、无线电频率、隐私及生态污染等）下的约束，以及NFC设备不得不面对的审批、外形、功能性、结构性、环境或协同等问题。

目录

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译者序
原书前言
第１ 部分 ＮＦＣ 简介和回顾
第１ 章 近场通信(ＮＦＣ) 原理回顾 ２
１. １ “非接触式” 的物理基础与ＮＦＣ ２
１. １. １ 传播和辐射的现象 ２
１. １. ２ 场与空间区域的分类 ２
１. １. ３ 空间区域 ２
１. １. ４ 远场: ｒ >> λ /２π (Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ 区) ３
１. １. ５ 中场: ｒ 约等于λ (Ｆｒｅｓｎｅｌ 区) ３
１. １. ６ 近场区域: ｒ << λ /２π (Ｒａｙｌｅｉｇｈ 区) 和ＮＦＣ 的起点 ３
１. １. ７ 非接触式、ＲＦＩＤ 和ＮＦＣ 应用的注释说明 ３
１. ２ ＮＦＣ 的概念 ４
１. ２. １ Ｂｉｏｔ￣Ｓａｖａｒｔ 定律 ５
１. ２. ２ 圆形天线轴上一点的场Ｈ ５
１. ２. ３ 作为“ｄ” 一个函数的场Ｈ 的衰减 ７
１. ２. ４ 矩形天线的轴上一点的场Ｈ ８
第２ 章 ＮＦＣ 的规范约束 ９
２. １ 简介 ９
２. １. １ 规范性、标准性和ＮＦＣ 市场约束 ９
２. １. ２ 词汇表 ９
２. １. ３ 规范 １０
２. １. ４ 标准 １０
２. ２ 规范性约束 １０
２. ２. １ 从发起者到接收者的上行链路 １１
２. ２. ２ ＮＦＣ 设备天线上的非接触式规范约束 １５
２. ３ 结论 ２３

第３ 章 规则约束和推荐规范 ２４
３. １ 针对ＮＦＣ 和ＮＦＣ 天线的规则约束 ２４
３. １. １ 射频规定 ２４
３. １. ２ 关于ＮＦＣ 辐射和污染的约束 ２５
３. １. ３ ＥＲＣ ７０￣０３ 标准和ＥＴＳＩ ３００ ３３０ 规范 ２５
３. ２ 关于标准的讨论 ２９
３. ２. １ 关于人体暴露在电磁场中 ２９
３. ２. ２ 关于个人自由(隐私) 的社会约束 ３０
３. ２. ３ 环境影响 ３２
３. ３ ＮＦＣ 市场的规范 ３２
３. ３. １ 应用ＮＦＣ 技术的短距离设备 ３２
３. ３. ２ 用户期望的成本与市场价 ３３
３. ３. ３ 注意虚假广告 ３３
第２ 部分 ＮＦＣ 应用领域导致的约束
第４ 章 ＮＦＣ 应用的分类与成果 ３６
４. １ ＮＦＣ 应用的分类方法 ３６
４. １. １ 技术 ３６
４. １. ２ “ＮＦＣ Ｆｏｒｕｍ 设备” 和“ＮＦＣ Ｆｏｒｕｍ 标签” ３７
４. １. ３ ＮＦＣ Ｆｏｒｕｍ 设备通信的“模式” ３８
４. １. ４ ＮＦＣ Ｆｏｒｕｍ 设备的角色 ３９
４. １. ５ 应用分类的可行性及其约束 ３９
４. ２ 应用成果及其直接约束 ４１
４. ２. １ Ｔｏｕｃｈ ＆ Ｇｏ ４１
４. ２. ２ Ｔｏｕｃｈ ＆ Ｃｏｎｆｉｒｍ ４２
４. ２. ３ Ｔｏｕｃｈ ＆ Ｃｏｎｎｅｃｔ ４２
４. ２. ４ Ｔｏｕｃｈ ＆ Ｅｘｐｌｏｒｅ ４２
第５ 章 ＮＦＣ 应用领域导致的约束 ４３
５. １ ＮＦＣ 应用的技术可行性范围 ４３
５. １. １ 架构和电子功能 ４３
５. １. ２ 形状. 尺寸和外形(公共场合除外) ４３
５. １. ３ 备注和表的部分解释 ４５
５. １. ４ 用于长距比赛监测的接收者/标签 ４５
５. １. ５ 用于监控品的接收者/标签 ４６
５. ２ ＮＦＣ 设备细分、市场类型、问题和影响及直接技术约束 ４７
目 录 Ⅸ
５. ２. １ 市场部门和类型 ４７
５. ３ 移动电话 ４８
５. ４ 银行/货币事务/付款 ４９
５. ５ 运输 ５０
５. ５. １ 种情况: 电池辅助型和平板电池型卡模拟模式 ５２
５. ５. ２ 第二种情况: 电池输出的卡模拟模式 ５２
５. ５. ３ 第三种情况: 碰撞和负载效应 ５３
５. ６ 汽车 ５３
５. ６. １ 消费类电子产品 ５５
５. ７ 健康服务 ５７
５. ８ 沟通介质 ５７
５. ８. １ ＮＦＣ 平板电脑 ５８
５. ８. ２ ＮＦＣ ＵＳＢ 钥匙 ５８
５. ８. ３ ＮＦＣ 沟通和促销介质 ５８
５. ８. ４ “附加性” 的ＮＦＣ 设备、棒和贴纸 ５９
第３ 部分 设计ＮＦＣ 系统及其天线时需要解决的应用约束问题
第６ 章 ＮＦＣ 的结构约束 ６２
６. １ 天线形状导致的约束 ６２
６. ２ 操作距离变化导致的约束 ６２
６. ２. １ 距离和磁耦合 ６３
６. ３ 在约束下发起者天线的品质因数Ｑ 的大可接受值 ６３
６. ４ 回归(逆) 调制电压的约束 ６４
６. ４. １ 无源负载调制(ＰＬＭ) ６４
６. ４. ２ 有源负载调制(ＡＬＭ) ６６
第７ 章 应用功能约束 ６９
７. １ 天线调谐/失谐约束 ６９
７. １. １ 发起者的情况 ６９
７. １. ２ 接收者的电路示意图 ６９
７. １. ３ “调谐” “未调谐” 和“失谐” 的移动电话 ７５
７. ２ 环境的影响和约束 ７８
７. ２. １ 环境的物理影响 ７８
７. ２. ２ 环境对天线及其性能的影响 ７８
７. ２. ３ 电场 ７８
７. ２. ４ 磁场 ８０

作者介绍

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文摘

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序言

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《NFC设备设计宝典：设计约束篇》 引言 在当今互联互通的世界中，近场通信（NFC）技术已成为一种不可或缺的通信方式，深刻地改变着我们的生活和工作。从便捷的移动支付到智能门禁，再到物联网设备的无缝连接，NFC的应用场景日益广泛。然而，任何技术的成熟和普及都离不开深入的设计实践和对技术边界的精准把握。《NFC设备设计宝典：设计约束篇》便是一部致力于深入剖析NFC设备设计中关键设计约束的力作。本书并非泛泛而谈NFC技术的原理，而是直击设计的核心难题，帮助读者理解在有限资源、特定环境和复杂交互下，如何做出明智的设计决策，从而创造出高性能、高可靠性且用户体验卓越的NFC设备。 第一章：NFC技术的基础与设计考量 在展开具体的约束分析之前，有必要对NFC技术的核心要素及其在设备设计中需要预先考虑的方面进行梳理。NFC是一种短距离、低功耗的无线通信技术，其工作原理基于电磁感应，能够在几厘米的范围内实现设备之间的数据交换。设计者首先需要理解NFC的两种主要工作模式： 主动模式（Active Mode）： 双方设备都具备独立的电源，能够主动发射和接收射频信号。这种模式下，通信的稳定性和数据传输速率通常更高，但也意味着更高的功耗。 被动模式（Passive Mode）： 其中一方设备（通常是读卡器或支付终端）主动发射射频场，另一方设备（通常是NFC标签或卡片）则通过感应该射频场来获取能量并完成通信。这种模式的优势在于被动设备无需自身供电，大大降低了成本和复杂性，但数据传输速率和通信距离会受到限制。 在设备设计初期，必须明确所设计设备将采用哪种工作模式，这直接影响到天线设计、电源管理、芯片选型以及整体成本。此外，NFC通信的距离是一个至关重要的设计约束。通常情况下，NFC的有效通信距离在4厘米以内，但实际距离会受到多种因素的影响，包括天线的设计、天线之间的耦合度、通信双方的功率、环境中的电磁干扰以及通信协议的设置。在设计过程中，必须仔细权衡通信距离的需求与实现该距离所需的技术和成本。 第二章：硬件设计约束：天线、芯片与电源 NFC设备的核心在于其硬件组件，而这些组件的设计往往受到严格的约束。 2.1 天线设计约束 天线是NFC通信的“窗口”，其设计对通信的性能起着决定性作用。 尺寸与形状： NFC天线的尺寸通常很小，以适应各种便携式设备。天线的形状（例如线圈的匝数、线圈的直径、线圈的布局）会直接影响其电感值、谐振频率和辐射效率。设计时需要根据设备外形、安装位置以及期望的通信距离来优化天线尺寸和形状。例如，在智能卡或支付标签中，天线通常被设计成扁平的线圈，以嵌入卡片中。而在手机等设备中，天线则需要巧妙地集成在有限的内部空间内，同时避免与其它电子元件产生过度的电磁干扰。 材料与制造工艺： 天线材料的选择（如铜线、柔性PCB）以及制造工艺（如蚀刻、绕线）会影响天线的性能、成本和耐用性。高导电性的材料和精密的制造工艺能够提高天线的效率，但也可能增加成本。 阻抗匹配： 天线与NFC芯片之间必须进行精确的阻抗匹配，以实现最大的功率传输效率，减少信号反射。阻抗失配会导致通信距离缩短、数据传输错误率升高，甚至通信失败。匹配电路的设计需要精确计算天线的电感和电阻，以及芯片的内部阻抗。 环境影响： 天线的设计必须考虑其工作环境。例如，金属物体或其它电子元件的靠近会影响天线的电感和辐射模式，导致性能下降。设计者需要通过模拟仿真或实际测试来评估和优化天线在不同环境下的性能。 2.2 NFC芯片选型与集成约束 NFC芯片是NFC设备的大脑，其性能和功能直接决定了设备的能力。 功能集成： NFC芯片通常集成了射频前端、基带处理器、安全单元（SE）以及各种通信接口。设计者需要根据应用需求选择具备所需功能的芯片。例如，支付设备需要集成安全单元以存储和处理敏感的支付信息，而简单的NFC标签则可能只需要基础的通信功能。 功耗约束： 对于电池供电的NFC设备，功耗是一个至关重要的约束。芯片的功耗设计、工作模式的切换以及休眠机制都直接影响设备的续航能力。低功耗设计是实现长时间工作的关键。 接口与兼容性： NFC芯片需要与主控芯片（如微控制器）通过各种接口（如I2C、SPI）进行通信。这些接口的带宽、时序以及协议需要仔细匹配。同时，芯片的NFC协议栈兼容性也需要考虑，确保能够与不同类型的NFC设备进行可靠通信。 尺寸与封装： 芯片的尺寸和封装类型直接影响设备的整体尺寸和PCB布局。紧凑型封装有助于实现更小的设备尺寸，但可能增加焊接的难度和成本。 2.3 电源管理约束 NFC设备，尤其是电池供电的设备，对电源管理有着严格的要求。 能量收集： 对于被动NFC设备，其能量完全来源于NFC读卡器发射的射频场。设计者需要仔细计算天线能够收集到的能量，并确保该能量足以支持芯片的运行和数据的传输。这涉及到天线的效率、通信距离、射频场的强度以及芯片的功耗需求。 电池续航： 对于主动NFC设备，电池的续航能力是用户体验的关键。设计者需要通过选择低功耗芯片、优化软件算法、设计高效的电源管理单元（PMU）以及合理的电源模式切换策略来最大化电池续航时间。 电压与电流： 芯片和外围电路对电压和电流有特定的要求。电源管理单元需要提供稳定且精确的电压，并能够满足峰值电流的需求。 第三章：软件与协议设计约束 NFC通信的实现离不开软件和协议的支持，而这些同样面临着诸多设计约束。 3.1 NFC协议栈的实现与优化 NFC通信遵循一系列标准的协议，包括ISO/IEC 14443、FeliCa、ISO/IEC 15693等。 协议选择： 根据应用场景选择最适合的NFC标准。例如，支付应用通常基于ISO/IEC 14443 Type A/B，而资产追踪则可能使用ISO/IEC 15693。 协议栈的复杂性： 实现完整的NFC协议栈需要大量的软件开发工作。设计者需要权衡使用现成的软件库还是自行开发。选择库可以加快开发速度，但可能增加内存占用和引入不必要的复杂性。 实时性要求： 某些NFC应用，如快速支付，对通信的实时性要求极高。软件设计必须确保协议栈能够高效地处理数据，并满足严格的时序要求。 错误检测与纠正： NFC通信可能会受到噪声和干扰的影响，导致数据错误。协议栈需要内置有效的错误检测和纠正机制，以保证数据的完整性和可靠性。 3.2 数据安全与隐私约束 NFC通信涉及数据交换，特别是涉及敏感信息时，安全性至关重要。 加密与认证： 对于支付、身份认证等应用，必须采用加密算法对传输的数据进行保护，并对通信双方进行身份认证，防止数据被窃听或篡改。安全单元（SE）在这一过程中扮演着关键角色。 密钥管理： 安全密钥的生成、存储和管理是安全设计的核心。需要采取严格的安全措施来保护密钥不被泄露。 隐私保护： 在收集用户数据时，必须遵循相关的隐私保护法规，例如GDPR。设计者需要限制收集的数据范围，并对用户数据进行匿名化或假名化处理。 防克隆与防欺诈： 对于具有价值的NFC标签或卡片，需要考虑防克隆和防欺诈的机制，以防止非法复制或滥用。 3.3 用户界面与交互设计约束 良好的用户体验是NFC设备成功的关键，但用户界面和交互设计同样面临约束。 交互时机与提示： NFC通信通常发生在非常近的距离，用户需要明确知道何时可以将设备靠近，以及何时通信已经完成。清晰的视觉和听觉提示对于指导用户操作至关重要。 设备方向与位置： NFC天线的位置通常是固定的，用户需要将设备的NFC区域与目标设备的NFC区域对准才能成功通信。设计者需要通过用户手册、屏幕提示或设备上的标志来指导用户正确对准。 反馈机制： 用户需要及时收到通信成功的反馈，以确认操作已完成。这可以通过屏幕上的消息、震动反馈或声音提示来实现。 错误处理的友好性： 当通信失败时，系统应向用户提供清晰、易于理解的错误提示，并指导用户如何解决问题，而不是显示晦涩的技术信息。 多设备交互： 在某些场景下，一个设备可能需要与多个NFC设备进行交互。如何清晰地引导用户选择正确的设备进行通信，避免误操作，是设计中的一个挑战。 第四章：环境与物理约束 NFC设备的设计还必须考虑其运行的物理环境以及设备的物理特性。 4.1 温度与湿度 工作温度范围： NFC设备必须能够在预期的工作温度范围内稳定运行。高温可能导致电子元件性能下降甚至损坏，而低温也可能影响电池性能。设计者需要选择能够承受极端温度的电子元件，并考虑散热设计。 湿度： 高湿度环境可能导致金属氧化、电路短路，影响NFC设备的可靠性。需要对设备进行适当的密封或采用防潮材料。 4.2 振动与冲击 结构强度： 对于经常暴露在振动或冲击环境下的设备（如工业设备、车载设备），需要确保其结构强度能够承受这些外部应力，防止内部电子元件损坏。 连接器的可靠性： 任何物理连接都需要考虑其在振动环境下的可靠性，防止接触不良导致通信中断。 4.3 电磁兼容性（EMC） 抗干扰能力： NFC设备需要具备一定的抗干扰能力，以在复杂的电磁环境中可靠工作。这意味着需要对设备进行电磁屏蔽，并优化电路设计以减少自身产生的电磁辐射。 对周边设备的影响： NFC设备自身也可能对周围的电子设备产生电磁干扰。设计者需要确保设备的电磁辐射符合相关的法规标准，不会对其它设备造成不良影响。 4.4 尺寸、重量与外形 集成限制： 设备的尺寸和重量通常是极其有限的，尤其是在消费电子产品中。这要求设计师在有限的空间内高效地集成所有必要的NFC组件。 人体工程学： 对于需要用户直接持握的设备，其外形设计需要考虑到人体工程学，提供舒适的握持感和便捷的操作。 第五章：成本与生命周期约束 任何设计最终都必须落地到经济可行性和可持续性上。 5.1 成本控制 组件成本： NFC芯片、天线材料、PCB制造等都会产生直接的成本。设计者需要在满足性能需求的前提下，选择性价比最高的组件。 开发与测试成本： 软件开发、硬件验证、EMC测试等都需要投入时间和资源。优化设计流程，提高一次性成功率，可以有效降低开发成本。 生产成本： 生产工艺的复杂性、良品率等都会影响最终的生产成本。选择易于生产的组件和设计，有助于降低制造成本。 5.2 功耗与能源效率 生命周期功耗： 考虑到设备的整个生命周期，其功耗表现直接关系到能源消耗和运营成本。设计者需要关注产品的能效比，并尽可能采用节能设计。 可回收性与环保： 在产品设计阶段，就应该考虑材料的可回收性，以及产品生命周期结束后如何进行环保处理。 结论 《NFC设备设计宝典：设计约束篇》全面而深入地探讨了在NFC设备设计过程中不可忽视的各个方面。从硬件的选型与布局，到软件协议的实现，再到严苛的物理环境和至关重要的成本考量，本书为读者提供了一幅关于NFC设备设计的全景图。理解并妥善处理这些设计约束，是成功开发出高性能、高可靠性且用户体验卓越的NFC产品的基石。本书旨在赋能工程师、产品经理和技术决策者，在面临挑战时，能够做出更明智、更具战略性的设计决策，最终推动NFC技术的广泛应用和创新发展。

评分☆☆☆☆☆

我周围很多初入职场的工程师，都热衷于寻找那些“最新的技术栈”，而往往忽略了基础设计的深度。当我向他们推荐这本书时，我强调的重点恰恰是它的“反潮流”之处——它不是在谈论最新的应用场景，而是在深挖NFC技术本身作为物理层存在的根本限制。举个例子，书中对“耦合距离”的探讨，并非简单地给出个数字，而是通过对磁场衰减模型、Q值变化以及负载匹配的精细分析，让你明白为什么两毫米的距离变化，可能导致整个系统从稳定工作区跌入不可靠区域。这种对细节的执着，让我体会到真正的工程美学在于对不完美世界的精确建模。它强迫读者去正视现实世界中的损耗和干扰，而不是沉溺于理想化的仿真结果中。如果你期望读到关于最新移动支付界面设计的心得，你可能会失望，但如果你想知道为什么你的支付终端总是会在某些特定角度失败，这本书会给出让你心悦诚服的答案。

评分☆☆☆☆☆

从排版和结构上看，这本书的编排也十分考究，逻辑流非常清晰，使得原本可能显得枯燥的数学推导和电路分析，也变得易于消化。我尤其欣赏作者在不同设计模块之间建立的横向联系，而不是将天线设计、电源管理和通信协议处理视为孤立的模块。例如，天线尺寸的选择如何直接影响了负载阻抗的匹配范围，进而决定了整个通信链路的动态范围，这种全局观的培养对于提升工程师的综合能力至关重要。这本书的价值在于，它不仅仅提供了一系列的设计准则，更重要的是，它提供了一种系统性的、受制约的思维框架。它让你学会像一个真正的系统架构师那样去思考，而不是仅仅停留在元件参数的堆砌上。读完后，我感觉自己对NFC这个看似简单的技术，有了一种更深层次的敬畏感——因为所有的简单易用，背后都是无数次在严格约束下做出的精妙妥协和优化。

评分☆☆☆☆☆

这本关于NFC设备设计的书，老实说，我是在一个朋友的强烈推荐下才翻开的，毕竟我对这个领域也算略有涉猎，但总觉得在系统性上有所欠缺。拿到手后，首先映入眼帘的是那种扎实的理工科书籍的气质，封面设计虽然朴实，却透着一股“干货满满”的自信。阅读过程中，我发现作者在讲解基础概念时，并未采用那种浮于表面的叙述方式，而是深入到了每一个技术决策背后的权衡与取舍。尤其是在讨论天线设计与耦合效率的部分，那种对物理极限的敬畏感和如何在有限空间内榨取出最佳性能的工程智慧，真是让人茅塞顿开。我特别欣赏作者在引入新概念时，总会回顾前置的限制条件，使得整个设计思路形成一个严密的逻辑闭环。对于那些希望从“知道NFC能做什么”跨越到“理解为什么NFC必须这么设计”的工程师来说，这本书绝对是不可多得的良师益友。它不是一本教你快速入门的速成手册，而是一本让你沉下心来打磨基本功的训练营。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我最初对这本译著抱有谨慎的态度，毕竟涉及到法国工程界的思考方式，和我们习惯的硅谷式快速迭代思维可能存在文化上的差异。但出乎意料的是，这本书展现出了一种令人信服的严谨性与条理性。它的叙事节奏非常平稳，每一步推导都建立在坚实的前置数学和物理模型之上。我注意到作者在讨论调制解调（Modulation/Demodulation）机制时，并没有满足于给出理想化的模型，而是将非线性失真、噪声裕度和误码率（BER）等实际挑战融入了设计目标函数中进行考量。这种将理论“实战化”的处理方式，极大地提升了书本的实用价值。对于我们这些需要向管理层汇报设计可行性，并确保产品在各种工况下稳定运行的团队来说，这种“把话说死”的论证方式，远比那些充满乐观预期的口号来得可靠。这本书更像是给你提供了一套经得起时间考验的设计哲学。

评分☆☆☆☆☆

我最近在做一个对功耗极为敏感的可穿戴设备的原型，这让我对各种非接触式通信技术的能耗特性非常头疼。当我在翻阅这本关于NFC设计的书时，我原本以为它会像市面上大多数技术书籍那样，只泛泛地谈论标准和协议。然而，这本书的视角却异常独特，它将设计的核心聚焦在了“约束”之上。它没有过多地纠缠于那些已经写在官方文档里的规范细节，而是着重探讨了在实际的PCB布局、材料选择乃至外部环境因素对最终性能的“负面影响”以及如何系统性地规避或补偿这些影响。特别是关于电磁兼容性（EMC）和射频（RF）性能之间的微妙平衡，作者似乎有着一套独到的见解，用大量的图表和案例分析展示了如何在地线设计和屏蔽策略上做出明智的妥协。读完这部分的章节，我立刻回去调整了我的电源管理策略和布局文件，效果立竿见影，设备待机功耗确实有了显著改善。这本书更像是一位经验丰富的老技师在手把手地教你如何处理那些最让人抓狂的“疑难杂症”。