硬件工程师必会的几道题

以下是一些基本的数字电路知识问题，请简要回答。

(1)什么是 Setup和 Hold 时间Setup/Hold Time 用于测试芯片输入信号和时钟信号之间的时间要求。建立时间(Setup Time)这意味着数据可以在触发器的时钟信号上升到来之前保持稳定的时间。输入数据信号应提前时钟上升（如上升有效）T 到达芯片的时间， T建立时间通常称为 SetupTime。如不满足 Setup Time，此时钟不能将此数据打入触发器，只有在下一时钟上升时才能将数据打入触发器。保持时间(Hold Time)指触发器时钟信号上升后数据保持稳定的时间。Hold Time 不够，数据也不能进入触发器。（2）什么是竞争和冒险？如何判断？如何消除它？A：在组合逻辑电路中，由于门电路的输入信号通过不同的通路，延迟将不同，导致到达门的时间不一致。我们称这种现象为竞争。由于竞争，尖峰脉冲或毛刺可能在电路输出端产生。如果布尔式有相反的信号，则可能会产生竞争和冒险。解决方案：首先，添加布尔式的消除，二是在芯片外部加电容。(3)请画出用D触发器实现2倍分频的逻辑电路答：

(4)什么是"线与"逻辑，要实现它，硬件特性的具体要求是什么？答：线和逻辑是连接两个或多个输出信号的功能。在硬件方面，使用 OC 门实现(漏极或集电极开路)OC 门，应在 OC 门输出端连接上拉电阻(线或下拉电阻)。(5)什么是同步逻辑和异步逻辑？同步电路和异步电路有什么区别？答:同步逻辑是时钟之间固定的因果关系。异步逻辑是时钟之间没有固定的因果关系 .电路设计可分为同步电路设计和异步电路设计。同步电路使用时钟脉冲同步子系统，而异步电路不使用时钟脉冲同步，其子系统使用特殊的开始和完成信号同步。异步电路具有无时钟倾斜、低功耗、平均效率而不是最差效率、模块化、可组合和可重性等优点。（6）你知道常用的逻辑电平吗？TTL 与 COMS 电平能直接连接吗？答:常用的电平标准，低速有 RS232、RS485 、RS422、 TTL、CMOS 、LVTTL、 LVCMOS、ECL 、ECL、 LVPECL 等，高速的有 LVDS、 GTL、PGTL 、 CML、 HSTL、SSTL 等等。一般来说，CMOS 电平比 TTL 电平具有较高的噪声容量。如果不考虑速度和性能，通常 TTL 与 CMOS 设备可以交换。但需要注意的是，有时负载效应会导致电路工作异常，因为有些 TTL 电路需要下一级的输入阻抗作为负载才能正常工作。(7)请画出微机接口电路中，典型的输入设备与微机接口逻辑示意图(数据接口、控制接口、锁存器/缓冲器)典型输入设备与微机接口的逻辑示意图如下：

2、你所知道的可编程逻辑器件有哪些？答：ROM(只读存储器)， PLA(可编程逻辑阵列)FPLA(现场可编程逻辑阵列)PAL(可编程阵列逻辑)GAL(通用阵列逻辑)，EPLD(可擦除的可编程逻辑器件)、 FPGA(现场可编程门阵列)，CPLD(复杂的可编程逻辑器件)等ROM、 FPLA、 PAL 、GAL、 EPLD 出现较早的可编程逻辑器件， FPGA 和 CPLD 是当今最流行的两种可编程逻辑器件。FPGA 是基于搜索表结构， CPLD 以乘积项结构为基础。3.请简要描述 EDA 软件(如 PROTEL)设计(包括原理图和PCB从图)到调试出样机的整个过程，各个环节应该注意哪些问题？答:完成电子电路设计方案的整个过程大致可分为:(1)原理图设计(2)PCB 设计(3)投板(4)组件焊接(5)模块化调试(6)整机调试。注意:(1)原理图设计阶段注意适当添加旁路电容和去耦电容； 注意适当添加试验点和0欧洲电阻，便于调试； 注意适当添加0欧洲电阻、电感和磁珠(专门用于抑制信号线和电源线上的高频噪声和尖峰干扰)，实现抗干扰和阻抗匹配；(2)PCB设计阶段应特别注意自己设计的部件封装，防止部件在板打出后无法焊接； FM有些布线要尽量短而粗，电源和接地线也应尽可能厚； 旁路电容器和晶体振动应尽可能靠近芯片对应的管脚； 注意美观，使用方便；（3）解释所需的工艺和制造板的要求；（4）元件焊接，防止芯片焊接位置错误，管脚不对应； 防止虚拟焊接、泄漏焊接、搭接焊接等；（5）模块化调试首先调试电源模块，然后调试控制模块，然后调试其他模块； 快速移动，发现短路时完全连接电源； 调试模块时适当隔离其他模块； 每个模块的技术指标必须大于客户的要求；（6）整机调试，如提高灵敏度4。基尔霍夫定理KCL：电路中的任何节点，随时流入节点的电流等于流出节点的电流( KVL同样)5.描述反馈电路的概念，列出其应用反馈，将放大器输出信号(电压或电流)的部分或全部回收到放大器输入端，与输入信号进行比较(相加或相减)，并用比较获得的有效输入信号控制输出。负反馈可用于稳定输出信号或增益，或扩展通频带，特别适用于自动控制系统。正反馈可以形成振荡，适合振荡电路和波形发生电路。6、负反馈种类及其优点电压并联反馈，电流串联反馈，电压串联反馈和电流并联反馈 降低放大器的增益灵敏度，改变输入电阻和输出电阻，改善放大器的线性和非线性失真，有效地扩展，放大器的通频带，自动调节作用7、放大电路的频率补偿的目的是什么，有哪些方法频率补偿是为了改变频率特性，减小时钟和相位差，使输入输出频率同步 相位补偿通常是改善稳定裕度，相位补偿与频率补偿的目标有时是矛盾的 不同的电路或者说不同的元器件对不同频率的放大倍数是不相同的，如果输入信号不是单一频率，就会造成高频放大的倍数大，低频放大的倍数小，结果输出的波形就产生了失真 放大电路中频率补偿的目的：一是改善放大电路的高频特性，二是克服由于引入负反馈而可能出现自激振荡现象，使放大器能够稳定工作。在放大电路中，由于晶体管结电容的存在常常会使放大电路频率响应的高频段不理想，为了解决这一问题，常用的方法就是在电路中引入负反馈。然后，负反馈的引入引入了一个新的问题，即负反馈电路会出现自激振荡。因此，为了使放大电路正常稳定运行，必须对放大电路进行频率补偿。频率补偿的方法可分为先进补偿和滞后补偿，主要是通过接入一些电阻元件来改变高频段放大电路的相频特性。目前，锁相环8、有源滤波器与无源滤波器的区别：该电路主要有无源元件 R、L 和 C 组成: 有源滤波器:集成运输和 R、C 组成具有无电感、体积小、重量轻等优点。集成运输的开环电压增益和输入阻抗非常高，输出有源滤波电路后，它还具有一定的电压放大和缓冲作用。但集成运输带宽有限，目前有源滤波电路的工作频率难以很高。9.术语解释：SRAM、SSRAM、SDRAM、压控振荡器(VCO)SRAM：静态 RAM ；DRAM：动态 RAM；SSRAM ：Synchronous Static Random Access Memory 同步静态随机访问存储器，的一种类型SRAM。SSRAM 所有访问始于时钟的上升/下降。地址、数据输入和其他控制信号都与时钟信号有关。这与异步 有关SRAM 不同，异步 SRAM 访问独立于时钟，数据输入和输出由地址变化控制。SDRAM：Synchronous DRAM 同步动态随机存储器。10.名词解释:IRQ、BIOS 、USB、VHDL 、SDR。(1) IRQ：中断请求(2)BIOS：BIOS 是英文"Basic Input Output System"缩略语的缩略语中文名称是"基本输入输出系统"。事实上，它是一组固化在计算机主板上的 ROM 芯片上的程序保存了计算机最重要的基本输入输出程序、系统设置信息、启动后自检程序和系统自启动程序。其主要功能是为计算机提供最底层、最直接的硬件设置和控制。（3） USB：USB ，是英语 Universal Serial BUS缩写(通用串行总线)，中文简称串线，是规范计算机与外部设备连接和通信的外部总线标准。(4) VHDL：VHDL 英文全写为：VHSIC(Very High Speed Integrated Circuit ) Hardware Description Language.翻译成中文是超高速集成电路硬件描述语言。主要用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口。(5) SDR：软件无线电是一种基于软件定义的无线通信协议，而不是通过硬连接实现的无线电广播通信技术。换句话说，频带、空中接口协议和功能可以通过软件下载和更新而不完全更换硬件来升级。SDR为构建多模式、多频、多功能无线通信设备提供有效、安全的解决方案。11.单片机上电后未运行。首先检查电源电压是否正常。用电压表测量接地引脚和电源引脚之间的电压，看是否为电源电压，如常用的 5V。下一步是检查复位引脚电压是否正常。分别测量按复位按钮和放开复位按钮的电压值，看看是否正确。然后检查晶体振动是否振动。一般来说，用示波器检查晶体振动引脚的波形。注意使用示波器探头 X10档。另一种方法是在复位状态下测量 IO 口电平，按住复位键，然后测量IO 口(没有接收外部上拉的 P0口除外)的电压取决于是否为高电平。如果不是高电平，主要是因为晶体振动没有振动。另外需要注意的是，如果使用片内 ROM (在大多数情况下，外部扩张 现在很少有用ROM )，一定要 EA 引脚抬高，否则程序会乱跑。如果系统不稳定，有时是由于电源滤波不良造成的。在单片机的电源引脚跟之间连接0.1uF 的电容会有所改善。如果电源没有滤波电容，则需要更大的滤波电容，如 220uF 的。遇到系统不稳定时，就可以并上电容试试(越靠近芯片越好)。12、最基本的三极管曲线特性答：三极管的曲线特性即指三极管的伏安特性曲线，包括输入特性曲线和输出特性曲线。输入特性是指三极管输入回路中，添加到基极和发射极的电压 VBE 与它产生的基极电流 I B 之间的关系。输出特性通常是指在一定的基极电流 I B在控制下，三极管集电极与发射极之间的电压 VCE 同集电极电流 IC 的关系

图(1)典型输入特性曲线

图(2)典型输出特性曲线

图(3)直、交流负载线，功耗线13、什么是频率响应，怎么才算是稳定的频率响应，简述改变频率响应曲线的几个方法答：这里仅对放大电路的频率响应进行说明。在放大电路中，由于电抗元件(如电容、电感线圈等)及晶体管极间电容的存在，当输入信号的频率过低或过高时，放大电路的放大倍数的数值均会降低，而且还将产生相位超前或之后现象。也就是说，放大电路的放大倍数(或者称为增益)和输入信号频率是一种函数关系，我们就把这种函数关系成为放大电路的频率响应或频率特性。 放大电路的频率响应可以用幅频特性曲线和相频特性曲线来描述，如果一个放大电路的幅频特性曲线是一条平行于 x 轴的直线(或在关心的频率范围内平行于 x 轴)，而相频特性曲线是一条通过原点的直线(或在关心的频率范围是条通过原点的直线)，那么该频率响应就是稳定的 改变频率响应的方法主要有：(1)改变放大电路的元器件参数；(2)引入新的元器件来改善现有放大电路的频率响应；(3)在原有放大电路上串联新的放大电路构成多级放大电路。14、给出一个差分运放，如何进行相位补偿，并画补偿后的波特图答：随着工作频率的升高，放大器会产生附加相移，可能使负反馈变成正反馈而引起自激。进行相位补偿可以消除高频自激。相位补偿的原理是：在具有高放大倍数的中间级，利用一小电容 C(几十～几百微微法)构成电压并联负反馈电路。可以使用电容校正、 RC 校正分别对相频特性和幅频特性进行修改。 波特图就是在画放大电路的频率特性曲线时使用对数坐标。波特图由对数幅频特性和对数相频特性两部分组成，它们的横轴采用对数刻度 lg f ，幅频特性的纵轴采用 lg |Au|表示，单位为 dB；相频特性的纵轴仍用φ表示。

15、基本放大电路的种类及优缺点，广泛采用差分结构的原因基本放大电路按其接法分为共基、共射、共集放大电路。 共射放大电路既能放大电流又能放大电压，输入电阻在三种电路中居中，输出电阻较大，频带较窄 共基放大电路只能放大电压不能放大电流，输入电阻小，电压放大倍数和输出电阻与共射放大电路相当，频率特性是三种接法中最好的电路。常用于宽频带放大电路。 共集放大电路只能放大电流不能放大电压，是三种接法中输入电阻最大、输出电阻最小的电路，并具有电压跟随的特点。常用于电压大电路的输入级和输出级，在功率放大电路中也常采用射极输出的形式。 广泛采用差分结构的原因是差分结构可以抑制温度漂移现象。16、给出一差分电路，已知其输出电压Y+和Y-，求共模分量和差模分量设共模分量是Yc，差模分量是Yd，则可知其输 Y+=Yc+Yd Y-=Yc-Yd可得 Yc=(Y+ + Y-)/2 Yd=(Y+ - Y-)/217、画出一个晶体管级的运放电路,说明原理下图(a)给出了单极性集成运放 C14573 的电路原理图，图(b)为其放大电路部分：

图(a) C14573电路原理图图(b) C14573的放大电路部分 图(a)中 T1，T2 和T7管构成多路电流源，为放大电路提供静态偏置电流，把偏置电路简化后，就可得到图(b)所示的放大电路部分。 第一级是以 P 沟道管T3 和T4为放大管、以 N 沟道管T5 和T6管构成的电流源为有源负载，采用共源形式的双端输入、单端输出差分放大电路。由于第二级电路从T8 的栅极输入，其输入电阻非常大，所以使第一级具有很强的电压放大能力。 第二级是共源放大电路，以 N沟道管T8 为放大管，漏极带有源负载，因此也具有很强的电压放大能力。但其输出电阻很大，因而带负载能力较差。电容 C起相位补偿作用。18、电阻R和电容 C串联，输入电压为R和C 之间的电压，输出电压分别为 C上电压和R上电压，求这两种电路输出电压的频谱，判断这两种电路何为高通滤波器，何为低通滤波器。当 RC<

从电路的频率响应不难看出输出电压加在 C上的为低通滤波器，输出电压加在 R上的为高通滤波器，RC

22、画出施密特电路，求回差电压。答：下图是用 CMOS 反相器构成的施密特电路：

因此回差电压为：

23、LC 正弦波振荡器有哪几种三点式振荡电路，分别画出其原理图。答：主要有两种基本类型：电容三点式电路和电感三点式电路。下图中(a)和(b)分别给出了其原理电路及其等效电路

(a)电容三点式振荡电路

(b)电感三点式振荡电路24、DAC 和 ADC 的实现各有哪些方法？实现 DAC 转换的方法有：权电阻网络 D/A 转换，倒梯形网络 D/A 转换，权电流网络 D/A 转换、权电容网络 D/A 转换以及开关树形 D/A 转换等。 实现 ADC 转换的方法有：并联比较型 A/D 转换，反馈比较型 A/D 转换，双积分型 A/D 转换和 V-F 变换型 A/D 转换。25、A/D电路组成、工作原理A/D 电路由取样、量化和编码三部分组成，由于模拟信号在时间上是连续信号而数字信号在时间上是离散信号，因此 A/D 转换的第一步就是要按照奈奎斯特采样定律对模拟信号进行采样。又由于数字信号在数值上也是不连续的，也就是说数字信号的取值只有有限个数值，因此需要对采样后的数据尽量量化，使其量化到有效电平上，编码就是对量化后的数值进行多进制到二进制二进制的转换。26、为什么一个标准的倒相器中 P 管的宽长比要比 N 管的宽长比大？和载流子有关，P管是空穴导电，N管电子导电，电子的迁移率大于空穴，同样的电场下，N管的电流大于P管，因此要增大P管的宽长比，使之对称，这样才能使得两者上升时间下降时间相等、高低电平的噪声容限一样、充电和放电是时间相等27、锁相环有哪几部分组成?锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环( PLL)锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。 锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来锁相环通常由鉴相器( PD)、环路滤波器(LF)和压控振荡器( VCO)三部分组成。 锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压，对振荡器输出信号的频率实施控制。28、用逻辑门和COMS电路实现AB+CD这里使用与非门实现：

(a)用逻辑门实现

(b)用CMOS电路组成的与非门 图(a)给出了用与非门实现 AB+CD，图(b)给出了用 CMOS 电路组成的与非门，将图(b)代入图(a)即可得到用 CMOS 电路实现 AB+CD 的电路。29、用一个二选一mux和一个inv实现异或假设输入信号为 A、B ，输出信号为 Y=A’B+AB ’。则用一个二选一 mux和一个 inv 实现异或的电路如下图所示：

原文标题：这里有硬件工程师的面试题，你敢来试试吗？

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