【硬件工程师面试宝典】常见面试题其一

简介: - Setup时间:时钟前数据需稳定的最小时间。- Hold时间:时钟后数据需保持稳定的时间。- 竞争现象:不同路径信号汇合导致输出不稳定。- 冒险现象:竞争引起的短暂错误状态。- D触发器实现2倍分频电路。

1. 什么是 Setup 和 Hold 时间?

Setup 时间是指在时钟沿到达之前,数据需要保持稳定的最小时间。这意味着在时钟沿到达之前,数据线上的信号必须已经稳定下来。

Hold 时间是指在时钟沿到达之后,数据需要继续保持稳定的最小时间。这意味着在时钟沿到达之后,数据线上的信号必须保持一段时间才能被正确读取。

2. 什么是竞争与冒险现象?

竞争现象发生在电路中,当两个或多个信号在不同路径上传播并在某个点汇合时,由于路径长度或延迟不同,可能会导致输出信号不稳定。

冒险现象是由于竞争现象导致的瞬时错误,当信号暂时达到一个错误的状态,尽管最终的状态是正确的。

3. 请画出用 D 触发器实现 2 倍分频的逻辑电路

+-------+     +-------+
|       |     |       |
|  D Q  |     |  D Q  |
|   \   |     |   \   |
|    \  |     |    \  |
| CLK Q |---->| CLK Q |
+-------+     +-------+

4. 什么是"线与"逻辑,要实现它,在硬件特性上有什么具体要求?

线与逻辑是一种使用电线直接连接多个输出,使得只有所有输出都为高电平时,连接点才为高电平的逻辑。实现“线与”逻辑的硬件要求通常是使用开漏或集电极开路的晶体管。

5. 什么是同步逻辑和异步逻辑?同步电路与异步电路有何区别?

同步逻辑电路的操作由时钟信号控制,所有状态的变化在时钟信号的控制下进行。

异步逻辑电路的操作不依赖于全局时钟信号,状态变化依赖于输入信号的变化。

区别在于,同步逻辑电路的稳定性和设计相对简单,而异步逻辑电路可以更快地响应输入信号,但设计复杂,容易出现竞争和冒险现象。

6. 你知道哪些常用逻辑电平?TTL 与 CMOS 电平可以直接互连吗?

常用逻辑电平包括TTL(晶体管-晶体管逻辑)和CMOS(互补金属氧化物半导体)。

TTL 与 CMOS 电平可以互连,但需要考虑电平转换。TTL 的高电平一般为2.0V以上,CMOS 的高电平一般为3.3V或5V。因此直接互连时可能需要电平转换电路。

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)

+-----------+    +-------------+    +------------+
| 输入设备   | -> | 数据接口    | -> | 控制接口    |
| (键盘/鼠标) |    +-------------+    +------------+
+-----------+         |
                       v
                  +----------+
                  | 锁存器/缓冲器 |
                  +----------+

8. 你所知道的可编程逻辑器件有哪些?

常见的可编程逻辑器件包括:

  • PLA(可编程逻辑阵列)
  • PAL(可编程阵列逻辑)
  • GAL(通用阵列逻辑)
  • CPLD(复杂可编程逻辑器件)
  • FPGA(现场可编程门阵列)

9. 请简述用 EDA 软件(如 PROTEL)进行设计(包括原理图和PCB图)到调试出样机的整个过程,在各环节应注意哪些问题?

步骤:

  1. 需求分析和设计方案:确定电路功能和参数。
  2. 原理图设计:使用 EDA 软件绘制原理图,注意元器件的正确选择和连接。
  3. PCB 设计:根据原理图设计 PCB 版图,注意元器件布局、布线和电磁兼容性。
  4. 仿真验证:对原理图和 PCB 进行仿真,验证其正确性。
  5. 生成制造文件:生成用于制造 PCB 的文件(如 Gerber 文件)。
  6. 制造和焊接:将 PCB 文件交给厂家生产,焊接元器件。
  7. 调试和测试:对样机进行调试,测试各项功能和参数。

注意问题:

  • 原理图设计时要仔细检查,避免连接错误。
  • PCB 布线要考虑信号完整性和电磁兼容性。
  • 仿真时要注意模型的准确性。
  • 制造文件生成后要仔细检查,避免文件错误。

10. 基尔霍夫定理

基尔霍夫定理包括基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL):

  • KCL:在任何节点,流入节点的电流总和等于流出节点的电流总和。
  • KVL:在任何闭合回路中,各元件两端电压的代数和等于零。

11. 描述反馈电路的概念,列举他们的应用

反馈电路是将输出信号的一部分通过某种方式返回到输入端,从而影响电路的输入。

应用:

  • 稳定放大器的增益
  • 振荡器电路
  • 自动增益控制
  • 负反馈用于线性放大器,提高稳定性和带宽

12. 负反馈种类及其优点

负反馈种类:

  • 电压串联反馈
  • 电压并联反馈
  • 电流串联反馈
  • 电流并联反馈

优点:

  • 增加电路的稳定性
  • 减小增益误差
  • 扩展频带宽度
  • 降低非线性失真

13. 放大电路的频率补偿的目的是什么? 有哪些方法?

目的:稳定放大电路的增益,防止高频振荡,提高电路的工作稳定性。

方法

  • 使用补偿电容
  • 使用补偿网络
  • 增加负反馈

14. 有源滤波器和无源滤波器的区别

有源滤波器

  • 使用有源元件(如运算放大器)
  • 增益可调
  • 不需要电感

无源滤波器

  • 只使用无源元件(如电阻、电容和电感)
  • 无增益
  • 适用于高频应用

15. 名词解释:SRAM、SSRAM、SDRAM、压控振荡器 (VCO)

  • SRAM:静态随机存取存储器,使用双稳态触发器存储数据,速度快,功耗低。
  • SSRAM:同步静态随机存取存储器,具有同步控制接口的 SRAM。
  • SDRAM:同步动态随机存取存储器,使用时钟同步操作,适合高速数据传输。
  • VCO:压控振荡器,输出频率由输入电压控制的振荡器。

16. 名词解释:IRQ、BIOS、USB、VHDL、SDR

  • IRQ:中断请求,中断信号请求 CPU 处理某事件。
  • BIOS:基本输入输出系统,初始化和测试硬件并加载操作系统。
  • USB:通用串行总线,用于连接外设的标准接口。
  • VHDL:超高速集成电路硬件描述语言,用于描述电子系统的设计。
  • SDR:软件定义无线电,通过软件实现无线电通信系统功能。
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