硬體工程師常見筆試題
一、電路分析：
1、競爭與冒險
在組合邏輯中，在輸入端的不同通道數字訊號中經過了不同的延時，導致到達該門的時間不一致叫競爭。因此在輸出端可能產生短時脈衝（尖峰脈衝）的現象叫冒險。
常用的消除競爭冒險的方法有：輸入端加濾波電容、選通脈衝、修改邏輯設計等。
2、同步與非同步
同步邏輯是時鐘之間有固定的因果關係。非同步邏輯是各時鐘之間沒有固定的因果關係。
同步電路：儲存電路中所有觸發器的時鐘輸入端都接同一個時鐘脈衝源，因而所有觸發器的狀態的變化都與所加的時鐘脈衝訊號同步。
非同步電路：電路沒有統一的時鐘，有些觸發器的時鐘輸入端與時鐘脈衝源相連，只有這些觸發器的狀態變化與時鐘脈衝同步，而其它的觸發器的狀態變化不與時鐘脈衝同步。
非同步電路不使用時鐘脈衝做同步，其子系統是使用特殊的“開始”和“完成”訊號使之同步；
同步就是雙方有一個共同的時鐘，當傳送時，接收方同時準備接收。非同步雙方不需要共同的時鐘，也就是接收方不知道傳送方什麼時候傳送，所以在傳送的資訊中就要有提示接收方開始接收的資訊，如開始位，結束時有停止位。
3、模擬軟體：Proteus
4、Setup 和Hold time
Setup/hold time 是測試晶片對輸入訊號和時鐘訊號之間的時間要求。建立時間是指觸發器的時鐘訊號上升沿到來以前，資料穩定不變的時間。輸入訊號應提前時鐘上升沿（如上升沿有效）T時間到達晶片，這個T就是建立時間-Setup time.如不滿足setup time,這個資料就不能被這一時鐘打入觸發器，只有在下一個時鐘上升沿，資料才能被打入觸發器。保持時間是指觸發器的時鐘訊號上升沿到來以後，資料穩定不變的時間
5、IC設計中同步復位與非同步復位的區別
同步復位在時鐘沿採集復位訊號，完成復位動作。非同步復位不管時鐘，只要復位訊號滿足條件，就完成復位動作。 非同步復位對復位訊號要求比較高，不能有毛刺，如果其與時鐘關係不確定，也可能出現亞穩態。
6、常用的電平標準
TTL： transistor-transistor logic gate電晶體－電晶體邏輯閘
CMOS：Complementary Metal Oxide Semiconductor互補金氧半導體
LVTTL(Low Voltage TTL)、LVCMOS(Low Voltage CMOS
RS232、RS485
7、TTL電平與CMOS電平
TTL電平和CMOS電平標準
TTL電平： 5V供電
輸出 L： <0.4V ； H：>2.4V 1
輸入 L： <0.8V ； H：>2.0V 0
CMOS電平：（一般是12V供電）
輸出 L： <0.1*Vcc ； H：>0.9*Vcc
輸入 L： <0.3*Vcc ； H：>0.7*Vcc.
CMOS電路臨界值（電源電壓為＋5V） VOHmin =4.5V VOLmax =0.5V VIHmin =3.5V VILmax =1.5V
特性區別：
CMOS是場效電晶體構成，TTL為雙極電晶體構成；
CMOS的邏輯電平範圍比較大（3～15V），TTL只能在5V下工作；
CMOS的高低電平之間相差比較大、抗干擾性強，TTL則相差小，抗干擾能力差；
CMOS功耗很小，TTL功耗較大（1～5mA/門）；
CMOS的工作頻率較TTL略低，但是高速CMOS速度與TTL差不多相當。
8、RS232和RS485電平
RS232：採用三線制傳輸分別為TXD\RXD\GND，其中TXD為傳送訊號，RXD為接收訊號。
全雙工，在RS232中任何一條訊號線的電壓均為負邏輯關係。即：
－15v ~ －3v 代表1
＋3v ~ ＋15v 代表0
RS485：採用差分傳輸（平衡傳輸）的方式，半雙工，一般有兩個引腳 A、B。AB間的電勢差U為UA-UB:
不帶終端電阻AB電勢差：＋2 ～ ＋6v 邏輯‘1’；
－2 ～ －6v 邏輯‘0’；
帶終端電阻 AB電勢差： 大於 ＋200mv 邏輯‘1’；
小於 －200mv 邏輯‘0’； 注意：AB之間的電壓差不小於200mv。
波特率計算：如圖，傳輸9bit（1起始位+8資料位）花費的時間為79us。1s傳輸的資料量為1/0.000079*9 = 113924，可以推測波特設定的波特率為115200。RS485的波特率計算同理。（二進位制系統中，波特率等於位元率）
終端電阻其目的就是消耗通訊電纜中的訊號反射，其原因有兩個：阻抗不連續喝阻抗不匹配。
9、CAN BUS
要點（顯性與隱性電平）：
顯性位即無論總線上各節點想將匯流排驅動成什麼樣的電平，只要有一個節點驅動為顯性位，則匯流排表現為顯性位的電平；隱性位正好相反，只有各節點都不將匯流排驅動成顯性位的電平，匯流排才表現為隱性位對應的電平。顯性位電平為Vh-Vl=2V，邏輯上為“0”；隱性位電平為Vh-Vl=0V，邏輯上為“1”。
CAN匯流排在沒有節點傳輸報文時是一直處於隱性狀態。當有節點傳輸報文時顯性覆蓋隱性，由於CAN匯流排是一種序列匯流排，也就是說報文是一位一位的傳輸的，而且是數字訊號（0和1），1代表隱性，0代表顯性。在傳送報文的過程中是顯隱交替的，就像二進位制數字0101001等，這樣就能把資訊傳送出去，而匯流排空閒的時候是一直處於隱性的。
“顯性”具有“優先”的意味，總線上執行邏輯上的線“與”時，只要有一個單元輸出顯性電平，總線上即為顯性電平；只有所有的單元都輸出隱性電平，總線上才為隱性電平。（顯性電平比隱性電平更強）
隱性（邏輯‘1’）： H=2.5V，L=2.5V，H-L=0V
顯示（邏輯‘0’）： H=3.5V，L=1.5V，H-L=2V
共同點：CAN_BUS空閒狀態為隱性狀態，相當於串列埠通訊（232/485）的停止位‘1’；當準備傳送資料時，CAN_BUS的狀態由隱性變成顯性，相當於串列埠通訊（232/485）的起始位‘0’。
10、KNX BUS
1、 概述：KNX是Konnex的縮寫。1999年5月，歐洲三大匯流排協議EIB、BatiBus和EHSA合併成立了Konnex協會，提出了KNX協議。該協議以EIB為基礎，兼顧了BatiBus和EHSA的物理層規範，並吸收了BatiBus和EHSA中配置模式等優點，提供了家庭、樓宇自動化的完整解決方案。
2、 匯流排框架：
A、 匯流排—區域匯流排(15條)—主幹道(15條)—匯流排裝置(64個)
B、 15*15*64=14400個裝置
C、 三種結構：線形、樹形、和星形
D、 KNX匯流排協議遵循OSI模型協議規範，並進行了合理的簡化。由物理層、資料鏈接層、網路層、傳輸層和應用層組成，會話層和表示層的功能則併入應用層與傳輸層
3、 配置模式：
A、S-Mode (system系統模式)
B、E-Mode (Essential簡單模式)
4、 所有的匯流排裝置連線到 KNX 介質上 ( 這些介質包括雙絞線、射頻、電力線或 IP/Ethernet), 它們可以進行資訊交換。匯流排裝置可以是感測器也可以是執行器，所有這些功能通過一個統一的系統就可以進行控制、監視和傳送訊號，不需要額外的控制中心。
5、 KNX電纜由一對雙絞線組成，其中一條雙絞線用於資料傳輸(紅色為CE+ 黑色為CE-)，另一條雙絞線給電子器件提供電源。
6、 所有的訊號在總線上都是以序列非同步傳輸（廣播）的形式進行傳播，也就是說在任何時候，所有的匯流排裝置總是同時接收到總線上的資訊，只要總線上不再傳輸資訊時，匯流排裝置即可獨立決定將報文傳送到總線上。
11、SPI是序列外設介面（Serial Peripheral Interface）
是一種高速的，全雙工，同步的通訊匯流排，至少四根線；
SDI（資料輸入）、SDO（資料輸出）、SCLK（時鐘）、CS（使能）。
12、乙太網
13、推輓電路和開漏輸出
推輓輸出：可以輸出高,低電平,連線數字器件；推輓結構一般是指兩個三極體的B極和E極接在一起，總是一個三極體導通時另一個三極體截止。
開漏輸出：輸出端相當於一個NPN三極體，集電極懸空，只能輸出低電平或者高阻態，必須加一個上拉電阻輸出高電平。開漏輸出可以將多個輸出短接，共用一個上拉，此時這些開漏輸出的驅動PIN_A、PIN_B、PIN_C“與”的關係
14、DC-DC電源和LDO電源
LDO：low dropout voltage regulator 低壓差線性穩壓器，故名思意，為線性的穩壓器，僅能使用在降壓應用中。也就是輸出電壓必需小於輸入電壓。優點：穩定性好，負載響應快。輸出紋波小，外圍元器件少。
缺點：效率低，輸入輸出的電壓差不能太大。負載不能太大，目前最大的LDO為5A（但要保證5A的輸出還有很多的限制條件）
DC/DC：直流電壓轉直流電壓。嚴格來講，LDO也是DC/DC的一種，但目前DC/DC多指開關電源。 包括boost（升壓）、buck（降壓）、Boost/buck（升/降壓）和反相結構，具有高效率、高輸出電流、低靜態電流等特點，隨著整合度的提高，許多新型DC-DC轉換器的外圍電路僅需電感和濾波電容；但該類電源控制器的輸出紋波和開關噪聲較大、成本相對較高。
優點：效率高，輸入電壓範圍較寬。
缺點：負載響應比LDO差，輸出紋波比LDO大。
15、基爾霍夫定律
電壓定律(迴路定律)：電路中沿任何一個迴路的所有電壓的代數和為0；
電流定律(節點定律)：流入一個節點的所有電流之和等於流出該節點的所有電流之和。
16、數位電路和類比電路區別
數位電路只關心高低電平，類比電路是連續變化的模擬量，表現形式為電壓和電流的連續波動
二、常用的元器件：
1、電阻resistance：固定電阻（色環電阻/貼片電阻）、熱敏電阻、光敏電阻、數字可調電阻
基本作用：限制電流和調節電壓；
2、電容capacitance：陶瓷電容、鋁電解電容、薄膜電容、紙介電容、雲母電容
基本作用：儲存能量（以電場方式）和隔直通交（濾波/旁路）；
容抗和電容成反比，和頻率也成反比。如果容抗用Xc表示，電容用C表示，頻率用f表示，那麼Xc＝1／(2πfC)
3、電感inductance：磁芯電感、空心電感、可調電感、阻流電感
基本作用：儲存能量（以磁場方式）和阻交通直（抑制流過它的電流突然變化）
電磁感應只有在外施電壓或者電流隨時間增大或減小的變化過程中才會產生。
重點：電感的能量儲存特性可以被用在開關電源電路中，如圖升壓電路。當mos管開啟，電感儲存能量，由二極體隔斷的負載由電容儲存能量供給。當MOS管關斷時，儲存在mos管的能量疊加到5V電源（達到升壓的效果）。此時，電感給電容充電，同時供給負載電流。
4、磁珠：用於抑制訊號線、電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾，還具有吸收靜電脈衝的能力。磁珠是用來吸收超高頻訊號，像一些RF電路，PLL，振盪電路，含超高頻儲存器電路（DDRSDRAM，RAMBUS等）都需要在電源輸入部分加磁珠，而電感是一種蓄能元件，用在LC振盪電路，中低頻的濾波電路等，其應用頻率範圍很少超過50MHZ。 磁珠有很高的電阻率和磁導率，等效於電阻和電感串聯，但電阻值和電感值都隨頻率變化。
4、二極體：正向導通，反向截至；（PN接面二極體、肖特基二極體、穩壓(齊納)二極體、發光二極體、變容二極體）
矽管：壓降是0.7V左右，耐壓高但開關速度慢，常用低頻整流和開關；
鍺管：壓降是0.2V左右，閾值電壓小，常用於RF訊號檢測和低電壓電平電路；
肖特基二極體：壓降是0.4V左右，耐壓低但開關速度快，常用高頻整流和開關。
二極體選項考慮五大因素：反向峰值電壓/最大整流電流/響應速度/反向漏電流/最大正向壓降。
5、三極體（電晶體）：NPN，PNP三極體；用於開關和放大電路
術語：截止區、放大區、飽和區、偏置和靜態工作點Q。
放大區電流增益：Ic=B*Ib，B是電流增益，典型值10-500，Ic最大為80-600mA。只有工作在放大區，即對於流過電晶體的電流和加在電晶體電壓大小都有限制的，才存在電流增益。當Ib過大或過小，放大係數B都會變小。只有Ib為常量，即靜態工作點才由有最大的電流增益。
放大區：Ie=Ic+Ib=(B+1)Ib
達林頓管：把兩個三極體連在一起，工作電流更大，放大倍數B更大（2B）等效電晶體電路。
6、MOS管（場效電晶體）：結型場效電晶體、金屬氧化物電晶體（耗盡型和增強型）、單結場效電晶體。除了增強型導通方向跟電晶體一致，其他均相反。常用是增強型。
普通電晶體是電流控制元件，通過控制基極電流達到控制集電極電流或發射極電流的目的，到訊號源必須提供一定的電流才能工作。
MOS管則是電壓控制元件，它的輸出電流決定於輸入端電壓的大小，基本上不需要訊號源提供電流，所以它的輸入電阻很高，這是它的突出特點。它廣泛應用於放大電路和數位電路。
7、運算放大器
負反饋：把輸出訊號反饋到反相輸入端，輸出端輸出訊號電壓取決與反饋電阻。
計算公式：Vout=-Vin(Rf/Rin)。反饋電阻越大，輸出越大，輸出反饋到輸入的值就越小。
8、邏輯閘電路
非門NOT、與門AND、與非門NAND、或門OR、或非門NOR
異或門XOR
同或門XNOR