硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)60問

硬件是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)過程中都會(huì)遇到或多或少的問題，本文中總結(jié)了非常基礎(chǔ)的60個(gè)問題，供大家參考。

1、請(qǐng)說明一下濾波磁珠和濾波電感的區(qū)別。

磁珠由導(dǎo)線穿過鐵氧體組成，直流電阻很小，在低頻時(shí)阻抗也很小，對(duì)直流信號(hào)幾乎沒有影響。

在高頻（幾十兆赫茲以上）時(shí)磁珠阻抗比較大，高頻電磁場(chǎng)在鐵氧體材料上產(chǎn)生渦流，使高頻干擾信號(hào)轉(zhuǎn)化為熱量消耗掉。

磁珠常用于高頻電路模塊的電源濾波和高頻信號(hào)回路濾波，抑制EMI干擾。

電感由線圈和磁芯組成，直流電阻較小，電感量較大。電感多用于中低頻電路的濾波，側(cè)重于抑制傳導(dǎo)性干擾，其應(yīng)用頻率在幾十兆赫茲以下。

2、請(qǐng)解釋電阻、電容、電感封裝的含義：0402、0603、0805。

表示的貼片元件的尺寸大?。ㄩL(zhǎng)*寬），現(xiàn)常見的尺寸表示方式有兩種，英制(inch）：01005,0201,0402,0603,0805……公制(mm)：0402,0603,1005,1608……。

3、請(qǐng)說明以下字母所代表的電容的精度：J、K、M、Z。

J——±5%；

K——±10%；

M——±20%；

Z——+80%~-20%

4、請(qǐng)問電阻、電容、電感的封裝大小分別與什么參數(shù)有關(guān)？

電阻封裝大小與電阻值、額定功率有關(guān)；

電容封裝大小與電容值、額定電壓有關(guān)；

電感封裝大小與電感量、額定電流有關(guān)。

5、電阻選型需要注意哪些參數(shù)？

電阻值、精度、功率（在實(shí)際電路上換算出承受最大電流、最大電壓）、封裝。

6、電容選型需要注意哪些參數(shù)？

電容值、精度、耐壓、封裝。

7、電感選型需要注意哪些參數(shù)？

電感量（包括測(cè)量頻率）、精度、最大承受電流、封裝。

8、磁珠選型需要注意哪些參數(shù)？

阻抗值（包括測(cè)量頻率）、精度、最大承受電流、直流電阻（換算出最大直流壓降）、封裝。

9、整流二極管選型需要注意哪些參數(shù)？

最大整流電流、最大反向工作電壓、正向?qū)▔航?、封裝。

10、開關(guān)MOS管選型需要注意哪些參數(shù)？

最小開啟電壓Vgs（th）、最大柵源電壓Vgs（max）、最大漏源電壓Vds、最大漏源電流Id、導(dǎo)通電阻Rds（on）、耗散功率、封裝。

11、直流電源的輸出濾波電容，應(yīng)如何根據(jù)實(shí)際工作電壓選擇電容的額定電壓參數(shù)？

電容的額定電壓應(yīng)該稍大于直流輸出電壓，根據(jù)電容額定電壓標(biāo)稱值，選1.2~2倍直流輸出電壓即可。

12、理想電容兩端的電壓和電流的相位關(guān)系是：同相、反相、電壓超前電流90°、電流超前電壓90°？

電流超前電壓90°。

13、請(qǐng)列舉您知道的二極管品牌？

DIODES、FAIRCHILD、FH風(fēng)華、FormosaMS、IR、MCC、MOTOROLA、ONSemi、PHILIPS、RECTRON、ROHM、TOREX、TSC、VISHAY、WTE、XUYANG

14、請(qǐng)列舉一下零電阻的作用。

1）線路上的跨接跳線；2）可選的配置電路；3）調(diào)試預(yù)留位置；4）保險(xiǎn)絲；5）不同地的單點(diǎn)連接。

15、請(qǐng)簡(jiǎn)述壓敏電阻工作原理。

當(dāng)壓敏電阻上的電壓超過一定幅度時(shí)，電阻的阻值降低，從而將浪涌能量泄放掉，并將浪涌電壓限制在一定的幅度。

16、請(qǐng)簡(jiǎn)述PTC熱敏電阻作為電源電路保險(xiǎn)絲的工作原理。

當(dāng)電源輸入電壓增大或負(fù)載過大導(dǎo)致電流異常增大的時(shí)候，PTC熱敏電阻因?yàn)闇囟仍龃蠖蛊涞刃щ娮柩杆僭龃?，從而使輸出電壓下降，減小輸出電流。當(dāng)故障去除，PTC熱敏電阻恢復(fù)到常溫，其電阻又變的很小，電源電路恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。

17、常見貼片電容的材質(zhì)有：X7R、X5R、Y5V、NPO（COG）、Z5U。請(qǐng)問電容值和介質(zhì)損耗最穩(wěn)定的電容是哪一種？

電容值和介質(zhì)損耗最穩(wěn)定的是NPO（COG）材質(zhì)電容。

18、某磁珠的參數(shù)為100R@100MHz，請(qǐng)解釋參數(shù)的含義。

在100MHz頻率下的阻抗值是100歐姆。

19、請(qǐng)列舉一下上拉電阻的作用。

1）上電復(fù)位時(shí)，端口電平配置；2）OC和OD門上拉確定高電平；3）提高輸出端口的高電平；4）加大輸出引腳的驅(qū)動(dòng)能力；5）降低輸入阻抗，防止靜電損傷；6）提高總線的抗電磁干擾能力；7）匹配電阻，抑制反射波干擾。

20、請(qǐng)問共模電感的作用是什么？

抑制共模干擾。

21、半導(dǎo)體或芯片的 0.25um、 0.18um、 90nm、 7nm工藝指的是什么？

這些數(shù)字表示制作半導(dǎo)體或芯片的技術(shù)節(jié)點(diǎn)，也稱作工藝節(jié)點(diǎn)。實(shí)際物理意義有“半節(jié)距”、“物理柵長(zhǎng)”、“制程線寬”等。半導(dǎo)體業(yè)界通常使用“半節(jié)距”、“物理柵長(zhǎng)（ MOS管柵極的長(zhǎng)度）”和“結(jié)深”等參數(shù)來描述芯片的集成度，這些參數(shù)越小，芯片的集成度越高。舉個(gè)例子，某種芯片采用 90nm工藝，其中半節(jié)距為 90nm，而晶體管的物理柵長(zhǎng)為 37nm。半節(jié)距，是指芯片內(nèi)部互聯(lián)線間距離的一半， 也即光刻間距的一半。由于歷年來每一個(gè)新的技術(shù)節(jié)點(diǎn)總是用于制造 DRAM芯片， 因此最新的技術(shù)節(jié)點(diǎn)往往是指 DRAM的半節(jié)距。另外， 在技術(shù)文章中還有兩種與“半節(jié)距”意義相近的表達(dá)方式，就是“線寬”、“線距”和“特征尺寸”，如果線寬等于線距，則半節(jié)距就等于線寬、線距，它們不過是對(duì)同一個(gè)數(shù)據(jù)的不同表達(dá)。

22、綠色發(fā)光二極管的導(dǎo)通壓降大概是多少伏？

2V 左右。

23、變?nèi)荻O管和穩(wěn)壓二極管正常工作狀態(tài)下，應(yīng)該加什么樣的電壓：正向、反向、前者正向后者反向、前者反向后者正向？

均應(yīng)加反向電壓。

24、如果一個(gè) LED指示燈沒有定義顏色，紅、綠、黃、橙、藍(lán)、白色你會(huì)選擇哪一種，為什么？

按照使用習(xí)慣，電源指示燈用紅色，信號(hào)指示燈用綠色，這兩種顏色的LED燈技術(shù)最成熟，價(jià)格最便宜。

25、請(qǐng)簡(jiǎn)述 TVS瞬態(tài)電壓抑制二極管的工作原理。

當(dāng) TVS上的電壓超過一定幅度時(shí)，器件迅速導(dǎo)通，從而將浪涌能量泄放掉，并將浪涌電壓限制在一定的幅度。

26、現(xiàn)今最流行的兩類可編程邏輯器件是什么，他們有什么區(qū)別？

FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）和 CPLD（復(fù)雜可編程邏輯器件）是現(xiàn)今最流行的兩類可編程邏輯器件。FPGA是基于查找表結(jié)構(gòu)的， CPLD是基于乘積項(xiàng)結(jié)構(gòu)的。

27、請(qǐng)列舉您知道的二極管類型？

開關(guān)二極管（小信號(hào)二極管）、肖特基二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管（齊納二極管）、瞬態(tài)電壓抑制二極管（ TVS）、變?nèi)荻O管、發(fā)光二極管（ LED）。

28、請(qǐng)簡(jiǎn)要說明基爾霍夫電流定律（ KCL）和基爾霍夫電壓定律（ KVL）。

基爾霍夫電流定律（ KCL）是指集總電路中任何時(shí)刻流進(jìn)任一電路節(jié)點(diǎn)的電流等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流?；鶢柣舴螂妷憾桑?KVL）是指集總電路中任何時(shí)刻任一閉合電路支路的電壓之和都為零。

29、模擬集成電路的輸入一般采用何種電路：共發(fā)射極電路、共基極電路、差分電路、共集電極電路？

為了抑制溫飄和提高精度，一般采用差分輸入電路。

30、什么是反饋？反饋的作用是什么？

反饋是將放大器輸出信號(hào) ( 電壓或電流 ) 的一部分或全部， 回收到放大器輸入端與輸入信號(hào)進(jìn)行比較 ( 相加或相減 ) ， 并用比較所得的有效輸入信號(hào)去控制輸出， 負(fù)反饋可以用來穩(wěn)定輸出信號(hào)或者增益， 也可以擴(kuò)展通頻帶， 特別適合于自動(dòng)控制系統(tǒng)。正反饋可以形成振蕩， 適合振蕩電路和波形發(fā)生電路。

31、三極管的 β 參數(shù)反映的是什么能力：電流控制電流、電流控制電壓、電壓控制電流、電壓控制電壓？

β 值反映的是基極電流對(duì)集電極和發(fā)射極電流的控制能力， 所以屬于電流控制電流的能力。

32、為什么 OD（開漏）門和 OC（開集）門輸出必須加上拉電阻？

因?yàn)?MOS管和三極管關(guān)閉時(shí)，漏極D和集電極 C是高阻態(tài)，輸出無確定電平，實(shí)際應(yīng)用必須通過電阻上拉至確定電平。

33、電路產(chǎn)生自激振蕩的幅值條件和相位條件是什么？

幅值條件是：|AF| ≥1相位條件是：φ A+φ F=2nπ （ n=0,1,2,... ）

34、請(qǐng)列舉三種典型的ESD模型。

人體模型（ HBM）、機(jī)器模型（MM）、帶電器件模型（CDM）。

35、請(qǐng)簡(jiǎn)述一下 DC-DC和 LDO的區(qū)別。

DC-DC 通過開關(guān)斬波、電感的磁電能量轉(zhuǎn)換、電容濾波實(shí)現(xiàn)基本平滑的電壓輸出。關(guān)電源輸出電流大，帶負(fù)載能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換效率高，但因?yàn)橛虚_關(guān)動(dòng)作，會(huì)有高頻輻射。LDO是通過調(diào)整三極管或MOS管的輸入輸出電壓差來實(shí)現(xiàn)固定的電壓輸出，基本元件是調(diào)整管和電壓參考元件，電壓轉(zhuǎn)換的過程是連續(xù)平滑的，電路上沒有開關(guān)動(dòng)作。LDO電路的特點(diǎn)是輸出電壓紋波很小，帶負(fù)載能力較弱，轉(zhuǎn)換效率較低。

36、請(qǐng)問電荷泵升壓電路一般應(yīng)用在什么場(chǎng)合？電荷泵可以勝任大電流的應(yīng)用嗎， 為什么？

電荷泵通過開關(guān)對(duì)電容充放電實(shí)現(xiàn)升壓，因?yàn)殡娐窙]有電感元件儲(chǔ)能，驅(qū)動(dòng)能力較弱，只可以用于小電流場(chǎng)合。

37、常規(guī) EMC測(cè)試項(xiàng)目有哪些？

1） 傳導(dǎo)發(fā)射干擾測(cè)試2） 輻射發(fā)射干擾測(cè)試3） 傳導(dǎo)干擾抗擾度測(cè)試4） 輻射干擾抗擾度測(cè)試5） ESD 抗擾度測(cè)試6） 電快速瞬變脈沖群抗擾度測(cè)試7） 浪涌抗擾度測(cè)試8） 工頻磁場(chǎng)抗擾度測(cè)試9） 諧波與閃爍測(cè)試10）電壓跌落、短時(shí)中斷和電壓變化抗擾度測(cè)試

38、請(qǐng)列舉您知道的各國(guó)電子產(chǎn)品電氣安全認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)？

美國(guó)：FCC、歐洲：CE、德國(guó)：TUV-GS、中國(guó)：CCC、臺(tái)灣：BSMI、日本：VCCI、澳洲：C-Tick。

39、請(qǐng)問RoHS指令限制在電子電氣設(shè)備中使用哪六種有害物質(zhì)？

限制使用鉛、汞、鎘、六價(jià)鉻、多溴聯(lián)苯（ PBB）和多溴二苯醚（PBDE）等六種有害物質(zhì)。

40、請(qǐng)解釋 WatchDog（看門狗）的工作原理。

看門狗有兩個(gè)重要信號(hào)：時(shí)鐘輸入和復(fù)位輸出。電路工作時(shí)， CPU送出時(shí)鐘信號(hào)給看門狗，即喂狗。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障， CPU無法送出連續(xù)的時(shí)鐘信號(hào)，看門狗即輸出復(fù)位信號(hào)給 CPU，復(fù)位系統(tǒng)。

41、晶體管基本放大電路有共射、共集、共基三種接法，請(qǐng)簡(jiǎn)述這三種基本放大電路的特點(diǎn)。

共射：共射放大電路具有放大電流和電壓的作用，輸入電阻大小居中，輸出電阻較大，頻帶較窄，適用于一般放大。共集：共集放大電路只有電流放大作用，輸入電阻高，輸出電阻低，具有電壓跟隨的特點(diǎn)，常做多級(jí)放大電路的輸入級(jí)和輸出級(jí)。共基：共基電路只有電壓放大作用，輸入電阻小，輸出電阻和電壓放大倍數(shù)與共射電路相當(dāng)，高頻特性好，適用于寬頻帶放大電路。

42、多級(jí)放大電路的級(jí)間耦合方式有哪幾種？哪種耦合方式的電路零點(diǎn)偏移最嚴(yán)重？哪種耦合方式可以實(shí)現(xiàn)阻抗變換？

有三種耦合方式：直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合。直接耦合的電路零點(diǎn)漂移最嚴(yán)重，變壓器耦合的電路可以實(shí)現(xiàn)阻抗變換。

43、名詞解釋：耦合、去耦、旁路、濾波。

耦合：兩個(gè)本來分開的電路之間或一個(gè)電路的兩個(gè)本來相互分開的部分之間的交鏈。可使能量從一個(gè)電路傳送到另一個(gè)電路，或由電路的一個(gè)部分傳送到另一部分。去耦：阻止從一電路交換或反饋能量到另一電路，防止發(fā)生不可預(yù)測(cè)的反饋，影響下一級(jí)放大器或其它電路正常工作。旁路：將混有高頻信號(hào)和低頻信號(hào)的信號(hào)中的高頻成分通過電子元器件（通常是電容）過濾掉，只允許低頻信號(hào)輸入到下一級(jí)，而不需要高頻信號(hào)進(jìn)入。

濾波：濾波是將信號(hào)中特定波段頻率濾除的操作，是抑制和防止干擾的一項(xiàng)重要措施。

44、什么是競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)？

邏輯電路中，由于門的輸入信號(hào)經(jīng)過不同的延時(shí)，到達(dá)門的時(shí)間不一致，這種情況叫競(jìng)爭(zhēng)。由于競(jìng)爭(zhēng)而導(dǎo)致輸出產(chǎn)生毛刺（瞬間錯(cuò)誤），這一現(xiàn)象叫冒險(xiǎn)。

45、無源濾波器和有源濾波器有什么區(qū)別？

無源濾波器由無源器件R、L、C組成，將其設(shè)計(jì)為某頻率下極低阻抗，對(duì)相應(yīng)頻率諧波電流進(jìn)行分流，其行為模式為提供被動(dòng)式諧波電流旁路通道。無源濾波器可分為兩大類：調(diào)諧濾波器和高通濾波器。無源濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、運(yùn)行可靠性高，是應(yīng)用廣泛的被動(dòng)式諧波治理方案。有源濾波器由有源器件（如集成運(yùn)放）和R、C組成，不用電感L、體積小、重量輕。

有源濾波器實(shí)際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的放大器。集成運(yùn)放的開環(huán)電壓增益和輸入阻抗很高，輸出電阻很小，構(gòu)成有源濾波電路后有一定的電壓放大和緩沖作用。集成運(yùn)放帶寬有限，所以有源濾波器的工作頻率做不高。

46、請(qǐng)問鎖相環(huán)由哪幾部分組成？

由鑒相器、環(huán)路濾波器和壓控振蕩器三部分組成，有的鎖相環(huán)還多一個(gè)1/N分頻器。

47、請(qǐng)問RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的邏輯0和邏輯1電壓范圍是多少？CAN和RS485收發(fā)器工作電平是幾伏？

RS-232C電氣標(biāo)準(zhǔn)是負(fù)邏輯，邏輯0的電壓范圍是+5V~+15V，邏輯1的電壓范圍是-5V~-15V。CAN收發(fā)器工作電平是5V，RS485收發(fā)器工作電平是3.3V。

48、名詞解釋：UART、USRT、USART。

UART：UniversalAsychronous Receiver/Transmitter，通用異步接收器/發(fā)送器，能夠完成異步通信。USRT：UniversalSychronous Receiver/Transmitter，通用同步接收器/發(fā)送器，能夠完成同步通信。USART：UniversalSychronous Asychronous Receiver/Transmitter，通用同步異步接收器/發(fā)送器，能完成異步和同步通信。

49、請(qǐng)問串口異步通信的字符幀格式由哪幾部分組成？

由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位四部分組成。

50、請(qǐng)簡(jiǎn)述USB HOST、USB Slave和USB OTG的區(qū)別。

USB HOST是主機(jī)，實(shí)現(xiàn)控制功能，也可以存取數(shù)據(jù)，如電腦PC。USB HOST主機(jī)只可以和USBSlave設(shè)備連接。USB Slave是從設(shè)備，屬于被控制設(shè)備，可輸入輸出數(shù)據(jù)，如U盤、移動(dòng)硬盤、MP3、MP4、鼠標(biāo)、鍵盤、游戲手柄、網(wǎng)卡、打印機(jī)、讀卡器等USB設(shè)備。USB OTG全稱是USBOn-The-Go，屬于直接控制和傳輸設(shè)備，既可以做USB HOST也可以做USB Slave，通過ID信號(hào)來控制主、從切換。

51、請(qǐng)列舉您知道的邏輯電平。

低速：RS232、RS422、RS485、TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVPECL高速：LVDS、GTL、PGTL、CML、HSTL、SSTL

52、請(qǐng)列舉您知道的差分平衡電平接口。

RS422、RS485、RJ45、CAN、USB、LVDS。

53、電磁干擾的三要素是什么？

電磁干擾源、干擾傳播路徑和干擾敏感設(shè)備。

54、請(qǐng)解釋一下什么是串?dāng)_和振鈴。

串?dāng)_：串?dāng)_是指一個(gè)信號(hào)被其它信號(hào)干擾，作用原理是電磁場(chǎng)耦合。信號(hào)線之間的互感和互容會(huì)引起線上的噪聲。容性耦合引發(fā)耦合電流，而感性耦合引發(fā)耦合電壓。振鈴：是因?yàn)樾盘?hào)線本身阻抗不匹配導(dǎo)致信號(hào)發(fā)生反射和疊加，從而使信號(hào)出現(xiàn)了振蕩波形。

55、您所遇到的需要控制單端阻抗為50歐姆、75歐姆的信號(hào)有哪些？您所遇到的需要控制差分阻抗為90歐姆、100歐姆、120歐姆的信號(hào)有哪些？

一般的高頻信號(hào)線均為50歐姆~60歐姆。75歐姆主要是視頻信號(hào)線。USB信號(hào)線差分阻抗為90歐姆，以太網(wǎng)差分信號(hào)線差分阻抗為100歐姆。RS422、RS485、CAN差分信號(hào)的差分阻抗為120歐姆。

56、差分線走線有兩個(gè)原則：等長(zhǎng)和等距。但在實(shí)際布線中可能無法兩者都完全滿足，那么請(qǐng)問是等長(zhǎng)優(yōu)先還是等距優(yōu)先？

應(yīng)該等長(zhǎng)優(yōu)先，差分信號(hào)是以信號(hào)的上升沿和下降沿的交點(diǎn)作為信號(hào)變化點(diǎn)的，走線不等長(zhǎng)的話會(huì)使這個(gè)交點(diǎn)偏移，對(duì)信號(hào)的時(shí)序影響較大，另外還給差分信號(hào)中引入了共模的成分，降低信號(hào)的質(zhì)量，增加了EMI。小范圍的不等距對(duì)差分信號(hào)影響并不是很大，間距不一致雖然會(huì)導(dǎo)致差分阻抗發(fā)生變化，但因?yàn)椴罘謱?duì)之間的耦合本身就不顯著，所以阻抗變化范圍也是很小的，通常在10%以內(nèi)，只相當(dāng)于一個(gè)過孔造成的反射，這對(duì)信號(hào)傳輸不會(huì)造成明顯的影響。

57、為什么高頻信號(hào)線的參考地平面要連續(xù)（即高頻信號(hào)線不能跨島）？

參考地平面給高頻信號(hào)線提供信號(hào)返回路徑，返回路勁最好緊貼信號(hào)線，最小化電流環(huán)路的面積，這樣有利于降低輻射、提高信號(hào)完整性。如果參考地平面不連續(xù)，則信號(hào)會(huì)自己尋找最小路徑，這個(gè)返回路徑可能和其他信號(hào)回路疊加，導(dǎo)致互相干擾。而且高頻信號(hào)跨島會(huì)使信號(hào)的特征阻抗產(chǎn)生特變，導(dǎo)致信號(hào)的反射和疊加，產(chǎn)生振鈴現(xiàn)象。

58、請(qǐng)問什么是半固化片？

半固化片是PCB中的介質(zhì)材料和粘合材料，由玻璃纖維和環(huán)氧樹脂組成，介電常數(shù)大概是4.0~4.5。在常溫下半固化片是固態(tài)，高溫加熱時(shí)半固化片膠狀化將上下兩側(cè)銅箔粘合起來，半固化片成為中間的介質(zhì)。

59、請(qǐng)問什么是通孔、盲孔和埋孔？孔徑多大可以做機(jī)械孔，孔徑多小必須做激光孔？請(qǐng)問激光微型孔可以直接打在元件焊盤上嗎，為什么？

通孔是貫穿整個(gè)PCB的過孔，盲孔是從PCB表層連接到內(nèi)層的過孔，埋孔是埋在PCB內(nèi)層的過孔。大多數(shù)PCB廠家的加工能力是這樣的：大于等于8mil的過孔可以做機(jī)械孔，小于等于6mil的過孔需要做激光孔。對(duì)小于等于6mil的微型孔，在鉆孔空間不夠時(shí)，允許一部分過孔打在PCB焊盤上。

60、請(qǐng)問過孔有哪兩個(gè)寄生參數(shù)？這兩個(gè)寄生參數(shù)對(duì)電路有什么影響？

過孔有兩寄生參數(shù)：寄生電容和寄生電感。寄生電容會(huì)延長(zhǎng)信號(hào)的上升時(shí)間，降低電路的速度。寄生電感會(huì)削弱旁路電容的貢獻(xiàn)，減弱整個(gè)電源系統(tǒng)的濾波效果。

審核編輯：湯梓紅