嵌入式硬件面试题集锦（第一辑）

1、解释一下同步电路和异步电路 

同步电路和异步电路是指同步时序电路和异步时序电路。由于存储电路中触发器的动作特点不同，因此可以把时序电路分为同步时序电路和异步时序电路两种。同步时序电路所有的触发器状态的变化都是在同一时钟信号操作下同时发生的；而在异步时序电路中，触发器状态的变化不是同时发生的。

2、示波器的带宽和采样频率是指什么

示波器有三个关键指标：带宽、采样率和存储深度。带宽（指示波器能够准确显示信号频率的范围）是指输入信号通过示波器后衰减3dB时的最低频率，示波器常见的带宽是100M和200M；采样率是指示波器的每秒采样次数（Sa/s），是示波器对信号的采样频率。

3、UART通信协议有几根线，分别有什么作用？

UART是单片机中最常用的异步串口，它有两根线，分别是TX(数据发送)和RX(数据接收)，分别负责通信时发送数据和接收数据。UART通信协议是全双工协议，即可以同时双向收发数据。

4、MOS管的工作原理

MOS管是指绝缘栅型场效应管，下面以增强型NMOS来介绍其工作原理。在P型半导体衬底上制作两个高掺杂浓度的N型区，形成MOS管的源极S和漏极D。第三个电极称为栅极G，通常用金属铝或者多晶硅制作。栅极和衬底之间被二氧化硅绝缘层(厚度极薄，在0.1μm以内)隔开。若在漏极和源极之间加上电压，而栅源电压VGS=0，则由于漏极和源极之间相当于两个PN结背向地串联，所以D-S间不导通。若在漏极和源极之间加上电压，而栅源电压VGS≠0而是大于某个电压值VGS(th)时，由于栅极与衬底间电场的吸引，使衬底中的电子聚集到栅极下面的衬底表面形成N型反型层，即D-S间的导电沟道N沟道，于是有iD流通。随着VGS的升高，导电沟道的截面积也将加大，iD增加。因此可以通过改变VGS控制iD的大小。

5、竞争与冒险是什么？消除方法？

竞争-冒险是数电中的一个概念，竞争是指门电路的两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳变的现象(即一个从0变为1，一个从1变为0)。而由于竞争而在电路输出端可能产生尖峰脉冲的现象就叫做竞争-冒险。

竞争：在组合电路中,信号经由不同的途径达到某一会合点的时间有先有后,这种现象称为竞争.
冒险：由于竞争而引起电路输出发生瞬间错误现象称为冒险.表现为输出端出现了原设计中没有的窄脉冲,常称其为毛刺.
竞争与冒险的关系：有竞争不一定会产生冒险,但有冒险就一定有竞争.
解决方法：一是添加布尔式的消去项,二是在芯片外部加电容.

        竞争(Competition): 在组合逻辑电路中，某个输入变量通过两条或两条以上的途径传到输出端，由于每条途径延迟时间不同，到达输出门的时间就有先有后，这种现象称为竞争。把不会产生错误输出的竞争的现象称为非临界竞争。把产生暂时性的或永久性错误输出的竞争现象称为临界竞争。

        冒险(risk)：信号在器件内部通过连线和逻辑单元时，都有一定的延时。延时的大小与连线的长短和逻辑单元的数目有关，同时还受器件的制造工艺、工作电压、温度等条件的影响。信号的高低电平转换也需要一定的过渡时间。由于存在这两方面因素，多路信号的电平值发生变化时，在信号变化的瞬间，组合逻辑的输出有先后顺序，并不是同时变化，往往会出现一些不正确的尖峰信号，这些尖峰信号称为"毛刺"。如果一个组合逻辑电路中有"毛刺"出现，就说明该电路存在冒险。

        竞争冒险(Competition risk)产生原因：由于延迟时间的存在，当一个输入信号经过多条路径传送后又重新会合到某个门上，由于不同路径上门的级数不同，或者门电路延迟时间的差异，导致到达会合点的时间有先有后，从而产生瞬间的错误输出。

竞争冒险常用消除方法：

        1、接入滤波电容；

        2、引入选通脉冲；

        3、修改逻辑设计；

        4、.利用可靠性编码；

        5、引入封锁脉冲。

        6、增加冗余项（只能消除逻辑冒险而不能消除功能冒险）。

6、常用逻辑电平的关系

常用逻辑电平主要包括以下五种：输入高电平门限Vih、输入低电平门限Vil、输出高电平门限Voh、输出低电平门限Vih、阈值电平门限Vt。这五种常用电平的关系是Voh＞Vih＞Vt＞Vil＞Vol。

VCC：+5V；VOH>=+2.4V；VOL<=+0.5V；VIH>=+2V；VIL<=+0.8V。其他电平属于保持状态或者过渡。

7、二极管的特性是什么

二极管与PN结一样都具有单向导电性。其正向特性和反向特性如下：

①正向特性：只有在正向电压足够大时，正向电流才从零随端电压按指数规律增大。

②反向特性：当二极管所加反向电压的数值足够大时，反向电压大于某一数值的时，反向电压急剧变大，产生击穿。

8、电容的特性是什么？1uf的电容通常来滤除什么频率的信号？

电容两块极板之间填充了导电性能不佳的绝缘介质，因此无法直接通过直流电流，只能允许交流电流通过，简单表述为“隔低频通高频”或者“隔直通交”。

1uf的电容通常用来滤除1kHz-10kHz频率的纹波（纹波是指叠加在直流分量上的交流分量）。

9、一般在消费电子产品中，电源部分使用的是DCDC还是LDO?

        DC/DC是指将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压，也称为直流斩波器。这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制。

        LDO是一种低压差线性稳压器。多应用在ARM、FPGA、DSP和MCU上。因此消费类电子电源部分使用的多为LDO。

10、I2C需不需要上拉电阻？为什么？

拉电阻是指将不确定的信号钳位在高电平，同时起限流作用的电阻。由于I2C通信是开漏输出的(只能输出低电平不能输出高电平)，因此需要加上拉电阻，使其可以输出高电平。

11、单片机可以直接驱动MOS管吗？

以stm32单片机为例，其io的输出电流一般在十几毫安到几十毫安之间，驱动器件的时候多采用单片机低电平驱动能力强的特点。但是单片机的io口不能直接驱动MOS管，因为无法提供足够的输出电流，因此想要驱动MOS管，需要在使用低电流驱动的同时再接一个三极管，达到扩充io口输出电流的作用，从而可以驱动MOS管。

12、单片机死机、跑飞的原因是什么？

单片机死机、跑飞一般可以归结为以下几个原因：

①单片机打开了中断但没有清除中断命令，导致程序一直进入中断，造成死机的假象；

②没有正确地处理中断向量；

③指针操作错误导致地址溢出；

④循环忘了给定义条件，造成死循环；

⑤堆栈溢出；

13、虚短和虚断是什么

虚短和虚断是模电中集成运放中的概念，所谓虚短是指理想集成运放的处于线性状态时，可以把其两个输入端看作等电位，即近似为短路，但又不是真正的短路，因此称为虚短；而虚断是指理想集成运放的输入电阻无限大，即输入电阻近似为零，就好像运放两输入端断路，但又不是真正的断路，因此称为虚断。

详细参考https://blog.csdn.net/FMgxth/article/details/135093632

14、同相跟随器是什么

同相跟随器又叫电压跟随器，是指在同相比例运算电路中，将输出电压的全部反馈到反相输入端形成的电路。（注意要与射极跟随器相区分：射极跟随器是基本共集放大电路）

15、无源晶振起振电容容量选择方法

起振电容的主要作用是协助起振和稳定振荡，其容量选择主要参考以下两点：

①考虑到不同的晶振特性不同，因此在原则上尽量参考晶振厂商推荐的电容；

②在电容容量的许可范围内尽量选择容量较小的电容，以防容量过大增加晶振起振时间。

16、寄生电容是什么，其消除方法一般有哪些

寄生电容是由于电路中元件之间或电路模块之间靠近所形成的电容。消除寄生电容可以采用以下两种方法：

①尽可能增加电容的容值，即在允许范围内选择容量高的电容，这种情况下寄生电容的小容值相对于我们要用到的电容容值就很小，小到可以忽略，从而降低其影响；

②在电路中采用双层屏蔽电缆，以减小寄生电容的影响。

17、单片机如何提高驱动能力

单片机的驱动电流并不高，但单片机具有低电流驱动能力强的特点，因此，要想提高单片机的驱动能力，优先使用低电流驱动。此外，若要再提高驱动能力，可以外接三极管来扩充电流，进一步增大单片机的驱动能力。

18、信号干扰主要来源

信号干扰的来源多种多样，可以将其划分为内部干扰和外部干扰两种。

内部干扰主要来源是无源器件和有源器件的干扰；

而外部干扰分为杂散干扰、互调干扰、阻塞干扰。

19、SPI的几种工作模式

SPI总线有四种工作模式，通过CPOL（时钟极性）和CPHA（时钟相位）来控制是哪种模式。①CPOL=0，CPHA=0：此时空闲态时SCLK处于低电平，有效状态是高电平。数据采样是在第1个边沿，也就是SCLK由低电平到高电平的跳变，所以数据采样是在上升沿，数据发送是在下降沿。②CPOL=0，CPHA=1：此时空闲态时SCLK处于低电平，有效状态是高电平。数据发送是在第1个边沿，也就是SCLK由低电平到高电平的跳变，所以数据采样是在下降沿，数据发送是在上升沿。③CPOL=1，CPHA=0：此时空闲态时SCLK处于高电平，有效状态是低电平。数据采集是在第1个边沿，也就是SCLK由高电平到低电平的跳变，所以数据采集是在下降沿，数据发送是在上升沿。④CPOL=1，CPHA=1：此时空闲态时SCLK处于高电平，有效电平是低电平。数据发送是在第1个边沿，也就是SCLK由高电平到低电平的跳变，所以数据采集是在上升沿，数据发送是在下降沿。

20、PMOS和NMOS的区别

PMOS和NMOS都属于MOS管(绝缘栅型场效应管)，二者的区别在于PMOS管的结构是N型背栅加上两块P型半导体，而NMOS管的结构是P型背栅加上两块N型半导体，即PMOS是指N型衬底、P沟道，靠空穴的流动运送电流的MOS管，而NMOS是指P型衬底、N沟道，靠自由电子的流动运送电流的MOS管。在实际应用中，多采用NMOS管，因为其导通电阻小，且容易制造。

21、开关电源的纹波噪声为什么比较大

开关电源的纹波噪声比较大，主要是由于以下几个原因：

①输入产生的低频纹波；

②由于开关器件的硬开通和硬关断，产生尖脉冲造成的开关噪声，形成高频纹波；

③寄生参数引起的共模纹波噪声；

④功率器件结电容与线路寄生电感引起谐振噪声；

⑤闭环调节控制引起的噪声。

22.说下华为硬件机试以及面试

大体上来说，考的就是模电，数电，微机原理，然后杂散的内容比较多，有电磁兼容，电源拓扑（buck，boost等），信号完整性等问题。难度不高，比较全面。

下面说下我记得的几个题：

1.能产生负电压的常见拓扑

1.负电压是什么？

        负电压是一个物理学名词，电压的大小是相对于选择的参考而言的，当实际电压低于参考电压时，电压值为负。 说白了就是根据所选择的参考点，把电压分为正电压和负电压。

2.负电压的意义

        了解了负电压的概念，那么我们聊聊负电压应用。
        1.避免电子积聚而产生大电流损坏测试设备和电子部件。

        因为电子是带负电荷的，它会向正电压方向（高电位端）流动，电子的流动也就形成为电流。使用负电压时，过多的电子因为负电荷的缘故，会聚集到负电压的高电平端，也就是设备电源的接地端，而不会聚集在测试设备上。这样一来，设备因电子聚集而产生电流烧坏设备的机率就大大降低，设备的稳定性能就相应有所提高，设备的稳定性，直接决定了测试系统的稳定性和测量的精确一致度。

        2.在一定程度上避免电磁方面的干扰
        根据物理学上电磁场的特性，负电压对于系统测试微安级或是更小级别的电信号时是有有益帮助的，能够提高系统测试毫欧级的小电阻的精确度。而对于使用负电压供电的设备，则可以提高设备的抗电磁干扰能力。

        3.对人体和电子产品的安全性能也好于正电压

3.负电压的应用

        1.电信行业普遍标准的电源就是-48V

        为保护线缆，使其不会由于电池反应而被腐蚀，减少损耗，还有降低系统杂音，减少干扰等。

        2. 耗尽型场效应管的栅极控制电压(基本不需要电流)

        关断时用上负电压，可以加快miller(米勒效应)电容放电

        密勒效应（Miller effect）是在电子学中，反相放大电路中，输入与输出之间的分布电容或寄生电容由于放大器的放大作用，其等效到输入端的电容值会扩大1+K倍，其中K是该级放大电路电压放大倍数。

防止dv/dt带来的误导通。所以对于开关频率较高，或者Vds较高的情况，用负电压关断+miller clamping(米勒钳位)比较常见。

        3.双电源的运算放大器

        其实无论它是采用双电源的供电方式，还是采用单电源的供电方式。主要是在设计电路时，根据输入信号的特性看看运放所采用的供电方式能不能使信号正常的被放大输出。如果输入信号是负电压的直流信号，采用0V～+5V的单电源供电方式，运放也就不能工作。

        4.提高效率
音频放大器电路中提高效率，节省无意义的静态功耗。譬如一个驱动耳机、喇叭、等等的ab类放大器，没有负压的话，静态输出直流工作点为正，就有大量无意义的静态功耗了，效率极低，如果有负压，就可以使得输出静态工作点为0去节省静态功耗。

        5.TFT LCD的门关断电压VGL(基本不需要电流)

4.产生负电压的电路     

        一、工频变压器输出正负电压

        各位工程师看到图1的电路是否有很强的亲切感，是否能想起大学时接触电子设计时的情景？此经典电路优点比较明显，电路结构简单、极低干扰噪声、稳定性好；同时此电路也有缺点，输入交流电范围窄（一般是220VAC±5%），体积重量大；虽然此电路缺点明显目前还有一些应用采用此方案设计。此方案主要是利用变压器产生负电压在通过线性稳压器7905进行稳压。

        二、电源模块输出负电压

        由于电子元件制造工艺技术越来越好，能量损耗越来越低，这样一来越来越有利于电源的模块化发展。而且在设计上也能做到小型化，轻型化设计。

        1、非隔离负压输出负电压：

        非隔离模块的正输出与负输出接法：

        如图所示，此电源模块应用与常用的LM7805类似，而且不需要安装散热片。如上图，我们需要正负电压给运放等供电时，只需要两个E78xxOS-500电源即可实现。

        2、隔离电源模块输出正负电压

        E_URADD-6W电源典型应用：

        在电力、工业、通讯等对抗干扰性能要求较高的场合，一般需要对电源进行隔离处理来隔离从总电源端的干扰。此种应用时如果需要用到负电压，可以直接采用隔离电源模块直接输出正负电压给系统供电。

        三、Buck-Boost拓扑设计输出负电压

        除了采用隔离模块方案，我们还可以选择芯片自己设计负压电路，此处我们介绍一下较容易设计的非隔离负压输出Buck-Boost电路。如图6此电路只需要主控芯片、电感、电容等芯片，目前MPS的DC-DC电源芯片都支持Buck-Boost的设计结构，可以根据不同输出电流选择合适型号。uck-Boost拓扑原理：

        从图的拓扑中可以看出输入电压与输出电压极性是相反的，因此Buck-Boost拓扑结构又简称为倒相拓扑。图7是采用MP2359DT设计的-15V电源电路，MP2359DT是采用SOT23-6的封装，整个电路占用PCB面积较小。MP2359负电压输出电路：

产出负电压有很多种方法，变压器，电荷泵等电路都能产生负电压

1、DC-DC模块

这是最简单的方法，可选的方案也很多，只要选择合适的输入输出电压以及功率就行。对于一些对噪声要求高的场合，后面可能要加一级LDO。其优点是可以实现隔离，缺点是价格稍贵。

2、DC-DC芯片

可以产生负压的DC-DC芯片也有不少，相对于模块来说，价格可能稍便宜些，而且占用PCB的面积也相对较小。

还有一些DC-DC芯片内部集成了LDO，用起来也很方便。比如：

还有一种利用Boost芯片实现单电源转正负电源的电路，如下图：

Boost芯片可选的就比较多，可以很好的控制成本。具体原理就不分析了，可以搜索ADI的文章，《由单一输入电压实现分离供电轨的改进拓扑结》，讲得很清楚。

3、电荷泵

电荷泵也是一种常用的负压产生电路，相比于DC-DC芯片，无电感和二极管，只需要几个电容就行，占用面积更小。但缺点是输出电流有限，噪声也较大。但负压电路一般也都是给运放供电，不需要很大电流，要求不高的场合也可以用。比如ICL7660、TPS60400等。

还有集成LDO的电荷泵芯片，如LTC3260：

4、MAX232芯片

        我们知道RS232标准是以±15V当作高低电平来通信的，所以可以利用这个正负电平实现供电。MAX232等芯片内部其实也是用电荷泵来产生的±15V的电平，所以它的输出电流和噪声水平相比专用的电荷泵芯片可能更差，但经过线性稳压后，给一两个普通运放供电问题也不大。这种方式在性能和成本上没什么优势，因此用得比较少。

2.DDR3的时序

 DDR3/4总线时序属于典型的源同步时序。

3.osi七层模型

OSI七层模型详解_网络_小鹏_加油-GitCode 开源社区 (csdn.net)

3.1路由器和交换机的区别

	交换机（swich）	路由器(Router)
功能	交换机主要用于**局域网（LAN）**中的数据包转发。它根据MAC地址来决定数据包的转发路径，从而实现网络中的设备之间的通信。	路由器用于连接不同网络，并负责将数据包从一个网络传输到另一个网络。它能够确定最佳路径，并处理网络层的协议（如IP）。
工作层次	交换机主要工作在数据链路层（OSI模型的第二层）。它使用MAC地址表来转发数据帧到正确的端口。	路由器主要工作在网络层（OSI模型的第三层）。它使用IP地址来进行数据包的路由和转发。
数据转发	通过学习网络中设备的MAC地址，并建立MAC地址表来进行数据帧的转发。它仅将数据发送到需要的端口，减少了网络上的冲突和流量。	通过路由表来决定数据包的最佳路径，处理复杂的路由算法，并支持各种网络协议和策略（如静态路由、动态路由协议）。
应用场景	局域网中的设备连接，例如办公室或家庭网络中的计算机、打印机、IP电话等。	连接不同的网络，如连接家庭网络与互联网，或者连接多个局域网。也用于管理和优化不同网络之间的数据流。
类型	二层交换机：只处理MAC地址。 三层交换机：具有基本的路由功能，能够处理IP地址，但主要用于局域网中的交换。	—
总结	交换机用于在同一网络中的设备之间转发数据，主要关注MAC地址，工作在数据链路层。 路由器用于在不同网络之间转发数据，主要关注IP地址，工作在网络层。

4.mos管和三极管的区别

工作方式：

        MOS管属于电压控制元件（维持GS之间的电压差即可导通）

        三极管属于电流控制元件（be之间需要存在持续的电流才能导通）

MOS管和三级管的选择规律：

        在只允许从信号源取较少电流的情况下，应选用MOS管;

        而在信号电压较低，又允许从信号源取较多电流的条件下，应选用三极管。

成本：MOS管成本相较于三极管较高

功耗：MOS管损耗小，三极管损耗大（损耗来源：基极电流和漏极电流？）

        三极管（BJT）有两个PN结（bc和be之间），

        当导通的时候ce之间可等效为一个二极管，大约0.4V的压降，而DS之间可以等效为一个电阻，这个电阻大约是mΩ级别，这里假设是20mΩ。

        这样的话，通过100ma的时候，三极管的功率P=UI=0.40.1=0.04W=40mW，mos管的功率P=I2R=0.1*0.10.02=0.002W=2mW，所以可以看出mos的功耗相对较小

MOS管损耗分为 导通损耗 以及 开关损耗：

        导通损耗是由于MOSFET在导通状态下存在的电阻而产生的功耗，而开关损耗则是由于MOSFET在开关过程中的开关速度和电容充放电过程中产生的能量损耗。

        影响因素与关键参数

        开关管损失的计算需要考虑多个影响因素，其中包括MOSFET的特性参数（如导通电阻、开关速度等）、电路拓扑结构、负载情况和工作频率等。关键参数如导通电阻（Rds(on)）、开关电容（Coss）以及工作电压和电流等，对于损耗计算具有重要意义。

MOS管优点：

        MOS管能在很小电流和很低电压的条件下工作，而且它的制造工艺（工艺简单、功耗小）可以很便当地把很多MOS管集成在一块硅片上（灵活性好），因此MOS管在大范围集成电路中得到了普遍的应用。

        MOS管具有较高输入阻抗和低噪声等优点，因而也被普遍应用于各种电子设备中。特别用MOS管做整个电子设备的输入级，可以获得普通三极管很难抵达的性能。

BJT优点：

        增益高,非线性失真小,性能稳定.

        在分立元件电路和中、小规模集成电路中,三极管仍占优势.

 三极管在其价格优势方面一般是有两种比较常见的应用：

        第一种就是小功率的场合，比如说导通电流小于100ma的时候，通过上面的计算可以看出功率大约0.04W，还是相对较低的，性价比较高

        第二个就是电平转换电路，比如说把3.3V转换成5V，可以采用图2所用的电路（假设0左边的MCU产生3.3V）
        若一电路需要选用一环境条件变化大的情况下仍能保持稳定的管子，应该优先选用？
        场效应管内部只有多子参与导电，而晶体管是双极型的，其内部既有多子又有少子参与导电，少子数目受温度、辐射等因素影响较大，因而场效应管较晶体管而言，温度稳定性好、抗辐射能力强。因此，在环境条件变化很大的情况下，应该选用场效应管。

5.微波测试的场地

6.数据总线控制总线

7.中断的定义

8.高频板布线基础问题

9.履带传动的失效方式（这个有点迷惑）

10.芯片工艺的标准

11.数字地功率地保护地的概念

12.电磁串扰的产生方式

13.mos管的损耗（导通，开关）

在这个项目中你负责的什么部分，有什么难点，是怎么解决的。我说做过超级电容，问了下容值什么的。（保证熟悉自己的项目）

画I2C协议的时序图，为什么要接上拉电阻（OC门），不接会怎么样

SPI协议的速度大概多少

巴克豪森判据（相移360，AF=1）

是否熟悉Verilog语言，使用的是什么软件进行编写，FPGA的下载是如何实现的？

什么是以太网？

简单说一下你对单板开发流程的理解这里我就说了一下从拿到项目，到制定方案，器件选型，电路设计，制作测试的流程。

LDO有什么特点？一般纹波要求是怎么样的？纹波小，适合做MCU供电，纹波要求我没答上来。

你在测试过程中遇到信号出问题的现象怎么解决的？我说了用244解决了一个驱动能力不足的问题。

紧接着问了244的一些详细指标，这个我没答上来，就说只知道是三态门。

电容大概有几种类型（电解电容，陶瓷电容，钽电容）

我顺便还展示了一下我制作的超级电容组

你这个超级电容组是怎么做的？（华为的面试官喜欢在你的项目上深度挖掘）简单说了一下，超级电容串联,然后用bw6106实现的均压。

说一下SPI协议和I2C协议。其中我把SPI协议的CS说成GND了，面试官轻松一笑。

说一下以太网的结构，其实就是问了下OSI七层协议。

你对FPGA熟悉到何种程度？答：做过通信接口，做过以太网

能简单描述下OSI协议吗（用前面以太网引导面试官提问）我说了下从物理层到网络层。

说一下二三层的差别（继续引导面试官深挖）我说了主要是体现在MAC和ip，一个是物理地址，一个是网络地址，二层主要是交换机，三层是路由器。

作者：冷板凳12138