电子硬件工程师笔试题 常见硬件工程师面试题（九）

常见硬件工程师面试题（九）

对于硬件工程师，学习的东西主要和电路硬件相关，所以在硬件工程师的面试中，对于经验是十分看重的，像PCB设计，电路设计原理，模拟电路，数字电路等等相关的知识都必须或多或少的了解，最好是精通。

以下是常见的硬件工程师面试类的问题。后继会不定期更新，每期5题（码住收藏）。

电容是电子电路中精彩会被用到的一个元器件，它可以用来存储电荷，单位是法拉（F）。电路中通常用字母C来表示电容器。

电容的作用有很多，在直流电路中，电容器是相当于断路的，但在交流电路中，电容则是可以导通的，隔直通交。它常常会被用到耦合，滤波，旁路，谐振等等作用。

常见的贴片电容材质有X5R，X7R（陶瓷电容器），Y5V（通用电容器），NPO（COG），Z5U 等等

其中电容值和介质损耗最稳定的是NPO（COG），它是一种具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器，NPO电容的漂移或滞后小于正负0.05%。

首先需要理解参考地平面，也就是地，它会给高频信号提供信号返回路径，所以要求返回路径需要紧贴信号线，从而最小化电流环路的面积，这样可以有效的降低辐射，提高信号完整性。

但是如果参考地平面不连续，就会导致高频信号自己寻找最短路径，这样则可能导致信号返回路径与其他信号回路发生重叠，从而造成互相干扰，并且阻抗也会发生变换，导致信号叠加，反射或振铃（振荡波形）等异常现象。

2SB1005，2SB1184，2SB1386，2SB1412

2N3906，M8550

2N4404，2N4030

其中PNP型二极管M8550最大集电极电流0.5A，直流电增益10~60，功耗625mW，频率差不多150Mhz，是常见的一种PNP型号，在制作上是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整个半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧是发射区和集电区。

数据示波器有三个重要的性能指标，这三个指标，示波器的性能就好。分别是带宽，采样率，存储深度。

带宽： 用来衡量一个示波器最大可以测多大频率的信号，正常情况下，是以最小5倍计算的，也就是说要测量一个100Mhz的信号，那示波器的带宽就至少是500Mhz以上才行，不然信号就会出现较大偏差。

采样率： 就是采样，在1秒的时间内，对输入信号可以采集多少次，采样率越高，信号还原就越完整，单位是sample/s，简写为Sa/s。

存储深度： 也叫记录长度，表示示波器可以保存的采样点的个数。存储深度=采样率x采样时间，不过在实际使用中，示波器的最大存储深度是一定的，但是在实际测试中所使用的存储长度是可变的（概念和手机内存差不多）。

硬件工程师面试时最常见的提问（实践总结，绝对硬核）

硬件工程师面试时最常见的提问（实践总结，绝对硬核）

问题1:CMOS和TTL有什么区别?如何相连?

知识点概述：CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补型金属氧化物半导体）和TTL（Transistor-Transistor Logic，晶体管-晶体管逻辑）是两种不同的数字逻辑电路技术，它们在设计、功耗、速度和噪声容限等方面有显著的区别。以下是它们的主要区别和如何相连的方法：

CMOS和TTL的区别：

构成元件：CMOS是由金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFETs）构成的，属于单极性电路；而TTL是由双极型晶体管（BJTs）构成的，属于双极性电路。电源电压：CMOS的电源电压范围较宽，可以从5V到15V，而TTL通常工作在5V。功耗：CMOS的功耗较小，因为它在没有切换时几乎不消耗静态电流，而TTL由于其双极性特性，即使在稳定状态下也有较大的静态电流损耗。速度：TTL通常被认为速度较快，因为它是电流控制器件，而CMOS作为电压控制器件，在速度上通常较慢。但是，高速CMOS的速度可以与TTL相当。

噪声容限：CMOS的噪声容限比TTL的噪声容限大，这意味着CMOS电路更抗干扰。工作频率：CMOS的工作频率通常较TTL略低，但高速CMOS可以与TTL相媲美。

如何相连：

当需要将CMOS和TTL电路相连时，需要考虑电平转换、驱动能力和时延特性等因素。以下是一些常见的连接方法：电平转换：由于CMOS和TTL的逻辑电平不同，可能需要使用电平转换电路或芯片来确保信号在两种电路之间正确传输。驱动能力：在连接时，需要确保驱动源的输出电流能够满足负载的输入电流要求。

时延特性：在高速信号进行逻辑电平转换时，会带来较大的延时，设计时需要充分考虑其容限。

未使用的输入端：CMOS的未使用输入端不应悬空，应接地或接电源，以避免静电损坏；而TTL的未使用输入端悬空时通常被视为高电平。逻辑电平兼容性：在设计时，应检查CMOS和TTL电路的逻辑电平是否兼容，如果不兼容，需要采取适当的转换措施。通过这些方法，可以确保CMOS和TTL电路之间的有效连接和正常工作。

问题2: LDO和DC-DC有什么区别?分别用在什么场景？

LDO（低压差线性稳压器）和DC-DC（直流-直流变换器）是两种不同的电源管理技术，它们各自有不同的特点和应用场景。

LDO的特点：

工作原理：LDO通过内部的可调电阻来分担电压，从而实现降压。效率：由于其工作原理，LDO的转换效率相对较低，因为可调电阻会产生较大的发热。纹波：LDO的输出纹波较小，因为其内部结构和工作原理。

静态功耗：LDO即使在无负载的情况下也会有一定的功耗，但是相比DC-DC，其静态功耗较小。应用场景：LDO适用于对输出电压稳定性要求高、负载变化不大的场景，如手持设备、微处理器电源等。

DC-DC的特点：

工作原理：DC-DC通过内部的开关控制PWM波，通过控制PWM的高低电平比例来输出稳定电压。效率：DC-DC的转换效率较高，尤其是当负载较重时。纹波：由于周期性的开关操作，DC-DC的输出纹波可能比LDO大。

静态功耗：DC-DC在无负载时的功耗较低，但外围元件可能比LDO复杂。应用场景：DC-DC适用于需要高效率、大功率输出的场景，如车载系统、电信设备、工业控制系统等。

总结：

LDO：适合于对电压稳定性和纹波要求较高的低功率应用，但效率较低，发热较大。

DC-DC：适合于需要高效率和大功率输出的场景，可能在轻负载时效率较低，纹波较大。在选择LDO或DC-DC时，需要根据具体的应用需求，考虑效率、输出电压稳定性、纹波、静态功耗以及成本等因素。

问题3: 单片机最小系统没有正常工作，如何排查?

单片机最小系统没有正常工作时，可以按照以下步骤进行排查：

检查电源：首先确认单片机的电源是否正常。使用万用表测量单片机的VCC和GND引脚之间的电压是否符合单片机的工作电压要求，通常为5V或3.3V。如果电压不正常，需要检查电源线和电源模块。

检查复位电路：复位电路是单片机正常启动的关键。检查复位电路是否能够提供正确的复位信号，复位引脚（如51单片机的RST引脚）在上电时应为低电平，并在启动后变为高电平。

检查时钟电路：时钟电路为单片机提供运行节奏。检查晶振是否正常工作，晶振两端的电压是否正常，以及是否有短路或断路的情况发生。检查最小系统电路：最小系统通常包括电源电路、时钟电路、复位电路等。确保这些基本电路部分都已正确连接并工作正常。检查引脚连接：检查单片机的各个引脚，特别是关键的电源引脚（VCC和GND）、复位引脚、晶振引脚等是否有短路或断路现象。检查代码和烧录：确认烧录到单片机中的代码无误，并且烧录过程成功。如果代码或烧录过程中出现问题，单片机可能无法正常工作。

使用调试工具：如果可能，使用调试工具来检查单片机的运行状态，这可以帮助确定问题是否出在硬件或软件上。逐步排查：如果以上步骤都无法确定问题，可以尝试逐步替换或断开单片机系统中的其他组件，如传感器、显示器等，以缩小问题范围。通过这些步骤，通常可以定位到单片机最小系统无法正常工作的大致原因，并进行相应的修复或调整。

问题4: 简述三极管和MOS管的区别?

三极管和MOS管（金属氧化物半导体场效应晶体管）是两种常用的半导体器件，它们在电子电路中扮演着重要的角色。它们之间的一些主要区别：

工作原理：

三极管：三极管是一种双极型晶体管，它由两个PN结组成，具有三个层（发射极、基极和集电极）。它通过控制基极电流来调节集电极和发射极之间的电流。MOS管：MOS管是一种单极型晶体管，它利用电场来控制电流流动。它由一个绝缘层（通常是二氧化硅）和一个门极构成，通过改变门极电压来控制源极和漏极之间的电流。

导电机制：三极管：导电主要通过空穴和电子的复合和扩散。MOS管：导电主要通过电子或空穴的迁移。

功耗：三极管：在导通状态下，三极管需要基极电流来维持其工作，因此会有较大的功耗。

MOS管：MOS管在导通状态下不需要门极电流，因此功耗较低。开关速度：三极管：三极管的开关速度通常较慢，因为它涉及到载流子的扩散过程。MOS管：MOS管的开关速度较快，因为它涉及到电场的建立和撤销。

应用领域：三极管：常用于放大器、开关电路、功率放大器等。MOS管：常用于数字逻辑电路、模拟开关、功率放大器等。

制造工艺：

三极管：制造工艺相对简单，但集成度较低。MOS管：可以采用更先进的制造工艺，实现更高的集成度。噪声性能：三极管：由于其双极型特性，三极管的噪声性能通常不如MOS管。MOS管：由于其单极型特性，MOS管的噪声性能较好。温度稳定性：三极管：温度变化对三极管的性能影响较大。MOS管：MOS管对温度变化的敏感度较低。尺寸：三极管：由于其结构，三极管通常尺寸较大。MOS管：MOS管可以做得更小，适合高密度集成。每种器件都有其优势和局限性，选择使用哪种器件取决于具体的应用需求和设计考虑。

问题5: 简述I2C的通信原理?

I2C（Inter-Integrated Circuit），即集成电路间通信，是一种多主机、串行计算机总线。它由Philips（现在的NXP Semiconductors）在1980年代初期开发，用于微控制器和各种外围设备之间的通信。I2C通信原理主要包括以下几个方面：总线结构：I2C总线由两根线组成，一根是串行数据线（SDA），另一根是串行时钟线（SCL）。所有的设备都通过这两根线连接到总线上。

设备地址：每个连接到I2C总线的设备都有一个唯一的地址。当一个设备想要与另一个设备通信时，它会发送目标设备的地址。通信模式：I2C支持两种通信模式，即写入和读取。写入操作时，数据从主机流向从设备；读取操作时，数据从从设备流向主机。时钟同步：I2C通信由主机设备控制，主机设备通过SCL线提供时钟信号，以同步数据传输。数据在时钟的上升沿或下降沿传输，这取决于I2C的实现。

起始条件和停止条件：I2C通信以起始条件开始，即SDA线上的数据从高电平变为低电平，而SCL保持高电平。通信以停止条件结束，即SDA线上的数据从低电平变为高电平，而SCL保持高电平。应答机制：在每次字节传输后，接收设备通过在SCL的下一个时钟脉冲期间将SDA线拉低来发送一个应答（ACK）信号。如果接收设备不发送ACK（即SDA保持高电平），则表示非应答（NACK），这通常表示数据接收错误或通信问题。多主机支持：I2C总线支持多个主机设备。任何时候只有一个主机可以驱动SCL和SDA线，主机之间通过仲裁机制来解决对总线控制权的冲突。速度：I2C总线有多种速度标准，包括标准模式（最高100kbps）、快速模式（最高400kbps）、快速模式加（最高1Mbps）和高速模式（最高3.4Mbps）。I2C是一种非常灵活和流行的通信协议，由于其简单性和低功耗特性，广泛应用于各种电子系统中，用于连接微控制器和传感器、存储器、显示器等外围设备。

问题6: 如何驱动步进电机?

要驱动步进电机，需要了解步进电机的工作原理、步进电机的控制方式以及如何使用驱动器来控制步进电机。具体的实现方法：

了解步进电机的工作原理：步进电机通过改变电流方向来控制磁场，进而驱动转子转动。步进电机的每个步进通常对应一个固定的角度，例如1.8度。选择合适的驱动器：步进电机需要一个驱动器来控制电流的流动。驱动器可以是简单的功率放大器，也可以是具有细分功能的复杂驱动器，后者可以提供更精细的控制和更高的精度。接线：步进电机通常有多种接线方式，如两相四线、四相五线、四相六线等。您需要根据步进电机和驱动器的具体型号来接线。

编写控制程序：使用微控制器（如Arduino或单片机）来编写控制程序，该程序将生成控制步进电机转动的脉冲信号和方向信号。控制脉冲和方向：通过编程设置脉冲信号的频率和数量来控制步进电机的转速和转动角度。方向信号决定了步进电机的旋转方向。使用PWM信号：通过PWM（脉冲宽度调制）信号控制驱动器，可以调节步进电机的速度和扭矩。

细分设置：如果驱动器支持细分功能，可以通过设置细分来减小步距角，从而提高控制精度。测试和调整：在实际应用中测试步进电机的性能，并根据需要调整控制参数，如电流大小、细分设置等，以优化性能。防止失步：在负载较重或要求高精度的应用中，要注意防止步进电机失步，这可能需要更复杂的控制策略或使用更高级的驱动器。考虑电机的热管理和效率：步进电机在运行时会产生热量，需要考虑散热问题。同时，步进电机的效率和扭矩会随着速度的增加而降低，这需要在设计时予以考虑。通过上述步骤，您可以成功地驱动步进电机，并实现精确的位置和速度控制。

问题7:选用一款运放芯片时，应该重点考虑哪些参数?

选用运放（运算放大器）芯片时，应该重点考虑以下参数：

增益带宽积（GBWP）：增益带宽积是指运放能够提供单位增益（增益为1）时的最大带宽。这是衡量运放速度的一个重要参数。输入偏置电流（Ib）：输入偏置电流是运放两个输入端的静态电流，它会影响运放的输入偏置电压。输入偏置电压（Vos）：输入偏置电压是运放在无输入信号时两个输入端之间的电压差。

输入电压范围：这是指运放能够接受的输入电压范围，包括共模输入电压范围（CMRR）和差模输入电压范围。电源电压范围：运放能够正常工作的电源电压范围。输出电压摆幅：运放输出端能够达到的最大和最小电压值。电源电流：运放消耗的电源电流，影响整体系统的功耗。失调电压（Vos）：运放在无输入信号时输出端的直流电压。失调电流（Ios）：运放在无输入信号时输出端的直流电流。噪声性能：运放内部的噪声水平，包括电压噪声和电流噪声。稳定性：运放是否能够在预期的工作条件下保持稳定。

输入阻抗：运放输入端的阻抗，高输入阻抗可以减少对信号源的负载效应。输出阻抗：运放输出端的阻抗，影响负载能力。温度范围：运放能够正常工作的最低和最高温度。封装类型：运放的物理封装，影响其在电路板上的安装方式。价格：运放的成本，根据应用的需求和预算选择合适的运放。制造商和供应链：选择信誉良好的制造商，并确保供应链的稳定性。数据手册：详细阅读运放的数据手册，了解其电气特性和应用指南。

选择运放时，需要根据具体的应用需求，综合考虑这些参数，以确保运放能够满足电路设计的性能要求。

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