20道電路題你掌握了幾道？

01

Q：同步電路和異步電路的區(qū)別是什么？

同步電路：存儲(chǔ)電路中所有觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端都接同一個(gè)時(shí)鐘脈沖源，因而所有觸發(fā)器的狀態(tài)的變化都與所加的時(shí)鐘脈沖信號同步。

異步電路：電路沒有統(tǒng)一的時(shí)鐘，有些觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端與時(shí)鐘脈沖源相連，這有這些觸發(fā)器的狀態(tài)變化與時(shí)鐘脈沖同步，而其他的觸發(fā)器的狀態(tài)變化不與時(shí)鐘脈沖同步。

02

Q：什么是"線與"邏輯，要實(shí)現(xiàn)它，在硬件特性上有什么具體要求？

將兩個(gè)門電路的輸出端并聯(lián)以實(shí)現(xiàn)與邏輯的功能成為線與。在硬件上，要用 OC 門來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)在輸出端口加一個(gè)上拉電阻。由于不用 OC 門可能使灌電流過大，而燒壞邏輯門。

03

Q：解釋 setup 和 hold time violation，畫圖說明，并說明解決辦法？

Setup/hold time 是測試芯片對輸入信號和時(shí)鐘信號之間的時(shí)間要求。建立時(shí)間是指觸發(fā)器的時(shí)鐘信號上升沿到來以前，數(shù)據(jù)穩(wěn)定不變的時(shí)間。

輸入信號應(yīng)提前時(shí)鐘上升沿（如上升沿有效）T 時(shí)間到達(dá)芯片，這個(gè) T 就是建立時(shí)間 -Setup time。如不滿足 setup time，這個(gè)數(shù)據(jù)就不能被這一時(shí)鐘打入觸發(fā)器，只有在下一個(gè)時(shí)鐘上升沿，數(shù)據(jù)才能被打入觸發(fā)器。

保持時(shí)間是指觸發(fā)器的時(shí)鐘信號上升沿到來以后，數(shù)據(jù)穩(wěn)定不變的時(shí)間。如果 hold time 不夠，數(shù)據(jù)同樣不能被打入觸發(fā)器。

建立時(shí)間（Setup Time）和保持時(shí)間（Hold time）。建立時(shí)間是指在時(shí)鐘邊沿前，數(shù)據(jù)信號需要保持不變的時(shí)間。

保持時(shí)間是指時(shí)鐘跳變邊沿后數(shù)據(jù)信號需要保持不變的時(shí)間。

如果數(shù)據(jù)信號在時(shí)鐘沿觸發(fā)前后持續(xù)的時(shí)間均超過建立和保持時(shí)間，那么超過量就分別被稱為建立時(shí)間裕量和保持時(shí)間裕量。

04

Q：什么是競爭與冒險(xiǎn)現(xiàn)象？怎樣判斷？如何消除？

在組合邏輯中，由于門的輸入信號通路中經(jīng)過了不同的延時(shí)，導(dǎo)致到達(dá)該門的時(shí)間不一致叫競爭。

產(chǎn)生毛刺叫冒險(xiǎn)。判斷方法：代數(shù)法、圖形法（是否有相切的卡諾圈）、表格法（真值表）。如果布爾式中有相反的信號則可能產(chǎn)生競爭和冒險(xiǎn)現(xiàn)象。

冒險(xiǎn)分為偏“1”冒險(xiǎn)和偏“0”冒險(xiǎn)。解決方法：一是添加布爾式的消去項(xiàng)；二是在芯片外部加電容；三是加入選通信號。

05

Q：解釋 SRAM、SSRAM、SDRAM 三個(gè)名詞？

SRAM：靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（Static Random-Access Memory，SRAM）是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的一種。

SSRAM：Synchronous Static Random Access Memory 的縮寫，即同步靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。

SDRAM：同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存（synchronous dynamic random-access memory，簡稱 SDRAM）是有一個(gè)同步接口的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存（DRAM）。

SSRAM 的所有訪問都在時(shí)鐘的上升 / 下降沿啟動(dòng)。地址、數(shù)據(jù)輸入和其它控制信號均與時(shí)鐘信號相關(guān)。這一點(diǎn)與異步 SRAM 不同，異步 SRAM 的訪問獨(dú)立于時(shí)鐘，數(shù)據(jù)輸入和輸出都由地址的變化控制。SDRAM：Synchronous DRAM 同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。

06

Q：FPGA 和 ASIC 的概念，他們的區(qū)別？

FPGA 是可編程 ASIC。

ASIC，專用集成電路，它是面向?qū)ｉT用途的電路，專門為一個(gè)用戶設(shè)計(jì)和制造的。根據(jù)一個(gè)用戶的特定要求，能以低研制成本，短、交貨周期供貨的全定制，半定制集成電路。

與門陣列等其它 ASIC（Application Specific IC）相比，它們又具有設(shè)計(jì)開發(fā)周期短、設(shè)計(jì)制造成本低、開發(fā)工具先進(jìn)、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品無需測試、質(zhì)量穩(wěn)定以及可實(shí)時(shí)在線檢驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn)。

07

Q：單片機(jī)上電后沒有運(yùn)轉(zhuǎn)，首先要檢查什么？

（1）首先應(yīng)該確認(rèn)電源電壓是否正常。用電壓表測量接地引腳跟電源引腳之間的電壓，看是否是電源電壓，例如常用的 5V。

（2）接下來就是檢查復(fù)位引腳電壓是否正常。分別測量按下復(fù)位按鈕和放開復(fù)位按鈕的電壓值，看是否正確。

（3）然后再檢查晶振是否起振了，一般用示波器來看晶振引腳的波形；經(jīng)過上面幾點(diǎn)的檢查，一般即可排除故障了。

如果系統(tǒng)不穩(wěn)定的話，有時(shí)是因?yàn)殡娫礊V波不好導(dǎo)致的。在單片機(jī)的電源引腳跟地引腳之間接上一個(gè) 0.1uF 的電容會(huì)有所改善。如果電源沒有濾波電容的話，則需要再接一個(gè)更大濾波電容，例如 220uF 的。遇到系統(tǒng)不穩(wěn)定時(shí)，就可以并上電容試試（越靠近芯片越好）。

08

Q：什么是同步邏輯和異步邏輯？

同步邏輯是時(shí)鐘之間有固定的因果關(guān)系。異步邏輯是各時(shí)鐘之間沒有固定的因果關(guān)系。

09

Q：你知道哪些常用邏輯電平？TTL 與 COMS 電平可以直接互連嗎？

常用邏輯電平：12V，5V，3.3V。

TTL 和 CMOS 不可以直接互連，由于 TTL 是在 0.3-3.6V 之間，而 CMOS 則是有在 12V 的有在 5V 的。CMOS 輸出接到 TTL 是可以直接互連。TTL 接到 CMOS 需要在輸出端口加一上拉電阻接到 5V 或者 12V。

10

Q：如何解決亞穩(wěn)態(tài)？

亞穩(wěn)態(tài)是指觸發(fā)器無法在某個(gè)規(guī)定時(shí)間段內(nèi)達(dá)到一個(gè)可確認(rèn)的狀態(tài)。當(dāng)一個(gè)觸發(fā)器進(jìn)入亞穩(wěn)態(tài)時(shí)，既無法預(yù)測該單元的輸出電平，也無法預(yù)測何時(shí)輸出才能穩(wěn)定在某個(gè)正確的電平上。

在亞穩(wěn)態(tài)期間，觸發(fā)器輸出一些中間級電平，或者可能處于振蕩狀態(tài)，并且這種無用的輸出電平可以沿信號通道上的各個(gè)觸發(fā)器級聯(lián)式傳播下去。

解決方法主要有：

降低系統(tǒng)時(shí)鐘；

用反應(yīng)更快的觸發(fā)器（FF），鎖存器（LATCH）；

引入同步機(jī)制，防止亞穩(wěn)態(tài)傳播；

改善時(shí)鐘質(zhì)量，用邊沿變化快速的時(shí)鐘信號；

使用工藝好、時(shí)鐘周期裕量大的器件。

11

Q：鎖存器、觸發(fā)器、寄存器三者的區(qū)別？

觸發(fā)器：能夠存儲(chǔ)一位二值信號的基本單元電路統(tǒng)稱為“觸發(fā)器”。

鎖存器：一位觸發(fā)器只能傳送或存儲(chǔ)一位數(shù)據(jù)，而在實(shí)際工作中往往希望一次傳送或存儲(chǔ)多位數(shù)據(jù)。為此可把多個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端 CP 連接起來，用一個(gè)公共的控制信號來控制，而各個(gè)數(shù)據(jù)端口仍然是各處獨(dú)立地接收數(shù)據(jù)。這樣所構(gòu)成的能一次傳送或存儲(chǔ)多位數(shù)據(jù)的電路就稱為“鎖存器”。

寄存器：在實(shí)際的數(shù)字系統(tǒng)中，通常把能夠用來存儲(chǔ)一組二進(jìn)制代碼的同步時(shí)序邏輯電路稱為寄存器。由于觸發(fā)器內(nèi)有記憶功能，因此利用觸發(fā)器可以方便地構(gòu)成寄存器。由于一個(gè)觸發(fā)器能夠存儲(chǔ)一位二進(jìn)制碼，所以把 n 個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘端口連接起來就能構(gòu)成一個(gè)存儲(chǔ) n 位二進(jìn)制碼的寄存器。

區(qū)別：從寄存數(shù)據(jù)的角度來看，寄存器和鎖存器的功能是相同的，它們的區(qū)別在于寄存器是同步時(shí)鐘控制，而鎖存器是電位信號控制。

可見，寄存器和鎖存器具有不同的應(yīng)用場合，取決于控制方式以及控制信號和數(shù)據(jù)信號之間的時(shí)間關(guān)系：若數(shù)據(jù)信號有效一定滯后于控制信號有效，則只能使用鎖存器；若數(shù)據(jù)信號提前于控制信號到達(dá)并且要求同步操作，則可用寄存器來存放數(shù)據(jù)。

12

Q：IC 設(shè)計(jì)中同步復(fù)位與異步復(fù)位的區(qū)別？

異步復(fù)位是不受時(shí)鐘影響的，在一個(gè)芯片系統(tǒng)初始化（或者說上電）的時(shí)候需要這么一個(gè)全局的信號來對整個(gè)芯片進(jìn)行整體的復(fù)位，到一個(gè)初始的確定狀態(tài)。而同步復(fù)位需要在時(shí)鐘沿來臨的時(shí)候才會(huì)對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。

13

Q：多時(shí)域設(shè)計(jì)中，如何處理信號跨時(shí)域？

不同的時(shí)鐘域之間信號通信時(shí)需要進(jìn)行同步處理，這樣可以防止新時(shí)鐘域中第一級觸發(fā)器的亞穩(wěn)態(tài)信號對下級邏輯造成影響，其中對于單個(gè)控制信號可以用兩級同步器，如電平、邊沿檢測和脈沖，對多位信號可以用 FIFO、雙口 RAM、握手信號等。

跨時(shí)域的信號要經(jīng)過同步器同步，防止亞穩(wěn)態(tài)傳播。例如：時(shí)鐘域 1 中的一個(gè)信號，要送到時(shí)鐘域 2，那么在這個(gè)信號送到時(shí)鐘域 2 之前，要先經(jīng)過時(shí)鐘域 2 的同步器同步后，才能進(jìn)入時(shí)鐘域 2。

這個(gè)同步器就是兩級 d 觸發(fā)器，其時(shí)鐘為時(shí)鐘域 2 的時(shí)鐘。這樣做是怕時(shí)鐘域 1 中的這個(gè)信號，可能不滿足時(shí)鐘域 2 中觸發(fā)器的建立保持時(shí)間，而產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)，因?yàn)樗鼈冎g沒有必然關(guān)系，是異步的。

這樣做只能防止亞穩(wěn)態(tài)傳播，但不能保證采進(jìn)來的數(shù)據(jù)的正確性。所以通常只同步很少位數(shù)的信號。比如控制信號，或地址。當(dāng)同步的是地址時(shí)，一般該地址應(yīng)采用格雷碼，因?yàn)楦窭状a每次只變一位，相當(dāng)于每次只有一個(gè)同步器在起作用，這樣可以降低出錯(cuò)概率，象異步 FIFO 的設(shè)計(jì)中，比較讀寫地址的大小時(shí)，就是用這種方法。

如果兩個(gè)時(shí)鐘域之間傳送大量的數(shù)據(jù)，可以用異步 FIFO 來解決問題。

我們可以在跨越 ClockDomain 時(shí)加上一個(gè)低電平使能的 LockupLatch 以確保 Timing 能正確無誤。

14

Q：給了 reg 的 setup、hold 時(shí)間，求中間組合邏輯的 delay 范圍？

Setup/hold time 是測試芯片對輸入信號和時(shí)鐘信號之間的時(shí)間要求。建立時(shí)間是指觸發(fā)器的時(shí)鐘信號上升沿到來以前，數(shù)據(jù)穩(wěn)定不變的時(shí)間。

輸入信號應(yīng)提前時(shí)鐘上升沿（如上升沿有效）T 時(shí)間到達(dá)芯片，這個(gè) T 就是建立時(shí)間 -Setup time. 如不滿足 setup time,這個(gè)數(shù)據(jù)就不能被這一時(shí)鐘打入觸發(fā)器，只有在下一個(gè)時(shí)鐘上升沿，數(shù)據(jù)才能被打入觸發(fā)器。

保持時(shí)間是指觸發(fā)器的時(shí)鐘信號上升沿到來以后，數(shù)據(jù)穩(wěn)定不變的時(shí)間。時(shí) hold time 不夠，數(shù)據(jù)同樣不能被打入觸發(fā)器。即 delay

15

Q：時(shí)鐘周期為 T，觸發(fā)器 D1 的建立時(shí)間最大為 T1max，最小為 T1min，組合邏輯電路最大延遲為 T2max，最小為 T2min。觸發(fā)器 D2 的建立時(shí)間 T3 和保持時(shí)間應(yīng)滿足什么條件？

建立時(shí)間（setup time）是指在觸發(fā)器的時(shí)鐘信號上升沿到來以前，數(shù)據(jù)穩(wěn)定不變的時(shí)間，如果建立時(shí)間不夠，數(shù)據(jù)將不能在這個(gè)時(shí)鐘上升沿被打入觸發(fā)器；保持時(shí)間（hold time）是指在觸發(fā)器的時(shí)鐘信號上升沿到來以后，數(shù)據(jù)穩(wěn)定不變的時(shí)間，如果保持時(shí)間不夠，數(shù)據(jù)同樣不能被打入觸發(fā)器。

Tffpd：觸發(fā)器輸出的響應(yīng)時(shí)間，也就是觸發(fā)器的輸出在 clk 時(shí)鐘上升沿到來之后多長的時(shí)間內(nèi)發(fā)生變化并且穩(wěn)定，也可以理解為觸發(fā)器的輸出延時(shí)。

Tcomb：觸發(fā)器的輸出經(jīng)過組合邏輯所需要的時(shí)間，也就是題目中的組合邏輯延遲。Tsetup：建立時(shí)間 Thold：保持時(shí)間 Tclk：時(shí)鐘周期

建立時(shí)間容限：相當(dāng)于保護(hù)時(shí)間，這里要求建立時(shí)間容限大于等于 0。保持時(shí)間容限：保持時(shí)間容限也要求大于等于 0。

16

Q：說說靜態(tài)、動(dòng)態(tài)時(shí)序模擬的優(yōu)缺點(diǎn)？

靜態(tài)時(shí)序分析是采用窮盡分析方法來提取出整個(gè)電路存在的所有時(shí)序路徑，計(jì)算信號在這些路徑上的傳播延時(shí)，檢查信號的建立和保持時(shí)間是否滿足時(shí)序要求，通過 對最大路徑延時(shí)和最小路徑延時(shí)的分析，找出違背時(shí)序約束的錯(cuò)誤。

它不需要輸入向量就能窮盡所有的路徑，且運(yùn)行速度很快、占用內(nèi)存較少，不僅可以對芯片設(shè)計(jì) 進(jìn)行全面的時(shí)序功能檢查，而且還可利用時(shí)序分析的結(jié)果來優(yōu)化設(shè)計(jì)，因此靜態(tài)時(shí)序分析已經(jīng)越來越多地被用到數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)的驗(yàn)證中。

動(dòng)態(tài)時(shí)序模擬就是通常的仿真，因?yàn)椴豢赡墚a(chǎn)生完備的測試向量，覆蓋門級網(wǎng)表中的每一條路徑。因此在動(dòng)態(tài)時(shí)序分析中，無法暴露一些路徑上可能存在的時(shí)序問題。

17

Q：LATCH 和 DFF 的概念和區(qū)別？

（1）概念

電平敏感的存儲(chǔ)器件稱為鎖存器；分高電平鎖存器和低電平鎖存器，用于不同時(shí)鐘間的同步。

有交叉耦合的門構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)器件稱為觸發(fā)器，分為上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā)，可認(rèn)為是兩個(gè)不同電平敏感的鎖存器串聯(lián)而成，前一個(gè)鎖存器決定了觸發(fā)器的建立時(shí)間，后一個(gè)鎖存器決定了觸發(fā)器的保持時(shí)間。

（2）區(qū)別

latch 由電平觸發(fā)，非同步控制。在使能信號有效時(shí) latch 相當(dāng)于通路，在使能信號無效時(shí) latch 保持輸出狀態(tài)。DFF 由時(shí)鐘沿觸發(fā)，同步控制。

latch 容易產(chǎn)生毛刺（glitch），DFF 則不易產(chǎn)生毛刺。

如果使用門電路來搭建 latch 和 DFF，則 latch 消耗的門資源比 DFF 要少，這是 latch 比 DFF 優(yōu)越的地方。所以，在 ASIC 中使用 latch 的集成度比 DFF 高，但在 FPGA 中正好相反，因?yàn)?FPGA 中沒有標(biāo)準(zhǔn)的 latch 單元，但有 DFF 單元，一個(gè) LATCH 需要多個(gè) LE 才能實(shí)現(xiàn)。

latch 將靜態(tài)時(shí)序分析變得極為復(fù)雜。

一般的設(shè)計(jì)規(guī)則是：在絕大多數(shù)設(shè)計(jì)中避免產(chǎn)生 latch。它會(huì)讓您設(shè)計(jì)的時(shí)序完蛋，并且它的隱蔽性很強(qiáng)，非老手不能查出。latch 最大的危害在于不能過濾毛刺。這對于下一級電路是極其危險(xiǎn)的。所以，只要能用 D 觸發(fā)器的地方，就不用 latch。

有些地方?jīng)]有時(shí)鐘，也只能用 latch 了。比如現(xiàn)在用一個(gè) clk 接到 latch 的使能端（假設(shè)是高電平使能），這樣需要的 setup 時(shí)間，就是數(shù)據(jù)在時(shí)鐘的下降沿之前需要的時(shí)間，但是如果是一個(gè) DFF，那么 setup 時(shí)間就是在時(shí)鐘的上升沿需要的時(shí)間。

這就說明如果數(shù)據(jù)晚于控制信號的情況下，只能用 latch,這種情況就是，前面所提到的 latch timing borrow?；旧舷喈?dāng)于借了一個(gè)高電平時(shí)間。也就是說，latch 借的時(shí)間也是有限的。

18

Q：latch 與 register 的區(qū)別，為什么現(xiàn)在多用 register？行為級描述中 latch 如何產(chǎn)生的？

Latch（鎖存器）是電平觸發(fā)，Register（寄存器）是邊沿觸發(fā)，register 在同一時(shí)鐘邊沿觸發(fā)下動(dòng)作，符合同步電路的設(shè)計(jì)思想，而 latch 則屬于異步電路設(shè)計(jì)，往往會(huì)導(dǎo)致時(shí)序分析困難，不適當(dāng)?shù)膽?yīng)用 latch 則會(huì)大量浪費(fèi)芯片資源。

19

Q：什么是鎖相環(huán)（PLL）？鎖相環(huán)的工作原理是什么？

鎖相環(huán)是一種反饋電路，其作用是使得電路上的時(shí)鐘和某一外部時(shí)鐘的相位同步。PLL 通過比較外部信號的相位和由壓控晶振（VCXO）的相位來實(shí)現(xiàn)同步的，在比較的過程中，鎖相環(huán)電路會(huì)不斷根據(jù)外部信號的相位來調(diào)整本地晶振的時(shí)鐘相位，直到兩個(gè)信號的相位同步。

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，鎖相環(huán)是一種非常有用的同步技術(shù)，因?yàn)橥ㄟ^鎖相環(huán)，可以使得不同的數(shù)據(jù)采集板卡共享同一個(gè)采樣時(shí)鐘。

因此，所有板卡上各自的本地 80MHz 和 20MHz 時(shí)基的相位都是同步的，從而采樣時(shí)鐘也是同步的。因?yàn)槊繅K板卡的采樣時(shí)鐘都是同步的，所以都能嚴(yán)格地在同一時(shí)刻進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

20

Q：基本放大電路的種類及優(yōu)缺點(diǎn)，廣泛采用差分結(jié)構(gòu)的原因？

基本放大電路按其接法的不同可以分為共發(fā)射極放大電路、共基極放大電路和共集電極放大電路，簡稱共基、共射、共集放大電路。

共射放大電路既能放大電流又能放大電壓，輸入電阻在三種電路中居中，輸出電阻較大，頻帶較窄。常做為低頻電壓放大電路的單元電路。

共基放大電路只能放大電壓不能放大電流，輸入電阻小，電壓放大倍數(shù)和輸出電阻與共射放大電路相當(dāng)，頻率特性是三種接法中最好的電路。常用于寬頻帶放大電路。

共集放大電路只能放大電流不能放大電壓，是三種接法中輸入電阻最大、輸出電阻最小的電路，并具有電壓跟隨的特點(diǎn)。常用于電壓放大電路的輸入級和輸出級，在功率放大電路中也常采用射極輸出的形式。

共集放大電路只能放大電流不能放大電壓，是三種接法中輸入電阻最大、輸出電阻最小的電路，并具有電壓跟隨的特點(diǎn)。常用于電壓放大電路的輸入級和輸出級，在功率放大電路中也常采用射極輸出的形式。

審核編輯黃昊宇