硬件工程师面试题汇总分析

1、解释一下同步电路和异步电路

解题思路

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

解题思路

示波器有三个关键指标：带宽、采样率和存储深度。带宽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？

解题思路

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

解题思路

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

解题思路

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。

6、常用逻辑电平的关系

解题思路

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。

7、二极管的特性是什么

解题思路

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？

解题思路

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）。

题目解析

9、一般在消费电子产品中，电源部分使用的是DCDC还是LDO?

解题思路

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？

解题思路

上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？

解题思路

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？

解题思路

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

解题思路

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。

14、同相跟随器是什么

解题思路

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

解题思路

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。

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16、寄生电容是什么，其消除方法一般有哪些

解题思路

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

解题思路

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

解题思路

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

解题思路

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

解题思路

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

解题思路

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。

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