硬件工程师面试基础知识点.pdf

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书资料大小：1.01M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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一、晶振电路

OLE_LINK1

二、LDO选型

1.LDO工作原理

2.输入电压

3.效率

4.功耗

OLE_LINK9

5.噪声

6.电源抑制比PSRR

7.静态电流

8. 输出电容器

9.反向泄漏保护

10.RF、音频的应用

三、DC-DC

1.降压转换器-Buck Converter

2.升压转换器-Boost Converter

OLE_LINK3

3.反激转换器-Flyback Converter

四、通讯接口

1.USB 总线

OLE_LINK2

2.UART

3.SPI

4.I2C　

5.I2S

OLE_LINK4

6.Ethernet

7.SD总线

8.SATA接口

9.PCI总线

10.CAN总线

11.PCI-e

五、运放应用

1.差分放大器

2.反相放大器

3.同相放大器

OLE_LINK8

OLE_LINK5

4.电压跟随器

五、电磁兼容EMC

OLE_LINK6

1.EMI（Electromagnetic Interference）——电磁干扰性能

2.EMS（Electromagnetic Susceptibility）——电磁抗扰度性能

3.ESD防护

OLE_LINK7

六、信号完整性SI-Signal Integrity

1.反射Reflection

2.是串扰Crosstalk

3.过冲Overshoot和下冲Undershoot

4.振荡Ringing和环绕振荡Rounding

5.地电平面反弹噪声和回流噪声

6.时域Time Domain和频域Frequency Domain

7.阻抗Impedance

8.建立时间Settling Time

9.管脚到管脚Pin-To-Pin的延时Delay

10.偏移Skew

11.斜率Slew Rate

12.静态线Quiescent Line

13.假时钟False Clocking

14.IBIS模型

附录一 LDO使用之热阻考虑

1.LDO电源芯片的选型一

2.LDO电源芯片的选型二

目录一、晶振电路..................................................................................................................................3 二、LDO 选型.................................................................................................................................4 1.LDO 工作原理..............................................................................................................................................4 2.输入电压.......................................................................................................................................................5 3.效率...............................................................................................................................................................5 4.功耗...............................................................................................................................................................5 5.噪声...............................................................................................................................................................6 6.电源抑制比 PSRR........................................................................................................................................6 7.静态电流.......................................................................................................................................................6 8. 输出电容器..................................................................................................................................................6 9.反向泄漏保护...............................................................................................................................................6 10.RF、音频的应用........................................................................................................................................7 三、 DC-DC.....................................................................................................................................7 1.降压转换器-Buck Converter........................................................................................................................7 2.升压转换器-Boost Converter.......................................................................................................................8 3.反激转换器-Flyback Converter................................................................................................................... 9 四、通讯接口..................................................................................................................................9 1.USB 总线......................................................................................................................................................9 2.UART.......................................................................................................................................................... 10 3.SPI...............................................................................................................................................................10 4.I2C...............................................................................................................................................................11 5.I2S............................................................................................................................................................... 12 6.Ethernet....................................................................................................................................................... 13 7.SD 总线.......................................................................................................................................................13 8.SATA 接口.................................................................................................................................................. 13 9.PCI 总线......................................................................................................................................................13 10.CAN 总线................................................................................................................................................. 13 11.PCI-e..........................................................................................................................................................14 五、运放应用................................................................................................................................14 1.差分放大器.................................................................................................................................................14 2.反相放大器.................................................................................................................................................15 3.同相放大器.................................................................................................................................................15 4.电压跟随器.................................................................................................................................................16 五、电磁兼容 EMC...................................................................................................................... 16 1.EMI（Electromagnetic Interference）——电磁干扰性能...................................................................... 17 2.EMS（Electromagnetic Susceptibility）——电磁抗扰度性能.............................................................. 17 3.ESD 防护.................................................................................................................................................... 19 六、信号完整性 SI-Signal Integrity............................................................................................. 20 1.反射 Reflection...........................................................................................................................................20 2.是串扰 Crosstalk........................................................................................................................................ 20 3.过冲 Overshoot 和下冲 Undershoot.......................................................................................................... 20 4.振荡 Ringing 和环绕振荡 Rounding........................................................................................................20 5.地电平面反弹噪声和回流噪声................................................................................................................ 21 6.时域 Time Domain 和频域 Frequency Domain........................................................................................ 21

7.阻抗 Impedance.......................................................................................................................................... 21 8.建立时间 Settling Time..............................................................................................................................21 9.管脚到管脚 Pin-To-Pin 的延时 Delay...................................................................................................... 21 10.偏移 Skew.................................................................................................................................................21 11.斜率 Slew Rate......................................................................................................................................... 22 12.静态线 Quiescent Line............................................................................................................................. 22 13.假时钟 False Clocking............................................................................................................................. 22 14.IBIS 模型.................................................................................................................................................. 22 附录一 LDO 使用之热阻考虑...................................................................................................24 1.LDO 电源芯片的选型一........................................................................................................................... 24 2.LDO 电源芯片的选型二........................................................................................................................... 25

一、晶振电路大多数电子工程师都见过单片机中如下图所示的形式，一般单片机都会有这样的电路。晶振的两个引脚与芯片（如单片机）内部的反相器相连接，再结合外部的匹配电容 CL1、CL2、 R1、R2，组成一个皮尔斯振荡器（Pierce oscillator）上图中，U1 为增益很大的反相放大器，CL1、CL2 为匹配电容，是电容三点式电路的分压电容，接地点就是分压点。以接地点即分压点为参考点，输入和输出是反相的，但从并联谐振回路即石英晶体两端来看，形成一个正反馈以保证电路持续振荡，它们会稍微影响振荡频率，主要用与微调频率和波形，并影响幅度。 X1 是晶体，相当于三点式里面的电感 R1 是反馈电阻（一般≥1MΩ），它使反相器在振荡初始时处于线性工作区，R2 与匹配电容组成网络，提供 180 度相移，同时起到限制振荡幅度，防止反向器输出对晶振过驱动将其损坏。这里涉及到晶振的一个非常重要的参数，即负载电容 CL（Load capacitance），它是电路中跨接晶体两端的总的有效电容（不是晶振外接的匹配电容），主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻，与晶体一起决定振荡器电路的工作频率，通过调整负载电容，就可以将振荡器的工作频率微调到标称值。负载电容的公式如下所示：

其中，CS 为晶体两个管脚间的寄生电容（Shunt Capacitance） CD 表示晶体振荡电路输出管脚到地的总电容，包括 PCB 走线电容 CPCB、芯片管脚寄生电容 CO、外加匹配电容 CL2，即 CD=CPCB+CO+CL2 CG 表示晶体振荡电路输入管脚到地的总电容，包括 PCB 走线电容 CPCB、芯片管脚寄生电容 CI、外加匹配电容 CL1，即 CG=CPCB+CI+CL1 一般 CS 为 1pF 左右，CI 与 CO 一般为几个皮法，具体可参考芯片或晶振的数据手册（这里假设 CS=0.8pF，CI=CO=5pF，CPCB=4pF）。比如规格书上的负载电容值为 18pF，则有则 CD=CG=34.4pF，计算出来的匹配电容值 CL1=CL2=25pF 二、LDO 选型 1.LDO 工作原理 LDO 核心架构：P-MOS+运放

LDO 工作原理就一句话：通过运放调节 P-MOS 的输出。运放，控制 P-MOS 的打开程度。 LDO 内部产生一个基准电压，作为运放的反向电压，将 LDO 的输出电压通过分压作为运放的正向输入电压。运放的输出去控制 P-MOS 管的工作状态。 P-MOS，相当于一个压控的可变电阻。 P-MOS 处于线性电阻区，可看成一个压控可变电阻。输入的 VIN 电压，经过这个 P-MOS 管后变为输出电压，这里 P-MOS 管的作用为将输入电压通过 P-MOS 的线性电阻区，将电压动态衰减值 VOUT 电压。 LDO 的负反馈回路 2.输入电压最小的输入电压 VIN 必须大于 VOUT + VDO。需要注意，这与器件 Datasheet 中所给出的输入电压最小值无关。 3.效率 LDO 的工作原理是通过负反馈调整输出电流使输出电压保持不变。LDO 是一个降压型的 DC/DC 转换器，因此 Vin ＞ Vout，它的工作效率: η= Pout/Pin=(Iout×Vout)/(Iin×Vin) η= (Iout×Vout)/((Iout+Ignd)×Vin) LDO 的工作效率一般在 60~75%之间，静态电流小的效率会好一些。在忽略 LDO 静态电流的情况下，可以采用 VOUT / VIN 式子来计算效率。 4.功耗计算例子见附录一：LDO 使用之热阻考虑。 Pd=(Vin-Vout)×Iout+Vin×Ignd 式中，Ignd:接地电流有时也记作 Iq:静态电流。因为 Ignd 很小，所以一般估算为： Pd=(Vin-Vout)xIout。最大允许功耗(PDMAX)是最大环境温度(TA),最大允许结温(TJMAX)(+125°C) 和结点到空气间热阻（RθJA) 的函数。对于安装在典型双层 FR4 电解铜镀层 PCB 板上的 5 引脚 SOT-23A

封装器件，其（RθJA)约为 250°C/Watt。 PDMAX=(TJMAX-TA)/RθJA 将计算出的 Pd 代入上式，可求出 TJ，然后将 TJ 与 datasheet 给出的最大允许节温相比较，如果 TJ

是当输入电源为电池的时候，尤其需要重视。 10.RF、音频的应用如果负载端为 RF、音频或其他对噪声敏感的应用，那么应选择具有高电源纹波抑制（PSRR）的 LDO，以实现对输入电源的抗噪性，以及低输出噪声（〈50uVms）。有的 LDO 具有一个用来增加电容以降低输出噪声的旁路（BP）引脚，亦可起到一定作用。 LDO 应用 LDO 的应用电路十分简单方便，它工作时仅需要二个作输入、输出电压退耦降噪的陶瓷电容器。 Vin 和 Vout 的输入和输出滤波电容器应当选用宽范围、低等效串联电阻(ESR)、低价陶瓷电容器，使 LDO 在零到满负荷的全部量程范围内具有良好的稳压效果。一些 LDO 有一个 “Bypass”管脚，由它连接一个小的电容器，可以进一步降低噪音。 LDO 的工作效率一般在 60~75%之间，静态电流小的效率会好一些。输入电压，压差电压（VDO）线性稳压器件的压差电压常常被误解。正如上面讨论的，VI 和 VO 之间的电压差是通过线性稳压器后的压降。对于固定的负载电流，线性稳压器的输入与输出的电压降越小功率散耗就越低。压差电压是 LDO 稳压器技术指标中定义的能够稳压工作时 VI 和 VO 之间最小的差值又称为 VDO。三、DC-DC 1.降压转换器-Buck Converter

2.升压转换器-Boost Converter

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