60条硬件设计基础知识

硬件是一个非常复杂的系统，在设计过程中都会遇到或多或少的问题，本文中总结了非常基础的60个问题，供大家参考。

 01 

1、请说明一下滤波磁珠和滤波电感的区别。

磁珠由导线穿过铁氧体组成，直流电阻很小，在低频时阻抗也很小，对直流信号几乎没有影响。

在高频（几十兆赫兹以上）时磁珠阻抗比较大，高频电磁场在铁氧体材料上产生涡流，使高频干扰信号转化为热量消耗掉。

磁珠常用于高频威廉希尔官方网站 模块的电源滤波和高频信号回路滤波，抑制EMI干扰。

电感由线圈和磁芯组成，直流电阻较小，电感量较大。电感多用于中低频威廉希尔官方网站 的滤波，侧重于抑制传导性干扰，其应用频率在几十兆赫兹以下。

 02 

2、请解释电阻、电容、电感封装的含义：0402、0603、0805。

表示的是封装尺寸参数：0402:40*20mil；0603:60*30m；0805:80*50mil。

 03 

3、请说明以下字母所代表的电容的精度：J、K、M、Z。

J——±5%；

K——±10%；

M——±20%；

Z——+80%~-20%

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4、请问电阻、电容、电感的封装大小分别与什么参数有关？

电阻封装大小与电阻值、额定功率有关；

电容封装大小与电容值、额定电压有关；

电感封装大小与电感量、额定电流有关。

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5、电阻选型需要注意哪些参数？

电阻值、精度、功率（在实际威廉希尔官方网站 上换算出承受最大电流、最大电压）、封装。

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6、电容选型需要注意哪些参数？

电容值、精度、耐压、封装。

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7、电感选型需要注意哪些参数？

电感量（包括测量频率）、精度、最大承受电流、封装。

 08 

8、磁珠选型需要注意哪些参数？

阻抗值（包括测量频率）、精度、最大承受电流、直流电阻（换算出最大直流压降）、封装。

 09 

9、整流二极管选型需要注意哪些参数？

最大整流电流、最大反向工作电压、正向导通压降、封装。

 10 

10、开关MOS管选型需要注意哪些参数？

最小开启电压Vgs（th）、最大栅源电压Vgs（max）、最大漏源电压Vds、最大漏源电流Id、导通电阻Rds（on）、耗散功率、封装。

 11 

11、直流电源的输出滤波电容，应如何根据实际工作电压选择电容的额定电压参数？

电容的额定电压应该稍大于直流输出电压，根据电容额定电压标称值，选1.2~2倍直流输出电压即可。

 12 

12、理想电容两端的电压和电流的相位关系是：同相、反相、电压超前电流90°、电流超前电压90°？

电流超前电压90°。

 13 

13、请列举您知道的二极管品牌？

DIODES、FAIRCHILD、FH风华、FormosaMS、IR、MCC、MOTOROLA、ONSemi、PHILIPS、RECTRON、ROHM、TOREX、TSC、VISHAY、WTE、XUYANG

 14 

14、请列举一下零电阻的作用。

1）线路上的跨接跳线；

2）可选的配置威廉希尔官方网站 ；

3）调试预留位置；

4）保险丝；

5）不同地的单点连接。

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15、请简述压敏电阻工作原理。

当压敏电阻上的电压超过一定幅度时，电阻的阻值降低，从而将浪涌能量泄放掉，并将浪涌电压限制在一定的幅度。

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16、请简述PTC热敏电阻作为电源威廉希尔官方网站 保险丝的工作原理。

当电源输入电压增大或负载过大导致电流异常增大的时候，PTC热敏电阻因为温度增大而使其等效电阻迅速增大，从而使输出电压下降，减小输出电流。

当故障去除，PTC热敏电阻恢复到常温，其电阻又变的很小，电源威廉希尔官方网站 恢复到正常工作状态。

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17、常见贴片电容的材质有：X7R、X5R、Y5V、NPO（COG）、Z5U。请问电容值和介质损耗最稳定的电容是哪一种？

电容值和介质损耗最稳定的是NPO（COG）材质电容。

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18、某磁珠的参数为100R@100MHz，请解释参数的含义。

在100MHz频率下的阻抗值是100欧姆。

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19、请列举一下上拉电阻的作用。

1）上电复位时，端口电平配置；

2）OC和OD门上拉确定高电平；

3）提高输出端口的高电平；

4）加大输出引脚的驱动能力；

5）降低输入阻抗，防止静电损伤；

6）提高总线的抗电磁干扰能力；

7）匹配电阻，抑制反射波干扰。

 20 

20、请问共模电感的作用是什么？

抑制共模干扰。

 21 

21、半导体或芯片的 0.25um、 0.18um、 90nm、 7nm工艺指的是什么？。

这些数字表示制作半导体或芯片的技术节点，也称作工艺节点。实际物理意义有“半节距”、“物理栅长”、“制程线宽”等。

半导体业界通常使用“半节距”、“物理栅长（ MOS管栅极的长度）”和“结深”等参数来描述芯片的集成度，这些参数越小，芯片的集成度越高。

举个例子，某种芯片采用 90nm工艺，其中半节距为 90nm，而晶体管的物理栅长为 37nm。半节距，是指芯片内部互联线间距离的一半， 也即光刻间距的一半。

由于历年来每一个新的技术节点总是用于制造 DRAM芯片， 因此最新的技术节点往往是指 DRAM的半节距。

另外， 在技术文章中还有两种与“半节距”意义相近的表达方式，就是“线宽”、“线距”和“特征尺寸”，如果线宽等于线距，则半节距就等于线宽、线距，它们不过是对同一个数据的不同表达。

 22 

22、绿色发光二极管的导通压降大概是多少伏？

2V 左右。

 23 

23、变容二极管和稳压二极管正常工作状态下，应该加什么样的电压：正向、反向、前者正向后者反向、前者反向后者正向？

均应加反向电压。

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24、如果一个 LED指示灯没有定义颜色，红、绿、黄、橙、蓝、白色你会选择哪一种，为什么？

按照使用习惯，电源指示灯用红色，信号指示灯用绿色，这两种颜色的LED灯技术最成熟，价格最便宜。

 25 

25、请简述 TVS瞬态电压抑制二极管的工作原理。

当 TVS上的电压超过一定幅度时，器件迅速导通，从而将浪涌能量泄放掉，并将浪涌电压限制在一定的幅度。

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26、现今最流行的两类可编程逻辑器件是什么，他们有什么区别？

FPGA（现场可编程门阵列）和 CPLD（复杂可编程逻辑器件）是现今最流行的两类可编程逻辑器件。FPGA是基于查找表结构的， CPLD是基于乘积项结构的。

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27、请列举您知道的二极管类型？

开关二极管（小信号二极管）、肖特基二极管、整流二极管、稳压二极管（齐纳二极管）、瞬态电压抑制二极管（ TVS）、变容二极管、发光二极管（ LED）。

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28、请简要说明基尔霍夫电流定律（ KCL）和基尔霍夫电压定律（ KVL）。

基尔霍夫电流定律（ KCL）是指集总威廉希尔官方网站 中任何时刻流进任一威廉希尔官方网站 节点的电流等于流出该节点的电流。基尔霍夫电压定律（ KVL）是指集总威廉希尔官方网站 中任何时刻任一闭合威廉希尔官方网站 支路的电压之和都为零。

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29、模拟集成威廉希尔官方网站 的输入一般采用何种威廉希尔官方网站 ：共发射极威廉希尔官方网站 、共基极威廉希尔官方网站 、差分威廉希尔官方网站 、共集电极威廉希尔官方网站 ？

为了抑制温飘和提高精度，一般采用差分输入威廉希尔官方网站 。

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30、什么是反馈？反馈的作用是什么？

反馈是将放大器输出信号 ( 电压或电流 ) 的一部分或全部， 回收到放大器输入端与输入信号进行比较 ( 相加或相减 ) ， 并用比较所得的有效输入信号去控制输出， 负反馈可以用来稳定输出信号或者增益， 也可以扩展通频带， 特别适合于自动控制系统。正反馈可以形成振荡， 适合振荡威廉希尔官方网站 和波形发生威廉希尔官方网站 。

 31 

31、三极管的 β 参数反映的是什么能力：电流控制电流、电流控制电压、电压控制电流、电压控制电压？ 

β 值反映的是基极电流对集电极和发射极电流的控制能力， 所以属于电流控制电流的能力。

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32、为什么 OD（开漏）门和 OC（开集）门输出必须加上拉电阻？

因为 MOS管和三极管关闭时，漏极D和集电极 C是高阻态，输出无确定电平，实际应用必须通过电阻上拉至确定电平。

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33、威廉希尔官方网站 产生自激振荡的幅值条件和相位条件是什么？

幅值条件是：|AF| ≥1

相位条件是：φ A+φ F=2nπ （ n=0,1,2,... ）

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34、请列举三种典型的ESD模型。

人体模型（ HBM）、机器模型（MM）、带电器件模型（CDM）。

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35、请简述一下 DC-DC和 LDO的区别。

DC-DC 通过开关斩波、电感的磁电能量转换、电容滤波实现基本平滑的电压输出。

关电源输出电流大，带负载能力强，转换效率高，但因为有开关动作，会有高频辐射。

LDO是通过调整三极管或MOS管的输入输出电压差来实现固定的电压输出，基本元件是调整管和电压参考元件，电压转换的过程是连续平滑的，威廉希尔官方网站 上没有开关动作。

LDO威廉希尔官方网站 的特点是输出电压纹波很小，带负载能力较弱，转换效率较低。

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36、请问电荷泵升压威廉希尔官方网站 一般应用在什么场合？电荷泵可以胜任大电流的应用吗， 为什么？

电荷泵通过开关对电容充放电实现升压，因为威廉希尔官方网站 没有电感元件储能，驱动能力较弱，只可以用于小电流场合。

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37、常规 EMC测试项目有哪些？

1） 传导发射干扰测试

2） 辐射发射干扰测试

3） 传导干扰抗扰度测试

4） 辐射干扰抗扰度测试

5） ESD 抗扰度测试

6） 电快速瞬变脉冲群抗扰度测试

7） 浪涌抗扰度测试

8） 工频磁场抗扰度测试

9） 谐波与闪烁测试

10） 电压跌落、短时中断和电压变化抗扰度测试

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38、请列举您知道的各国电子产品电气安全认证标准？

美国：FCC、欧洲：CE、德国：TUV-GS、中国：CCC、台湾：BSMI、日本：VCCI、澳洲：C-Tick。

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39、请问RoHS指令限制在电子电气设备中使用哪六种有害物质？

限制使用铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯（ PBB）和多溴二苯醚（PBDE）等六种有害物质。

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40、请解释 WatchDog（看门狗）的工作原理。

看门狗有两个重要信号：时钟输入和复位输出。威廉希尔官方网站 工作时， CPU送出时钟信号给看门狗，即喂狗。

如果系统出现故障， CPU无法送出连续的时钟信号，看门狗即输出复位信号给 CPU，复位系统。

 41 

41、晶体管基本放大威廉希尔官方网站 有共射、共集、共基三种接法，请简述这三种基本放大威廉希尔官方网站 的特点。

共射：共射放大威廉希尔官方网站 具有放大电流和电压的作用，输入电阻大小居中，输出电阻较大，频带较窄，适用于一般放大。

共集：共集放大威廉希尔官方网站 只有电流放大作用，输入电阻高，输出电阻低，具有电压跟随的特点，常做多级放大威廉希尔官方网站 的输入级和输出级。

共基：共基威廉希尔官方网站 只有电压放大作用，输入电阻小，输出电阻和电压放大倍数与共射威廉希尔官方网站 相当，高频特性好，适用于宽频带放大威廉希尔官方网站 。

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42、多级放大威廉希尔官方网站 的级间耦合方式有哪几种？哪种耦合方式的威廉希尔官方网站 零点偏移最严重？哪种耦合方式可以实现阻抗变换？

有三种耦合方式：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合。直接耦合的威廉希尔官方网站 零点漂移最严重，变压器耦合的威廉希尔官方网站 可以实现阻抗变换。

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43、名词解释：耦合、去耦、旁路、滤波。

耦合：两个本来分开的威廉希尔官方网站 之间或一个威廉希尔官方网站 的两个本来相互分开的部分之间的交链。可使能量从一个威廉希尔官方网站 传送到另一个威廉希尔官方网站 ，或由威廉希尔官方网站 的一个部分传送到另一部分。

去耦：阻止从一威廉希尔官方网站 交换或反馈能量到另一威廉希尔官方网站 ，防止发生不可预测的反馈，影响下一级放大器或其它威廉希尔官方网站 正常工作。

旁路：将混有高频信号和低频信号的信号中的高频成分通过电子元器件（通常是电容）过滤掉，只允许低频信号输入到下一级，而不需要高频信号进入。

滤波：滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施。

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44、什么是竞争与冒险？

逻辑威廉希尔官方网站 中，由于门的输入信号经过不同的延时，到达门的时间不一致，这种情况叫竞争。由于竞争而导致输出产生毛刺（瞬间错误），这一现象叫冒险。

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45、无源滤波器和有源滤波器有什么区别？

无源滤波器由无源器件R、L、C组成，将其设计为某频率下极低阻抗，对相应频率谐波电流进行分流，其行为模式为提供被动式谐波电流旁路通道。

无源滤波器可分为两大类：调谐滤波器和高通滤波器。无源滤波器结构简单、成本低廉、运行可靠性高，是应用广泛的被动式谐波治理方案。有源滤波器由有源器件（如集成运放）和R、C组成，不用电感L、体积小、重量轻。

有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。集成运放的开环电压增益和输入阻抗很高，输出电阻很小，构成有源滤波威廉希尔官方网站 后有一定的电压放大和缓冲作用。集成运放带宽有限，所以有源滤波器的工作频率做不高。

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46、请问锁相环由哪几部分组成？

由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器三部分组成，有的锁相环还多一个1/N分频器。

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47、请问RS-232C标准的逻辑0和逻辑1电压范围是多少？CAN和RS485收发器工作电平是几伏？

RS-232C电气标准是负逻辑，逻辑0的电压范围是+5V~+15V，逻辑1的电压范围是-5V~-15V。

CAN收发器工作电平是5V，RS485收发器工作电平是3.3V。

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48、名词解释：UART、USRT、USART。

UART：UniversalAsychronous Receiver/Transmitter，通用异步接收器/发送器，能够完成异步通信。

USRT：UniversalSychronous Receiver/Transmitter，通用同步接收器/发送器，能够完成同步通信。

USART：UniversalSychronous Asychronous Receiver/Transmitter，通用同步异步接收器/发送器，能完成异步和同步通信。

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49、请问串口异步通信的字符帧格式由哪几部分组成？

由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位四部分组成。

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50、请简述USBHOST、USB Slave和USB OTG的区别。

USB HOST是主机，实现控制功能，也可以存取数据，如电脑PC。USB HOST主机只可以和USBSlave设备连接。

USB Slave是从设备，属于被控制设备，可输入输出数据，如U盘、移动硬盘、MP3、MP4、鼠标、键盘、游戏手柄、网卡、打印机、读卡器等USB设备。

USB OTG全称是USBOn-The-Go，属于直接控制和传输设备，既可以做USB HOST也可以做USB Slave，通过ID信号来控制主、从切换。

 51 

51、请列举您知道的逻辑电平。

低速：RS232、RS422、RS485、TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVPECL

高速：LVDS、GTL、PGTL、CML、HSTL、SSTL

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52、请列举您知道的差分平衡电平接口。

RS422、RS485、RJ45、CAN、USB、LVDS。

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53、电磁干扰的三要素是什么？

电磁干扰源、干扰传播路径和干扰敏感设备。

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54、请解释一下什么是串扰和振铃。

串扰：串扰是指一个信号被其它信号干扰，作用原理是电磁场耦合。信号线之间的互感和互容会引起线上的噪声。容性耦合引发耦合电流，而感性耦合引发耦合电压。

振铃：是因为信号线本身阻抗不匹配导致信号发生反射和叠加，从而使信号出现了振荡波形。

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55、您所遇到的需要控制单端阻抗为50欧姆、75欧姆的信号有哪些？您所遇到的需要控制差分阻抗为90欧姆、100欧姆、120欧姆的信号有哪些？

一般的高频信号线均为50欧姆~60欧姆。75欧姆主要是视频信号线。USB信号线差分阻抗为90欧姆，以太网差分信号线差分阻抗为100欧姆。RS422、RS485、CAN差分信号的差分阻抗为120欧姆。

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56、差分线走线有两个原则：等长和等距。但在实际布线中可能无法两者都完全满足，那么请问是等长优先还是等距优先？

应该等长优先，差分信号是以信号的上升沿和下降沿的交点作为信号变化点的，走线不等长的话会使这个交点偏移，对信号的时序影响较大，另外还给差分信号中引入了共模的成分，降低信号的质量，增加了EMI。

小范围的不等距对差分信号影响并不是很大，间距不一致虽然会导致差分阻抗发生变化，但因为差分对之间的耦合本身就不显著，所以阻抗变化范围也是很小的，通常在10%以内，只相当于一个过孔造成的反射，这对信号传输不会造成明显的影响。

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57、为什么高频信号线的参考地平面要连续（即高频信号线不能跨岛）？

参考地平面给高频信号线提供信号返回路径，返回路劲最好紧贴信号线，最小化电流环路的面积，这样有利于降低辐射、提高信号完整性。

如果参考地平面不连续，则信号会自己寻找最小路径，这个返回路径可能和其他信号回路叠加，导致互相干扰。而且高频信号跨岛会使信号的特征阻抗产生特变，导致信号的反射和叠加，产生振铃现象。

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58、请问什么是半固化片？

半固化片是PCB中的介质材料和粘合材料，由玻璃纤维和环氧树脂组成，介电常数大概是4.0~4.5。在常温下半固化片是固态，高温加热时半固化片胶状化将上下两侧铜箔粘合起来，半固化片成为中间的介质。

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59、请问什么是通孔、盲孔和埋孔？孔径多大可以做机械孔，孔径多小必须做激光孔？请问激光微型孔可以直接打在元件焊盘上吗，为什么？

通孔是贯穿整个PCB的过孔，盲孔是从PCB表层连接到内层的过孔，埋孔是埋在PCB内层的过孔。

大多数PCB厂家的加工能力是这样的：大于等于8mil的过孔可以做机械孔，小于等于6mil的过孔需要做激光孔。对小于等于6mil的微型孔，在钻孔空间不够时，允许一部分过孔打在PCB焊盘上。

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60、请问过孔有哪两个寄生参数？这两个寄生参数对威廉希尔官方网站 有什么影响？

过孔有两寄生参数：寄生电容和寄生电感。

寄生电容会延长信号的上升时间，降低威廉希尔官方网站 的速度。寄生电感会削弱旁路电容的贡献，减弱整个电源系统的滤波效果。

 

　　审核编辑：汤梓红