标签: 差分线

说明： 网上能搜到的硬件工程师笔试面试的题库虽然也有一些，但是有些题目太旧，也没有更新，有的答案有错误，对初入行的工程师反而有误导。因此，并产生了此题库。 此题库精选网上能搜到的绝大多数硬件工程师笔试面试题库，部分由网友提供。题库大多数提供了参考答案，供应届毕业生以及要跳槽的工程师刷题，以及学习用。此题库经过刷选，尽量挑选有价值的笔试面试题目，供大家参考。 如果各位有好的题库，也可以留言，私信提供，后续一起编排进来，方便硬件 工程师刷题用 。 1、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。电路工作时，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。 2、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）。 3、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。 4、晶体管基本放大电路有共射、共集、共基三种接法，请简述这三种基本放大电路的特点。 共射：共射放大电路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：共集放大电路只有电流放大作用，输入电阻高，输出电阻低，具有电压跟随的特点，常做多级放大电路的输入级和 输出级。 共基：共基电路只有电压放大作用，输入电阻小，输出电阻和电压放大倍数与共射电路相当，高频特性好，适用于宽频带 放大电路。 5、多级放大电路的级间耦合方式有哪几种？哪种耦合方式的电路零点偏移最严重？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。直接耦合的电路零点漂移最严重，变压器耦合的电路可以实现阻抗 变换。 6、名词解释：耦合、去耦、旁路、滤波。 耦合：两个本来分开的电路之间或一个电路的两个本来相互分开的部分之间的交链。可使能量从一个电路传送到另一个电 路，或由电路的一个部分传送到另一部分。 去耦：阻止从一电路交换或反馈能量到另一电路，防止发生不可预测的反馈，影响下一级放大器或其它电路正常 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。 7、什么是竞争与冒险？ 逻辑电路中，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。 8、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，构成有源滤波电路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。 9、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。 10、请问RS-232C 标准的逻辑0 和逻辑1 电压范围是多少？ 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。-5V~+5V 为不稳定区。 37、名词解释：UART、USRT、USART。 UART：Universal Asychronous Receiver/Transmitter，通用异步接收器/发送器，能够完成异步通信。 USRT：Universal Sychronous Receiver/Transmitter，通用同步接收器/发送器，能够完成同步通信。 USART：Universal Sychronous 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。 11、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。 12、请列举您知道的差分平衡电平接口。 RS422、RS485、RJ45、CAN、USB、LVDS。 13、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。 14、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。 15、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。 16、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。

为了更快的传输数据，我们能想到的办法除了一次多传输几位数据（增加并行总线的数量）之外，还有一种办法就是提高单通道的数据传输速率，然而随着单通道速率的提升，信号完整性问题又会变得越来越突出，尤其是串扰以及损耗等问题。为了解决这些问题，一种全新的数据传输方式应运而生，如图1所示，他就是-----差分（差分线、差分互联）。 图 1 差分（差分线、差分互联）的主要特点是采样电压取两根电压的差值，如下图所示： 图 2 我们知道V1和V2相对于他们公共的地都有一个单端电压。信号接收端关注的是这两根线的电压差，那么使用这种传输方式到底有什么优点？ 差分线优点1：差分驱动总的dI/dt会比单端信号线上大幅降低，从而减小了潜在的电磁干扰（EMI）。如下图所示： 图 3 上图中红色和蓝色是单根线电压。紫色的是差分电压。我们可以看到，使用差分方式传输，信号的电压峰峰值被放大了一倍，但是单根线上的电流却保持不变。如果采用传统的单线传输方式，单根线的dI/dt也会增加一倍，这样更容易造成EMI问题。 差分线优点2：差分信号的值很大程度上与“地”的精确值无关，能很好的抵抗电源的干扰。就像下面这幅图，差分信号关注的是两根线之间的电压差值，与海平面的高度关系不大。 图4 我们还是通过仿真来验证下，如下图5所示： 图 5 如下图所示，左边是理想GND时的单端与差分信号波形，右边是地平面存在波动的时候的单端信号与差分信号。 图 6 可以清楚的看到，单端信号受到“地”的干扰很大。但是这些干扰经过差分之后就被抵消了。差分对抗外部电磁干扰的原理也是一样，这也就是我们常说的：差分形式传播，在返回路径中对付串扰和突变的鲁棒性更好。 差分线优点3：差分对内每根信号都有自己的返回路径，能够减轻信号跨分割带来的影响。单根线和差分线跨分割分别会怎样？我们还是来验证一下。在仿真的时候，我们让单线和差分对线长都为1inch，使用普通Fr4板材，来看看跨分割对信号的影响。 图7 图8 由上图可知，单线跨分割对传输线的影响很大，差分线对跨分割就不是那么敏感，主要原因就是，差分对两线可以互为参考，两根线可以相互作为返回路径。 以上三点就是本人理解的差分线最明显的优点，这些优点奠定了串行信号稳定传输的基础。当然，差分信号也存在一些缺点，最大的缺点就是与单端信号传输相比，差分互连需要两倍数量的信号线。再者，如果差分信号不对称，会产生潜在的EMI，这些问题都会在后续的文章中做详细的分析。

讲差分线，信号的模态是一个绕不过去的话题。记得我在刚接触SI的时候，曾被这些概念弄得伤透了脑筋。差分，共模，奇模，偶模……这些概念经常把人绕的很晕。但是为了理解差分信号的传输机制，这些基础概念又不得不理解清楚，弄清楚了，很多问题就会迎刃而解，下面就让我们一起来捋一捋这些容易混淆的概念。 首先让我们来明确一下共模信号的概念。共模信号是相对于差分信号来说的。看下面这张图。 图 1 差分信号和共模信号定义对比如下： 图1和公式已经描述的很清楚了：在差分对中，差分信号被定义为两根单端信号的差值，共模信号指的是两根信号线上的平均值，暂且就这么理解吧。 那么，为啥要定义共模？个人理解：为了体现电压的跳变，人为规定了一个电压参考标准。将信号分成共模电压和差分电压来研究，能够看清问题的本质。请看如下信号，该信号是直流还是交流？ 图 2 该信号既包含直流的成分也包含交流的成分，可以将信号拆开来看，拆分后，信号成分就很明确 图 3 对这种分析方法有没有很熟悉的感觉？其实将信号从时域转换为频域使用的就是这种思想。频域中，我们将数字信号理解为不同频率成分正弦波的叠加，这里我们又把信号拆分成直流和交流。由此，我们这样来描述差分对上的单根信号： 如此一来，单端信号就被描述成为共模信号与差分信号的叠加，共模电压一般是个恒定的值。单端信号也可以理解为以共模电压为基础，在共模电压的基础上上下摆动。这样描述对于解释差分信号的很多特性都有很大的帮助，例如在描述一个通道的时候，我们经常会提到差分转共模。在理想情况下，共模信号是保持恒定不变的，如果共模信号出现了波动，就会出现EMI辐射问题。具体原理在后期的文章中会专门的讲到。 这里我们引入了共模电压的概念，相信大家对差分信号的认识更深刻了。那么，还经常听到别人说到奇模，偶模。这又是啥意思呢？模态，说到底还是用来描述差分对上的信号状态的。 图 4 如上图4所示，信号线1和2上的信号可以是同向的，也可以是反向的。信号的流向不同，对应的电磁场不同，如下图5： 图 5 两线上有相同的驱动电压为偶模；两线上有相反的驱动电压为奇模。奇模状态下，围绕在单根线周围的磁场被抵消了一部分，偶模状态导体周围的磁感线得到了加强。奇模和偶模状态，导致信号线周围的电磁场分布不一样，因此信号感受到的阻抗就会不一样，我们知道差分阻抗一般情况下小于2倍的单端阻抗，这也是两根线相互耦合的结果。 本期问题：什么情况下，差分对上的共模电压会出现波动，跳变的共模电压对系统有什么影响？

  前几天跟同事一起调板子，发现驱动电流就是比设定的电流小一倍，软件的配置参数、硬件的所有电源信号、控制信号、驱动控制信号都测了个遍，就是查不出原因，嗯，做测试查问题嘛，就是要耐着性子。 我同事脾气那是没说的，就那样都整崩溃了。 静下来想想，还是根据电流回路一点一点排查，经过测试发现，如图1中，测试点2对地的电压波形与测试负载电流正好吻合，但是测试点1处对地波形却比测试点2处高出很多，具体如图2所示。如此分析，那么集成IC采集到的负载电流信号要大于实际的信号，当该信号（即测试点1与测试点3之间的差值）达到设定门限值时，集成IC会输出关段信号，将低边驱动MOS关掉，负载断电。但是，此时，负载的电流并没有达到设计预计的电流值（负载旁边还有续流二极管的，此处没有画出），当电流过小时，负载无法可靠动作，引起功能失效。 这是怎么回事呢？ 如果这样，我要对不起Lay板同事了，要怀疑的PCB走线了。。。 经过查看PCB设计图，结果发现如图3所示，这两条差分线并没有严格按照差分线的走线进行设计哦。   图1  电路示意图       图2  测试波形示意图     图3   PCB布线时的问题     在这件事情之前，我一直以为，即便是布线走的烂一点，差不差分影响不会太大呢，这次我明白了，以前那真是我运气好，以后，更需要多多研究研究这些小信号走线问题哦。    

差分线的特征阻抗是指两条差分线之间的阻抗，由电感、电容、电阻决定。 在PCB制板时可以指定差分线的特征阻抗。 在接收端为了保证信号的完整性要有匹配电阻，一般为100欧姆（和差分线的特征阻抗相近）。  如果在 在接收端如果没有匹配电阻的话，很容易导致信号的反射和震荡，破坏信号的完整性。