基础笔试（1）

╰半橙微兮° 2022-07-17 04:12 83阅读 0赞

**1、 同步电路和异步电路的区别是什么？**  
异步电路主要是组合逻辑电路，用于产生地址译码器、ＦＩＦＯ或ＲＡＭ的读写控制信号脉冲，但它同时也用在时序电路中，此时它没有统一的时钟，状态变化的时刻是不稳定的，通常输入信号只在电路处于稳定状态时才发生变化。也就是说一个时刻允许一个输入发生变化，以避免输入信号之间造成的竞争冒险。电路的稳定需要有可靠的建立时间和持时间，待下面介绍。  
同步电路是由时序电路(寄存器和各种触发器)和组合逻辑电路构成的电路，其所有操作都是在严格的时钟控制下完成的。这些时序电路共享同一个时钟ＣＬＫ，而所有的状态变化都是在时钟的上升沿(或下降沿)完成的。比如Ｄ触发器，当上升延到来时，寄存器把Ｄ端的电平传到Ｑ输出端。

在同步电路设计中一般采用D触发器，异步电路设计中一般采用Latch。

**2、什么是同步逻辑和异步逻辑,同步电路和异步电路的区别是什么？**  
同步逻辑是时钟之间有固定的因果关系。异步逻辑是各时钟之间没有固定的因果关系。  
电路设计可分类为同步电路和异步电路设计。同步电路利用时钟脉冲使其子系统同步运作，而异步电路不使用时钟脉冲做同步，其子系统是使用特殊的“开始”和“完成”信号使之同步。由于异步电路具有下列优点--无时钟歪斜问题、低电源消耗、平均效能而非最差效能、模块性、可组合和可复用性--因此近年来对异步电路研究增加快速，论文发表数以倍增，而IntelPentium 4处理器设计，也开始采用异步电路设计。  
异步电路主要是组合逻辑电路，用于产生地址译码器、FIFO或RAM的读写控制信号脉冲，其逻辑输出与任何时钟信号都没有关系，译码输出产生的毛刺通常是可以监控的。同步电路是由时序电路(寄存器和各种触发器)和组合逻辑电路构成的电路，其所有操作都是在严格的时钟控制下完成的。这些时序电路共享同一个时钟CLK，而所有的状态变化都是在时钟的上升沿(或下降沿)完成的。

**3、什么是"线与"逻辑，要实现它，在硬件特性上有什么具体要求？（汉王笔试）**

线与逻辑是两个输出信号相连可以实现与的功能。在硬件上，要用oc门来实现（漏极或者集电极开路），由于不用oc门可能使灌电流过大，而烧坏逻辑门，同时在输出端口应加一个上拉电阻。（线或则是下拉电阻）

**4、什么是Setup 和Holdup时间？（汉王笔试）**

Setup/hold time是测试芯片对输入信号和时钟信号之间的时间要求。建立时间是指触发器的时钟信号上升沿到来以前，数据稳定不变的时间。输入信号应提前时钟上升沿（如上升沿有效）T时间到达芯片，这个T就是建立时间-Setuptime.如不满足setuptime,这个数据就不能被这一时钟打入触发器，只有在下一个时钟上升沿，数据才能被打入触发器。保持时间是指触发器的时钟信号上升沿到来以后，数据稳定不变的时间。如果holdtime不够，数据同样不能被打入触发器。  
建立时间(Setup Time)和保持时间（Holdtime）。建立时间是指在时钟边沿前，数据信号需要保持不变的时间。保持时间是指时钟跳变边沿后数据信号需要保持不变的时间。如果不满足建立和保持时间的话，那么DFF将不能正确地采样到数据，将会出现stability的情况。如果数据信号在时钟沿触发前后持续的时间均超过建立和保持时间，那么超过量就分别被称为建立时间裕量和保持时间裕量。

**5、setup和holdup时间,区别.（南山之桥）**

**6、解释setup time和hold time的定义和在时钟信号延迟时的变化。（未知）**

**7、解释setup和hold time violation，画图说明，并说明解决办法。（威盛VIA 2003.11.06 上海笔试试题）**

时间(Setup Time)和保持时间（Hold time）。建立时间是指在时钟边沿前，数据信号需要保持不变的时间。保持时间是指时钟跳变边沿后数据信号需要保持不变的时间。如果不满足建立和保持时间的话，那么DFF将不能正确地采样到数据，将会出现metastability的情况。如果数据信号在时钟沿触发前后持续的时间均超过建立和保持时间，那么超过量就分别被称为建立时间裕量和保持时间裕量。

**8、说说对数字逻辑中的竞争和冒险的理解，并举例说明竞争和冒险怎样消除。（仕兰微电子）**

在组合逻辑中，由于门的输入信号通路中经过了不同的延时，导致到达该门的时间不一致叫竞争。产生毛刺叫冒险。如果布尔式中有相反的信号则可能产生竞争和冒险现象。解决方法：一是添加布尔式的消去项，二是在芯片外部加电容。

**9、什么是竞争与冒险现象？怎样判断？如何消除？（汉王笔试）**

在组合逻辑中，由于门的输入信号通路中经过了不同的延时，导致到达该门的时间不一致叫竞争。产生毛刺叫冒险。如果布尔式中有相反的信号则可能产生竞争和冒险现象。解决方法：一是添加布尔式的（冗余）消去项，但是不能避免功能冒险，二是在芯片外部加电容。三是增加选通电路  
在组合逻辑中，由于多少输入信号变化先后不同、信号传输的路径不同，或是各种器件延迟时间不同（这种现象称为竞争）都有可能造成输出波形产生不应有的尖脉冲（俗称毛刺），这种现象成为冒险。

**10、你知道那些常用逻辑电平？TTL与COMS电平可以直接互连吗？（汉王笔试）**

常用逻辑电平：TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL（Emitter Coupled Logic）、PECL（Pseudo/Positive Emitter Coupled Logic）、LVDS（Low Voltage Differential Signaling）、GTL（Gunning Transceiver Logic）、BTL（Backplane Transceiver Logic）、ETL（enhanced transceiver logic）、GTLP（Gunning Transceiver Logic Plus）；RS232、RS422、RS485（12V，5V，3.3V）；TTL和CMOS不可以直接互连，由于TTL是在0.3-3.6V之间，而CMOS则是有在12V的有在5V的。CMOS输出接到TTL是可以直接互连。TTL接到CMOS需要在输出端口加一上拉电阻接到5V或者12V。  
cmos的高低电平分别为:Vih>=0.7VDD,Vil<=0.3VDD;Voh>=0.9VDD,Vol<=0.1VDD.  
ttl的为:Vih>=2.0v,Vil<=0.8v;Voh>=2.4v,Vol<=0.4v.  
用cmos可直接驱动ttl;加上拉电阻后,ttl可驱动cmos.  
1、当TTL电路驱动COMS电路时，如果TTL电路输出的高电平低于COMS电路的最低高电平（一般为3.5V），这时就需要在TTL的输出端接上拉电阻，以提高输出高电平的值。  
2、OC门电路必须加上拉电阻，以提高输出的搞电平值。  
3、为加大输出引脚的驱动能力，有的单片机管脚上也常使用上拉电阻。  
4、在COMS芯片上，为了防止静电造成损坏，不用的管脚不能悬空，一般接上拉电阻产生降低输入阻抗，提供泄荷通路。  
5、芯片的管脚加上拉电阻来提高输出电平，从而提高芯片输入信号的噪声容限增强抗干扰能力。  
6、提高总线的抗电磁干扰能力。管脚悬空就比较容易接受外界的电磁干扰。  
7、长线传输中电阻不匹配容易引起反射波干扰，加上下拉电阻是电阻匹配，有效的抑制反射波干扰。  
上拉电阻阻值的选择原则包括:  
1、从节约功耗及芯片的灌电流能力考虑应当足够大；电阻大，电流小。  
2、从确保足够的驱动电流考虑应当足够小；电阻小，电流大。  
3、对于高速电路，过大的上拉电阻可能边沿变平缓。综合考虑  
以上三点,通常在1k到10k之间选取。对下拉电阻也有类似道理  
//OC门电路必须加上拉电阻，以提高输出的搞电平值。  
OC门电路要输出“1”时才需要加上拉电阻不加根本就没有高电平  
在有时我们用OC门作驱动（例如控制一个LED）灌电流工作时就可以不加上拉电阻  
OC门可以实现“线与”运算  
OC门就是 集电极开路输出  
总之加上拉电阻能够提高驱动能力。

**11、如何解决亚稳态。（飞利浦－大唐笔试）？**

亚稳态是指触发器无法在某个规定时间段内达到一个可确认的状态。当一个触发器进入亚稳态时，既无法预测该单元的输出电平，也无法预测何时输出才能稳定在某个正确的电平上。在这个稳定期间，触发器输出一些中间级电平，或者可能处于振荡状态，并且这种无用的输出电平可以沿信号通道上的各个触发器级联式传播下去。  
解决方法：  
1降低系统时钟频率  
2用反应更快的FF  
3引入同步机制，防止亚稳态传播  
4改善时钟质量，用边沿变化快速的时钟信号  
关键是器件使用比较好的工艺和时钟周期的裕量要大。亚稳态寄存用d只是一个办法，有时候通过not，buf等都能达到信号过滤的效果

**12、IC设计中同步复位与异步复位的区别。（南山之桥）**

同步复位在时钟沿采复位信号，完成复位动作。异步复位不管时钟，只要复位信号满足条件，就完成复位动作。异步复位对复位信号要求比较高，不能有毛刺，如果其与时钟关系不确定，也可能出现亚稳态。

**13、MOORE 与 MEELEY状态机的特征。（南山之桥）**

Moore状态机的输出仅与当前状态值有关,且只在时钟边沿到来时才会有状态变化. Mealy状态机的输出不仅与当前状态值有关,而且与当前输入值有关.

**14、多时域设计中,如何处理信号跨时域。（南山之桥）**  
不同的时钟域之间信号通信时需要进行同步处理，这样可以防止新时钟域中第一级触发器的亚稳态信号对下级逻辑造成影响，其中对于单个控制信号可以用两级同步器，如电平、边沿检测和脉冲，对多位信号可以用FIFO,双口RAM，握手信号等。  
跨时域的信号要经过同步器同步，防止亚稳态传播。例如：时钟域1中的一个信号，要送到时钟域2，那么在这个信号送到时钟域2之前，要先经过时钟域2的同步器同步后，才能进入时钟域2。这个同步器就是两级d触发器，其时钟为时钟域2的时钟。这样做是怕时钟域1中的这个信号，可能不满足时钟域2中触发器的建立保持时间，而产生亚稳态，因为它们之间没有必然关系，是异步的。这样做只能防止亚稳态传播，但不能保证采进来的数据的正确性。所以通常只同步很少位数的信号。比如控制信号，或地址。当同步的是地址时，一般该地址应采用格雷码，因为格雷码每次只变一位，相当于每次只有一个同步器在起作用，这样可以降低出错概率，象异步FIFO的设计中，比较读写地址的大小时，就是用这种方法。如果两个时钟域之间传送大量的数据，可以用异步FIFO来解决问题。

我们可以在跨越Clock Domain时加上一个低电平使能的Lockup Latch以确保Timing能正确无误。

**15、IC设计中同步复位与异步复位的区别。**  
同步复位在时钟沿采复位信号，完成复位动作。异步复位不管时钟，只要复位信号满足条件，就完成复位动作。异步复位对复位信号要求比较高，不能有毛刺，如果其与时钟关系不确定，也可能出现亚稳态。

**16、给了reg的setup,hold时间，求中间组合逻辑的delay范围。**  
Delay < period - setup – hold

**17、时钟周期为T,触发器D1的寄存器到输出时间最大为T1max，最小为T1min。组合逻辑电路最大延迟为T2max,最小为T2min。问，触发器D2的建立时间T3和保持时间应满足什么条件。**  
T3setup<T-(T1max+T2max),T3hold<T1min+T2min

**18、给出某个一般时序电路的图，有Tsetup,Tdelay,Tck->q,还有clock的delay,写出决定最大时钟的因素，同时给出表达式。**  
T+Tclkdealy>Tsetup+Tco+Tdelay;  
Thold>Tclkdelay+Tco+Tdelay;

**19、说说静态、动态时序模拟的优缺点。**  
静态时序分析是采用穷尽分析方法来提取出整个电路存在的所有时序路径，计算信号在这些路径上的传播延时，检查信号的建立和保持时间是否满足时序要求，通过对最大路径延时和最小路径延时的分析，找出违背时序约束的错误。它不需要输入向量就能穷尽所有的路径，且运行速度很快、占用内存较少，不仅可以对芯片设计进行全面的时序功能检查，而且还可利用时序分析的结果来优化设计，因此静态时序分析已经越来越多地被用到数字集成电路设计的验证中。  
动态时序模拟就是通常的仿真，因为不可能产生完备的测试向量，覆盖门级网表中的每一条路径。因此在动态时序分析中，无法暴露一些路径上可能存在的时序问题；

**20、一个四级的Mux,其中第二级信号为关键信号如何改善timing。**  
关键：将第二级信号放到最后输出一级输出，同时注意修改片选信号，保证其优先级未被修改。

**21、为什么一个标准的倒相器中P管的宽长比要比N管的宽长比大？**  
和载流子有关，P管是空穴导电，N管电子导电，电子的迁移率大于空穴，同样的电场下，N管的电流大于P管，因此要增大P管的宽长比，使之对称，这样才能使得两者上升时间下降时间相等、高低电平的噪声容限一样、充电放电的时间相等

**22、latch与register的区别,为什么现在多用register.行为级描述中latch如何产生的。**  
latch是电平触发，register是边沿触发，register在同一时钟边沿触发下动作，符合同步电路的设计思想，而latch则属于异步电路设计，往往会导致时序分析困难，不适当的应用latch则会大量浪费芯片资源。

**23、BLOCKING NONBLOCKING 赋值的区别。**  
非阻塞赋值：块内的赋值语句同时赋值，一般用在时序电路描述中.

阻塞赋值：块内的赋值语句同时赋值，常见于组合逻辑电路描述中。

24、竞争冒险

组合逻辑电路即使在输入逻辑值没有发生变化的情况下也可能发生跃变，产生这些非预期的干扰脉冲“假信号”。我们称可能发生假信号脉冲的电路存在冒险。如果输入有变化而输出不应发生变化的情况下，出现了单个窄脉冲，称为电路产生了静态冒险。

只有存在静态冒险才可能导致动态冒险。

产生向下脉冲的冒险，称为冒险1；产生向上脉冲的冒险，称为冒险0。分别分为：静态冒险1，静态冒险0；动态冒险1，动态冒险0。静态1冒险只可能发生在与-或逻辑，与非-与非逻辑中；静态0冒险只发生在或-与逻辑，或非-或非逻辑中。动态冒险竞争不会发生在两层逻辑电路中。因为动态冒险竞争需要三条或者三条以上不同的信号路径。产生原因，通常是由于多成逻辑最小化的时候，不良的因子分解造成的。  
  
解决方法有：1，加入冗余逻辑；2，加入DFF，用时钟信号对数据信号进行信号同步。但是，前者所引起的问题有：1，使电路逻辑变得比较复杂；2，冗余电路使DUT变得不是完全的可测试。故而，常用后者的方法。  
  
异步系统对组合逻辑的冒险竞争十分敏感，这也就是为何设计者愿意选用同步系统的理由之一。（原有什么其他理由？）