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干貨總結:PCBA電子工程師硬件設計基礎60條

2023-05-03 10:20:53 徐繼 148

硬件是一個(gè)非常復雜的系統,在設計過(guò)程中都會(huì )遇到或多或少的問(wèn)題,本文中總結了非?;A的60個(gè)問(wèn)題,供大家參考。

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1、濾波磁珠和濾波電感的區別。

磁珠由導線(xiàn)穿過(guò)鐵氧體組成,直流電阻很小,在低頻時(shí)阻抗也很小,對直流信號幾乎沒(méi)有影響。

在高頻(幾十兆赫茲以上)時(shí)磁珠阻抗比較大,高頻電磁場(chǎng)在鐵氧體材料上產(chǎn)生渦流,使高頻干擾信號轉化為熱量消耗掉。

磁珠常用于高頻電路模塊的電源濾波和高頻信號回路濾波,抑制EMI干擾。

電感由線(xiàn)圈和磁芯組成,直流電阻較小,電感量較大。電感多用于中低頻電路的濾波,側重于抑制傳導性干擾,其應用頻率在幾十兆赫茲以下。

 

2、電阻、電容、電感封裝的含義:0402、0603、0805。

表示的是封裝尺寸參數:0402:40*20mil;0603:60*30m;0805:80*50mil。

 

3、以下字母所代表的電容的精度:J、K、M、Z。

J——±5%;

K——±10%;

M——±20%;

Z——+80%~-20%

 

4、電阻、電容、電感的封裝大小分別與什么參數有關(guān)?

電阻封裝大小與電阻值、額定功率有關(guān);

電容封裝大小與電容值、額定電壓有關(guān);

電感封裝大小與電感量、額定電流有關(guān)。

 

5、電阻選型需要注意哪些參數?

電阻值、精度、功率(在實(shí)際電路上換算出承受最大電流、最大電壓)、封裝。

 

6、電容選型需要注意哪些參數?

電容值、精度、耐壓、封裝。

 

7、電感選型需要注意哪些參數?

電感量(包括測量頻率)、精度、最大承受電流、封裝。

 

8、磁珠選型需要注意哪些參數?

阻抗值(包括測量頻率)、精度、最大承受電流、直流電阻(換算出最大直流壓降)、封裝。

 

9、整流二極管選型需要注意哪些參數?

最大整流電流、最大反向工作電壓、正向導通壓降、封裝。

 

10、開(kāi)關(guān)MOS管選型需要注意哪些參數?

最小開(kāi)啟電壓Vgs(th)、最大柵源電壓Vgs(max)、最大漏源電壓Vds、最大漏源電流Id、導通電阻Rds(on)、耗散功率、封裝。

 

11、直流電源的輸出濾波電容,應如何根據實(shí)際工作電壓選擇電容的額定電壓參數?

電容的額定電壓應該稍大于直流輸出電壓,根據電容額定電壓標稱(chēng)值,選1.2~2倍直流輸出電壓即可。

 

12、理想電容兩端的電壓和電流的相位關(guān)系是:同相、反相、電壓超前電流90°、電流超前電壓90°?

電流超前電壓90°。

 

13、常用的二極管品牌?

DIODES、FAIRCHILD、FH風(fēng)華、FormosaMS、IR、MCC、MOTOROLA、ONSemi、PHILIPS、RECTRON、ROHM、TOREX、TSC、VISHAY、WTE、XUYANG

 

14、請列舉一下零電阻的作用。

1)線(xiàn)路上的跨接跳線(xiàn);

2)可選的配置電路;

3)調試預留位置;

4)保險絲;

5)不同地的單點(diǎn)連接。

 

15、請簡(jiǎn)述壓敏電阻工作原理。

當壓敏電阻上的電壓超過(guò)一定幅度時(shí),電阻的阻值降低,從而將浪涌能量泄放掉,并將浪涌電壓限制在一定的幅度。

 

16、請簡(jiǎn)述PTC熱敏電阻作為電源電路保險絲的工作原理。

當電源輸入電壓增大或負載過(guò)大導致電流異常增大的時(shí)候,PTC熱敏電阻因為溫度增大而使其等效電阻迅速增大,從而使輸出電壓下降,減小輸出電流。

當故障去除,PTC熱敏電阻恢復到常溫,其電阻又變的很小,電源電路恢復到正常工作狀態(tài)。

 

17、常見(jiàn)貼片電容的材質(zhì)有:X7R、X5R、Y5V、NPO(COG)、Z5U。請問(wèn)電容值和介質(zhì)損耗最穩定的電容是哪一種?

電容值和介質(zhì)損耗最穩定的是NPO(COG)材質(zhì)電容。

 

18、某磁珠的參數為100R@100MHz,請解釋參數的含義。

在100MHz頻率下的阻抗值是100歐姆。

 

19、請列舉一下上拉電阻的作用。

1)上電復位時(shí),端口電平配置;

2)OC和OD門(mén)上拉確定高電平;

3)提高輸出端口的高電平;

4)加大輸出引腳的驅動(dòng)能力;

5)降低輸入阻抗,防止靜電損傷;

6)提高總線(xiàn)的抗電磁干擾能力;

7)匹配電阻,抑制反射波干擾。

 

20、請問(wèn)共模電感的作用是什么?

抑制共模干擾。

 

21、半導體或芯片的 0.25um、 0.18um、 90nm、 7nm工藝指的是什么?

這些數字表示制作半導體或芯片的技術(shù)節點(diǎn),也稱(chēng)作工藝節點(diǎn)。實(shí)際物理意義有“半節距”、“物理柵長(cháng)”、“制程線(xiàn)寬”等。

半導體業(yè)界通常使用“半節距”、“物理柵長(cháng)( MOS管柵極的長(cháng)度)”和“結深”等參數來(lái)描述芯片的集成度,這些參數越小,芯片的集成度越高。

舉個(gè)例子,某種芯片采用 90nm工藝,其中半節距為 90nm,而晶體管的物理柵長(cháng)為 37nm。半節距,是指芯片內部互聯(lián)線(xiàn)間距離的一半, 也即光刻間距的一半。

由于歷年來(lái)每一個(gè)新的技術(shù)節點(diǎn)總是用于制造 DRAM芯片, 因此最新的技術(shù)節點(diǎn)往往是指 DRAM的半節距。

另外,還有兩種與“半節距”意義相近的表達方式,就是“線(xiàn)寬”、“線(xiàn)距”和“特征尺寸”,如果線(xiàn)寬等于線(xiàn)距,則半節距就等于線(xiàn)寬、線(xiàn)距,它們不過(guò)是對同一個(gè)數據的不同表達。

 

22、綠色發(fā)光二極管的導通壓降大概是多少伏?

2V 左右。

 

23、變容二極管和穩壓二極管正常工作狀態(tài)下,應該加什么樣的電壓:正向、反向、前者正向后者反向、前者反向后者正向?

均應加反向電壓。

 

24、如果一個(gè) LED指示燈沒(méi)有定義顏色,紅、綠、黃、橙、藍、白色你會(huì )選擇哪一種,為什么?

按照使用習慣,電源指示燈用紅色,信號指示燈用綠色,這兩種顏色的LED燈技術(shù)最成熟,價(jià)格最便宜。

 

25、請簡(jiǎn)述 TVS瞬態(tài)電壓抑制二極管的工作原理。

當 TVS上的電壓超過(guò)一定幅度時(shí),器件迅速導通,從而將浪涌能量泄放掉,并將浪涌電壓限制在一定的幅度。

 

26、現今最流行的兩類(lèi)可編程邏輯器件是什么,他們有什么區別?

FPGA(現場(chǎng)可編程門(mén)陣列)和 CPLD(復雜可編程邏輯器件)是現今最流行的兩類(lèi)可編程邏輯器件。FPGA是基于查找表結構的, CPLD是基于乘積項結構的。

 

27、請列舉您知道的二極管類(lèi)型?

開(kāi)關(guān)二極管(小信號二極管)、肖特基二極管、整流二極管、穩壓二極管(齊納二極管)、瞬態(tài)電壓抑制二極管( TVS)、變容二極管、發(fā)光二極管( LED)。

 

28、請簡(jiǎn)要說(shuō)明基爾霍夫電流定律( KCL)和基爾霍夫電壓定律( KVL)。

基爾霍夫電流定律( KCL)是指集總電路中任何時(shí)刻流進(jìn)任一電路節點(diǎn)的電流等于流出該節點(diǎn)的電流?;鶢柣舴螂妷憾桑?KVL)是指集總電路中任何時(shí)刻任一閉合電路支路的電壓之和都為零。

 

29、模擬集成電路的輸入一般采用何種電路:共發(fā)射極電路、共基極電路、差分電路、共集電極電路?

為了抑制溫飄和提高精度,一般采用差分輸入電路。

 

30、什么是反饋?反饋的作用是什么?

反饋是將放大器輸出信號 ( 電壓或電流 ) 的一部分或全部, 回收到放大器輸入端與輸入信號進(jìn)行比較 ( 相加或相減 ) , 并用比較所得的有效輸入信號去控制輸出, 負反饋可以用來(lái)穩定輸出信號或者增益, 也可以擴展通頻帶, 特別適合于自動(dòng)控制系統。正反饋可以形成振蕩, 適合振蕩電路和波形發(fā)生電路。

 

31、三極管的 β 參數反映的是什么能力:電流控制電流、電流控制電壓、電壓控制電流、電壓控制電壓?

β 值反映的是基極電流對集電極和發(fā)射極電流的控制能力, 所以屬于電流控制電流的能力。

 

32、為什么 OD(開(kāi)漏)門(mén)和 OC(開(kāi)集)門(mén)輸出必須加上拉電阻?

因為 MOS管和三極管關(guān)閉時(shí),漏極D和集電極 C是高阻態(tài),輸出無(wú)確定電平,實(shí)際應用必須通過(guò)電阻上拉至確定電平。

 

33、電路產(chǎn)生自激振蕩的幅值條件和相位條件是什么?

幅值條件是:|AF| ≥1

相位條件是:φ A+φ F=2nπ ( n=0,1,2,... )

 

34、請列舉三種典型的ESD模型。

人體模型( HBM)、機器模型(MM)、帶電器件模型(CDM)。

 

35、請簡(jiǎn)述一下 DC-DC和 LDO的區別。

DC-DC 通過(guò)開(kāi)關(guān)斬波、電感的磁電能量轉換、電容濾波實(shí)現基本平滑的電壓輸出。

關(guān)電源輸出電流大,帶負載能力強,轉換效率高,但因為有開(kāi)關(guān)動(dòng)作,會(huì )有高頻輻射。

LDO是通過(guò)調整三極管或MOS管的輸入輸出電壓差來(lái)實(shí)現固定的電壓輸出,基本元件是調整管和電壓參考元件,電壓轉換的過(guò)程是連續平滑的,電路上沒(méi)有開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

LDO電路的特點(diǎn)是輸出電壓紋波很小,帶負載能力較弱,轉換效率較低。

 

36、請問(wèn)電荷泵升壓電路一般應用在什么場(chǎng)合?電荷泵可以勝任大電流的應用嗎, 為什么?

電荷泵通過(guò)開(kāi)關(guān)對電容充放電實(shí)現升壓,因為電路沒(méi)有電感元件儲能,驅動(dòng)能力較弱,只可以用于小電流場(chǎng)合。

 

37、常規 EMC測試項目有哪些?

1) 傳導發(fā)射干擾測試

2) 輻射發(fā)射干擾測試

3) 傳導干擾抗擾度測試

4) 輻射干擾抗擾度測試

5) ESD 抗擾度測試

6) 電快速瞬變脈沖群抗擾度測試

7) 浪涌抗擾度測試

8) 工頻磁場(chǎng)抗擾度測試

9) 諧波與閃爍測試

10) 電壓跌落、短時(shí)中斷和電壓變化抗擾度測試

 

38、請列舉您知道的各國電子產(chǎn)品電氣安全認證標準?

美國:FCC、歐洲:CE、德國:TUV-GS、中國:CCC、臺灣:BSMI、日本:VCCI、澳洲:C-Tick。

 

39、請問(wèn)RoHS指令限制在電子電氣設備中使用哪六種有害物質(zhì)?

限制使用鉛、汞、鎘、六價(jià)鉻、多溴聯(lián)苯( PBB)和多溴二苯醚(PBDE)等六種有害物質(zhì)。

 

40、請解釋 WatchDog(看門(mén)狗)的工作原理。

看門(mén)狗有兩個(gè)重要信號:時(shí)鐘輸入和復位輸出。電路工作時(shí), CPU送出時(shí)鐘信號給看門(mén)狗,即喂狗。

如果系統出現故障, CPU無(wú)法送出連續的時(shí)鐘信號,看門(mén)狗即輸出復位信號給 CPU,復位系統。

 

41、晶體管基本放大電路有共射、共集、共基三種接法,請簡(jiǎn)述這三種基本放大電路的特點(diǎn)。

共射:共射放大電路具有放大電流和電壓的作用,輸入電阻大小居中,輸出電阻較大,頻帶較窄,適用于一般放大。

共集:共集放大電路只有電流放大作用,輸入電阻高,輸出電阻低,具有電壓跟隨的特點(diǎn),常做多級放大電路的輸入級和輸出級。

共基:共基電路只有電壓放大作用,輸入電阻小,輸出電阻和電壓放大倍數與共射電路相當,高頻特性好,適用于寬頻帶放大電路。

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42、多級放大電路的級間耦合方式有哪幾種?哪種耦合方式的電路零點(diǎn)偏移最嚴重?哪種耦合方式可以實(shí)現阻抗變換?

有三種耦合方式:直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合。直接耦合的電路零點(diǎn)漂移最嚴重,變壓器耦合的電路可以實(shí)現阻抗變換。

 

43、名詞解釋?zhuān)厚詈?、去耦、旁路、濾波。

耦合:兩個(gè)本來(lái)分開(kāi)的電路之間或一個(gè)電路的兩個(gè)本來(lái)相互分開(kāi)的部分之間的交鏈??墒鼓芰繌囊粋€(gè)電路傳送到另一個(gè)電路,或由電路的一個(gè)部分傳送到另一部分。

去耦:阻止從一電路交換或反饋能量到另一電路,防止發(fā)生不可預測的反饋,影響下一級放大器或其它電路正常工作。

旁路:將混有高頻信號和低頻信號的信號中的高頻成分通過(guò)電子元器件(通常是電容)過(guò)濾掉,只允許低頻信號輸入到下一級,而不需要高頻信號進(jìn)入。

濾波:濾波是將信號中特定波段頻率濾除的操作,是抑制和防止干擾的一項重要措施。

 

44、什么是競爭與冒險?

邏輯電路中,由于門(mén)的輸入信號經(jīng)過(guò)不同的延時(shí),到達門(mén)的時(shí)間不一致,這種情況叫競爭。由于競爭而導致輸出產(chǎn)生毛刺(瞬間錯誤),這一現象叫冒險。

 

45、無(wú)源濾波器和有源濾波器有什么區別?

無(wú)源濾波器由無(wú)源器件R、L、C組成,將其設計為某頻率下極低阻抗,對相應頻率諧波電流進(jìn)行分流,其行為模式為提供被動(dòng)式諧波電流旁路通道。

無(wú)源濾波器可分為兩大類(lèi):調諧濾波器和高通濾波器。無(wú)源濾波器結構簡(jiǎn)單、成本低廉、運行可靠性高,是應用廣泛的被動(dòng)式諧波治理方案。有源濾波器由有源器件(如集成運放)和R、C組成,不用電感L、體積小、重量輕。

有源濾波器實(shí)際上是一種具有特定頻率響應的放大器。集成運放的開(kāi)環(huán)電壓增益和輸入阻抗很高,輸出電阻很小,構成有源濾波電路后有一定的電壓放大和緩沖作用。集成運放帶寬有限,所以有源濾波器的工作頻率做不高。

 

46、請問(wèn)鎖相環(huán)由哪幾部分組成?

由鑒相器、環(huán)路濾波器和壓控振蕩器三部分組成,有的鎖相環(huán)還多一個(gè)1/N分頻器。

 

47、請問(wèn)RS-232C標準的邏輯0和邏輯1電壓范圍是多少?CAN和RS485收發(fā)器工作電平是幾伏?

RS-232C電氣標準是負邏輯,邏輯0的電壓范圍是+5V~+15V,邏輯1的電壓范圍是-5V~-15V。

CAN收發(fā)器工作電平是5V,RS485收發(fā)器工作電平是3.3V。

 

48、名詞解釋?zhuān)篣ART、USRT、USART。

UART:UniversalAsychronous Receiver/Transmitter,通用異步接收器/發(fā)送器,能夠完成異步通信。

USRT:UniversalSychronous Receiver/Transmitter,通用同步接收器/發(fā)送器,能夠完成同步通信。

USART:UniversalSychronous Asychronous Receiver/Transmitter,通用同步異步接收器/發(fā)送器,能完成異步和同步通信。

 

49、請問(wèn)串口異步通信的字符幀格式由哪幾部分組成?

由起始位、數據位、奇偶校驗位和停止位四部分組成。

 

50、請簡(jiǎn)述USBHOST、USB Slave和USB OTG的區別。

USB HOST是主機,實(shí)現控制功能,也可以存取數據,如電腦PC。USB HOST主機只可以和USBSlave設備連接。

USB Slave是從設備,屬于被控制設備,可輸入輸出數據,如U盤(pán)、移動(dòng)硬盤(pán)、MP3、MP4、鼠標、鍵盤(pán)、游戲手柄、網(wǎng)卡、打印機、讀卡器等USB設備。

USB OTG全稱(chēng)是USBOn-The-Go,屬于直接控制和傳輸設備,既可以做USB HOST也可以做USB Slave,通過(guò)ID信號來(lái)控制主、從切換。

 

51、請列舉您知道的邏輯電平。

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

高速:LVDS、GTL、PGTL、CML、HSTL、SSTL

 

52、請列舉您知道的差分平衡電平接口。

RS422、RS485、RJ45、CAN、USB、LVDS。

 

53、電磁干擾的三要素是什么?

電磁干擾源、干擾傳播路徑和干擾敏感設備。

 

54、請解釋一下什么是串擾和振鈴。

串擾:串擾是指一個(gè)信號被其它信號干擾,作用原理是電磁場(chǎng)耦合。信號線(xiàn)之間的互感和互容會(huì )引起線(xiàn)上的噪聲。容性耦合引發(fā)耦合電流,而感性耦合引發(fā)耦合電壓。

振鈴:是因為信號線(xiàn)本身阻抗不匹配導致信號發(fā)生反射和疊加,從而使信號出現了振蕩波形。

 

55、您所遇到的需要控制單端阻抗為50歐姆、75歐姆的信號有哪些?您所遇到的需要控制差分阻抗為90歐姆、100歐姆、120歐姆的信號有哪些?

一般的高頻信號線(xiàn)均為50歐姆~60歐姆。75歐姆主要是視頻信號線(xiàn)。USB信號線(xiàn)差分阻抗為90歐姆,以太網(wǎng)差分信號線(xiàn)差分阻抗為100歐姆。RS422、RS485、CAN差分信號的差分阻抗為120歐姆。

 

56、差分線(xiàn)走線(xiàn)有兩個(gè)原則:等長(cháng)和等距。但在實(shí)際布線(xiàn)中可能無(wú)法兩者都完全滿(mǎn)足,那么請問(wèn)是等長(cháng)優(yōu)先還是等距優(yōu)先?

應該等長(cháng)優(yōu)先,差分信號是以信號的上升沿和下降沿的交點(diǎn)作為信號變化點(diǎn)的,走線(xiàn)不等長(cháng)的話(huà)會(huì )使這個(gè)交點(diǎn)偏移,對信號的時(shí)序影響較大,另外還給差分信號中引入了共模的成分,降低信號的質(zhì)量,增加了EMI。

小范圍的不等距對差分信號影響并不是很大,間距不一致雖然會(huì )導致差分阻抗發(fā)生變化,但因為差分對之間的耦合本身就不顯著(zhù),所以阻抗變化范圍也是很小的,通常在10%以?xún)?,只相當于一個(gè)過(guò)孔造成的反射,這對信號傳輸不會(huì )造成明顯的影響。

 

57、為什么高頻信號線(xiàn)的參考地平面要連續(即高頻信號線(xiàn)不能跨島)?

參考地平面給高頻信號線(xiàn)提供信號返回路徑,返回路勁最好緊貼信號線(xiàn),最小化電流環(huán)路的面積,這樣有利于降低輻射、提高信號完整性。

如果參考地平面不連續,則信號會(huì )自己尋找最小路徑,這個(gè)返回路徑可能和其他信號回路疊加,導致互相干擾。而且高頻信號跨島會(huì )使信號的特征阻抗產(chǎn)生特變,導致信號的反射和疊加,產(chǎn)生振鈴現象。

 

58、請問(wèn)什么是半固化片?

半固化片是PCB中的介質(zhì)材料和粘合材料,由玻璃纖維和環(huán)氧樹(shù)脂組成,介電常數大概是4.0~4.5。在常溫下半固化片是固態(tài),高溫加熱時(shí)半固化片膠狀化將上下兩側銅箔粘合起來(lái),半固化片成為中間的介質(zhì)。

 

59、請問(wèn)什么是通孔、盲孔和埋孔?孔徑多大可以做機械孔,孔徑多小必須做激光孔?請問(wèn)激光微型孔可以直接打在元件焊盤(pán)上嗎,為什么?

通孔是貫穿整個(gè)PCB的過(guò)孔,盲孔是從PCB表層連接到內層的過(guò)孔,埋孔是埋在PCB內層的過(guò)孔。

大多數PCB廠(chǎng)家的加工能力是這樣的:大于等于8mil的過(guò)孔可以做機械孔,小于等于6mil的過(guò)孔需要做激光孔。對小于等于6mil的微型孔,在鉆孔空間不夠時(shí),允許一部分過(guò)孔打在PCB焊盤(pán)上。

 

60、請問(wèn)過(guò)孔有哪兩個(gè)寄生參數?這兩個(gè)寄生參數對電路有什么影響?

過(guò)孔有兩寄生參數:寄生電容和寄生電感。

寄生電容會(huì )延長(cháng)信號的上升時(shí)間,降低電路的速度。寄生電感會(huì )削弱旁路電容的貢獻,減弱整個(gè)電源系統的濾波效果。


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