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数字IC设计笔试题汇总（一）

皮皮宽 2024-03-22 原文

数字IC设计笔试题汇总（一）

快秋招了，这篇博客记录了一些最近看见的数字IC设计相关的笔试题，仅供参考

1. 用100MHz的时钟A去采样200MHz的时钟B（与A无关）产生的8bit信号是同步采样还是异步采样？采样时需要注意哪些问题？怎样解决？

同步采样：跟踪采样，即是采样频率始终与系统的实际运行的频率保持固定的比例关系，必须是采样频率随系统的运行的频率的变化而实时地调整；
异步采样：定时采样，即采样周期Ts或采样频率fs永远地保持固定不变。在这种采样方式下，采样频率fs不随模拟输入信号的基波频率变化而调整。

搞不清楚这公司想问什么？

200MHz下产生的信号长度为5ns，而100MHz时钟的周期为10ns（10ns采样一次），所以直接用A采样的话，可能会难以捕捉到信号；

快时钟域到慢时钟域的传输可以设计一个这样的电路，快时钟域的信号Din为1时（一个脉冲），输出Q就改变一次;
也就是说，Din第一个脉冲来临，Q由0变为1， 直到Q的第二个脉冲来临，Q变回0，而慢时钟域接收时，电平变化一次，就生成一个脉冲，从而完成快时钟域到慢时钟域的传输；（慢时钟频率低于快时钟1/2的频率时，该方法无效）

2. 用100MHz的时钟A去采样50MHz的时钟B（与A无关）产生的1bit信号是同步采样还是异步采样？采样时需要注意哪些问题？怎样解决？

50MHz下产生的信号长度为20ns，而100MHz时钟的周期为10ns（10ns采样一次），所以直接用A采样完全可以捕捉到50Mhz产生的信号；

需要注意的问题，怎样解决：打两拍来减轻亚稳态出现的概率；

3. 请画出CMOS反相器的电路图，是否可以PMOS和NMOS位置互换？原因是？


不能互换; MOS管通常在电路中起到开关的作用，其他条件不变的情况下，栅极的电压大小，决定了漏极和漏极之间电流的大小；对于NMOS（下方MOS管），当栅极（A）的电压大于一定的值就会导通，而对于PMOS（上方MOS管），栅极（A）的电压小于一定的值就会导通。当A为高电平时，NMOS管导通，PMOS管截止，Y为低电平；当A为高电平时，NMOS截止，PMOS导通，Y为高电平；从而实现反相器的功能。若NMOS和PMOS互换，则A为高电平时，Y也为高电平，A为低电平时，Y也为低电平，无法起到反相器的作用。

4. 是否了解（激光雷达的）测距基本原理，可举例简速；

根据发送和接收信号的时间差来计算距离。发送端A在 t 1 t_{1} t1​时刻发射出一道光或者声波信号，遇到B后被反射回来，A接收到反射信号的时间为 t 2 t_{2} t2​，假设发射出的信号速度为 c c c，则A与B之间的距离为 s = c ∗ ( t 2 − t 1 ) s =c*(t_{2}-t_{1}) s=c∗(t2​−t1​)

5. 芯片领域常用的名词解释：DSP? DMA? SIMD? Noc? 传统经典RISC架构的CPU有哪5级流水？

  • DSP: 数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP），简单来说就是处理数字信号的芯片；
  • DMA：DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问) 允许外部设备和存储器之间直接读写数据，不需要通过CPU干预。
  • SIMD: 全称Single Instruction Multiple Data，单指令多数据流，能够复制多个操作数，并把它们打包在大型寄存器的一组指令集。简单来就是一个指令能处理多个操作数，比如 a = [ 1 , 2 , 3 , 4 ] , b = [ 5 , 6 , 7 , 8 ] a=[1,2,3,4],b=[5,6,7,8] a=[1,2,3,4],b=[5,6,7,8],执行SIMD的指令可直接完成 c = a + b c=a+b c=a+b;
  • Noc: 片上网络（NoC:Network-on-Chip)是一种针对多核SoC设计的新型片上通信架构, 是在单个芯片上实现的基于网络通信的电子系统，其形态是集成电路芯片。
  • 传统经典RISC架构CPU的5级流水： 取指，译码，执行，访存，回写；

6. CPU中，MMU基本作用？WatchDog基本作用？从计算机体系结构方面说一两个影响中断嵌套深度的因素？CPU复位需要注意哪两种时序问题？

  • MMU基本作用：MMU是Mermory Management Unit（内存管理单元），当CPU访问某个内存地址时，MMU负责将CPU想访问内存的虚拟地址（或逻辑地址）转换为物理地址；
  • WatchDog的作用：看门狗，简单来说就是，设计一个定时器，该定时器内部的计数器随时间递增，当增加到某个值时，系统强制复位，而当程序正常运行时，每隔一段时间就会将该定时器清零，这样系统就不会被复位，而当程序出现故障，无法正常运行时，自然难以及时清理计数器，这是WatchDog(看门狗)就会将系统强制复位，从而解决程序跑飞的问题。
  • 中断嵌套深度的因素：中断或更高级的中断来临时，系统将当前执行的程序的位置保存到堆栈中，当更高级的中断的程序执行完毕后，再陆续从堆栈中取出程序地址，继续执行之前未完成的指令，因此，堆栈的容量影响中断嵌套的深度。

7. 请写出常用的低功耗设计思路

  • a. Power gating 电源门控技术： 就是关闭暂时不用的模块，比较简单粗暴；
  • b. 多电压供电技术：简单来说，就是对不同的模块，根据其特性分配不同的电压，从而达到降低整体功耗的效果；
  • c. clock gating 门控时钟技术：只保留当前运行的模块的时钟信号，对于其他模块的时钟信号始终为0，从而减少系统的触发器的无效翻转，从而降低整体功耗；
  • d. 寄存器传输级降低功耗技术：（1）资源共享。如果实现计算较多的逻辑，一定要共享计算结果，防止在不同位置重复计算；（2）去除多余的转换。

8. 请简要解释什么是MOS管的动态功耗，静态功耗；

动态功耗：动态功耗指芯片在工作中，晶体管处于跳变状态所产生的功耗 。
静态功耗：静态功耗是指漏电流功耗，是电路状态稳定时的功耗。
简单来说，就是系统内各个电平信号变换翻转产生的功耗就是动态功耗，系统内各个位置电平不变时，产生的功耗为静态功耗；

9. 请简述sram相关问题，a. Single-port sram（单端口）和dual-port sram（真-双端口）的差别；b.Two-port sram（伪双端口sram）和dual-port sram的差别（指可以支持同时读写的双端口sram）

RAM类型官方解释数据读写接口数量地址接口数量
单端口允许通过一个端口对存储进行读写访问11
伪双端口提供了两个端口A和B， 通过端口A进行写访问，通过端口B进行读访问12
双端口提供两个端口A和B, 这两个端口都可以对存储进行读写操作22

10. 请简述以下两种RTL语句的区别，然后比较他们之间的优劣。

（a）assign OUT1 = (SEL === 0) ? IN1 : IN2;
（b）always(*)
             if(SEL === 0)
                 OUT1 = IN1;
             else
                 OUT1 = IN2;

(b)中，OUT1为reg类型，always(*)表示对所以输入信号电平敏感，如果SEL未发生变化，那么初始OUT1为不稳定态，而(a)中的OUT1为wire类型，OUT1初始会通过判断SEL赋值；

PS: 实际综合出的电路，这两种写法并无区别，虽然b中需要将OUT1定义为reg类型，但综合后仍为wire

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