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ic设计工程师面试常见问题_20个面试常见问题盘点

gecimao 发表于 2019-08-01 21:23 | 查看: | 回复:

  IC设计工程师是一个从事IC开发,集成电路开发设计的职业。随着中国IC设计产业渐入佳境,越来越多的工程师加入到这个新兴产业中。成为IC设计工程师所需门槛较高,往往需要有良好的数字电路系统及嵌入系统设计经验,了解ARM体系结构,良好的数字信号处理、音视频处理,图像处理及有一定的VLSI基础。

  本文主要介绍的是IC设计工程师在面试中常遇到的问题盘点,具体的有20个跟随小编来一起看看吧。

  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。

  同步时序逻辑电路的特点:各触发器的时钟端全部连接在一起,并接在系统时钟端,只有当时钟脉冲到来时,电路的状态才能改变。改变后的状态将一直保持到下一个时钟脉冲的到来,此时无论外部输入 x 有无变化,状态表中的每个状态都是稳定的。

  异步时序逻辑电路的特点:电路中除可以使用带时钟的触发器外,还可以使用不带时钟的触发器和延迟元件作为存储元件,电路中没有统一的时钟,电路状态的改变由外部输入的变化直接引起。

  同步电路:存储电路中所有触发器的时钟输入端都接同一个时钟脉冲源,因而所有触发器的状态的变化都与所加的时钟脉冲信号同步。

  异步电路:电路没有统一的时钟,有些触发器的时钟输入端与时钟脉冲源相连,只有这些触发器的状态变化与时钟脉冲同步,而其他的触发器的状态变化不与时钟脉冲同步。

  因为触发器内部数据的形成是需要一定的时间的,如果不满足建立和保持时间,触发器将进入亚稳态,进入亚稳态后触发器的输出将不稳定,在0和1之间变化,这时需要经过一个恢复时间,其输出才能稳定,但稳定后的值并不一定是你的输入值。这就是为什么要用两级触发器来同步异步输入信号。这样做可以防止由于异步输入信号对于本级时钟可能不满足建立保持时间而使本级触发器产生的亚稳态传播到后面逻辑中,导致亚稳态的传播。

  (比较容易理解的方式)换个方式理解:需要建立时间是因为触发器的D端像一个锁存器在接受数据,为了稳定的设置前级门的状态需要一段稳定时间;需要保持时间是因为在时钟沿到来之后,触发器要通过反馈来锁存状态,从后级门传到前级门需要时间。

  这也是一个异步电路同步化的问题。亚稳态是指触发器无法在某个规定的时间段内到达一个可以确认的状态。使用两级触发器来使异步电路同步化的电路其实叫做“一位同步器”,他只能用来对一位异步信号进行同步。两级触发器可防止亚稳态传播的原理:假设第一级触发器的输入不满足其建立保持时间,它在第一个脉冲沿到来后输出的数据就为亚稳态,那么在下一个脉冲沿到来之前,其输出的亚稳态数据在一段恢复时间后必须稳定下来,而且稳定的数据必须满足第二级触发器的建立时间,如果都满足了,在下一个脉冲沿到来时,第二级触发器将不会出现亚稳态,因为其输入端的数据满足其建立保持时间。同步器有效的条件:第一级触发器进入亚稳态后的恢复时间第二级触发器的建立时间时钟周期。

  更确切地说,输入脉冲宽度必须大于同步时钟周期与第一级触发器所需的保持时间之和。最保险的脉冲宽度是两倍同步时钟周期。所以,这样的同步电路对于从较慢的时钟域来的异步信号进入较快的时钟域比较有效,对于进入一个较慢的时钟域,则没有作用。

  同步电路的速度是指同步系统时钟的速度,同步时钟愈快,电路处理数据的时间间隔越短,电路在单位时间内处理的数据量就愈大。假设Tco是触发器的输入数据被时钟打入到触发器到数据到达触发器输出端的延时时间(Tco=Tsetpup+Thold);Tdelay是组合逻辑的延时;Tsetup是D触发器的建立时间。假设数据已被时钟打入D触发器,那么数据到达第一个触发器的Q输出端需要的延时时间是Tco,经过组合逻辑的延时时间为Tdelay,然后到达第二个触发器的D端,要希望时钟能在第二个触发器再次被稳定地打入触发器,则时钟的延迟必须大于Tco+Tdelay+Tsetup,也就是说最小的时钟周期Tmin =Tco+Tdelay+Tsetup,即最快的时钟频率Fmax =1/Tmin。FPGA开发软件也是通过这种方法来计算系统最高运行速度Fmax。因为Tco和Tsetup是由具体的器件工艺决定的,故设计电路时只能改变组合逻辑的延迟时间Tdelay,所以说缩短触发器间组合逻辑的延时时间是提高同步电路速度的关键所在。由于一般同步电路都大于一级锁存,而要使电路稳定工作,时钟周期必须满足最大延时要求。故只有缩短最长延时路径,才能提高电路的工作频率。可以将较大的组合逻辑分解为较小的N块,通过适当的方法平均分配组合逻辑,然后在中间插入触发器,并和原触发器使用相同的时钟,就可以避免在两个触发器之间出现过大的延时,消除速度瓶颈,这样可以提高电路的工作频率。这就是所谓“流水线”技术的基本设计思想,即原设计速度受限部分用一个时钟周期实现,采用流水线技术插入触发器后,可用N个时钟周期实现,因此系统的工作速度可以加快,吞吐量加大。注意,流水线设计会在原数据通路上加入延时,另外硬件面积也会稍有增加。

  时序约束主要包括周期约束,偏移约束,静态时序路径约束三种。通过附加时序约束可以综合布线工具调整映射和布局布线,使设计达到时序要求。

  附加时序约束的一般策略是先附加全局约束,然后对快速和慢速例外路径附加专门约束。附加全局约束时,首先定义设计的所有时钟,对各时钟域内的同步元件进行分组,对分组附加周期约束,然后对FPGA/CPLD输入输出PAD附加偏移约束、对全组合逻辑的PAD TO PAD路径附加约束。附加专门约束时,首先约束分组之间的路径,然后约束快、慢速例外路径和多周期路径,以及其他特殊路径。

  对以一位的异步信号可以使用“一位同步器进行同步”(使用两级触发器),而对于多位的异步信号,可以采用如下方法:1:可以采用保持寄存器加握手信号的方法(多数据,控制,地址);2:特殊的具体应用电路结构,根据应用的不同而不同;3:异步FIFO。(最常用的缓存单元是DPRAM)

  设计前端也称逻辑设计,后端设计也称物理设计,两者并没有严格的界限,一般涉及到与工艺有关的设计就是后端设计。

  2:详细设计:芯片设计公司(Fabless)根据客户提出的规格要求,拿出设计解决方案和具体实现架构,划分模块功能。目前架构的验证一般基于systemC语言,对价后模型的仿真可以使用systemC的仿真工具。例如:CoCentric和Visual Elite等。

  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,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。oc门就是集电极开路门。od门是漏极开路门。

  在组合电路中,某一输入变量经过不同途径传输后,到达电路中某一汇合点的时间有先有后,这种现象称竞争;由于竞争而使电路输出发生瞬时错误的现象叫做冒险。(也就是由于竞争产生的毛刺叫做冒险)。

  判断方法:代数法(如果布尔式中有相反的信号则可能产生竞争和冒险现象);卡诺图:有两个相切的卡诺圈并且相切处没有被其他卡诺圈包围,就有可能出现竞争冒险;实验法:示波器观测;

  解决方法:1:加滤波电容,消除毛刺的影响;2:加选通信号,避开毛刺;3:增加冗余项消除逻辑冒险。

  如果逻辑函数在一定条件下可以化简成Y=A+A或Y=AA则可以判断存在竞争冒险现象(只是一个变量变化的情况)。

  同步复位在时钟沿变化时,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。

  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。

  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。

  信号跨时钟域同步:当单个信号跨时钟域时,可以采用两级触发器来同步;数据或地址总线跨时钟域时可以采用异步FIFO来实现时钟同步;第三种方法就是采用握手信号。

  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;

  所谓组合逻辑电路的分析,就是找出给定逻辑电路输出和输入之间的关系,并指出电路的逻辑功能。

  1:根据给定的逻辑电路,从输入端开始,逐级推导出输出端的逻辑函数表达式。

  反馈,就是在电路系统中,把输出回路中的电量(电压或电流)输入到输入回路中去。

  反馈的类型有:电压串联负反馈、电流串联负反馈、电压并联负反馈、电流并联负反馈。

  负反馈的优点:降低放大器的增益灵敏度,改变输入电阻和输出电阻,改善放大器的线性和非线性失真,有效地扩展放大器的通频带,自动调节作用。

  集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高,输出电阻小,构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但集成运放带宽有限,所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。

  图2是3分频电路,用JK-FF实现3分频很方便,不需要附加任何逻辑电路就能实现同步计数分频。但用D-FF实现3分频时,必须附加译码反馈电路,如图2所示的译码复位电路,强制计数状态返回到初始全零状态,就是用NOR门电路把Q2,Q1=“11B”的状态译码产生“H”电平复位脉冲,强迫FF1和FF2同时瞬间(在下一时钟输入Fi的脉冲到来之前)复零,于是Q2,Q1=“11B”状态仅瞬间作为“毛刺”存在而不影响分频的周期,这种“毛刺”仅在Q1中存在,实用中可能会造成错误,应当附加时钟同步电路或阻容低通滤波电路来滤除,或者仅使用Q2作为输出。D-FF的3分频,还可以用AND门对Q2,Q1译码来实现返回复零。

  OTP与掩膜 OTP是一次性写入的单片机。过去认为一个单片机产品的成熟是以投产掩膜型单片机为标志的。由于掩膜需要一定的生产周期,而OTP型单片机价格不断下降,使得近年来直接使用OTP完成最终产品制造更为流行。它较之掩膜具有生产周期短、风险小的特点。近年来,OTP型单片机需量大幅度上扬,为适应这种需求许多单片机都采用了在系统编程技术(In System Programming)。未编程的OTP芯片可采用裸片Bonding技术或表面贴技术,先焊在印刷板上,然后通过单片机上引出的编程线、串行数据、时钟线等对单片机编程。解决了批量写OTP 芯片时容易出现的芯片与写入器接触不好的问题。使OTP的裸片得以广泛使用,降低了产品的成本。编程线与I/O线共用,不增加单片机的额外引脚。而一些生产厂商推出的单片机不再有掩膜型,全部为有ISP功能的OTP。

  1、数据准备。对于Cadance的 SE而言后端设计所需的数据主要有是Foundry厂提供的标准单元、宏单元和I/O Pad的库文件,它包括物理库、时序库及网表库,分别以.lef、.tlf和.v的形式给出。前端的芯片设计经过综合后生成的门级网表,具有时序约束和时钟定义的脚本文件和由此产生的.gcf约束文件以及定义电源Pad的DEF(Design Exchange Format)文件。(对synopsys 的Astro 而言, 经过综合后生成的门级网表,时序约束文件 SDC 是一样的,Pad的定义文件--tdf , .tf 文件 --technology file, Foundry厂提供的标准单元、宏单元和I/O Pad的库文件就与FRAM, CELL view, LM view 形式给出(Milkway 参考库 and DB, LIB file)

  2、布局规划。主要是标准单元、I/O Pad和宏单元的布局。I/O Pad预先给出了位置,而宏单元则根据时序要求进行摆放,标准单元则是给出了一定的区域由工具自动摆放。布局规划后,芯片的大小,Core的面积,Row的形式、电源及地线的Ring和Strip都确定下来了。如果必要在自动放置标准单元和宏单元之后, 你可以先做一次PNA(power network analysis)--IR drop and EM 。

  3、Placement -自动放置标准单元。布局规划后,宏单元、I/O Pad的位置和放置标准单元的区域都已确定,这些信息SE(Silicon Ensemble)会通过DEF文件传递给PC(Physical Compiler),PC根据由综合给出的.DB文件获得网表和时序约束信息进行自动放置标准单元,同时进行时序检查和单元放置优化。如果你用的是PC +Astro那你可用write_milkway, read_milkway传递数据。

  4、时钟树生成(CTS Clock tree synthesis)。芯片中的时钟网络要驱动电路中所有的时序单元,所以时钟源端门单元带载很多,其负载延时很大并且不平衡,需要插入缓冲器减小负载和平衡延时。时钟网络及其上的缓冲器构成了时钟树。一般要反复几次才可以做出一个比较理想的时钟树。

  5、STA静态时序分析和后仿真。时钟树插入后,每个单元的位置都确定下来了,工具可以提出Global Route形式的连线寄生参数,此时对延时参数的提取就比较准确了。SE把.V和.SDF文件传递给PrimeTime做静态时序分析。确认没有时序违规后,将这来两个文件传递给前端人员做后仿真。对Astro 而言,在detail routing 之后, 用starRC XT 参数提取,生成的E.V和.SDF文件传递给PrimeTime做静态时序分析,那将会更准确。

  6、ECO(Engineering Change Order)。针对静态时序分析和后仿真中出现的问题,对电路和单元布局进行小范围的改动。

  7、filler的插入(pad fliier, cell filler)。Filler指的是标准单元库和I/O Pad库中定义的与逻辑无关的填充物,用来填充标准单元和标准单元之间,I/O Pad和I/O Pad之间的间隙,它主要是把扩散层连接起来,满足DRC规则和设计需要。

  9、Dummy Metal的增加。Foundry厂都有对金属密度的规定,使其金属密度不要低于一定的值,以防在芯片制造过程中的刻蚀阶段对连线的金属层过度刻蚀从而降低电路的性能。加入Dummy Metal是为了增加金属的密度。

  11、Tape out。在所有检查和验证都正确无误的情况下把最后的版图GDSⅡ文件传递给Foundry厂进行掩膜制造

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