30+ 最常问的 VLSI 面试题

以下是最常问的 VLSI 面试题及其最佳答案列表。

1) 您对布尔逻辑的理解是什么？

布尔逻辑是布尔代数的基础。它基于并围绕三个简单的词：布尔运算符：“或”、“与”和“非”。布尔逻辑的核心概念基于所有值要么为真要么为假的理念。

2) 布尔逻辑的用途是什么？

基于布尔逻辑的程序用于进行简单比较以帮助决策。布尔逻辑是一种布尔代数形式，其中所有值要么为真要么为假。这些真值和假值用于测试条件，最终作为选择或迭代的参数。

3) 布尔逻辑如何控制逻辑门？

在布尔代数中，布尔逻辑有两种状态。真状态由数字一表示，称为逻辑一或高电平；假状态代表数字零，称为逻辑零或低电平。在数字电子学中，“高”逻辑表示为存在电压势。

4) 为什么当前的 VLSI 电路使用 MOSFET 而不是 BJT？

在当前的 VLSI 电路中，由于以下原因，MOSFET 比 BJT 更受欢迎：

• MOSFET 体积小，在 IC 芯片上占用的硅面积比 BJT 小。
• 与 BJT 相比，MOSFET 的制造相对简单。
• MOSFET 比 BJT 更受欢迎，因为数字和存储器 IC 可以使用仅包含 MOSFET 的电路来实现，即无需电阻器、二极管等。

5) MOSFET 的各种工作区域是什么？我们如何使用这些区域？

MOSFET 主要有三个工作区域：

• 截止区
• 三极管区
• 饱和区

在此，截止区和三极管区用作开关，饱和区用作放大器。

6) 布尔逻辑用于哪些不同的门？

布尔逻辑主要使用三种类型的门：

• 非门 (NOT Gate): 非门是用于实现逻辑非的逻辑门。它有一个输入和一个输出。例如，如果 A=0，则 B 的值为 1，反之亦然。
• 与门 (AND Gate): 与门是实现逻辑“与”的逻辑门。它通过两个输入的组合产生一个输出。例如，如果 A 和 B 都为 1，则输出值为 1。另一方面，如果任何输入值为 0，则输出为 0。
• 或门 (OR Gate): 或门是用于实现逻辑“或”的逻辑门。如果门的一个或两个输入值为 1，则输出为 1。如果两个输入都为 0，则输出为 0。例如，如果 A 的值为 1 或 B 为 0，则输出值为 1。

注意：以上是布尔逻辑工作的三个基本门类型。除此之外，还有一些门是通过组合这三个基本门工作的。它们是 XNOR 门、NAND 门、NOR 门和 XOR 门。

7) 您对阈值电压的理解是什么？

阈值电压通常缩写为 V??。它可以定义为栅极和源极之间的电压，即 VGS。足够数量的移动电子在沟道区域积聚并形成导电沟道。它是连接源极和漏极之间导电路径所需的最小栅源电压。它是保持功率效率的关键缩放因子。

8) 二进制数字如何产生信号或转换为数字信号？

二进制数字包含两个数字，即 0 或 1。简单来说，数字 1 代表 ON 状态，数字 0 代表 OFF 状态。利用这些二进制数字，我们可以将数十亿台机器组合成一台机器或电路，并通过执行算术计算和排序操作来操作这些机器。

9) “沟道夹断”是什么意思？

对于 MOSFET，当栅源电压 (VGS) 大于阈值电压 (Vt) 时，会感应出沟道。当我们增加 VDS 时，电流从漏极流向源极，直到栅极和沟道之间的电压达到 Vt，即 VGS - VDS = Vt，漏极端的沟道深度几乎减小到零。此时，沟道被称为夹断。在这种条件下，MOSFET 进入饱和区。

10) TTL 芯片和 CMOS 芯片之间有什么主要区别？

TTL 芯片和 CMOS 芯片之间的区别列表：

11) CMOS 芯片相较于 TTL 芯片最显著的优势是什么？

CMOS 芯片相较于 TTL 芯片最显著的优势在于，CMOS 芯片在相同材料内具有更高的逻辑门密度，从而提高了效率。另一个显著优势是 CMOS 芯片比 TTL 芯片消耗的功率更少，即使在空闲时也是如此。

12) 您对沟道长度调制有什么理解？

当我们增加 VDS 超过饱和点时，它会影响 MOSFET 特性，沟道夹断点开始从漏极向源极移动。由于这个过程，有效沟道长度减小。这种现象称为沟道长度调制。

13) 您对时序电路有什么理解？

当一个电路由逻辑门构成，使得输出所需的逻辑不仅取决于当前的输入逻辑条件，还取决于过去输入和输出的序列时，该电路称为时序电路。

14) VLSI 中的耗尽区是什么？

当我们对栅极施加正电压时，它会导致沟道区域下的衬底区域中的自由空穴（正电荷）被排斥。当这些空穴被推到底部衬底时，它们会形成一个载流子耗尽区。

15) 什么是 Verilog？它与普通编程语言有何不同？

Verilog 是一种硬件描述语言，通常称为 HDL。它用于描述电子电路和系统。在 Verilog 中，电路组件在一个模块内部准备，该模块包含行为和结构语句。结构语句代表逻辑门、计数器和微处理器等电路组件，而行为语句代表循环、if-then 语句和激励向量等编程方面。

Verilog 与普通编程语言的不同之处在于：

• 仿真时间概念
• 多线程
• 基本电路概念，如基本门和网络连接

16) 影响阈值电压的各种因素有哪些？

阈值电压 (Vt) 主要取决于连接到衬底端子的电压。它也取决于温度。每升高 1 度温度，阈值电压的幅度就会降低约 2mV。

17) Verilog 代码中的“timescale 1 ns/ 1 ps”指定什么？

在 Verilog 代码中，“timescale 1 ns/ 1 ps”指定时间单位是 1 ns，精度/准确度最高可达 1ps。

18) Verilog 中有两种过程块？

Verilog 中有两种过程块：

• Initial： 初始块仅在时间零时运行一次。
• Always： 始终块循环执行，顾名思义，会持续执行。

19) 解决 VLSI 中的建立和保持违例所需的主要步骤是什么？

以下是解决 VLSI 中建立和保持违例的步骤列表：

• 需要对触发器之间的逻辑进行优化和重构，使逻辑组合起来解决此问题。
• 有一种方法可以修改触发器，它们提供更小的建立延迟，并为建立设备提供更快的服务。修改启动触发器以在时钟引脚上获得更好的保持，它提供 CK->Q，使启动触发器快速运行并有助于修复建立违例。
• 修改时钟网络以减少延迟或减慢捕获触发器操作的时钟。
• 始终存在额外的延迟/缓冲器，可以为功能提供更小的延迟。

20) CMOS 门输入引脚数量通常限制为四个的原因是什么？

CMOS 门输入引脚数量通常限制为四个，因为堆栈数量越多，门的速度就越慢。在 NOR 和 NAND 门中，堆栈中的门数量通常等于输入数量加一。这就是为什么输入限制为四个。

21) VLSI 中使用了哪些不同类型的偏斜？

在时钟中，偏斜用于减少延迟或更好地理解过程。VLSI 主要使用三种不同的偏斜类型。

• 局部偏斜 (Local skew): 局部偏斜通常用于包含启动触发器和目标触发器之间的差异。这种差异有助于定义它们之间的时间路径。
• 全局偏斜 (Global skew): 全局偏斜定义同一时钟域内最早到达触发器的组件之间的差异。需要在该偏斜中提及。当两者时钟相同时，不测量延迟。
• 有用偏斜 (Useful skew): 有用偏斜用于定义捕获触发器路径的延迟，这有助于为启动和捕获时序路径设置精确要求的环境。需要为设计目的提及，以满足保持要求。

22) 您对多路复用器有什么理解？

多路复用器是一种组合电路，它从许多输入信号中选择一个并将其导向唯一的输出。

23) 您对 SCR 有什么理解？

SCR 是硅控整流器 (Silicon Controlled Rectifier) 的缩写。它是一种四层、三端半导体器件，用于控制电流的流动。它是一种由逻辑门信号控制的整流器。

24) 您对 DCM 有什么理解？为什么使用它们？

DCM 是数字时钟管理器 (Digital Clock Manager) 的缩写。它是一个全数字控制系统，利用反馈来精确地保持时钟信号特性。DCM 可以在正常的工作温度和电压变化发生时精确地管理它。

25) VLSI 中的时序裕量 (slack) 是什么？

时序裕量可定义为特定路径中预期延迟与实际延迟之间的时间延迟差。它可以是负的或正的。

26) defparam 的用途是什么？

defparam 是一个关键字，用于修改设计中任何模块实例的参数值。defparam 会在编译时覆盖参数值。

27) 一个静态 RAM 使用多少个晶体管？

通常，静态 RAM 使用六个晶体管。在静态 RAM 中，读写操作使用相同的端口。

28) 防止天线效应违例的方法有哪些？

天线效应违例发生在等离子体蚀刻过程中，当一个金属条产生的电荷转移到另一个地方并在一个点积聚时。金属条的长度与积聚的电荷成正比。因此，金属条越长，积聚的电荷就越多。

我们可以通过以下方法防止天线效应违例：

• 首先，通过创建弯折，金属线至少包含一个保护层上方的金属。
• 我们需要弯折金属以获得蚀刻效果。采取此步骤是因为如果金属被蚀刻，而我们没有采取预防措施，其他金属就会断开。
• 我们还可以通过在电路中使用的门上添加反向二极管来防止它。

29) 上拉 (tie-high) 和下拉 (tie-low) 单元的功能是什么？

上拉和下拉单元用于通过电源或地连接门的晶体管。门通过电源或地连接以开启和关闭它们，因为电源会从地反弹。这些单元停止反弹，并促进电流从一个单元到另一个单元。这些单元需要 Vdd 连接到上拉单元作为电源，而下拉单元连接到 Vss。建立连接后，晶体管能够正常工作，而不会在任何单元中发生地弹。

30) VSDL 中亚稳态 (metastability) 的主要功能是什么？

亚稳态是数字电子学中一种不稳定的平衡现象。在亚稳态中，时序元件无法解析输入信号的状态。因此，输出会在无限长的时间内进入未解析状态。亚稳态用于设计违反建立时间或保持时间要求的系统。建立时间要求数据在时钟边沿之前稳定，而保持时间要求数据在时钟边沿通过后稳定。存在潜在的违例，也可能导致建立和保持违例。

31) 如何停止 VLSI 中的亚稳态？

停止 VLSI 中亚稳态的最常见方法是在同步器中添加一个或多个连续的同步触发器。使用这种方法，您可以为一个时钟周期（除了第二个触发器的建立时间）停止亚稳态，以便第一个同步触发器中的亚稳态事件得到解决。

32) VLSI 中的 MTBF 是什么？

MTBF 是平均无故障时间 (Mean Time Between Failure) 的简称。它用于提供有关特定元件故障频率的信息。它还给出了两次连续故障之间的平均时间间隔。

33) Mealy 和 Moore 状态机之间有什么区别？

Mealy 和 Moore 状态机之间的主要区别：

34) 同步复位和异步复位之间有什么区别？

同步复位和异步复位之间的主要区别：