硬件工程师面试常见问题（8）

第三十六问：基尔霍夫定理的内容是什么？

基尔霍夫电流定理：

1. 内容：电路中任意一个节点上，在任意时刻，流入节电的电流之和等于流出节点的电流之和。

2. 表达式：根据上图写出节点电流定律的数学表达式：I1+I3=I2+I4+I5；

变形得：I1+I3+(-I2)+(-I4)+(-I5)=0；
如果规定流入节点的电流为正，流出节点的电流为负，则可得出下面的结论:

即：在任一电路的任一节点上，电流的代数和永远等于零。

基尔霍夫电压定理：

1.内容：电路中，任一时刻，沿任一闭合路径绕行，各支路电压的代数放和等于零。

2.表达式：更具上图

(1) 标定各元件电压参考方向
(2) 选定回路绕行方向，
顺时针或逆时针.
-U1-US1+U2+U3+U4+U54=0
或:
U2+U3+U4+US4=U1+US1
-R1I1+R2I2-R3I3+R4I4=US1-US4

第三十七问：I2C电平转化？

已知SDA是双向的，所以电平转化会有四种情况。

1·master往slave发送数据1。

分析上图：

（1) 左边 MasterSDA_1 为输出，驱 H-3.3V,NMOS 的 VGS=0, 此时 NMOS 关闭；
（2) 右边的 Slave 的 SDA_2 是输入，对外呈现高阻；
（3) NMOS 关断和 SLAVE 为输入，导致SDA_2 悬空；
（4) 最终 SDA_2 依靠 RP2 上拉到 5V, 完成3.3V 到 5V 的转换。

2·master往slave发数据0

分析上图：

（1) 左边 MasterSDA_1 为输出，驱 Low=0,NMOS 的 VGS>0, 此时 NMOS 打开；
（2) 右边的 Slave 的 SDA_2 是输入，对外呈现高阻；
（3) NMOS 打开和 SLAVE 为输入，导致 SDA_2=SDA_1=0;
（4) 最终 SDA_2 被 SDA_1 拉到 0,完成低电平的转换。

3·slave往master发数据1

（1) 右边 SlaveSDA_2 为输出，驱 H-5V;
（2) 左边 MasterSDA_1 为输入，对外高阻，被 RP1 上拉到3.3V;
（3) NMOS 因为 VGS=0 一直关闭；
（4) NMOS 关闭，MasterSDA_1 维持 3.3V 高电平，完成电平转换。

4·slave往master发数据0

（1) 右边 Slave SDA_2 为输出，驱 LOW;
（2) 左边 MasterSDA_1 为输入，对外高阻，被RP1 上拉到 3.3V;
（3) NMOS 因为 VGS=0 一直关闭；
（4) NMOS 关闭，MasterSDA_1 为 3.3V 高电平问题来了，我们看到右边的 SDA_2 位 Low,但是左边的是 SDA_1 位 High, 那不是失败了嘛，不可能啊，这个电路是好的啊。我们来看看下一步会发生什么，其实这个问题没有那么难，仔细看看这张图，还是比较容易发现线索的。

（5) 由于左边 SDA_1 为高，右边 SDA_2 为 LOW,Body Diode 导通；
（6) SDA_1 被拉低，导致 NMOS VGS>0 后打开；
（7) NOMO 打开后，SDA_1 和 SDA_2 相当于短在一起；
（8) 最终左边 SDA_1 被右边的 SDA_2 拉低变为LOW.

我们看到由于体二极管的作用，打开 NMOS 管，使得右边 Slave 输出的 L=0 顺利到达左边的
Master SDA_1 输入端。