crystal oscillator不起振~

finster

關於crystal oscillator耗電的問題,這個其實並沒有一定的標準
! Q# H" u& A2 q因為crystal oscillator本身其實是蠻耗電的,除非你是設計32.768KHz的crystal oscillator這種才會設計成很省電,不然若是5MHz以上的crystal oscillator電路,它本身的耗電程度都在mA等級以上,這個原因是因為頻率愈快,它所需要的rise time/fall time要愈快,所以放大器或者反相器的耗電就要愈大
, D* I9 ^/ s( P: n  U
$ t! S/ L2 D% L& F6 O' b# ~若想加快start-up time
; }( Z; k% Y4 Q, g: j9 p9 x& R3 l, O最簡單的方法則是加initial circuit,讓crystal oscillator在一開始便設定它可以振盪的電壓準位,提早讓crystal oscillator反應出相對的phase差的振盪
6 z* q& G: F+ s! W# n$ |
) o9 x- h7 v4 ]& ]5 v8 c至於第3個waveform情況,你可以把輸入信號秀出來,你就可以知道為什麼了,這是因為crystal oscillator尚未達到穩定的振盪波形,所以輸入的waveform振幅會有點忽高忽低的,以致於schmitter trigger的輸入會接收到變化的電壓,故而輸出也會不穩定,這是合理且正常的情況

camilla

finster版主~
7 ?& R% V* o3 a! W; F
7 _( t8 M/ o* D! M; i" y" ^我看不到你的回覆呢?好奇怪~可以麻煩你在發一次給我好嗎?非常感激~

camilla

謝謝finster版主~

應該是我電腦問題~可以看到你的回覆了~謝謝~

' N, ]" b# @8 X* R. T0 R* J/ ^我了解我問題的原因了,不過我對startup time總是不了解,
; Q1 e. E" I' {; g* Y
, l+ y) Z& t5 c( _1 p; R我是想有無辦法不另外加initial circuit來加快startup time嗎?

我是想說可以改變現有的元件參數來加快startup time嗎?
$ e/ b+ ], ]' c9 M; E3 F8 F
0 D9 g% ^5 l- Y7 a" A! O例如改變crystal model的負載電容等校的那兩顆電容(C1,C2)或R1
; T7 w4 |. d% m0 q
因為我一開始是針對13MHz來作這個crystal osc,
2 `; y# W8 V/ F/ h( z. ]
所已在改變crystal model後(改成20MHz,25MHz),原本想要的結果就會改變,
* V- r& A- |; _$ z' G7 F0 A* t
! B" R& ^4 G" F8 u7 S3 ^2 T是不是這個架構在13MHz時是最好的,但在改變crystal model後所有特性又會改變?

. x# g$ w3 d: s) h7 V' }' I有辦法說可以設計出適用於4~25MHz的電路,但startup time, 耗電又都能符合我的要求嗎?

(我目前13MHz這個crystal 架構若套上20MHz以上的model後,startup time,耗電都會明顯增加改變)
1 P: x, _5 _. a" K2 y$ }
不好意思~問了一大堆問題~再次麻煩finster版主了~謝謝~

andy2000a

有 disable 能力  的 gain
: ^, l' d8 ~2 c要高點
! ^; T! d  n( q$ X8 P$ G5 q% ^# T
8 \; B5 ?/ v8 v2 b! l; y2 h9 G( Nhspice  sim 會動

real chip  可能不一定會動  
! c$ T8 p; r- @  k2 H' s
而且 不是 所有的 fail  是部份
$ `0 ]) z3 G" a% O! L1 S3 a$ J2 O那就是 gain 太低

finster

原帖由 camilla 於 2008-12-22 09:21 AM 發表
謝謝finster版主~
$ }" w: I: S* _: x
3 X7 q( |& q/ K應該是我電腦問題~可以看到你的回覆了~謝謝~

2 o3 e$ }7 n4 |我了解我問題的原因了,不過我對startup time總是不了解,

; _/ [! r1 b8 T; R! h: J; a我是想有無辦法不另外加initial circuit來加快startup time嗎?
" G2 T9 p4 {; D. T: B# v3 e
3 @: J* i8 y' ^4 o' l) Z  z$ N. l我是想說可以改變現 ...

1 V6 D' c7 A0 @- b% C+ p

; \4 e6 h% V" g, r! T先回答startup time的問題
& Y+ R! V- Y2 |. ]8 Z3 y8 W8 u% K在不增加initial circuit的前提下想加快startup time並不是不可能,只不過要先理解crystal oscillator的理論,而這方面討論的paper只有早期的IEEE才有,比較偏理論,你可以研究一下
( N& R) I, s1 j6 f2 v. H" v& h至於你想改變外部r,c來加快startup time,這種方法的效果有限
0 ~+ b0 f5 Q( X" Y因為只要改變了外部的R,C值就會間接影響crystal oscillator本身的穩定度等issue,有時也可能會造成不起振的情況,所以若要改變外部R,C值,個人是不太建議你朝這方面去作

每一個範圍的crystal oscillator都有一定的design需求,目前很少有一個電路能夠涵蓋4~25MHz的range的crystal oscillator
目前大部份都是針對某些特定的crystal oscillator的頻率作設計
而且愈高頻,其crystal oscillator的考量也愈多

camilla

謝謝FINSTER版主~
) o, t! ?5 `; i0 U8 G+ ~' z* P, A
. g- }+ A& w  w& x# Q  F我知道了,謝謝你的耐心指導~讓小妹收穫良多~
) n# O9 a6 G7 d
6 m1 U. |3 B9 w( L0 G: F6 E我之所以想要做個可以涵蓋4MHz~25MHz電路,是因為我教授當初是要我做個crystal osc,freq是由4MHz~25MHz,

9 C& I5 u) V0 G3 Q: |. [- x- v) @且有人作過,但我試了很久還是沒辦法,為了讓更高頻可以振,而加大driver,但卻使得頻率較低的startup time變大甚至不振,
6 Y. w0 {0 x! P7 e3 K
2 I" u8 o2 Q$ s* L# `1 ~+ R試了很久,我會再問我教授他真正的用意,是不是我想錯他的想法了~
9 \$ l# A! ]' |' e1 b
至少目前我對crystal是瞭解了~
0 n+ p; e% B' z, o% J+ \
) [  I8 c0 e8 @超感謝finster版主的指導~謝謝~

camilla

不好意思~finster版主~
- R! o$ v( v$ I3 t/ X
能再請問一個問題嗎?

startup time的定義是指什麼呢?

8 y7 m; W' `+ b; _9 H2 w+ q有些paper是指vdd從0v開始上升到穩定後,輸出也開始起振的這段時間(但不是輸出振幅到達穩定了),就稱作startup time
& @' n/ W# I4 Z" d/ u
6 _; d$ w! T4 G9 @# x有些是指輸出振幅到達穩定(某一個值)的這段時間,就稱作startup time

9 u6 q! Y( x* S7 K( N又有些是指輸出duty cycle穩定後(都相同後)的這段時間,就稱作startup time
6 e3 Z6 N8 M* Z1 O5 \, Q$ `$ s& I
那到底startup time是指哪段時間呢?

請finster版主,或知道的前輩能指教一下~非常謝謝~

finster

以目前我所知道的startup time的定義來說
它是指crystal oscillator從一開始沒有任何振盪到完成振盪且穩定的持續振盪時間稱之為startup time
- u( i& ]4 P- y
+ g; W- O, v# A9 f' k! G4 t+ v6 F( h因為我們在模擬crystal oscillator時都是以vdd從0V昇到一個穩定值作為crystal oscillator作為一個初始值,所以有些人就會把從vdd的0V到crystal oscillator起振且穩定持續振盪時間稱之為startup time,而這種說法其實並不是非常正確的定義
4 E1 v: @" K  S& w& \
不過,目前在startup time並沒有一個很統一的定義,而我所知道的那個定義也是從IEEE Journal paper上定義所知道的,而那份文章是很早期的paper,內容寫了一堆理論和公式
- V1 ?0 g6 Z3 S5 s3 o
6 m6 s# p) B0 h0 X最後,crystal oscillator要作到4MHz ~ 25MHz並不是不可能,只是較為複雜,以前我也作過,後來我也只是覺得沒有必要弄到那麼複雜且麻煩

camilla

謝謝finster版主~
# x( O  s) W0 ]+ s# b
我對startup time了解了~

我昨天試過用spectre跑了一次crystal osc...

" ?+ g8 [/ B! \) M" {% Z4 C不過竟然和hspice跑的結果不一樣,同一個netlist 13MHz跑出來的消耗電流和起振時間是不相同的,

消耗電流小很多,而電源電壓給0到vdd,但輸出竟從0v就開始振了,所以startup time也跟著減少很多...

! t* P: |! [! y, z1 w一模一樣的netlist為什會跑出不一樣的結果呢?
+ f/ d0 O( M/ w4 T9 Q
  |% E! I! G$ p8 ?另一個問題是,你所講的加快startup time可以加一個initial circuit,有範例可以參考嗎?因為我的startup time實在太慢了...
7 `4 C/ N) G4 H: ]) h* [
9 @4 S: H: Q9 R( o# S( t9 n(一直被學長嫌)


$ y. o: T2 y3 M# Ep.s 很感謝finster版主不耐其煩的一直指導我,不過因為我實在有太多問題了,希望finster版主和前輩們能繼續給我指導~謝謝~

finster

關於spectre與hspice兩者之間的差異
這個問題我以前也遇過,只不過,這是一個沒有正確答案的問題
* `' r! `8 R. `) Q據我所知最早類比電路模擬軟體是hspice(我不確定以前是否還有其他版本),而這套hspice模擬軟體對類比電路模擬來說可以稱的上是聖經,其他研發出來可以作為類比電路模擬軟體都是拿hspice來比較,其他模擬軟體愈接近hspice所模擬出來的結果愈所能夠得類比工程師的可信度,只不過,hspice也有bug,也有它不足之處,而這些bug在某些想取代hspice軟體而言也許會有比較優勢之處
5 h/ q* Z5 ]; Y# F7 Z
2 f9 [: O' i+ T& B" w1 k2 g故而,回到你的問題,hspice和spectre兩者跑出來的結果要相信誰,基本上是要相信hspice跑出來的結果,只是,不知道你會不會誤觸hspice的bug,而這個bug恰巧是spectre所能夠避掉的問題
以前我這兩套軟體都有跑過,95%以上都是相同的模擬結果,只有極少部份才會有不同的地方,而且只有在某些很特別的情況與應用電路才會有不同的結果出現,所以,建議你先相信hspice的結果,然後再推導看看是否合理,若不合理,則再回過頭來看看spectre的結果
! i% ^4 j/ s) W4 \5 F& s
! ]9 _- L& S! S至於startup time的問題
' v; k) h  A- ~8 b加快它的速度是我個人從PLL的應用電路中的經驗,然後應用在crystal oscillator,因為crystal oscillator要從0V一直起振盪到欲定的電壓準位需要一段很長的時間,如果可以應用initial circuit便可大幅縮短此一時間,因為我在PLL上曾下過不少苦心,也作過不少,所以很容易就把PLL的initial circuit應用到crystal oscillator,所以我才會說加入initial circuit可以改進startup time的問題

camilla

謝謝finster版主~
5 L' x) P, u  ?- U0 [
0 a1 i' J7 R: ?7 |2 h( x: k: Z9 U超級謝謝finster版主這一連串不耐其煩的指導,讓我對crystal有更深入的了解了~超級感謝~

hongx

此篇看下來真的學習到很多知識!

往後遇到一樣問題可以從中學習!