crystal oscillator不起振~

finster

從你貼的模擬圖來看,確實還蠻奇怪的,因為這個現象照你所描述的電路來說有些不合理
若你已在反相器與C2之間有接一個傳輸閘了,在disable下,反相器的輸出應會被拉到vdd
" _" o! p2 V0 \  c* o1 t$ Y5 N/ H而你的情況卻在vdd ~ gnd的任一電位

7 O' H; U' o" C0 e! V: i你能否確認一下反相器輸出端傳輸閘兩端的電壓各為多少?傳輸閘的PMOS/NMOS在disable下時有沒有電流流過?電流值各為多少?
# ~* E: f9 g9 ?" p4 h另外,量測一下反相器上方那個電阻在disable下時的電流為多少?

上述第一種狀況是針對反相器後的傳輸閘作測試,看看有無正常動作
+ ?& p& o! b, v; f  K至於看反相器上方電阻的電流則在看為何反相器的PMOS在disable下的動作

最後,若你學長都需要用到C1和C2兩個I/O PAD,那你的反相器的輸入和輸出端一定要加傳輸閘來隔開,不然,屆時就會有問題

camilla

再次感謝finster版主~
' ~6 f' o! O" X/ C' g2 |# R
我想確定我和版主所講的輸出是同一點嗎?

我的反相器輸出是會為vdd...但我現在是不清楚在圖上所標的vout在disable應該是要什麼情況呢?

是介於0~vdd嗎?還是vdd呢?
* ^% f  Z5 V4 ]' W& P# r& ?( ~) j
  j+ D9 U% a  N1 U+ b  Y因為我是想說在floating時不是輸出在任何一點準位都可以嗎?
/ l1 P- v& `* y7 @$ F5 H
7 m7 d% Y/ X9 g" Q1 ?4 p! ?因為我想說我上次貼的電路圖是不是誤導了finster版主了...怕說我們兩個指的輸出是在不同一點的?

再次~再次麻煩各位前輩和finster版主了~

finster

從你目前所貼的圖和你之前所模擬的結果來看是一致的
就如你所言,先前我所說的節點和你認知的不同,所以有所造成誤解
依照你所標示的Vout,它確實會是floating,電壓應會介於VDD ~ 0V之間,更精確來說,它會略近似乎於C1上的電壓

camilla

謝謝finster版主~
' N4 \) g! C5 y: C2 }
  K7 h; Z* e0 h$ _9 I: |7 V# S( G) a那我可以放心了趕在月底下線了~謝謝finster版主的耐心指教~讓我受益良多~謝謝

camilla

hi~finster版主我又有新問題了~不好意思

% ]6 d7 ]- E9 t2 ~3 F我layout都沒問題了等著月底下線~

因為在幾篇paper有看到利用相同電路,但crystal model不一樣(原本是13MHz,現在想說看能不能使用在更高速的10M~30MHz)

2 N6 G! C5 m7 E但改變crystal model後只能在20MHz下正常工作,更高速20MHz卻振福很小(有振,如附圖)
- @! |- G9 c/ q
4 z5 {) [9 v, t% a) c我也有想過是driver不夠,所以也有加大但還是一樣,應該不可能是反相器不能工作在那麼高頻率下吧?!

這試什原因呢?在我不改變其他元件情況下(頂多改變反相器size)有什辦法能解決嗎?
1 \" {- x. J' I, o# b, x* F
p.s 圖1是模擬出來的結果,圖2是局部放大的結果~這個應該是有振吧?只試振福小到可憐~

請finster版主在抽空幫我看看~非常感謝~

finster

以crystal oscillator電路來說,廠商會提供一個外部參考的電容值和回授電阻值作為參考
* I8 _7 r' J8 I, Y故而在不同頻段的crystal會有不同的C1,C2和Rf建議參考值
0 q3 ~  l: ~  H" _" d/ Y20MHz的crystal oscillator的C1,C2,和Rf並不一定和>=20MHz以上的crystal oscillator的C1,C2,和Rf值相同
5 r# b2 k; E6 F; T( F7 H$ I5 Y0 F
. M! w: k# ^* m0 X再來,一般來說,大於15MHz ~ 20MHz以上的crystal oscillator,因為主頻較高,相對的第三倍頻也會隨著頻率增高而特別顯著
% g# A) z8 g& {, y所以,有些廠高會在C2到crystal osciilator的output端再額外加一個小電阻,而這個則是用來阻絕(抑制)第三倍頻的功用,這個在一般的crystal oscillator的規格書上都有寫

/ ^& p: ?, U& @$ H, o" t9 o最後,如我前面所寫,不同頻段的crystal oscillator需要搭配不同的C1,C2,和Rf,而且,它的消耗電流也不同
( `9 z5 q; E# E7 ^一般來說,愈高頻的crystal oscillator的起振時間愈短,同時jitter也愈大,而且高次諧波也愈明顯
. T/ X: T' H1 f( |; Z所以,請先查一下crystal oscillator的規格書上所寫的建議值,因為你的C1,C2,和Rf值也會影響振盪出來的振幅和頻率
+ |5 N5 J. s4 k1 e
: M) A/ ]2 @: v# w/ @9 W$ P[ 本帖最後由 finster 於 2008-10-18 02:51 PM 編輯 ]

camilla

各位前輩~
7 b  C' |) W( T& f  `
. d' R  Y/ [$ h/ _4 D之前因課程關係做了一個crystal osc(期間感謝finster版主的指導~),且也跟著藏在學長的ic下線了~

不過最近在書裡有提到overshoot可能會造成emi的影響~

我再把我之前做的crystal打開來看,發現我的輸出也有overshoot~

8 _5 i9 U. g# Y( N3 f/ Z  U. @# A如圖~這應該是overshoot吧!?

6 c3 x8 \" W* u0 h/ \' V那這個有影響嗎?有什辦法可以改善?
+ ~: V# m# u7 {+ U9 S7 y
請各位前輩能給我一些意見~謝謝~

pmet2007

正好在煩惱這方面的模擬
有了這份參考資料依定可以成功,感謝

finster

原帖由 camilla 於 2008-11-11 01:07 PM 發表
& _; G# p1 ?' u9 L2 w, Z' G各位前輩~
- p3 g7 T( \1 \3 g
之前因課程關係做了一個crystal osc(期間感謝finster版主的指導~),且也跟著藏在學長的ic下線了~
# Q) y4 m9 S) D, W5 j" \) u
, J% i0 g# q& u8 J- \4 H1 R不過最近在書裡有提到overshoot可能會造成emi的影響~
6 Y& A* H2 y/ O8 h. o' P  u0 S
3 [9 f4 x/ y" x1 B/ q我再把我之前做的crystal打開來看,發現我的輸 ...

2 @3 J: A, F7 A; p( ?

% O4 o1 E# \4 r# ]你這種情況還好,並不嚴重
/ q9 B7 G% ?/ V; k7 r' G要想克服這種現象,若在OP,最簡單的作法是改補償電容
, L: }- S5 a: {; r若是反相器,減少driving能力或者在輸出端加點小電容(負載or Buffer)即可

camilla

謝謝finster版主~

你說可以在輸出端加小電容(負載or Buffer),是為什呢?
- Z, |( n  G2 v! B, m2 Q
因為我在輸出端有多一組schmitt trigger,這個是我學長要我加上去的,只不過在disable時要為zero,但為什要如此呢?
. z: w- E" ?, S8 L5 s, D5 X1 O
我為了要使disable輸出為zero,所以在schmitt trigger後又多加一pull down,這樣應該不會有問題吧?

finster

減少driving能力或者增加buffer其實都是同一個原理的解決方法
因為你的輸出的driving能力太大了,導致在輸出為"1"時會有over-shoot的現象出現
故而,把driving能力減弱,可以減緩over-shoot的問題
# y, p3 {2 `) l( v6 U' \; ^另外一種是增加輸出級的loading,而這種方法就是加小電容或者buffer,如此一來輸出級的fan-out就增加了,相當於是一個loading,不過,我都是用加小電容比較OK
$ b4 J" q7 Z% ~6 T3 h& o; L
6 P2 J) ], t( @1 u' a/ t至於你問到的第二個問題
這個要看你系統上的需求而定,在disable下要為"0"或者"1"都是看系統的設定來訂定的
不過,你用pull-down,原則上沒有問題,但若是在實際產品就不建議,因為你是在輸出級加這一個pull-down,在disable下若輸入為floating或者"0"的狀態下會有一個leaking current path,這是要避免的情況
8 Z! W& L3 \  a' e8 ~' a再來,pull-down的電阻值不能太小,不然會有一個strong的向下拉,如果你的輸出級不夠powerful,很有可能會讓輸出級保持在"0"的狀態

camilla

再次謝謝finster版主~
/ [9 n8 C& B6 a& A! [# \/ J0 i
最近比較忙,所以現在才上來看你的回覆~

! S6 ?. d- Y; C6 ]$ F9 q, |前天被學長問了幾個問題他也不知道,我也不太確定回得亂七八糟的)
& I- C- C- X* @6 s; {, j5 H
1. 你crystal model上網抓,那你的設計是針對網路抓的model來設計的,那如果套上實驗室現有的crystal的話,能動嗎?

2. 輸出級只是要它產生成0/1的數位輸出,所以我指要用反相器應該也可以吧?但這樣不是在crystal model floating時出電壓是任意
   值嗎?不是有可能會造成輸出級反相器在disable時是導通的,造成vdd_off變大嗎?有什可以降低這個問題呢?
. U. x: v4 A' q7 S. h- x1 z
3. 我在原本輸出級是史密特時,套上25MHz以上的crystal model時,電路是不振的,我想說是driver能力不夠大,所以又在schmitt多加
   一反相器來推他,是可以振了但電路消耗電流卻變得很大,是我想的不對嗎?是其他原因嗎?

再次麻煩finster版主了~謝謝~

finster

1. 不一定,因為不同廠家所生產的crystal,其crystal model都會不太一樣,所以換不同廠家的crystal oscillator也許會起振,也許不會
    不過,通常都會起振,因為不同廠家的crystal model不會差太遠
( k9 k  ?, o4 S/ ?2. 不太了解你這個問題要問什麼
    基本上,crystal oscillator 的放大器用反相器或者NAND都可以,用NAND只是要有控制腳的function,而在disable時,輸出要為"0"或者"1"或者floating都可以,但要看輸出級後面接的電路能不能接受"0"或者"1"或者floating
% G% G  I- _0 d% Y; V$ i9 p. \
' Y; u; M1 B1 k/ M( U) e* A3.這個你可以看一下振盪的waveform,我在猜可能是你的振盪振幅太小了,以致於在schmitter trigger後面無法trigger後面的電路,而加了一個buffer後,把振盪振幅放大了,但,這個buffer會因為schmitter trigger的輸出振幅太小而會讓這個buffer有著極大的電流消耗

camilla

不好意思~finster版主~
, {  x! s; u( M3 F( x1 e
- k9 t% U5 [; t! H我的文章沉到太下面了,我以為沒人回所以就試著自己找解決方法~今天才看到~很感謝你的回答~

我的震盪波形在接上schmitt後變小了,是什原因呢?

+ k+ W$ t3 _. _& _5 C8 q. g我目前有試著利用一個nand+inv來取代schmitt(因為我在schmitt的輸出在disable時希望是0v)
" V( J  z( `0 A, A- f) ^
0 H4 _+ t' N' `* O2 u. E是沒問題的(在disable時的電流有2mA左右)...但我又怕說會有glitch的問題,所以才想說利用schmitt來產生一個high,low的輸出...
: _: k, F) T: j0 F, d/ m" k# A8 v6 c
若使用schmitt又會只在25MHz以上的頻率才會有這個問題,所以我不知道要如何解決這個問題...
8 n# O( j# V# D2 Q: M1 {  E
/ o; b: _/ ^+ i! V8 f. K4 b但在振盪輸出和schmitt之間加了反相器卻增加了電流的消耗,有什可以解決得嗎?是我設計的schmitt有問題嗎?(但怎會在25MHz以上才有這個問題存在)

5 r! Y  [3 G, S" k2 o+ I可以麻煩finster版主在給我一些建議嗎?非常感激~

finster

你的振盪器的原本振盪波形的振幅有多大呢?接上schmitter trigger後振盪波形變小多少呢?
另外,你schmitter trigger的vih and vil又各為多少呢?
3 c% f# h4 Z2 Z0 ?$ u6 f
* J4 _0 x1 N1 n% |1 G因為我不知道你這些條件,所以無法回答你的問題

; y0 L6 w# g# F, k* @$ N7 R# f至於你問到要降低消耗電流,這個問題需從你的振盪器著手,因為你的振盪波形並不是0 ~ vdd,所以接在振盪器輸出級不管是反相器或者schmitter trigger都會很耗電流,解決之道惟有改進振盪器的輸出波形

8 J! P' D4 X) _$ ^$ h+ ~7 h[ 本帖最後由 finster 於 2008-12-1 11:33 PM 編輯 ]

camilla

真是太感謝finster版主無私的教導了~
2 z* ^- C4 a% i$ T, t' T
6 K' M, I( E- z3 V7 i我原本振盪波形振幅是0.3v~3.2v...

但接上schmitt後竟只剩下1.45v~1.58v而已...
0 S. t5 w" ]& [  O
而我的schmitt vl=1.4v,vh=1.6v...(我也有試著把schmitt的觸發電壓改為1.4v~1.5v,但還一樣,很奇怪??)

8 A  _/ T0 {8 K* h但為什我同樣電路但crystal model由25MHz改為20MHz卻沒問題,只有在25MHz以上才會有問題呢?

- H4 V1 H7 h, T8 J" M(其它頻率範圍下振盪波形依舊會在接上schmitt時而變小,但就只有在25MHz以上才不會振~)

; m- R$ ?: p1 B( t( l* A8 @這個問題困擾我好久了,我有想說就直接把schmitt改成一個nand+inv一樣可以達到我要的在disable時輸出為0...

但我不清楚說schmitt的優點在哪裡,除了能抑制noise,減少消耗電流外...
1 X" o+ q" x5 @" V
3 t* F! h' {9 {( ]! X! x若用nand+inv除了可能會有glitch外有會有什不好的缺點呢?(和schmitt相比)
& W, r+ x3 L7 `( h$ B
我想說若可以的話就使用nand+inv一樣也可以達到我的需求,消耗電流大概在1mA左右~

- y6 ~2 N+ V7 n2 s+ c; J, O' q( c2 w再次~再次~在麻煩FINSTER版主了~非常感激~謝謝~
" ]- p) ~9 {- E& X9 Z3 z# I1 T& o
7 s$ {/ y3 v0 \  dp.s 圖為我使用的schmitt~

camilla

~又被沉到下面了~請各位前輩幫我看看吧~謝謝~

finster

從你的描述來看,應該是振盪器的driving能力太弱,以致於在加上一個schmitter trigger後才把輸出波形給變小
關於這個現象,你可以從你的模擬中重現這個現象
你在模擬時,先不加schmitter trigger,然後在振盪器的輸出端加一個小小的電容到地,我想,你應該就會看到你的振盪器的輸出波形會整個變小
而這點,主因乃在於你的振盪器輸出的推力太小,以致於一點點電容loading就會把輸出波形的振幅給變小
6 {3 d$ n7 K( D4 Z) [6 v; p- U9 u而要改進這個問題,只能把振盪器的driving能力加大
; M. N  b0 ~, a' q( Y
至於你問到為何只有在25MHz以上才有問題
這點,其實也跟你的振盪器的driving能力有關
9 |! Y0 ~9 v( u. q) Z因為在crystal oscillator中,振盪頻率愈高,所需的電流與driving能力也要愈大
3 i( f0 m9 p& u0 K2 X2 A而你設計用來振盪20MHz的振盪器來推25MHz以上的crystal oscillator,當然振幅會明顯被壓小,甚至有可能不起振

8 M* H# t7 w. M. z+ z7 h$ c0 m至於schmitter trigger的優缺點
! P) n) H; }8 Y8 g' }( z3 s其實,就如你所言,它的最大優點乃在於它有window特性,故而對於noise有較佳的抗雜訊能力,也因為這個理由,所以才會使用schmitter trigger
/ q  K' M: h" B# G- k基本上,如果只是學術,用nand其實就可以了,若是業界,我個人都比較建議用schmitter trigger會比較保險

caesarxl

留名关注，日后学习
谢谢分享。。。。。。。。
。。。。。。。。。。。。

camilla

超級謝謝finster版主的解答~
5 d* ]0 [' D( X7 V9 ~- p
9 W/ e1 {$ v- p1 S# k  g- k! Q1 |% }最近全實驗室都在忙年底要結案的計畫,直到這一兩天才有時間繼續自己的事~很對不起~

我加大driver後是沒問題了,不過我有幾點疑問想在請問finster版主,請finster版主能再多多指教~

第一~ 通常crystal的消耗電流會有多大呢?(雖然不需要設計到很小的消耗電流,但我又怕自己做的crystal會很耗電)
! z5 l' k4 k5 k7 q8 T; A+ a9 C
第二~ 我想讓設計的crystal的startup time能快一點,可以如何設計呢?(我希望能快到20~40us左右)

! g% T" v% i, S* C) L& ^第三~ 我在schmitt的輸出會有這種情況,不知道是為什?(這是一開始時的輸出,等到它穩定後就不會再出現)
9 R4 j& _$ Q6 G
- O  s( R/ `5 A0 A2 n麻煩finster版主在指教,非常謝謝~