CMOS晶體震盪器模擬

jackrabbit

原帖由 monkeybad 於 2007-8-9 10:01 AM 發表
) s7 r$ \! ?2 y昨天晚上試了一下以前在網路上找到的一個方法
就是在一開始的時候 串聯一個起始電壓源來加速Hspice的模擬
起始電壓源為一個sine波 頻率設為crystal的震盪頻率 然後要加入damping factor 讓起始電壓慢慢衰減到零
) \5 ^" N- I: I結 ...

- j- y) v' j$ k) m) L. s) O" f! U小弟最近也在研究crystal oscillator circuit, 這個討論串讓我穫益良多
/ I: H1 L7 @! `* j) Y8 fmonkeybad 大的這份附件, 剛好讓我想到一個問題
7 k0 u1 R( }: Q  N* r8 l在這篇附件裡 figure 2的模擬結果顯示, Xtalin的振幅會大過Xtalout, 而Xtalin振幅甚至會超出 Vdd&Gnd
; _' [4 C$ ^2 ~. B$ q8 @1 C我自己在模擬的時候也看到同樣的現象, 但不知如何解釋才正確....
Xtalin > Xtalout還可以理解, 畢竟兩端的loading不同
4 `* W" r6 ?; |- S7 C* ~/ a1 a2 {但是Xtalin的振幅是否真的會超出supply rail? 還是只是模擬上是如此?
這個現象讓我聯想到DC-DC converter~ 不知道是否是電感所造成的效果?
& {9 F8 k2 T: V7 |& L查了幾份application note都沒討論晶體兩端振幅的問題, 不知道這個振幅有沒有辦法去計算或調整?
煩請各位前輩指點了, 感謝!!

jackrabbit

回復 47# skyblue

個人淺見
2 C  Q9 o" P# t# \首先要先搞懂起振條件的概念, 一個是Barkhousen′s Critera, 是用回授系統的理論解釋
, h% W% Z5 _" W$ u/ p' R! z8 K, i- \另外一個是以能量的觀點, 就是ideal LC tank是會一直做能量交換而振盪, 但因為寄生電阻消耗掉能量所以會衰減
$ H9 ]" F8 d. b# c因此才會有負電阻的概念出來, 用來抵消掉寄生電阻, 變回原來pure的LC
% U7 j( F/ _. `& f1 L6 Z有這個概念後, 對於如何去模擬負阻應該會清楚很多!
3 a2 w. ~- Y7 r  Q& g# Vcrystal 視為LC tank, 把crystal拿掉, 從原本crystal兩端的位置看進去的阻抗, 取 real part 即是我們所在講的負阻

模擬方法: 等效電阻算過吧?! 您提到的極性問題, 我個人會建議直接在Xin/Xout1間跨AC電壓源, 看你正端定義在哪, 取從正端流出的電流值
: I: h& @+ T& o) e然後 V/I=Z, 再取實部即可
. [, P6 O* \. ~, F1 @% o% e) \+ S雖然說振盪條件是 負阻=寄生Rs, 但建議為了起振, 把它做到至少五倍大比較保險, 這Razavi 教科書還有paper裡都有討論過
你可以去試著調幾個不同的負阻值看看起振的現象, 挺有趣的~
9 I5 ]" C' a! T
另外, 純屬個人意見, 我不會用外灌電流的方式去模擬, 畢竟實際的電路上並沒有這個電流
0 V, Z+ ]( r, e$ O( M) D我會採用前面有人說過的, 把inverter 兩端initial設等電位(both high or both low) 讓它自己去翻
" ]% N9 @6 n, B還有, Hspice 要設 method=trap puretp, 再不行要再加 delmax, 值最好小於1/100 週期 (國外討論區建議的), 用gear 幾乎是不起振....
# ]& O0 E. n$ _: E5 K3 s$ @# x我用這樣的方法模擬, 不用外灌電流都能起振, 也可以看出負阻大小(或說inverter的gm) 的確會影響是否起振

而我不認為改變W/L 會讓負阻變成正值!! 因為那個負號是來自於mos gm的電流方向 -> 做過小信號分析應該知道
$ O1 ], q6 i+ Q- V/ J4 B7 a  R2 c您是否把整個電路包含crystal一起去看阻值了??
* w) I2 S/ c, v  W3 Ggood luck!!