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
- f: |. ~) Y9 B+ f7 }而你的情況卻在vdd ~ gnd的任一電位
+ D1 R6 B" E! P0 K3 `+ T# f7 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?
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?
4 |. d! ^; Z2 @2 e* @, r* p
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
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

4 g. |* P: {: S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~

我想確定我和版主所講的輸出是同一點嗎?
; `, p# f5 x& b( k& a
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?
# h% b4 @- I* T# h
是介於0~vdd嗎?還是vdd呢?

因為我是想說在floating時不是輸出在任何一點準位都可以嗎?

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?
' O+ N* H; Z4 e# p8 A' ?4 S) Y
& v1 c4 k% E* B3 G) Z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
2 N/ b6 G% D$ R" v6 B  b$ t$ j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~
9 X) I6 r/ r9 r0 m6 U1 }
9 K8 g7 ^, ]# V  B1 C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
: H/ D( l! b. ~5 C6 k; r7 q
4 Z0 _8 O5 l6 u, }我layout都沒問題了等著月底下線~
0 X0 y& \1 s; T) A, r
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)
  j' l0 X  W0 ^3 K
1 V% K- W8 K# V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)

: o6 A& ~% w% I  O2 r3 T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?

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~
0 _$ G, Q% H. J
1 J; W% r; O2 S  T) w$ E. P7 R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
9 x4 u/ V$ a. T6 [故而在不同頻段的crystal會有不同的C1,C2和Rf建議參考值
20MHz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
0 q# ?0 `0 d8 o8 h- p4 I$ Q0 N
" k0 ?) s0 @8 j7 P7 n# l5 q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
' y4 X- K9 R% d, Q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

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
, {4 {7 I6 \+ Q( g/ D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
' w( K: O1 E! p1 O8 R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

3 ?" h# [% [- Z& j9 t6 C[ 本帖最後由 finster 於 2008-10-18 02:51 PM 編輯 ]

camilla

各位前輩~

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~

+ O0 O' u+ T' C. [不過最近在書裡有提到overshoot可能會造成emi的影響~
4 f) `: h! V5 z' p' G9 Q
我再把我之前做的crystal打開來看,發現我的輸出也有overshoot~
& R8 b- u* o; r  X# h' a6 s
6 s+ ~% ?6 R: X( P7 o  r) `+ O7 o/ k9 y如圖~這應該是overshoot吧!?
& E: x. h; m1 V/ ~9 ^" s
7 U7 K& l; ]1 X+ }那這個有影響嗎?有什辦法可以改善?

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
各位前輩~
7 X* b1 r5 Y" ~* O
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~
' r3 w, U$ u9 P
! J5 n$ u. B! @  ~8 p% S9 A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 ...

3 {* C" g: O" X, s) {4 X9 ~你這種情況還好,並不嚴重
要想克服這種現象,若在OP,最簡單的作法是改補償電容
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~
$ M0 M6 d1 t" d) u# N" G) H
你說可以在輸出端加小電容(負載or Buffer),是為什呢?
$ e  O/ v( x: }) g0 R8 A9 H0 g
: b3 R. U  {8 q0 O6 C9 A0 v7 o8 s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?

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
1 k6 U8 Y* N( ?, J+ S! k9 p! ?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
* R" r( t1 h/ G8 I" r; w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

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
2 d6 ]* C# Z' G. o: q& o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
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~
8 E6 B% H' N+ }$ d
" E0 z$ x5 f9 m7 K  O最近比較忙,所以現在才上來看你的回覆~
) n# H2 ]# ^$ c1 A
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)
8 s! B7 ?3 l! X1 O7 m5 n
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?
+ |3 P3 ]% P' b8 ]- W! E) A( ], m
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?
# S* v8 D7 J1 }3 w/ o
# u* a9 }0 q' X1 M' }+ N9 k8 \8 ~' t8 L3. 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
, u2 n5 u9 h$ O2 E" T   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?

2 G$ a& |% g+ U' N$ r: t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
) v8 T# q7 W0 G% _. a8 g2. 不太了解你這個問題要問什麼
2 o6 h; m* o4 X    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
* u' ]6 W: q5 ~
3.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~

& l) p" |# ]9 F: e% b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~
, \+ n6 l% w( ^8 [6 u
) \2 [: d. ]7 [6 [我的震盪波形在接上schmitt後變小了,是什原因呢?
* J! q' c) g8 n5 b& i7 l( f$ z
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)
2 P1 m- A8 _% Q
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...

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...
: L3 P5 u  l0 B: v, k
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)

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?
7 Z4 S$ P5 u/ ~6 L另外,你schmitter trigger的vih and vil又各為多少呢?

3 E9 ^8 t2 r& y8 ]. o! H+ U因為我不知道你這些條件,所以無法回答你的問題

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

) u* t$ D. {  r) X. B[ 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~

我原本振盪波形振幅是0.3v~3.2v...
$ o6 e8 V8 \" j& R6 G& b0 r$ I4 P
但接上schmitt後竟只剩下1.45v~1.58v而已...
7 y" c& [! a' Y* O7 _
1 d4 |% o) s3 p  ^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 x. d2 U7 X' c' u4 h( c8 ]
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?
1 j3 a6 \4 l: z5 u( u  a
(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~)

  q4 g/ q& j0 C3 F- u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...

% p9 \% |3 @5 F5 x, h& f; T' P5 n+ X2 t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...

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)
* b6 ~- M1 M) G9 [- y
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~

再次~再次~在麻煩FINSTER版主了~非常感激~謝謝~

5 o+ k9 H; n8 Cp.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
' K* V  |% z. W; |: Y* E) w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
# M6 ?4 X, w/ A! r1 E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
& h! n! Z6 f; @+ K% t而要改進這個問題,只能把振盪器的driving能力加大

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
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
2 b% s7 L1 ?. J; K! t5 n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

至於schmitter trigger的優缺點
7 V6 }3 g6 q: |% x6 K5 _' y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
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
5 O9 S! H1 T/ B8 b& c谢谢分享。。。。。。。。
7 ]5 E  t( L" s  I1 g/ o。。。。。。。。。。。。

camilla

超級謝謝finster版主的解答~

  H, y  E% [) T' ~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~
& y/ W& R6 m! h0 }9 d
+ ?- @3 ?6 {+ `0 g; ?) g) ^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~
$ Y$ T& t* j2 W( Q, S
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)
8 B+ F& W4 v3 ^0 Q  _
4 A3 T& e# E5 X% Z. 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)

# z, Z8 m1 [" |) \9 e% `: \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 F* m3 ]1 N0 K; e/ H) v8 O! Q
+ |2 n! N& H6 V9 \: ?) J3 p麻煩finster版主在指教,非常謝謝~