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
9 X$ p# |7 \  W: j; h& W9 G) _* P$ Z而你的情況卻在vdd ~ gnd的任一電位

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?

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
% r8 m% m' I. n7 G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 H& L1 F- n* h$ U0 c$ i. `
0 q# i) @! f* m- P2 r4 ?4 j1 N* K8 O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?
# X) W+ R" U+ Y
  R+ B1 ?2 |9 H: @; k! s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?

: I( f1 w+ r* R8 h" u$ ]2 }& ^! [因為我是想說在floating時不是輸出在任何一點準位都可以嗎?
' `- Z, ?" K  b4 x: R" N$ `
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?
! h, r6 m3 p, ?+ u$ O6 J
2 F: C% ~& }) ~* P6 ^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
' |% Q6 V& @$ d3 _4 X: H( h4 G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~
% s) y9 ~- U/ [4 S
6 v" Q9 Q2 I6 P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

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)

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)

  X2 `$ e2 W+ J! h5 M% p1 \4 a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 e# d  h- p+ M- G$ A; r8 |
$ n" _  O( U7 F5 N; Xp.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
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
5 A" c& z; x. D1 Y% \4 P/ w1 I
3 D% ?3 ^4 g9 m5 Y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
  p' d, Y+ T  a1 v2 h8 @& |& e5 I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

  }0 L$ M2 _' V- x2 R; n' [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
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
$ F( v2 y: g) o6 s8 x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

' _9 f* k. n6 a# n  B: Z; ?, }[ 本帖最後由 finster 於 2008-10-18 02:51 PM 編輯 ]

camilla

各位前輩~

* d: `' ^+ ]) Q  ^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~

# r5 ?, C5 |3 Y1 t' G/ U: U8 j不過最近在書裡有提到overshoot可能會造成emi的影響~
" a  S9 |, U4 s. w
6 ]* c6 P* d' T+ S/ L9 P我再把我之前做的crystal打開來看,發現我的輸出也有overshoot~
% ]1 a- x. b7 p1 Y* Y- a6 `
7 M  C5 I/ J4 J4 F% b$ w; s- L如圖~這應該是overshoot吧!?

# g: d! K' H% T0 `那這個有影響嗎?有什辦法可以改善?

9 ]2 B1 w+ t9 |* {$ q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
0 B4 W9 }% A: p% R  M( i各位前輩~
" a6 ~6 R7 Q+ [- M+ A+ p
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~
' n; t! C, [6 e7 x( d4 ~1 S1 O# K
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 ...

) G% g$ G: y$ Y# W' [- h
你這種情況還好,並不嚴重
1 W: t! t3 |# _+ u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~
5 A# l$ x* t/ N+ q& p
- Q& L  C5 m+ \  w: k: v1 {& [你說可以在輸出端加小電容(負載or Buffer),是為什呢?

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?
; _( x2 y- @% ]* a7 e
2 g5 M: }# w5 c! b3 J. b( s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
) L* L8 D( W2 t故而,把driving能力減弱,可以減緩over-shoot的問題
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
, }& K9 c1 L: V# A- f
至於你問到的第二個問題
. z6 d  f- @: X& N+ q- Y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
& v; M( Z" H' @! m1 M/ F& l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
3 _" T$ ^! e: e( `; t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~

最近比較忙,所以現在才上來看你的回覆~

* J" K9 A& ~+ l# X# P, X/ N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)
9 X9 L0 u2 s. ?
6 L, \# N  M, H3 H1. 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?
7 }# w" q, g0 G) |9 L
9 ^9 w! b4 A5 e2. 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?
* y2 x% [  h6 y  a
8 a. ]1 n+ t- K/ J9 J3 y& A3. 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?
1 P0 ?0 y9 F  Z7 a
1 n, I7 Q5 T0 n; G1 R- l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
( j; s! L1 V- ~" X/ Q6 a    不過,通常都會起振,因為不同廠家的crystal model不會差太遠
9 d" E6 n! v7 e  Y6 B1 T& h2. 不太了解你這個問題要問什麼
; U7 }" I/ O5 h, t* o* b$ y    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
6 r8 r% f, j  b& z: @( T
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~
) i4 ]/ G: I/ G! a/ M$ d& s8 \) 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~
. M9 [; d1 |7 m) V# v
我的震盪波形在接上schmitt後變小了,是什原因呢?

$ Q& x6 k2 b0 K( r) @; a+ B" M, H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)
9 P) U+ d- N( s2 X8 P( ?+ l# f
- |9 q1 R, ^1 G" |6 a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...
, E) [& @% N  m9 q, I* f- K
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...
6 r2 b9 G5 y% R$ ~: t
7 }% K* {" b5 O( N# {  t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)

+ V+ r* m9 `& c# j  y; `( G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?
- o+ F" t" l0 \另外,你schmitter trigger的vih and vil又各為多少呢?
! b. l) c# P% \6 g5 R4 l9 `# b7 c
1 b! @* D. L! F! B5 J6 l因為我不知道你這些條件,所以無法回答你的問題
1 m. c% |5 W4 x; K, A( y
! j0 x. }: L! _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
# \. d  c9 O( @4 f: m
' k) P3 T5 J, i$ N' ?[ 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...
+ Y  I7 g3 w! r
但接上schmitt後竟只剩下1.45v~1.58v而已...

+ h2 b, S" j: r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??)

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?

% E: u* G7 v- W6 y& B- Q& _# W(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~)
* |. r% n  @' @5 @/ F
& D; t% T7 a! O3 \" J3 R6 |( t0 K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...
9 D& I) ]! J' s
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...

2 m* w* M2 U& L( S/ ~5 l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)

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~

p.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
. m) C& ~& O( S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
# h& z8 I1 I; v) q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
$ O/ ], @, X5 S5 O9 d而要改進這個問題,只能把振盪器的driving能力加大
( |7 s) W; o7 ~. Z* S2 S
8 W3 Q- q" v) X$ x2 z3 T1 M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
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
1 z! }% z6 b3 N7 v  q/ F2 H
- g  c; r$ L: Z. b至於schmitter trigger的優缺點
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
' y% E6 ~* \. m# [$ J) n6 ~" I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
7 {6 S' ]: T' K0 N6 @+ I& k5 \* m9 X谢谢分享。。。。。。。。
. V9 C6 C- ^' O! j。。。。。。。。。。。。

camilla

超級謝謝finster版主的解答~
6 p6 |. L9 z" [  v3 Y( L5 R: J" D' k
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~

8 S( z# T$ \- L" S* C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~

' w: V8 q/ k+ n, ^& X: Q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)
) A2 Y  q5 n( g. }+ @8 P; _; t
5 k# w- F2 g, V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)

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)

麻煩finster版主在指教,非常謝謝~