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
" s# Q1 U% S$ W% \0 z4 y4 a7 e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
) L* Q( s, a1 `1 v. I而你的情況卻在vdd ~ gnd的任一電位

6 [# Z5 o! w" I# H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?
$ x5 `; K: Z; \5 M; l( s, U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
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~

5 a: m3 V; S. Z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?
2 b' ~4 i- x# F8 m% T3 O1 b" B4 _
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?
$ P( C% ]& W/ J- B5 I) q
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?

! d/ F. E/ L  p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~

  `7 y5 P. R& O* ~- @" Q9 U1 r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

& \, r- ]+ r* e- d! O9 z$ a我layout都沒問題了等著月底下線~
, G: n1 R( ?1 n8 O) c
/ S0 Y" ]& b: ]  E+ C0 @" T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)
8 p" ?& S  l! d. K
- L- T: o( F0 F2 n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?!
  p( }! V% t2 c) ^
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?
( d2 p- D' ?5 T3 _/ C% P2 u
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
7 N0 Y1 U8 Q$ I! `( v1 D, w故而在不同頻段的crystal會有不同的C1,C2和Rf建議參考值
  A3 N, f5 H' T; o20MHz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

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
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
/ I7 G: q2 w# J
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
' j) o# O$ @4 F- M, \( ?5 \# I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
5 @4 t9 T. A( }, Y; v8 W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

[ 本帖最後由 finster 於 2008-10-18 02:51 PM 編輯 ]

camilla

各位前輩~

) \# m8 ~) U0 o7 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~

% N* @: V& Y( I  Y不過最近在書裡有提到overshoot可能會造成emi的影響~
. v8 M! r3 K0 z
我再把我之前做的crystal打開來看,發現我的輸出也有overshoot~
6 ]3 C* A3 Z) L/ N) @
如圖~這應該是overshoot吧!?

那這個有影響嗎?有什辦法可以改善?
  r$ O0 K; D7 Q% M- ]( l) @. A
' {% ]) x, o  |7 O  P6 N8 S0 H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
/ [( Z* y4 S+ C/ Y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
' |, |1 U$ A5 O2 r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~
3 z9 _/ g7 S- q- `: l1 @9 N2 v& a
不過最近在書裡有提到overshoot可能會造成emi的影響~
7 A6 A* Y# |3 h, o$ z
) N& K9 w$ l0 j5 B# \+ W我再把我之前做的crystal打開來看,發現我的輸 ...

: d- r4 |! c/ p! |7 v. B2 Q
$ T' K: }( D8 u3 ~- A4 I7 M# d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
' q/ x. C  A  F: K1 p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~

) z1 x% P+ W1 \: k0 G* }. ]你說可以在輸出端加小電容(負載or Buffer),是為什呢?

+ `7 x; A9 X3 [# ?6 D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?

3 {* m; W  h, v/ _/ f# G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
$ N) l, e: L  K+ E( m( P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
1 K+ Y7 m: Z' [. `* [6 t+ ^
0 h: N1 b: I0 \1 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
6 T9 p' E. L. \! J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 X3 o( g1 X; z9 k
0 l1 H4 r* l6 k5 Z* K: K: W最近比較忙,所以現在才上來看你的回覆~
+ M8 @' ]/ V# q3 m* F4 c
+ A' u# V5 H# ^. y; Y4 i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)
6 a) T* a. q' n, R7 n0 {4 G2 y
3 l$ C1 u- w3 M! S/ q$ 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?
& P+ [# \& k: ~
+ D8 D+ x5 C% x2. 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
* s: w; N/ c, e7 i! Z0 i5 n   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?

, k4 C: @$ }% O" S# T+ s+ J- S3. 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
) v' c9 }/ H' r& ^   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?
) t9 y/ \3 R2 H6 ]0 q
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
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
( n7 P2 X3 h  t: l' N" u( B* R
, e) W9 e% X  f! U- E3.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~

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~
) h8 z- F' i0 R
我的震盪波形在接上schmitt後變小了,是什原因呢?
8 M1 {  [' d% n) [: s8 }" V
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)

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...
  ~: m% H. z+ R7 M& o# _' s. ?
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?
另外,你schmitter trigger的vih and vil又各為多少呢?

因為我不知道你這些條件,所以無法回答你的問題
) V4 A  m: Q, L: K! |$ e0 u8 ~
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
  A2 j5 O7 s, Q3 i7 U, S3 B3 [
: l" O. l! Z7 r[ 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~

$ ?3 w9 m' o/ K8 w4 z6 f$ ?- E- y+ |+ ]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...
( d1 }9 u; D0 }, u' z1 q7 Q% `- U
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?
+ [/ y: x2 {4 J' e& L; 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~)

/ E( J' A0 f0 N# z0 X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...
+ l& O4 ]/ V2 ]2 Q
& s$ O: u) F) f: J( `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...
/ @9 ^8 I" u' h; G, W
7 _) f' n. M4 i( \8 O+ ?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)

, G% b, l3 I' u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~

1 |4 E$ i4 s4 Q0 m7 V; c再次~再次~在麻煩FINSTER版主了~非常感激~謝謝~

- e, ^9 v* v, B' i2 U* C+ Ep.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
: z: z! {6 N9 ?而要改進這個問題,只能把振盪器的driving能力加大

1 e5 O/ M$ \) h0 Z# r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
7 D' i, y5 o2 v  P8 A
8 Y3 c: \- w; E3 Y至於schmitter trigger的優缺點
- o$ t, S: m- ]  G4 d8 ^% `. Z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
; K1 \( w# Q) l( K2 m& z: f8 l谢谢分享。。。。。。。。
5 u; m- ^2 i5 _6 j% p; k。。。。。。。。。。。。

camilla

超級謝謝finster版主的解答~
/ X( R6 y- u- V- {
5 |! d) j1 V3 m; B7 m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~
! P. r' N9 Q. X8 ^
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~
& j- k( u5 L, q0 B( z
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)
" m2 h& l* q% [
+ L) D' z* P$ m) y5 d. G0 g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~