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
7 K. _& v  C# Q4 B) g8 M) R而你的情況卻在vdd ~ gnd的任一電位
; b' @. |) u% L! X3 W7 f2 f1 x% 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?
% X2 D. O5 z" C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?
, R) Q# O* e$ H* Z! I
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
5 E4 J6 v, q; |+ f$ D* ?; o1 \5 H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~
! A1 X3 k% |4 C( X; k& q0 n6 s! V
我想確定我和版主所講的輸出是同一點嗎?
+ v! a; z9 p) I! h2 ~
+ z, L/ l1 d* u: ~0 A5 M% r$ I. @: z) U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?

" H6 S# }9 ]- E) m) k因為我是想說在floating時不是輸出在任何一點準位都可以嗎?

  |1 j0 Z1 S) h! f+ d$ T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?

* n! J7 w6 ^# {/ Y! N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
, V6 r6 v0 ]$ O8 T* j4 S3 Y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
- i$ o5 R. Y3 {/ ~% }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~
+ ?) s0 ?6 c3 h+ e1 \. @- ~: y
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
" C" o" i2 q3 S0 _1 N
, Y5 i% c( w( s1 ]$ `我layout都沒問題了等著月底下線~
: T5 S& V4 E4 _: e
  M2 l8 m8 x7 V) A* ?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)

; @4 _+ D2 @0 u$ G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 D( K8 b4 T0 l' U* O
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?

9 \- v+ o+ J; m$ ]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~

6 |7 t0 n8 J* F; H0 }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

; V* v) e7 h) r$ e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
3 h$ Q3 t8 b& M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 G$ l& Y1 M* B1 e- `! U
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
, Q) _  p: I2 [5 U: z0 s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
- k$ x: [9 T, `% V7 v6 D7 }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~

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~
/ V4 E2 a0 U' I( ]
不過最近在書裡有提到overshoot可能會造成emi的影響~

! E3 P) G0 `4 l' g- }  o5 W我再把我之前做的crystal打開來看,發現我的輸出也有overshoot~

! ]6 z8 j5 t5 U2 R! Y, x1 F如圖~這應該是overshoot吧!?

  \+ {( a; ^/ I) R; G那這個有影響嗎?有什辦法可以改善?
* W  c0 y; o; @" g9 X
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~
! m& r, [! ?$ {0 c+ N* ~0 s1 g
0 `! Y1 ]) A$ Z% @. A: A( v/ T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~
1 n+ d: v8 _+ ?3 Y/ u% D
4 B) G( l  Y; e) Q5 p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 ...

$ c# B3 S. `6 e

) x& J* @; m8 C  N4 k你這種情況還好,並不嚴重
! R2 |' j* G3 {" ]3 F要想克服這種現象,若在OP,最簡單的作法是改補償電容
4 K1 ~; z$ Y- M: B! |5 x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?

- k8 q! p. H4 [3 _6 Z) T- I. A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?
5 W8 O3 ]$ O1 l% a5 B2 m
  ~8 V! O0 Q( C+ A4 ~/ f' L' n& u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
* T4 v/ w" _5 E/ g# x2 `' n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
6 S: ?; N( m# `; h$ b故而,把driving能力減弱,可以減緩over-shoot的問題
( L6 o! M3 t3 b; o. Z. x& o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
/ I. a+ I7 o( l9 A3 \. b- a# @- V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
- ~% J5 T6 R5 x( _; D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~
2 e7 _6 E* [1 \% l3 h2 O: Y
: ?& X% Y9 [# l9 c* m1 s最近比較忙,所以現在才上來看你的回覆~

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)

; f$ ]4 c" u1 ~4 _% F1. 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?
. P9 j$ o( ^; J8 K7 v1 D4 J
7 F. f) h8 n- K2. 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?
' q7 t% J% g( m
' y" f5 i3 H/ f5 q. }0 _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?
) n5 X. K" |4 `- m) W4 A
% t8 o- S, a: T( F& a  M4 z/ 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
. Q! N! R9 ~. g2 P+ R) X0 f    不過,通常都會起振,因為不同廠家的crystal model不會差太遠
9 f9 R8 T- Y, q2. 不太了解你這個問題要問什麼
* s8 p( y) l# a3 s/ G* G    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
2 ~( h) W/ R( }2 V& M" o- Y- _- O
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~

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~

& |3 h0 K. U$ }3 O: K我的震盪波形在接上schmitt後變小了,是什原因呢?

* v& i0 @8 U" [9 w4 |% A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)

( S* j! J" d) j+ L3 t7 O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/ J5 A* J2 n& v. ?3 Z1 Y/ o
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...
, {1 L) I8 E) r0 M% 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)
+ }6 R% K+ j; n  }
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?
1 z& v4 T9 t; ~- v- h另外,你schmitter trigger的vih and vil又各為多少呢?
- j5 f, j4 C9 P4 l- m1 U0 ?. s
/ n4 H2 s9 K. V! Z: Z+ r! f) t因為我不知道你這些條件,所以無法回答你的問題

1 l  A3 \4 U% A1 j9 B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
7 q* U% G7 \9 t6 Y- x4 F9 K4 t* J& 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~

4 \! r2 w2 P3 D我原本振盪波形振幅是0.3v~3.2v...

9 {& ~% A" ~, ^# G* U$ W但接上schmitt後竟只剩下1.45v~1.58v而已...

, U/ E. u& w' l. c1 A0 H$ i1 ~( R+ z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??)

* M1 G: H6 }8 e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; J. {! f3 q* F! V1 w
$ Y  T7 |! x0 s9 N. |# @(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~)
# C$ G" o8 w' V% H- p
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...

  O, z3 L! m9 l: C* Q5 m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)

  x. t& T% z# l; J" k7 S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~

! q5 z9 ^5 h9 w7 w# l- lp.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
# \3 P: H( L0 }  r) M: [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
  E1 r' C) p  _8 P1 c) X7 v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
而要改進這個問題,只能把振盪器的driving能力加大

' M- J* s- A6 Q8 O+ ?至於你問到為何只有在25MHz以上才有問題
2 N4 {& {! w' ]6 T: H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
( O9 ~4 w; H  o! Q( j/ x( |
5 b, E- s! Z! K至於schmitter trigger的優缺點
8 S( U* Q% \5 n3 T% v2 T% y" S/ J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 Q- g  H! W( W: `谢谢分享。。。。。。。。
。。。。。。。。。。。。

camilla

超級謝謝finster版主的解答~
7 N- ?: a) y4 D  w$ h( f
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~

, e+ _& A$ u) r+ p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~

' y7 O' H! _) u! P1 F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)
0 X/ ]# T/ p$ T0 `) ^& h" o' R
$ B" A% B2 H8 n1 [! T. c' 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)
  S. c* A$ X$ U( 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)

麻煩finster版主在指教,非常謝謝~