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
而你的情況卻在vdd ~ gnd的任一電位
- U3 }, a4 Z$ R; c% q
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
+ o% s& `& e) f9 I/ p$ \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
. l' l" ?! C- C: j2 D1 U% \
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~
3 }. a) X& e7 s2 k$ L
  ^4 v, s+ ?8 N1 i6 Y1 M1 y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?

是介於0~vdd嗎?還是vdd呢?
9 }; M; I0 y  A& v
# s# l, r; b$ o4 A因為我是想說在floating時不是輸出在任何一點準位都可以嗎?
/ p1 o7 k. e5 Z$ U
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?
1 \. |# s+ @5 m7 [( W
7 `6 v% {& F4 c9 i9 e6 K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~

* `6 J5 ?1 W% Y9 V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, l% ?& S6 q$ L" I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)
0 R1 l1 S' r3 X0 d0 v
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?

8 N7 A7 _- O3 j- {9 L" _6 sp.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~
% v1 h8 x: i$ K# I
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

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
0 F6 c) N$ v% y9 p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

+ E8 ?% L; N; q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
. t: x# s# v; T; r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
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

' G; f# G$ f& X1 V! h1 F$ E[ 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~

不過最近在書裡有提到overshoot可能會造成emi的影響~
9 E# A. Y( ?7 K; E( E
我再把我之前做的crystal打開來看,發現我的輸出也有overshoot~

如圖~這應該是overshoot吧!?
! [$ j* W) v8 f* |/ g( U# H' @! Y9 J
' V6 F) E0 H. f6 [. q* L0 }那這個有影響嗎?有什辦法可以改善?

) i4 Q# z. p/ k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
9 R' I& Y- C/ v" M2 ^3 b各位前輩~
8 \, K8 g, N5 R) P1 l1 J; o8 I
! H8 I/ C" D- g1 k$ p3 b2 @) K+ 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~
5 k. K: V+ E  U$ q. ]9 t; \7 f
5 r6 I3 h4 o3 l不過最近在書裡有提到overshoot可能會造成emi的影響~
7 A1 p' E& o4 w2 ]+ X3 W3 G. m
我再把我之前做的crystal打開來看,發現我的輸 ...

. b: [6 S9 V4 f2 B
$ J& H& q; w$ @, a" F) _
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~

0 E! h( v6 E2 V你說可以在輸出端加小電容(負載or Buffer),是為什呢?
: h* q: w* v. m9 A( m7 u. c% f
' Z+ p! v- r8 D( r9 @5 @2 r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?
, m  q. M) z8 x/ ?
% ~* \* L/ Y& [( L4 V  A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
# E' O/ q& N' h* v故而,把driving能力減弱,可以減緩over-shoot的問題
; q  R7 p+ @  K: i/ @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
, y! F2 Z, c+ g9 W- R7 D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
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~

) n  b0 E+ e0 X最近比較忙,所以現在才上來看你的回覆~

2 P+ |. F6 h7 i4 N9 U7 V7 g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)

. {7 w3 Z- O; Z% p' K5 k& T; z1. 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?

6 _; U! r  T; p* |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?
! Q, w# m" i! L
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?
0 v) @2 n2 q3 |+ E$ k$ ^0 ]
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

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~
- r0 N! i8 y2 q' M  @* w3 V, g
! v  M1 t4 ~! y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~

我的震盪波形在接上schmitt後變小了,是什原因呢?
7 m/ z  ]6 y1 a# 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)
1 J- z+ T" t4 _( W
- ~" G; E% W  I/ n% I. V1 ?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...
4 R# [9 f$ c* C+ j, z& H6 F- X; Y
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...

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?
# {" G5 D* N3 ~5 x另外,你schmitter trigger的vih and vil又各為多少呢?
6 A" y' V# y' g8 ~6 v* W! L& x
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
' n" L7 t0 A1 X4 O9 W" k7 D' G
2 n8 a1 ?8 M' @( Y: ?[ 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~
' M/ T- ^" E+ o8 q0 i
我原本振盪波形振幅是0.3v~3.2v...

( o1 {; i6 M3 T4 B2 s4 {但接上schmitt後竟只剩下1.45v~1.58v而已...

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??)
0 \+ O, f% p9 H! t5 S
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?
. w# c7 b- I- X6 |2 j0 M. K
& s' y7 A8 y+ f& v' |" e9 r  o' g(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~)

/ _9 B/ l0 U. y5 N+ q( E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...

/ _: \4 Z/ w/ n) }) v, j; [' L& X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...
& P- a5 {' `( ?' |
6 ]8 M/ o2 N- R: \, }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)
) i* _- U4 w% a: `& L8 V# @
6 Q& `) j2 J, F( A  |& w, W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~

; b# b  `8 [( w# W再次~再次~在麻煩FINSTER版主了~非常感激~謝謝~

4 D5 ]* r4 o9 f1 V- dp.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
) V0 }8 ?1 D6 k3 t  J9 |關於這個現象,你可以從你的模擬中重現這個現象
2 N$ B7 h$ c4 }% o. j, d/ }* @- a0 ^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
1 |  |5 p- H% C) {! u0 w; S2 r: h而要改進這個問題,只能把振盪器的driving能力加大

8 a# K. x* m$ n4 \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 {1 O0 _6 \* Z  ~- ]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
: G! E) W; l! w8 ?; U# o. q2 k1 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 a0 \+ R; t- ?, |9 C# V. H) {谢谢分享。。。。。。。。
: p; R- e) X& C2 D$ k。。。。。。。。。。。。

camilla

超級謝謝finster版主的解答~

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 b& D- e% L% v) N7 L, U- e) i: Q6 j
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~
, T! d5 }" a" O- 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)
) g" O7 C8 c* j% N% }6 @" _8 j
9 M3 v1 T, ?# V1 H* W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)
# U5 r- g. s( H- D& W! |9 T  f
: G2 G1 \  i0 W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)
7 [* m& N; O6 C$ A& o3 ?, n, t! U( X
/ a+ v1 V8 Y1 b2 a$ s4 g: w麻煩finster版主在指教,非常謝謝~