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
9 R) ], s! C7 I! f# H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
: ~8 q4 q4 a7 a: Q3 Y9 \
+ k0 E  J* k3 R& R' ?2 l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?
6 r  @' v5 _' r/ A( Q+ t  J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?
- e* M) Z& \, c4 v
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
- N' E$ B% x' z, ^/ R; e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
# G- x/ f" b6 U
" d/ R) x2 z2 Q  I7 u9 j( t; g, 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?

4 [" D% E  I9 U2 f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?
1 H3 h, j5 h4 [" P) N" j
  k. @$ W* F0 C- ^4 n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?

. X3 Z( [( c- C2 `) T3 g0 l1 U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
* L9 Q& v, L/ Y" j0 C, E4 D& 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
8 l- s0 l: B. Q: w6 O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~
% _1 G& ?$ d/ Z) ]
8 k7 ~7 P: J+ O# ]# g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~
2 X- P" u$ H4 e' ~) n7 p" 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)
* r9 M: ?& b8 t# r# c5 `- p/ W, n
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)
3 m: b7 U7 ]# ?+ {( D1 u# e- p7 E7 ?
9 @- ~' Y' l9 Y2 @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?
( ~  e% O/ b) a
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
: m( {! u% K0 l; K  q; O) y0 c' j* \故而在不同頻段的crystal會有不同的C1,C2和Rf建議參考值
5 I4 ^* j$ Q1 p8 G) M8 g( S+ p20MHz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

2 G. y6 A9 a, O. w' z6 n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
5 V0 W: \4 j' |2 m. R, g7 m, N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
4 l) d6 J- N; `* _, U$ ]# N
* _2 P/ W: @: c5 d% T, h" e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
1 _. G. z* M' t* D2 G1 B* {( ?& `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! [" B. s, y7 |, ~/ N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
2 J7 X6 y; n& _& X+ j/ o( A4 U
[ 本帖最後由 finster 於 2008-10-18 02:51 PM 編輯 ]

camilla

各位前輩~
" }+ h% V: o, T( P) q/ D
$ b! v8 W9 M, U# x5 b" L3 f% L* c( 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~
, ], ?7 d/ Y; y! r
* b8 W# C1 W$ @* F不過最近在書裡有提到overshoot可能會造成emi的影響~
% ?, p, ^! Y* s
8 s) Q& {0 S$ u8 w% i2 {0 B3 ]6 p我再把我之前做的crystal打開來看,發現我的輸出也有overshoot~
8 u; U7 K3 A) L7 g; e9 w
8 g. _0 U; V; N. y如圖~這應該是overshoot吧!?

那這個有影響嗎?有什辦法可以改善?

6 n/ B7 U9 @4 o& 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
" _, `; B1 Z$ X' D2 d# I" G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~

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~
' |7 t  z3 V. i  y  |6 o
8 f+ r8 g4 D& c& L) R! L9 m不過最近在書裡有提到overshoot可能會造成emi的影響~
. S; R" i5 L& z' E" Y5 ^
我再把我之前做的crystal打開來看,發現我的輸 ...

你這種情況還好,並不嚴重
/ I- S0 A) \4 l1 ^3 w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~

你說可以在輸出端加小電容(負載or Buffer),是為什呢?
# ~7 f! q9 p  [2 q: p* p" A1 }0 E# E
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?
, K) m# T8 R1 Z( Q/ ~
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
9 [  {5 }4 G+ r+ C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
9 S1 @$ M9 `+ U4 B/ t故而,把driving能力減弱,可以減緩over-shoot的問題
0 ?$ U4 A0 a6 q6 T, [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

( O$ l+ _" M) t8 h' @' b至於你問到的第二個問題
/ y% I* @* |2 s/ s8 E* Q" w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
+ c! d$ z! W, `6 q( o2 f! n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~

- V& b! \  d3 C$ w. h5 A2 B. k最近比較忙,所以現在才上來看你的回覆~
1 A6 b0 y% v5 K7 G# h
8 |. L. t' ^2 B5 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)
- g; w3 d& A7 Y" L5 a1 l7 |. J
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?
# ]' s1 p' o$ a# D' Y9 p8 e3 ^+ d
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?
8 n" \9 ~* E$ c/ S$ J5 m0 H
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?
, q# z6 _( N; N
) K) w" T5 l/ ?# }2 a/ P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
* U2 k2 ]. t$ c- I% x( B2. 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
9 o$ j( o/ D/ U6 `
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~
1 _7 `, m' |' l0 B+ J
我的震盪波形在接上schmitt後變小了,是什原因呢?
) j6 D% c: J& t- A- 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...
6 O! _- G  p' _' O3 I$ ~; C* Q
/ K( Q3 j* l. X6 q1 h$ {# [3 Q8 b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)
* b( @: n) h# Y2 Y0 n; g+ K
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?
0 q5 q% F' j: `另外,你schmitter trigger的vih and vil又各為多少呢?
: d! o; o- n: O% _
" Y, j; \9 d' h* k# A! K因為我不知道你這些條件,所以無法回答你的問題
+ r1 ?. g! }2 i7 |6 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% A5 _7 P/ S( i
( A' w/ y" c7 m. t! Z% {' m9 s[ 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~

" h1 O/ \3 e- }% Y9 C我原本振盪波形振幅是0.3v~3.2v...
/ n+ c1 d. {; |5 ~7 F5 S
  i7 M  O4 [. Z5 q: N( ^7 O% E但接上schmitt後竟只剩下1.45v~1.58v而已...
. N' j- R, H4 w' c  \/ l
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?

. J: D! L) c. ?4 J0 i: Y/ ](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~)

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...

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~

1 b  ]0 B/ T1 j  ~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
8 s# G& m$ r/ l7 y( A8 F+ C# U, N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
' N% f6 l9 o) Q1 H1 g, O, g3 S3 W# c, z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
& ~0 `- V6 P3 D: h8 ~9 s而要改進這個問題,只能把振盪器的driving能力加大

5 @( u  x  K, T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
- j$ L; O9 a+ E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

5 k  r4 U0 A' L至於schmitter trigger的優缺點
, {8 ?- ^8 Q, W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
谢谢分享。。。。。。。。
$ Y" n1 `5 ]  {( E% U。。。。。。。。。。。。

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~
3 t) R6 [% |0 R3 n
3 x" {4 J% b5 V+ W8 o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~

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)
! j  e& F; l6 S( n# ?  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)

# Y/ {2 W) |% c% B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)
' `" y  Y2 p* C
& Y, w* b, A! n# J& h麻煩finster版主在指教,非常謝謝~