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
" o3 J/ C: S) e; s- ?& o8 h1 M. l. S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
' w% R% q; M! ^; @! _1 h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?
0 ?; U+ X1 W" J/ F' H+ e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?
8 p! H( i& [0 s* i
* |& j0 P) p# O, \& M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~
: c% x8 ^  N% R7 G
我想確定我和版主所講的輸出是同一點嗎?

; F1 u& R' O7 C% Y- D( v9 P" H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?

因為我是想說在floating時不是輸出在任何一點準位都可以嗎?
5 H# ?: K9 l4 X; 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?
; M) s5 u+ S6 }
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
7 M' I( K6 U# P- f" 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
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 r* W7 J+ T$ t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
; `% T, ?% x4 k) l, r
' C( j3 I/ C% W" G/ F. k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)
* D0 e+ z; z) A
: m9 Z' K" d  m3 n  |) v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 O9 O4 B, H  ^# 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?!
' i: G/ D% u! s7 C' L  l+ }
: A0 {9 i' V: y1 h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?
3 Z* J- L) j5 t9 |
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~

2 `1 H3 N8 z, c$ F7 G# W$ V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
4 B$ v$ E$ S1 J+ j20MHz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
. m) W" U( h1 o" D1 s/ W' t
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
& w2 E; P8 E1 ]  f" a; b+ k4 _3 g2 _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

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
$ c* x  o! s6 W" u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

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

camilla

各位前輩~
6 _% o' c' t( 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~
5 Y: B4 `7 `  z/ \( A4 i: [
' I* }6 ^* k( {# G不過最近在書裡有提到overshoot可能會造成emi的影響~

4 w& L% L0 B. ?5 S! t我再把我之前做的crystal打開來看,發現我的輸出也有overshoot~
/ B3 C. W2 {. J9 F
1 M( u& v& Z! U+ n如圖~這應該是overshoot吧!?

9 `( A4 ~9 c8 k/ a, z% A那這個有影響嗎?有什辦法可以改善?
' v& b* U- e) h* {! F/ u. u3 r
" }" F- k4 o$ a4 b4 M: s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
. ^) M* ^1 r3 b1 Y+ Z" j- 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~
' z9 L* q6 c# P' L
# @* t* h; A; ?' o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~
4 ~+ S6 Y4 m, j0 O7 l
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 ...

# @8 ~5 A7 }( ~. e0 j# \你這種情況還好,並不嚴重
' k, E7 B7 _# m* R* c4 }& n) R要想克服這種現象,若在OP,最簡單的作法是改補償電容
! w9 G/ q" ^5 h" \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~
4 J1 L, h9 r! Z) C
( y2 w9 f' z" Q你說可以在輸出端加小電容(負載or Buffer),是為什呢?
0 D8 R2 E# G/ ~& N4 v
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?
  X& m+ i6 t8 \+ ?
% `6 \/ C! O- Z0 d# d5 O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
+ {$ K- L; F( x3 `  O4 k- Z故而,把driving能力減弱,可以減緩over-shoot的問題
# X% x1 c# F7 j7 Y0 b1 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
& O' k, E! `0 o
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
% f" H; @' j% Y: \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~

# l0 h2 v5 }0 B- x  k% H最近比較忙,所以現在才上來看你的回覆~
: Q* Z8 m6 }; O7 i% R* B
- x4 O0 y9 ~5 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)
+ d2 T8 o5 ^, M  ]5 O3 {
. {" i( @4 `3 V1. 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% ]) y' R7 j, s
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
7 C3 S' p5 S1 z0 ^" Y   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?

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?

' {( u2 T( s: d8 x- L1 {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
7 @; p  B+ g1 }" x. A  V    不過,通常都會起振,因為不同廠家的crystal model不會差太遠
7 F. b: o# X$ J% @! T2. 不太了解你這個問題要問什麼
. K4 ]# \# R. I0 ^    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
) X; T9 ?9 X) Z* ^% R4 p) f% |
9 M& m. J; o# \: I3.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~

我的震盪波形在接上schmitt後變小了,是什原因呢?

9 @: z9 p2 |2 |- z' P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)

' t& N4 p+ U$ a) I5 O5 X9 p* M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...

8 K" Y6 i2 c& X8 H# M, 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)
* D4 R/ S9 w$ k) d) \1 j
, |" r' S# c7 n% j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?
: T& `% p) N3 F4 n5 V
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
+ H9 j1 m3 y* S3 U! _. ?
, `. w! r( f1 x  r0 r+ p; I& z, 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~

" N0 `, H6 \. t' O7 T1 C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...
0 B/ m; ]+ V+ r1 c) s
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?
7 G; D, v7 j2 A  r: a6 m
(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~)

. P. I; _5 D* d/ Z( V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...
. k& R+ I- T/ g4 \) t
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 ?; b8 ^, B: n( `
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~
7 ]# s/ t, s! u/ S5 s& w( h
再次~再次~在麻煩FINSTER版主了~非常感激~謝謝~
0 t, y, ~, X) ^: b0 n
% D: f1 i$ k& _, I* Op.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
' S& r: q9 k% b. }, B0 }關於這個現象,你可以從你的模擬中重現這個現象
( T* }: w9 s* c$ M& T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 ?3 g6 x9 n. d3 A& e而要改進這個問題,只能把振盪器的driving能力加大
4 f& R3 l0 v* u  G  b* F: e9 i
1 ~" R% x. z2 W" Q' H- l$ i% C至於你問到為何只有在25MHz以上才有問題
/ Q% ]. Z6 m' Q7 [& Q; l& k這點,其實也跟你的振盪器的driving能力有關
$ D9 b' T" d, R5 B, N' }$ j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

: q0 W) h) P4 T) @* A! B5 X  q( M1 q至於schmitter trigger的優缺點
5 X% j& y: y6 `* O( h5 x+ E* I; y: 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
4 t9 T: R7 k! k( {: f, q: [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
0 l3 m7 p) H3 p; i6 L& Z8 @0 B  [谢谢分享。。。。。。。。
。。。。。。。。。。。。

camilla

超級謝謝finster版主的解答~

2 w* S. P' ]! b0 N. o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~

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~
6 V, J3 z% N# {% J) y
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)

6 L3 [  C4 {) C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)
( t' j5 w, L' |& R8 _; m/ Z8 f
& s; n5 S- J1 }( j" h; q: L麻煩finster版主在指教,非常謝謝~