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
5 d; p$ w8 I4 t$ Q) 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
8 P$ }) _* ?3 Y3 ~/ w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?
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?
5 R5 j, U: H+ j6 g) U& r0 P# u0 L
) `) p6 O$ U- x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
. B! H# \; O$ q4 @( r4 k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

! \1 x( j: |) ^# G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+ g3 e3 Q! M( s2 P6 y0 e
" @5 l2 V1 H$ X% T$ @, B) f2 N$ j& l% {我想確定我和版主所講的輸出是同一點嗎?
9 i9 h7 V$ i* T8 M( ?
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?

# s2 ^. K+ i- K% e, C" x+ n是介於0~vdd嗎?還是vdd呢?
& l9 B1 h# N8 X: H( f9 b
* L% ^3 x. l* r  O0 H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?
* J0 f2 R0 O0 S& 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
) p! Y, {% d7 o0 C2 \# W6 _9 [$ N, Q5 l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~
( C. W; ?7 X5 z# t8 L
/ j2 G4 `7 P0 j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~

. w( H% H3 O& {+ b. P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)

  V. P- d& \' d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?!
% u5 H$ v8 c) V! u
4 h9 f; c. O( E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?

# i+ s7 H: h% x" w4 m* fp.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~
) z( [# G1 V. Y! Z: h! V$ k1 o
, @  m% a5 e; d3 `1 e: O3 E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
, k" j* p* @' A' m
+ D$ w* n* v2 Z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

6 F4 Q$ k3 y  Z) ]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
) I# C; Q# J7 \' }- E; \7 ?- J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
# f0 j2 N* l9 g. V. q( G1 W
. i; o, o! C6 R+ v3 F( C[ 本帖最後由 finster 於 2008-10-18 02:51 PM 編輯 ]

camilla

各位前輩~
" J* I: e8 Z5 N4 d/ P% [
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 o* v2 _/ w; L' ?7 K- C5 Z不過最近在書裡有提到overshoot可能會造成emi的影響~
2 T) z# @/ I6 _9 {
" Y8 }# B& y6 ?/ `我再把我之前做的crystal打開來看,發現我的輸出也有overshoot~

! ^9 d# i6 H+ F# _4 ]如圖~這應該是overshoot吧!?
# b' R% j$ R3 s: n1 @6 m# R* P! k
那這個有影響嗎?有什辦法可以改善?

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~
: f6 h& t, ]0 V; c4 ~% V
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~
2 Z! p+ f. V7 G5 @, f7 S  O1 {
不過最近在書裡有提到overshoot可能會造成emi的影響~

. _  F; ]4 b8 X. G% {6 _( F我再把我之前做的crystal打開來看,發現我的輸 ...

5 p9 d, s+ o: D1 d, y6 d* i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~

  A1 q9 [) H* P8 f; m+ Y你說可以在輸出端加小電容(負載or Buffer),是為什呢?
- I4 s; }3 V5 C' Y) H
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?
9 b7 F) w9 x( y3 u7 S( i. ^
( O( |: J% j! w) {( E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
1 W4 F2 r; r" W7 X, q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
/ S" V8 M* D! S' N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
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
+ `& I! F2 U9 p7 x, }6 T& J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
9 j" a# N- \+ ?7 n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~

最近比較忙,所以現在才上來看你的回覆~
' U+ `4 q# c' L+ ]" \
- b/ q1 c9 Y$ _/ ?, V- r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)
( Z" ?5 T1 p& E, I
1 v6 `$ _6 ^$ e2 w1. 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?

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?
# b. X8 G& @8 x) M8 c
% Y4 H' x! A) s7 h5 B) B/ e9 ]6 d3. 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?
. q0 r- K0 w, g' i  ^8 @
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
% ~2 z$ Q- [' \) }7 ]/ [    不過,通常都會起振,因為不同廠家的crystal model不會差太遠
/ [- b2 y& b- N& @# _8 U2 N' O, c2. 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
+ V) M3 v& r  H" _
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~
( r$ b7 b. _  [% h) t+ N) {0 G9 I
- P3 K0 h5 O8 Q' o0 M" R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~
* Y" u2 b; ?, ^; W
& c9 P- }, Z4 t+ o我的震盪波形在接上schmitt後變小了,是什原因呢?

. {6 A3 f. d, u- Z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...

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)
9 o: v2 z, P( v- Q1 c  n- z. q
4 v- {0 l* l: l- P* k4 h" i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

( W) B% X$ o  x. Z+ G, A& m+ v: A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
- {6 A9 K) ?2 G4 W0 P
[ 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~

我原本振盪波形振幅是0.3v~3.2v...

6 D- P! O/ }  x( M6 Z( \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??)
7 m; ^9 p+ l; j4 K3 t
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?
. K6 L6 P  e9 A5 }4 V6 u. C
) r5 f; j2 A8 \7 H7 N" Q' V" h(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~)
$ S. X6 X. G  l' t
2 g! e& c1 c) M% A! 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...

- t. {, L: ?5 }0 h: {9 A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 a8 y) F4 ?  E, B, F" q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~
' C0 _8 F+ ~% N
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
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
  L# i0 t3 A% i0 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
而要改進這個問題,只能把振盪器的driving能力加大
* S; ^; A4 j& z( j6 B2 t# Z
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
( ], U* t, z5 f# K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
* V" r+ ?, k  \
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
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。。。。。。。。
8 m7 d. m0 \  K  [# @。。。。。。。。。。。。

camilla

超級謝謝finster版主的解答~
' p# H* e9 l% ~9 `& B
* t8 P3 ^8 k. h( v8 }6 }# R" e- ^9 I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~
8 c. k7 p1 J. `# ?( B  |
7 P  r. X4 Z; d& ~4 ]& q8 J) o+ J; ]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)

( x2 O2 Q5 x$ 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)

5 G' j. s1 H3 h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~