crystal oscillator不起振~

finster

關於crystal oscillator耗電的問題,這個其實並沒有一定的標準
: L6 i! G* F! b* Y- v( ~  w8 X8 X因為crystal oscillator本身其實是蠻耗電的,除非你是設計32.768KHz的crystal oscillator這種才會設計成很省電,不然若是5MHz以上的crystal oscillator電路,它本身的耗電程度都在mA等級以上,這個原因是因為頻率愈快,它所需要的rise time/fall time要愈快,所以放大器或者反相器的耗電就要愈大

, u6 W% {2 Y! t: ]4 p# ~' K8 X$ w若想加快start-up time
最簡單的方法則是加initial circuit,讓crystal oscillator在一開始便設定它可以振盪的電壓準位,提早讓crystal oscillator反應出相對的phase差的振盪
! d; F1 h: O4 G" K& {/ v
至於第3個waveform情況,你可以把輸入信號秀出來,你就可以知道為什麼了,這是因為crystal oscillator尚未達到穩定的振盪波形,所以輸入的waveform振幅會有點忽高忽低的,以致於schmitter trigger的輸入會接收到變化的電壓,故而輸出也會不穩定,這是合理且正常的情況

camilla

finster版主~
0 h5 W! W, i2 i+ Y+ [3 s4 ?
/ `7 i1 N/ I+ ~我看不到你的回覆呢?好奇怪~可以麻煩你在發一次給我好嗎?非常感激~

camilla

謝謝finster版主~
* G% {% ^& n" I2 ]4 Y( i' c
2 @: h) V: U# t9 W# M8 k" |& u應該是我電腦問題~可以看到你的回覆了~謝謝~
* ^8 f# c/ j" ^# p0 s& d; O8 P
! ]- R5 y6 p7 u. f7 t3 \我了解我問題的原因了,不過我對startup time總是不了解,
. [# F/ I+ J' ^& o! a
$ E) G, `" r: G) m+ C% t我是想有無辦法不另外加initial circuit來加快startup time嗎?
: O( k6 F9 o7 q. Z% j4 i
我是想說可以改變現有的元件參數來加快startup time嗎?
  `, j( F5 X5 p: C3 \- |" r8 H
例如改變crystal model的負載電容等校的那兩顆電容(C1,C2)或R1

因為我一開始是針對13MHz來作這個crystal osc,
2 @9 Q4 }5 I- N
所已在改變crystal model後(改成20MHz,25MHz),原本想要的結果就會改變,
6 T' N; l7 x; Q" z
是不是這個架構在13MHz時是最好的,但在改變crystal model後所有特性又會改變?
" b1 D1 w9 Y- \2 d
" u; D/ s5 K6 Q: P" t+ [有辦法說可以設計出適用於4~25MHz的電路,但startup time, 耗電又都能符合我的要求嗎?

6 P' I- g% I  ?# |( ]. f" ^(我目前13MHz這個crystal 架構若套上20MHz以上的model後,startup time,耗電都會明顯增加改變)
% j: _, g5 W6 E* W4 ~! W( f; H
不好意思~問了一大堆問題~再次麻煩finster版主了~謝謝~

andy2000a

有 disable 能力  的 gain
2 F( z4 R9 L0 A4 f+ w& Q要高點
( n' T' c$ v, ?3 A* n. Z4 ^
0 l+ x7 X6 {) t6 m) Jhspice  sim 會動

real chip  可能不一定會動  
7 S' {' p4 `1 n: V; T& _2 B
而且 不是 所有的 fail  是部份
那就是 gain 太低

finster

原帖由 camilla 於 2008-12-22 09:21 AM 發表
  F/ N, u" |3 T9 b7 ?$ [5 \7 y謝謝finster版主~
& [. I# a* h+ k0 [, y" j) h9 k
6 g% `/ r& Z0 W) s  b應該是我電腦問題~可以看到你的回覆了~謝謝~
, N  B. k4 a, \
% f- B+ L- X: \% T我了解我問題的原因了,不過我對startup time總是不了解,
# v4 k, T+ e, h
我是想有無辦法不另外加initial circuit來加快startup time嗎?
( q$ O. E! y9 t; A( c; o
8 e: x8 O5 c' _# {我是想說可以改變現 ...

' a) J* p' H8 L6 N7 M  i( c7 F

% ]- r+ H. V; k" A  Q
; |! f5 M; ?$ G' S5 w  m, {先回答startup time的問題
6 ~3 ?, M  r/ K在不增加initial circuit的前提下想加快startup time並不是不可能,只不過要先理解crystal oscillator的理論,而這方面討論的paper只有早期的IEEE才有,比較偏理論,你可以研究一下
' d  Q1 m- I* L至於你想改變外部r,c來加快startup time,這種方法的效果有限
因為只要改變了外部的R,C值就會間接影響crystal oscillator本身的穩定度等issue,有時也可能會造成不起振的情況,所以若要改變外部R,C值,個人是不太建議你朝這方面去作
; Y3 F+ |1 h( V1 v
每一個範圍的crystal oscillator都有一定的design需求,目前很少有一個電路能夠涵蓋4~25MHz的range的crystal oscillator
' N5 F& ^' O$ O  l目前大部份都是針對某些特定的crystal oscillator的頻率作設計
而且愈高頻,其crystal oscillator的考量也愈多

camilla

謝謝FINSTER版主~
8 g2 |: @1 n$ U% m
0 `3 R) j% h- z% ^9 K: I我知道了,謝謝你的耐心指導~讓小妹收穫良多~

我之所以想要做個可以涵蓋4MHz~25MHz電路,是因為我教授當初是要我做個crystal osc,freq是由4MHz~25MHz,
! g9 @/ g/ N) t1 E
且有人作過,但我試了很久還是沒辦法,為了讓更高頻可以振,而加大driver,但卻使得頻率較低的startup time變大甚至不振,
0 R' f8 h" y7 p8 o
0 d# z! ^* o9 z$ w& O試了很久,我會再問我教授他真正的用意,是不是我想錯他的想法了~

8 N' p2 W" L4 U4 ^8 o, ?: s至少目前我對crystal是瞭解了~

超感謝finster版主的指導~謝謝~

camilla

不好意思~finster版主~

1 g! ]' S& \8 n- E* ?6 i' d0 ?  n6 u能再請問一個問題嗎?
; I+ R/ V7 Y" U6 [$ ^
startup time的定義是指什麼呢?
0 }6 O- L4 \6 _
7 D5 ?2 J- o8 F$ ^& c# a有些paper是指vdd從0v開始上升到穩定後,輸出也開始起振的這段時間(但不是輸出振幅到達穩定了),就稱作startup time

有些是指輸出振幅到達穩定(某一個值)的這段時間,就稱作startup time

  [4 G. k. s2 |9 u% z& Q9 ?& |又有些是指輸出duty cycle穩定後(都相同後)的這段時間,就稱作startup time

那到底startup time是指哪段時間呢?

請finster版主,或知道的前輩能指教一下~非常謝謝~

finster

以目前我所知道的startup time的定義來說
它是指crystal oscillator從一開始沒有任何振盪到完成振盪且穩定的持續振盪時間稱之為startup time

2 W3 d6 J0 I  L2 ]: z因為我們在模擬crystal oscillator時都是以vdd從0V昇到一個穩定值作為crystal oscillator作為一個初始值,所以有些人就會把從vdd的0V到crystal oscillator起振且穩定持續振盪時間稱之為startup time,而這種說法其實並不是非常正確的定義
5 m1 t1 `  l1 @
4 }3 a. |% ^  I不過,目前在startup time並沒有一個很統一的定義,而我所知道的那個定義也是從IEEE Journal paper上定義所知道的,而那份文章是很早期的paper,內容寫了一堆理論和公式
/ z; i; G; m' g  P
最後,crystal oscillator要作到4MHz ~ 25MHz並不是不可能,只是較為複雜,以前我也作過,後來我也只是覺得沒有必要弄到那麼複雜且麻煩

camilla

謝謝finster版主~

: @, d$ ~( g/ }4 O/ w4 e我對startup time了解了~
& c3 C+ l' O$ [+ O
- ?4 g, }, o$ p5 j我昨天試過用spectre跑了一次crystal osc...

不過竟然和hspice跑的結果不一樣,同一個netlist 13MHz跑出來的消耗電流和起振時間是不相同的,

. G, G* }' g- N; a- S消耗電流小很多,而電源電壓給0到vdd,但輸出竟從0v就開始振了,所以startup time也跟著減少很多...

一模一樣的netlist為什會跑出不一樣的結果呢?
5 l" P* {& H' E: R
5 n0 @5 P( Z( q/ R另一個問題是,你所講的加快startup time可以加一個initial circuit,有範例可以參考嗎?因為我的startup time實在太慢了...

(一直被學長嫌)
) P3 \' L, F, C  s6 @! l% s) J, b

p.s 很感謝finster版主不耐其煩的一直指導我,不過因為我實在有太多問題了,希望finster版主和前輩們能繼續給我指導~謝謝~

finster

關於spectre與hspice兩者之間的差異
這個問題我以前也遇過,只不過,這是一個沒有正確答案的問題
2 r7 J% d& g/ f2 g- x& O6 ?據我所知最早類比電路模擬軟體是hspice(我不確定以前是否還有其他版本),而這套hspice模擬軟體對類比電路模擬來說可以稱的上是聖經,其他研發出來可以作為類比電路模擬軟體都是拿hspice來比較,其他模擬軟體愈接近hspice所模擬出來的結果愈所能夠得類比工程師的可信度,只不過,hspice也有bug,也有它不足之處,而這些bug在某些想取代hspice軟體而言也許會有比較優勢之處
) N: T* X% N: S  |. N6 U& P
9 {* c; z! G/ Q/ _) L  r- M故而,回到你的問題,hspice和spectre兩者跑出來的結果要相信誰,基本上是要相信hspice跑出來的結果,只是,不知道你會不會誤觸hspice的bug,而這個bug恰巧是spectre所能夠避掉的問題
以前我這兩套軟體都有跑過,95%以上都是相同的模擬結果,只有極少部份才會有不同的地方,而且只有在某些很特別的情況與應用電路才會有不同的結果出現,所以,建議你先相信hspice的結果,然後再推導看看是否合理,若不合理,則再回過頭來看看spectre的結果
; u7 J2 G/ b9 c) z6 ^% N
: b0 r0 H. T9 A/ I( g% H. O, }9 |5 B至於startup time的問題
9 \0 h' u4 ?0 ^加快它的速度是我個人從PLL的應用電路中的經驗,然後應用在crystal oscillator,因為crystal oscillator要從0V一直起振盪到欲定的電壓準位需要一段很長的時間,如果可以應用initial circuit便可大幅縮短此一時間,因為我在PLL上曾下過不少苦心,也作過不少,所以很容易就把PLL的initial circuit應用到crystal oscillator,所以我才會說加入initial circuit可以改進startup time的問題

camilla

謝謝finster版主~

6 J4 Y1 }; z; \* R" d超級謝謝finster版主這一連串不耐其煩的指導,讓我對crystal有更深入的了解了~超級感謝~

hongx

此篇看下來真的學習到很多知識!

7 P8 I0 M1 B8 q. v/ m0 n1 F往後遇到一樣問題可以從中學習!