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
& C# Z* I7 F( O9 d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
3 s6 {* x+ B1 z+ j" T  ?
若想加快start-up time
) I0 [) [+ n& }  o) J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

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~
/ T; r( \' r% `* C6 i
1 M( k+ T7 b# v" E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~

應該是我電腦問題~可以看到你的回覆了~謝謝~

我了解我問題的原因了,不過我對startup time總是不了解,

我是想有無辦法不另外加initial circuit來加快startup time嗎?
, n. U' C& k( F1 h  R9 k
& i' _4 ]; ~+ T7 p* U5 L1 z$ j我是想說可以改變現有的元件參數來加快startup time嗎?
/ V' u1 [7 Y% v* ]
例如改變crystal model的負載電容等校的那兩顆電容(C1,C2)或R1

7 J/ ?# B4 j" C+ Y5 U8 m2 c因為我一開始是針對13MHz來作這個crystal osc,
" F' @% `0 x! a# Q) A
$ P5 i0 v0 |+ n" @所已在改變crystal model後(改成20MHz,25MHz),原本想要的結果就會改變,
- j! I6 _! J& B9 z4 m7 t
& q. n  A- _  o) z, B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?
- j- V7 @+ s# H$ G, T% l
3 T  S: w- V: A9 \+ ~1 z. z% W8 J( O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?

(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)

* P. K' R8 H# E# U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
9 K+ O4 ^+ A' L' A8 t$ q要高點
  Z' S. ^. }/ `5 E# h
hspice  sim 會動

, J$ M0 G4 M0 ?8 K: s& Zreal chip  可能不一定會動  

3 q; l/ |' }1 y1 q7 ?* i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
謝謝finster版主~
6 V/ n# }  ~3 f% T& N
應該是我電腦問題~可以看到你的回覆了~謝謝~

- h& a' H. W% L4 l; o% K我了解我問題的原因了,不過我對startup time總是不了解,
* _9 A4 |& x. d
我是想有無辦法不另外加initial circuit來加快startup time嗎?
* b7 y: `& O- L7 \' W$ R$ ^1 ?
我是想說可以改變現 ...

7 B/ V1 S, F8 R, e5 G


先回答startup time的問題
1 W4 [6 ]5 S! ?8 D* E1 G) H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
: V! F8 M* q' w0 H8 |至於你想改變外部r,c來加快startup time,這種方法的效果有限
; I+ M. `' }* X0 \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
: ^, W. V* P( p$ k% f+ l8 h
8 i  i1 r- V' Z) w2 y; h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
目前大部份都是針對某些特定的crystal oscillator的頻率作設計
( S* M% b: e' D4 n4 L+ L而且愈高頻,其crystal oscillator的考量也愈多

camilla

謝謝FINSTER版主~

8 W" v6 |0 `/ i' C- J5 F我知道了,謝謝你的耐心指導~讓小妹收穫良多~
4 `, @4 P. \) m+ A% J
4 y& U0 w& f8 B# v% E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,

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,

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~
3 w# D0 Y% A" b  V) l8 N) ?- E4 R7 F
至少目前我對crystal是瞭解了~
5 ^( ?7 f) {  e# s
超感謝finster版主的指導~謝謝~

camilla

不好意思~finster版主~
; w* _. W5 \, t6 C
能再請問一個問題嗎?
" B* P+ s  J$ }, f' Z( P0 a) \* Q3 ]
startup time的定義是指什麼呢?

) m+ {' d3 P( d; n, }/ O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

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?
; |" T  G3 v4 F+ u$ x
: h' f/ d/ J% ]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
$ [; P4 t0 F, A  y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

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

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

. a8 g5 N, x+ [' V6 C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~
  M# g5 {# n) X; ?( M0 T
我對startup time了解了~
7 ?- x+ ]3 }: n, C, r5 }9 ]5 u
我昨天試過用spectre跑了一次crystal osc...
1 P) ]9 ?) W# a3 ?* d" v2 }* x
! h4 h: }. Z$ o4 l9 A1 m1 _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,
% H: b5 t7 d. R
9 W/ h/ ^# z% i3 R& a8 {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...
2 n0 `: g$ Q8 v- v
一模一樣的netlist為什會跑出不一樣的結果呢?
8 F! c* f9 ^( B/ L' Q# |" q. T
5 X+ C. E+ G1 U! |9 z& Z4 c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...
6 q: K4 C. o) z/ a1 |; m' ?
(一直被學長嫌)


* g' h  v; T% Q8 r1 v1 `2 cp.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
* G$ h/ D/ Z( x9 A) M* L' D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
- M; V. u* s7 ^7 O6 H- K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
, z' v, C: C8 A5 I" f1 u
4 K% l4 f; U3 M' ~$ z2 `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

1 P+ n" O6 j1 V; N8 L0 f. J至於startup time的問題
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~
5 }6 b0 u# d0 d& I
1 N: S5 ~3 K' V; [& C5 ?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!

往後遇到一樣問題可以從中學習!