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
; G6 j0 }" x7 H8 o) Q; r! M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

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
% J( t& c9 h3 Y
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~
6 f) e& m2 o% v
; [" E; J0 [6 w4 K& P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~
2 X. c; n: c3 [
應該是我電腦問題~可以看到你的回覆了~謝謝~
# @4 @1 ~6 K8 a  K% S9 q" O
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?
( \9 }9 \# A5 w6 P* D& p
我是想說可以改變現有的元件參數來加快startup time嗎?

例如改變crystal model的負載電容等校的那兩顆電容(C1,C2)或R1

1 x9 L* x$ m0 J因為我一開始是針對13MHz來作這個crystal osc,

, L$ z0 R, U; x6 }# G. b- Z所已在改變crystal model後(改成20MHz,25MHz),原本想要的結果就會改變,

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?

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?
5 V) h$ w# K1 ^5 q  C7 ^
- C+ L  o5 p$ s(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)

$ }6 I8 F( e# u2 {1 N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
+ n* N8 X( R, L5 e, b要高點
( S2 p3 c  J- y7 h& p/ f! g0 x
hspice  sim 會動
! H! [) R$ c1 L# u" v" p/ X; A
3 P4 B  N( E8 O2 Y8 k6 Y! Treal chip  可能不一定會動  

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~

2 [0 x3 M. {' J  S5 R; b7 w- X0 u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?
/ v- R2 A" u, v# y3 o# L  R2 m
我是想說可以改變現 ...

  Z0 b" O) b1 f/ f* g9 @6 `, M


; D" p1 g% x. o% u& i8 Q先回答startup time的問題
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
  j1 G5 x4 t" A4 k, _# r# F至於你想改變外部r,c來加快startup time,這種方法的效果有限
1 e0 D% Y' ?0 g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" R7 W) s% _5 v) B; p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
; N1 T9 }# u5 {8 c4 {% |而且愈高頻,其crystal oscillator的考量也愈多

camilla

謝謝FINSTER版主~
) ^2 ^% @' S! ~1 d' H& a& i
1 r6 u( Q6 U. _) ~2 q我知道了,謝謝你的耐心指導~讓小妹收穫良多~
$ R1 l! Z9 x- Y2 s: W
. J  ^3 F$ M2 \* {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,
- T  y! R9 f8 n3 d2 n
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,
- U6 U. s' k2 n4 e3 ~, ?
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~
) P# e1 N  o1 z
" S8 U- T% d% G. U7 N9 z2 w6 m6 x至少目前我對crystal是瞭解了~

6 W% {2 \. W2 O  \# d. R2 ^6 A超感謝finster版主的指導~謝謝~

camilla

不好意思~finster版主~
  T. P0 F) ^% H# R' P
5 r9 y" j$ |8 d& F能再請問一個問題嗎?
6 u' _& s# A! ^& R  o
startup time的定義是指什麼呢?

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
2 s0 v! G. k3 `4 c8 ?
* j) r- H. M% c! a+ |; t! m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?

7 N$ q5 x0 Q( O) _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
) f8 J5 }) K9 ?5 ?6 u# R8 T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 v5 ]& a" B5 W+ w" E4 e8 I/ V8 Q
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

; {' v. u: _& y% V6 p) s$ F4 N1 A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
, R4 B) D, W0 q$ T/ K: y7 L; }
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~
- N8 B7 T( P8 R( P; I0 c/ Z/ {
9 L, B$ @) X8 g4 Q: W我對startup time了解了~
. w5 N1 s) H* h
5 T3 P# L$ i, f% Q4 ]  T% g我昨天試過用spectre跑了一次crystal osc...
+ l! U4 y. n9 p( ^: u6 D
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,

3 z" ?' g1 Y( 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...
! R1 a/ B2 }# o0 U( \
; j* G0 [' C" k& d0 k2 P! z一模一樣的netlist為什會跑出不一樣的結果呢?

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...

$ X' k9 j0 x7 i(一直被學長嫌)

5 T8 U9 h6 R8 O* g3 V# Z) y5 c
9 G& _: t* s. H$ {" mp.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
! }$ V- t4 }6 d, l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
. I, R' w! A) X; l, q2 _+ X. H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

. o0 s' k0 v2 f: G4 O3 V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

! D  z4 A2 }! c  M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~

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!
: V3 W5 c  Y5 P# S: Q. p
往後遇到一樣問題可以從中學習!