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
& I& A& ?. `+ ?. c6 ~2 }, D- [6 j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
) H7 b% Y7 U0 S0 r0 e$ |+ j1 x而你的情況卻在vdd ~ gnd的任一電位

# A. d, G  j( x1 N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?
  G" r7 p2 T6 ?' 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?
% b# a1 Z$ n* \" L6 V% r9 }' E
  g3 Q) [4 v. _, T1 m! o7 Q* G+ z0 V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
3 J; _" u' t; |& P" c
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~
5 \9 p: e& s+ O& ~$ k! o' z
我想確定我和版主所講的輸出是同一點嗎?
" D+ U: {9 R1 b3 i; [) l
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?
2 k9 Y4 x) ^  f5 r
是介於0~vdd嗎?還是vdd呢?
! y1 y& X: ]9 r: `# E) C9 u
8 I% d) c( P) l# W8 J. G因為我是想說在floating時不是輸出在任何一點準位都可以嗎?
8 r7 F3 W$ E+ Z! W+ y1 g
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?

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
. e, W8 H% @6 E+ T! 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
! Q7 T& R: \3 R8 ^: U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~
. [5 V/ o2 ?4 ~6 [0 _( l: W3 u4 i9 m
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

  _  L( E. y/ Y" h7 x0 g. J: P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)
8 J! {+ D! }3 g
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)
: K. B  m( H1 h/ i( A) @
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?!
" _+ z4 _( ]' [5 S' L  Z( N% x
' B5 S' ]6 X" C5 U$ [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?

+ k, W5 j+ F+ M4 w9 sp.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~

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

- q' w- a+ @" [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
* t$ M8 U# M3 r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
3 H& A. W* Z$ ^% U; {& t' @
$ \; h! p% T$ }! J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
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
5 E7 j8 _  X( u6 v& S! [# t
0 f* }) M# k; l$ m) N  W6 V# w. I[ 本帖最後由 finster 於 2008-10-18 02:51 PM 編輯 ]

camilla

各位前輩~
% [9 e5 e9 Z" q7 F
+ v. c% f. f3 C% }  ~2 y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~
9 v/ z, L! n$ C& n5 h3 t6 ~( n
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,發現我的輸出也有overshoot~
: k. O) {) D/ h* I
如圖~這應該是overshoot吧!?
3 }  k) O6 A) }" t
那這個有影響嗎?有什辦法可以改善?
4 I3 G- W4 r6 O/ x
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
7 ^) J- }) H4 J) L3 _5 X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
+ o5 Z% q$ F" V: d) \各位前輩~
/ M- q9 X# {0 _* d; v/ G7 _  }( h
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~
; A$ X; I( t" K9 L( h; M. t
不過最近在書裡有提到overshoot可能會造成emi的影響~
. C7 S7 Z1 ?, L2 t# U
1 H) p4 h! ~- [* Z# x我再把我之前做的crystal打開來看,發現我的輸 ...

你這種情況還好,並不嚴重
9 I: O& I+ l/ n0 x, F. s4 i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~

你說可以在輸出端加小電容(負載or Buffer),是為什呢?
0 n* `1 s5 [. i  \3 f; k# @
: Q: g/ s' V7 m) W: W" W! y  v4 ~( A2 d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?
4 }: x1 @( F; G' h" t
+ |4 }2 c: V/ ]0 t; K0 g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
故而,把driving能力減弱,可以減緩over-shoot的問題
# B$ Y" h: T( A- v! \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

! W9 H4 o5 a5 L/ v8 d至於你問到的第二個問題
1 G. w1 [( a9 o, s4 [# `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
/ Z, U/ U1 m& C; N8 ^) _8 S+ e7 ~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~
# H$ S0 J: _6 h3 L9 q0 E! [
5 C  Z* J4 B. O+ a& E, ^- j6 J- j最近比較忙,所以現在才上來看你的回覆~
, g2 P* e2 t6 q1 i+ a
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)
  m' \" Q9 E) h( w6 b5 S
! F# K. I* m. |# b" n1. 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?
. B4 q* K" X& X! r; M4 d
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?
6 H! a1 U9 b( K1 X- Z6 P8 ^3 p
  ?' q: z: C. h: n3. 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?

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
    不過,通常都會起振,因為不同廠家的crystal model不會差太遠
) W, s2 j% s  m. Y2. 不太了解你這個問題要問什麼
3 Y  I, x& [- {2 B    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

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~

0 G. Q7 n7 K& g. F0 l! X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?
+ k- a& E9 t  J6 R. u( _
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)
9 o" V! Y* R5 y1 |' [9 G& {
, G0 E7 a' Y% y) m6 |- n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...
! Y9 p5 h# ]5 c! B( d/ Y2 a
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...

/ L) Y8 a7 E2 N) [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)

4 @$ [0 A  h# |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?
! N) K3 K8 c' W5 Q/ d另外,你schmitter trigger的vih and vil又各為多少呢?
: F6 Z6 P0 D% ]
1 V: I% n  l  i; \& V因為我不知道你這些條件,所以無法回答你的問題

; D- R8 F( `4 y, m5 T- I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

[ 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~

2 |) V  A# X6 }. H8 a- {1 [3 L+ K我原本振盪波形振幅是0.3v~3.2v...
' l) f1 s6 U/ A
$ u8 f% B5 ~2 i/ _3 q但接上schmitt後竟只剩下1.45v~1.58v而已...
2 c, H" e* C2 F8 Z2 H0 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??)

4 f. d, I4 ?. g* O& Y! j/ Z  v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?
- o. r8 Q6 U  x
. ]" [% D; K* g0 U9 z7 p: s$ X(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~)

4 g' ~/ {5 l; U" R4 n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...
* M) D/ B) _0 e
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...
7 v3 `. U4 T6 k1 l
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~

3 k3 M/ ~. h( b' _再次~再次~在麻煩FINSTER版主了~非常感激~謝謝~
$ y# _8 j0 t) h2 v7 H, B! \6 y
: r% }# _1 z- M% e5 t. Ip.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
! X7 ~. ^  w1 J! {4 Q4 ?8 K8 u關於這個現象,你可以從你的模擬中重現這個現象
( C8 Y9 G% r9 O& g( ?0 j& `1 t0 x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
而要改進這個問題,只能把振盪器的driving能力加大

至於你問到為何只有在25MHz以上才有問題
9 o& l& ]7 n* i1 S' [$ |這點,其實也跟你的振盪器的driving能力有關
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

至於schmitter trigger的優缺點
7 Z$ b8 g% ]4 G# p2 I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
9 m: U: L8 V% k0 H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
# e9 `# g' c9 A2 A: [3 V1 n# Z  }谢谢分享。。。。。。。。
。。。。。。。。。。。。

camilla

超級謝謝finster版主的解答~

4 A* t$ P" i7 O0 p. ^9 Y4 c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~
& B1 O8 p- z' f- J* j' A8 @5 q. N
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~
# R* C/ ?6 m- w7 ?3 I/ f& I$ K
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)
2 p1 I, L" F8 C: m8 t% X
! n) m' M: ]$ ?8 P( f7 y$ M/ Q" T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)
% N) r) P3 {; O% ?+ V. z
8 E6 f. K' z1 m. B5 {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)

$ x/ E- Z: a" r麻煩finster版主在指教,非常謝謝~