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
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
6 l2 u: F9 j) R& x( A6 N# e; `而你的情況卻在vdd ~ gnd的任一電位
  r/ K. K2 f, M- c3 Q# M2 J
5 S0 D) {" W- V. @! ~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?
; J! `1 m/ H, s* J
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

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~

7 c& E& i  i9 x, l5 w我想確定我和版主所講的輸出是同一點嗎?
1 w; K' {) U% u2 |  I: A
: I, O5 K3 S* t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?
& b- C$ m7 q: {& O
是介於0~vdd嗎?還是vdd呢?
) F) ?. {% 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?
; _5 Y1 J8 [3 O  Q1 A, j
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
' Z+ @% X7 w4 z2 }' `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
( i" a. W6 B5 e* R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~
1 t  b" r0 o) f) [8 U
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
" D6 ]9 K1 ]9 ^% s
; e! @' k& }6 b# s# e5 X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)
) D0 d- Q, q7 v3 n% d
9 _  y+ e$ F& y1 U" J! K! n9 V* ]% ^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)
, X1 o' C5 @( ~/ \3 D6 I
7 R  U; G( |. v( f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?!

  T* t) c4 ~) q( k( Y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?
/ b4 u+ {, E% B) j; v/ M( j
( Q+ ^% N6 Y1 M! k* ep.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~

& C3 Y/ A0 s1 @, x' {+ x& G/ ]; {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
8 _5 n' Z3 y( ~$ |# d7 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
9 x5 U  E) W& I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

9 d9 m+ g" n; T0 r8 F$ R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

( C0 H# _! Y7 A5 Q, V: n[ 本帖最後由 finster 於 2008-10-18 02:51 PM 編輯 ]

camilla

各位前輩~
) z' A) d1 Q2 N8 s( P2 U6 U
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~

不過最近在書裡有提到overshoot可能會造成emi的影響~
. G7 O0 a( D$ s& m
9 `; r' l" ~% o4 i' _我再把我之前做的crystal打開來看,發現我的輸出也有overshoot~
9 Q  q* ?9 ^' G) C0 V8 ]7 I. `2 K
如圖~這應該是overshoot吧!?

! Y9 |6 r' b0 H: x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
1 d' M1 O) d4 d7 C6 o# `/ ]各位前輩~

  N2 x! Q& ~& F: [( M* ]% }  `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~
0 R" m& k: Q6 V/ J7 J
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 ...

4 u% W2 j2 X& A$ u) Q, |
, ?! k5 X4 l- Q( E% x5 O
: B  ]" G9 S' o你這種情況還好,並不嚴重
8 b; U! Q1 @& h% p9 J9 L- \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~
& r0 A, N! C2 _- Z
你說可以在輸出端加小電容(負載or Buffer),是為什呢?
) F; _0 E2 @" P
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?
2 i! y/ W0 l$ G; _4 U) |* M
1 k# c% b; b! P! [# F2 M0 m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
: a9 S5 x, S, h; ?- i3 I7 z5 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
/ L0 O0 x; N& }# 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

, d" y! Z  x2 W/ i至於你問到的第二個問題
+ j: V" G; G, ^- g  _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
. h1 o# q6 v, T$ s( a( S" f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
0 m! C5 @2 e% V7 T0 M- E5 S% }* e( V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~

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)

5 z( j; a- `& _1. 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?
, E7 O/ a, U" u- c
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?
, d2 H( R* `; C9 \
5 P3 O' W, V& N# u0 A3. 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?

4 U0 ~; }/ F3 X1 T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
0 K" ]0 g3 y. c5 B4 w2. 不太了解你這個問題要問什麼
& N, u  h: M# {. R    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
8 m( d0 t$ |" n3 T8 c+ ]
# H; X& Q: a2 K8 U1 y3.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~
  t- F% c1 V/ ?
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~

0 _" \1 B4 C4 f! \/ _" O我的震盪波形在接上schmitt後變小了,是什原因呢?

, v- `; o7 E3 m& t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)

2 n  n: g7 \  v% G- @# \8 D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...
% |4 t. m# P% @' T5 f
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)

- X" W$ L) v6 z7 B! R# ]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

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
  c5 Z/ Q# a! e, B
[ 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~
& g# l9 T0 @1 u3 H
我原本振盪波形振幅是0.3v~3.2v...

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??)
1 @5 v+ ?! H: a) U$ Q" ]) h
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?
5 G% @% l( e# {3 b, V1 b
) E+ n& C0 R! 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~)

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...

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...
2 p5 l: e/ j# H9 {$ A: v0 u  o, N  n
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~
0 J7 {4 I) m. `3 I' r  X* d
再次~再次~在麻煩FINSTER版主了~非常感激~謝謝~
* S! \" G5 t  y5 R  u# l
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
' G' F+ [" m$ `$ }. h" r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
5 C- ?$ r2 n" B, l而要改進這個問題,只能把振盪器的driving能力加大
' S4 H4 h% W9 h0 `/ F
# h4 v3 z( U' u  D: h' R" z6 _至於你問到為何只有在25MHz以上才有問題
+ R& t7 Y, |6 v2 H9 X這點,其實也跟你的振盪器的driving能力有關
8 b$ b  L* v! z! f1 I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
2 u, T# W( y1 ]( \& u3 H2 k: _1 |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

2 p- W; w! J" O- W" L2 `: ]至於schmitter trigger的優缺點
& d. C' Q6 C1 I) }$ ~" k0 l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。。。。。。。。
' ~& c; X/ s( w9 P6 ?# e6 [。。。。。。。。。。。。

camilla

超級謝謝finster版主的解答~
9 g( A$ Z: r6 {- W2 y
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~
' _7 x* w* G  U: }; p4 ?2 K" U+ h
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~
/ D6 s$ D9 H4 T0 T8 O' S' N- H! ?
' c" z7 H3 f/ A: A3 P2 X. g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)
- I  d) U4 I+ u" ~  o) x2 t
1 ^. z* t3 {2 X: n) _0 \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)
; n3 s- t* b' q2 Y: ?  L1 R
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)
9 P: g# S) K& e' i
麻煩finster版主在指教,非常謝謝~