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
* G/ E% |& V- a8 s" ?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
而你的情況卻在vdd ~ gnd的任一電位
, o% A5 H' T2 i- B1 f! y' p
: ]0 d- G6 W/ p+ o; X' u; R. G. w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?

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

" F1 Y; M( R) o- X5 X- ~7 \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~
. m" v% i/ V, J3 X' g6 F5 R! r
我想確定我和版主所講的輸出是同一點嗎?
* A2 z: _. P; [, J% \# x! ~* A, B- |
& g+ Z* Y0 F: I- x  Q! j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?

" X8 I5 w2 u0 h' {) F& g是介於0~vdd嗎?還是vdd呢?

因為我是想說在floating時不是輸出在任何一點準位都可以嗎?
0 R7 A9 z: x5 Z4 w/ E+ Q
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
9 K: f9 V) h6 Q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
6 J5 a: Z1 i. r( B( M. ~2 L- _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~
, ?. ?! P* F) Z; q8 _
. h8 I& m% R7 Y: [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
" b6 @) b; d5 T" y1 y' Z
我layout都沒問題了等著月底下線~

/ i5 w3 P( c9 z: k* y9 V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 P1 S' y; d6 d) [9 E) l
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)

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?!

' q( j+ p7 {+ h; X" A  P+ W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?
% j: d/ s" u1 U. w$ T8 v. w0 M
: u/ w: b. `0 a! p: ?p.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
$ ]" r+ ~( y7 z/ O+ ?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 w/ O4 w2 ?! n3 {. E3 U) h
: q& a0 {$ v5 ~: ^3 s1 Z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
6 P5 ], B3 r$ G# V: G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
$ e1 k. b7 s. @1 p6 O& }
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
/ B* U+ H3 \2 {# ~0 Y& @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
( X1 p% d3 W8 }% A0 ?# R7 X4 N9 W
9 s1 u/ t6 Y- r# ~[ 本帖最後由 finster 於 2008-10-18 02:51 PM 編輯 ]

camilla

各位前輩~
3 w/ _- `, V, _( T
. [/ B( L! g6 \% h1 f8 q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~

2 y/ d% ~: S6 ?/ |9 s! 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,發現我的輸出也有overshoot~

如圖~這應該是overshoot吧!?
. l& J5 f3 ~8 ?7 ~5 g, X! E
那這個有影響嗎?有什辦法可以改善?

1 j( G" }+ w2 F/ T: _) |) U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
( E0 k. g. L6 g! `' c各位前輩~
, |' P' i( V: w0 k7 j6 ]3 i' v7 M& V
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~
) D# n1 g  _9 B+ S9 ^6 g3 M* \
# {& a5 _/ @( Z4 [) j不過最近在書裡有提到overshoot可能會造成emi的影響~
/ ~, d! r+ O0 l* d8 W1 Z. n. t
* S* i% X& q6 M( `% K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
7 E( U* D0 B: @! N5 G+ n! z要想克服這種現象,若在OP,最簡單的作法是改補償電容
8 u( I+ }- b4 H5 a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~
: S7 L( f3 ?" s. B" o1 I9 X: A
你說可以在輸出端加小電容(負載or Buffer),是為什呢?

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?

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
' k0 p1 N: [' g3 x4 \2 e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
1 L& O9 n. O9 Q# Y% Y9 s* O9 C1 N故而,把driving能力減弱,可以減緩over-shoot的問題
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

至於你問到的第二個問題
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
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~

4 \3 q$ X* L% B+ W. y; |+ |- `最近比較忙,所以現在才上來看你的回覆~
, L$ D2 o6 ]2 ^4 K7 ~) q* M
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)
0 f' j% X! |9 k8 t) I
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?
7 b) F! _$ _- j+ O8 v
( j" X4 x8 z7 P2 D$ d5 M2. 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
* L, ]/ L' S2 K; n" ~' x$ s   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?
. Q* N7 e; h: j- o" ^
1 l# u% D$ ~0 ?, S: P5 d$ U3. 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
% N  T3 e! k" g' y; b/ _   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?
) v+ ^" m& K6 o0 j! ~
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
2. 不太了解你這個問題要問什麼
' w# U9 y: t0 E0 A7 u7 P    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

% S& ~( h% D5 w3.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~
- z9 b1 ^/ |4 Q0 b
! `' {: N2 Z( q# P+ d: 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?

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)
4 v8 w, T+ l) ~8 v* w$ l
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...
' a* [9 ^$ W8 a' f2 B. a$ y5 j, m
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...

/ @, e& }8 j3 s6 L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)

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?

) Y' `" m( V7 h5 L因為我不知道你這些條件,所以無法回答你的問題

, ~5 n" I+ w; M/ @8 ~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

) l2 c) q! c1 x[ 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~

: J) Q6 w- I9 Z4 X) ^9 x我原本振盪波形振幅是0.3v~3.2v...
' A3 B& n7 Q6 u5 B3 n+ ~
4 M5 f: Z. i1 j: T1 [/ z5 }. M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??)
) d3 D4 u2 I1 b' U3 o1 ]
" r' k5 |. G! ]5 t' K' Z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?

(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~)
- M' y+ l7 ?8 Y7 j) D+ L
1 ^! C: g' q6 a" j& Z9 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...

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...

' _# m8 Z( P- s5 z$ a+ m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~
* i8 p4 O4 A6 t* n! W! I
6 i/ n( w+ I4 T1 ]5 h* j7 Q# E" |) e再次~再次~在麻煩FINSTER版主了~非常感激~謝謝~

( o- h; \2 \' |: e! B) M4 b1 Lp.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
. j- ]6 q& e$ E- w- Y+ |關於這個現象,你可以從你的模擬中重現這個現象
. _% H/ ]( A  x, o" i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
2 L6 I, o& S, L0 q+ @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
! Q* f' x% P  ?+ v+ S" G而要改進這個問題,只能把振盪器的driving能力加大

, [& C/ ~7 U$ @/ W+ S* @0 b至於你問到為何只有在25MHz以上才有問題
這點,其實也跟你的振盪器的driving能力有關
  Q# V+ m8 F' \- O2 j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

) p  d+ f4 [; E2 n, z  p( H至於schmitter trigger的優缺點
* g# j# Q! @8 [8 l8 g9 e3 ?& C- K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
- ]; B' t1 j& Z# t9 l7 i0 L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。。。。。。。。
0 S* V+ ~# i& B% t% _1 O! t。。。。。。。。。。。。

camilla

超級謝謝finster版主的解答~
2 z, m- ~) ?& K& L
4 b1 a& j$ [/ w; \; \& U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~

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~

3 y4 T2 d0 k5 j4 p7 h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)
! L6 C% H& d& `: x
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)
, I0 F- S8 P4 {0 b
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)
7 `" h$ E* G7 t: \1 p
麻煩finster版主在指教,非常謝謝~