crystal oscillator不起振~

camilla

各位前輩~

$ m5 e$ j7 t5 b6 o我現在正在研究crystal osc.我有在論壇裡看到這方面的討論...
http://www.chip123.com.tw/phpBB/ ... 8412&sid=g0bJll
/ W6 S! B1 r  n& q9 Y" L+ m3 R3 d
其中finster版主建議說加入這個模擬條件  VDD VDD 0 PWL(0 0, 500US 3.3V)

0 |0 Z5 [4 Z$ @( l, d  B4 g+ C) B但很奇怪的是,我加入這個條件後竟然不能振了,但若是VDD VDD 0 3.3V卻可以振,

) g( E! r+ T; m; Q: o是什原因呢?
) r) P+ L8 K+ C$ Q' Q
& O1 C3 g$ H7 \& t另外finster版主題到的low current crystal oscillator...請問有bias voltage control相關的資料可以參考嗎?
  U4 F6 D  Q, a! v0 o(因我加完i/o pad後的電流竟然幾mA阿~)

請各位前輩知道的話能給一些意見嗎?謝謝

7 ~* ?% c6 O- c1 k# m' t5 V對了...我crystal osc frequency = 13MHz , vdd=3.3v

finster

我當初在作crystal oscillator模擬時,會加這個power ramp的方式
$ f9 g9 o' |$ p( O   VDD VDD 0 PWL(0 0, 500US 3.3V)
這是模擬電源電壓是從0V開始往上昇,在一定的時間內會達到穩定值,而會在多少的時間內達到穩定值就看PCB版子上的電源電壓多快能夠達到穩定,而這是比較接近真實情況的模擬,因為所有的電路皆不是一開始就是vdd
% }" f, Q3 t4 k' S- i+ H' C如果,你所設計的電路無法接受power ramp的電源電壓方式,那表示你的電路在power ramp過程中有遇到無法收斂的點,以致於電路會無法起振,解決之道有幾種方式可以試試看,一是加initial電壓,二是在電路中加負載電容試試看,至於要加多少,這點要看你的電路來決定,三是試著改變ring oscillator的size大小
5 ^: H' h% R. t! \# j: ~- u
* `4 C% J1 \4 M; _6 }- o你的crystal oscillator電路有需要作到low power嗎(total current <= 10uA以下)??
; g- B- P# c# ?0 i/ u2 j9 p1 H) H如果沒有,那就不需要bias voltage control
% Q: V; u: L7 n% Z, s' k
7 k/ O! C/ ~7 k; N5 |6 _6 W* \3.3V @ 13MHz的crystal oscillator,我已經很久沒作這方面的電路了,對於它的current會有多少已經不太有概念了,如果你想知道為何它的電流會這麼大,建議你看一下crystal oscillator兩端的電壓波形,再來觀看接在crystal oscillator的那個buffer(inverter)以及接進去的第一個反相器的電流,如此一來,你應該就可以看出為何電流會那麼大,同時也應該可以想到要怎麼修改size

camilla

謝謝finster版主~
% R9 b: I7 y/ {# d6 d% W, c& w
我加了初始電壓進去後就可以了~
3 v" M9 H0 g6 [" I  {  F
我有看了一下你建議的那幾個電流...在inv的電流大概是2.多mA,

我也針對這個方向下去修正~也有變小了~

9 Y( m8 x4 U  X  ~4 @另外我還有一些疑問,就是crystal oscillator除了消耗功率外尚需考慮什麼條件呢?
9 ^/ O/ t$ I" j8 H
我教授給的spec只有vdd=3.3v i<1mA Freq=13MHz 那我還要再另外考慮什麼嗎?

/ V$ y6 [3 m# m/ M- k(不可能那麼簡單吧?)

" X) M( o4 E3 J* R: p/ d) k麻煩各位前輩了~謝謝

finster

一般crystal oscillator的電路設計,最重要的是當電源電壓一開起來之後就要能夠起振,經過多久之後振盪頻率要能夠穩定,整個振盪電路的電流消耗有多少,振盪頻率的jitter或者頻率穩定度為何(這項通常是針對R-C oscillator,對於crystal oscillator則較少有人在留意),整個area有多大
/ t8 T& o! T4 @" }, J8 L$ d  J這幾點是crystal oscillator circuit在設計初期會留意的幾項
其中第一項和第二項是首要的,其他的就都還好,反正,只要有起振,大概就完成了80%
: Z  S3 o. p0 y+ m
# I% M6 f; U8 x/ s, p另外一提的是,有些crystal oscillator會作low power crystal oscillator,整個振盪電路的電流消耗要小於10uA或者小於1uA以下的規格,這種電路很難作,而且也要很小心,而這種電路和前面所提的設計難度大概差了至少三倍以上吧

camilla

謝謝finster版主~讓我獲益良多

camilla

不好意思~finster版主~
; U/ S! ?$ M" m  {( N) E5 Z6 b! W/ @
; M, r/ b* f& U2 `5 ~$ y$ [$ n% ?因為我現在想在不使用這個crystal時能把他disable(因inverter會有dc path),所以把inverter改成一個tri-state inverting buffer,但在disable時不是輸出應該要為零嗎?
) Q& B6 U% s6 x- R: A但為什麼卻慢慢衰減到1.5v左右?這是正常的嗎?
  l) C: A3 O3 t$ u; S9 h0 B; _
1 T: Y+ l3 c! d0 ]$ S再次麻煩各位了~謝謝

camilla

對不起~忘記附圖了~
/ {$ }- C! C' v. i  e4 V
9 _1 X' Q2 b( X# \7 _# X5 _( q不好意思~finster版主~

因為我現在想在不使用這個crystal時能把他disable(因inverter會有dc path),
所以把inverter改成一個tri-state inverting buffer,
但在disable時不是輸出應該要為零嗎?
3 ~% ~: d- A( {1 n  h但為什麼卻慢慢衰減到1.5v左右?這是正常的嗎?
+ G# z( C3 S6 u/ w  o: e
4 }1 t9 `! h3 q6 V( H4 ^再次麻煩各位前輩了~謝謝

poseidonpid

tri-state inverting buffer,在disable時輸出應該是Floating(High Z，高阻抗)
3 k  z& m/ {% |' I2 G0 E所以你應該用power down switch來做喔~~~

camilla

poseidonpid你好~
) _: R+ j1 e  \6 a! v$ D  t
# O6 \0 M, N3 Y6 B請問有範例可參考嗎?因為我不清楚你講的意思~那TRI-STATE BUFFER在DISABLE時是Floating(High Z),那輸出應該是什呢?
9 p8 Z& ^5 d/ p, P8 d5 `
麻煩各位前輩再次指教了~謝謝~

finster

一般來說,我們不會用inverter作為crystal oscillator的放大器
而是用NAND作為取代inverter
原因乃是NAND的另外一腳可以作為enable pin的control
. P/ W4 T9 c/ \  i; e2 _6 ~( W+ [
6 R4 K3 {' A: e/ z再來,crystal oscillator不建議你用tri-state inverter buffer
原因是在disable情況下,output為folating,或者有人稱之為Hi-Z,此時為任何電壓準位
這對接在後面的電路而言,反而會造成極大的leaking current
而這,是絕對要避免的情況
4 a. R/ Z- Q& e  Q" G
最後,你所提到的dc path
我不知道你在inverter的電路下所作的disable是怎樣子的一個電路
+ k5 k2 J# B7 H+ L2 d# ~一般,要作disable的動作,我們不會用inverter來作,而是利用NAND或者NOR來實現
( T5 E$ @* S) e% C若真要用inverter來作disable,那會在input端前面加一個transmission gate和一個對vdd的PMOS或者對ground的NMOS,如此便可達到你要的功能,只是,與其要這麼複雜,還不如直接採用NAND即可達到要求,既簡單又方便

camilla

謝謝finster版主~
7 k# E6 N/ e6 p' f+ Q" F) x( R
我了解了~我目前是兩個方法都試看看(加"nand" or "transmission gate & power down")...謝謝版主的指點~

camilla

各位前輩~
/ s; T' Y' b% J/ U5 k5 ^% y
9 t  Z( C8 v. M% P- p我之前模擬crystal osc後,教授看了說我的作法是沒錯但想法錯了~

  k/ ~" e3 p2 z! ~$ N8 |  j( x因為我這個crystal osc是要藏在學長的ic裡...要用他其中一個i/o pad來實驗...
) ^* z, e1 x. \0 ]* |, u
所以在不使用這個crystal時,能完全不影響到這個i/o pad所連接的cell(學長的i/o pad有另外用途~)
" {. E7 w, a8 C! u2 Z5 Q- M, p
但我還是不太懂我教授的意思...且我的schmitt在disable時輸出是要為0...
4 e0 ?& p) o: |' @
我實在不清楚我教授的意思...在原本的設計裡不是disable時就是把這個crystal都關掉了嗎?

為什一定要使用一個tri-state buffer來代替inverter呢?一定輸出要為floating呢?
) l7 `( u7 l! v" {8 U4 ]2 H: E
' Q- S* A3 ^  z! J  ]請各位前輩指點一下~非常謝謝~

camilla

各位前輩~
8 d9 [0 l6 c% e# K# t
我剛剛想到,因為我是接到i/o pad,所以不希望在disable時,crystal會造成電路消耗而影響到真正接到此i/o pad的電路功能...
! W6 u1 a% J" i. r" }( i( A/ ]
所以我教授才希望crystal disable時是floating...但又如finster版主所講,在high-z會有leakage current的影響...
7 T, C3 W5 A1 S( x, ?
那有什方法可以避免這個問題呢?或有什方法可以能有同樣功能(disable 是floating)但卻沒有此問題呢?

. ^* T5 p/ {* @  N% \$ {% c6 \& S$ m麻煩各位前輩了~幫幫忙(因為我月底要搭學長的順風車,藏在裡面下線,所以拜託各位前輩了)謝謝~

finster

方法有很多種
7 r6 H) q$ v) e5 F6 D7 [附圖是示意圖,實際控制信號自己加上去吧
0 D* A- H& y# U0 T4 I' N, f
我前面提到floating 會造成後面一級會有leakage current的問題,一般都是利用傳輸閘來解決此一問題
4 J% p4 A3 j7 e方式就如附圖所示

camilla

不好意思~謝謝finster版主的耐心指教~

& G; e$ X% q( d9 v& g7 s我現在改成如finster的建議~不過我對在disable時的輸出不太確定是否正確~
; e4 d) G! _% T* P. F3 G
如附件~是因為floation的關係所以他會慢慢衰減到一個偏壓嗎?而不會是0或vdd....?

再次麻煩各位前輩了~非常謝謝~

finster

不確定你是指那一個節點的電壓
若依照我上面所繪的草圖,在一段時間後應該會降到0V

不過,你的模擬圖卻沒有
我猜,可能是因為在模擬crystal oscillator時,在crystal oscillator兩端要掛一個串接電阻
故而在進入到disable時,原本要降到0V的電壓會因為這個電阻的緣故而變成到0V ~ VDD之間的電位,此時,在crystal oscillator兩端既不是Hi-Z,也不是在0V或者VDD
0 S% j% ?: s0 q2 n& _0 Z% P& X3 |你的模擬圖應該是正確的情況
0 Q3 N) e7 G0 d1 W$ O若想要證實,將串接在crystal oscillator兩端的電阻在串接一個傳輸閘,在進入disable情況時,將這條path打開,如此一來,在I/O PAD應該會看到0v的電位

camilla

不好意思~一直麻煩finster版主~
' U( `/ {6 b* f! `7 R9 J0 Q6 m+ h" V; ^$ h
7 q6 U' }0 t& t2 n' I3 G* W! L我的電路是如圖,我的輸出是指在INV改成你建議的電路多加一個TG後的輸出那點~
2 F4 s; U$ z- W: I& G
你講的是回授電阻嗎?但我已經把他用一個tg來代替了,所以disable時這個path是打開的~
9 r6 w4 q$ K: s% J
6 C/ n* F7 z3 x: V  T* Q還是你講的"串接電阻"不是只回授這個電阻?

+ r/ c. M( _6 j; {1 @假如我輸出不是0 OR VDD會有影響嗎?
* w7 L+ G1 b: B& q9 _
4 {9 ~4 e8 \5 e: ^8 R這個偏壓有可能是我的回授電阻(tg)所造成的的嗎?(在en和enb要通不通的情況下一直有一個偏壓存在?)
3 U& D! `2 J' ~5 z7 O" I/ J% z
% g& u# H9 @! ?9 r3 b不好意思再麻煩各位前輩了~非常謝謝~

camilla

我又忘記附上電路了~對不起

不好意思~一直麻煩finster版主~
9 D6 k5 j0 }# n2 k6 `; h! A+ {! k
* h! K/ Q; ?- c% W. ]% c, Q" M我的電路是如圖,我的輸出是指在INV改成你建議的電路多加一個TG後的輸出那點~

你講的是回授電阻嗎?但我已經把他用一個tg來代替了,所以disable時這個path是打開的~

2 l, H' f1 \( g6 l+ ?還是你講的"串接電阻"不是只回授這個電阻?

假如我輸出不是0 OR VDD會有影響嗎?
1 o% ~" R. e& B) k8 ~
$ t; y; x* b6 a3 P' C7 D- E2 b: O這個偏壓有可能是我的回授電阻(tg)所造成的的嗎?(在en和enb要通不通的情況下一直有一個偏壓存在?)

$ `/ j& T' o& N1 \不好意思再麻煩各位前輩了~非常謝謝~

finster

這是我依照你的電路圖所畫的動作圖
在disable的情況下C1的電容上會有電壓,因為在disable下,電容沒有path可作放電,所以原本在C1上的波形該為振盪的正弦波應該會變成一個介於vdd到ground的一個電壓存在,波形該為你前面所貼的Vout才對
8 t; X2 ]/ m6 N至於C2,因為反相器的輸入級被接到ground,故而在反相器的輸出應該為vdd,而非介於vdd和ground的任一個電壓,所以,若你的輸出電壓介於vdd到ground的一個電壓,這點倒是很奇怪,除非你的反相器的拉力不足以讓C2的電壓在disable的情況下被充電到vdd
若以你目前貼的電路圖來看,在disable下是不會有問題,但,要留意是其他電路接到C1的節點,因為C1在disable下是floating,所以任何電壓皆有可能,那對接到這點的電路而言就有可能會造成leakage current的產生,除非,你在disable的情況下,C1那一節點會有另外的輸入電壓來控制,那就不會產生問題

至於C2,通常是接到buffer的輸入電壓點,在disable情況下,一般都會建議要為vdd或者ground,不會在disable下所接到的那個buffer會有leakage current的產生,而這是要避免的情況

$ z/ j3 ~% e8 V如果你學長的電路在disable情況下要用到C1和C2兩個I/O PAD,那你C2的電壓在disable情況下就不能被拉到vdd,不然會有問題,這點你需跟你老闆確認一下,若有需用到C2那個I/O PAD,那在反相器的輸出級就必需接一個傳輸閘來隔開在disable情況下C2的連接
  @  z( v1 q# Y- @+ a% W6 j
0 c4 G1 _: L4 l$ l* S最後,你上面所貼的圖為Vout的波形??
這點讓我覺得很奇怪,若照電路圖的行為來看,Vout在disable下該為VDD,而非介於vdd到ground的作一點電壓,你需再次確認一下傳輸閘的電壓有無錯誤,不然這樣子的波形是無法和你的電路圖作相呼應與解釋,而通常在這種問題下,要不就是遺漏掉什麼,不然就還有其他元件影響到C2的電壓,以致於C2沒有被拉到vdd,
! p7 F8 r, |( q3 H- r8 E+ w
[ 本帖最後由 finster 於 2008-10-10 08:47 AM 編輯 ]

camilla

謝謝finster版主的詳細解釋~
! m, c# N& q4 b0 Y2 {
* h) m2 a% g+ u4 N$ }- P我學長電路在disable時是需要用到c1和c2兩個i/o pad的...而我現在最主要問題是...
) ^. `. V% z$ c) k: D, z: O8 X
% d) h( @8 e/ ]2 ?在反相器輸出沒加傳輸閘時,我的輸出在disable時是可以拉到vdd的...

: i. A5 z8 ~# M- Y8 V/ J但在反相器的輸出我有加一個傳輸閘來隔開在disable情況下對c2得連接,但此時的輸出應該是要如何呢?
1 L& U1 o% Y9 p7 R
不是應該維持在vdd嗎?但卻是如圖所示的結果!!
7 h+ O! E/ W* I/ u1 E
是在加入這個用來隔開c2連接的這個傳輸閘後才會有如此的結果發生,是我的傳輸閘的設計有問題嗎?

6 ~7 P3 o# y  \8 O! m/ X1 q3 _7 n' \一般像用來當成disable的傳輸閘有和限制呢或設計條件呢?因為我是懷疑是加了反相器輸出後的傳輸閘的關係...
% i* {& A% |+ h* z! U2 ]
但又不知道這個傳輸閘除了作disable用的開關外有什限制?
6 m' r- u5 W  j+ u4 P
請各位前輩和finster版主在幫幫忙~非常感謝~