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
而你的情況卻在vdd ~ gnd的任一電位
. D" L0 d4 N& J; q. u
( ~. y% i2 _8 j' M+ P8 ^7 |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?

- j5 G) z  \: T1 u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

7 n; {  X) T5 v9 h, ?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~
, k7 O2 P! k. Y0 i
1 _1 ]1 T  p& u- d我想確定我和版主所講的輸出是同一點嗎?

$ \0 r) c% }, u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?

( P  j$ \# ?  l' `* i6 n7 c是介於0~vdd嗎?還是vdd呢?

" T- j5 f6 u" m( C2 {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?

- H; w+ A3 o$ V2 t$ w2 c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
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
/ B9 y& J9 B4 k# [* _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~

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
" Y% }" s: j. n9 P
* k/ w0 [& x( r& S* ]5 j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)
6 u) f% G  k3 R
* c% h  L" B; `( J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)
) k7 Y( M* U! R# @4 k6 e5 P
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?!
( _+ J9 `+ t& M. V
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?

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~
! L2 A; ?( u, {( A9 q; ~
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
) u) w7 W2 ~6 C20MHz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
  y, n0 e. t0 j) @/ ?8 T8 |
" Q# n5 \/ A! G3 a3 b" 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
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

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

) t* X/ [: O" @& W7 @" q; |[ 本帖最後由 finster 於 2008-10-18 02:51 PM 編輯 ]

camilla

各位前輩~
1 P. s3 E$ }5 f: ?/ M; l
& d  s/ {6 }4 ]' T+ R4 e/ O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~
, p: r# i# M* X9 s7 `2 Y4 Q
$ C( A6 D  t, `/ J6 p5 l+ I- k! Q不過最近在書裡有提到overshoot可能會造成emi的影響~

. @4 W" P+ T4 J/ y6 K. ?我再把我之前做的crystal打開來看,發現我的輸出也有overshoot~
1 x' K2 @  M6 @6 v/ a2 k' o6 i6 s' D: ^
如圖~這應該是overshoot吧!?

那這個有影響嗎?有什辦法可以改善?
4 G! s  F- j+ J0 ~6 F' j# a( Y6 l+ u
6 ~2 T; e( |* i& {% R9 F3 ]  v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
各位前輩~
# @! b) J& n& L
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~

! y: S/ g' ]5 r) w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 ...

. x7 G9 u/ e5 h4 K6 Z% \! k

你這種情況還好,並不嚴重
要想克服這種現象,若在OP,最簡單的作法是改補償電容
. S& F6 g8 q. F5 @' M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~
& C9 Z4 [5 K% t( g" g3 b9 H
6 Z: a# m4 F( K( E) t4 I你說可以在輸出端加小電容(負載or Buffer),是為什呢?

; @% T/ W- N4 ^3 r( s+ q* Y9 ?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
& w# x8 g; q1 }* c4 ~8 ?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
7 j1 c7 R. \: b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
) q/ [, H8 m4 ~+ @: N1 {7 Q
至於你問到的第二個問題
( J0 [9 m2 Q; C/ \/ E' D6 A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
- I6 |4 o1 ]9 y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
+ V1 D# n" c* V* P% t- J2 J. C* U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~

$ C9 e3 m& o2 F; d0 a. c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)
& e, H/ d6 t0 K" z( q  F1 [% F
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?
6 K/ B* ?; ?3 j8 G) y
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
) k5 i) k& ^: X' ]6 G3 K4 n$ Z   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 d" v7 r6 C' b  J3 d4 k; T9 c! x% v
. w1 s( D; _. ]! e2 q1 \3. 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?
( ^9 X% g# M0 u
) X& D" t- s/ P+ k% Z) B% ~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 r# n5 k. s0 O# g) _7 U2. 不太了解你這個問題要問什麼
! L7 z2 A' _5 y, f, i& k    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~
8 T( V6 C$ }6 O) r
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~
4 t0 A+ D+ d7 u9 ~5 \" r( S* S
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)
# o/ w8 I( Z; Z+ `+ \2 _: a5 f; }
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...
8 N; c) U% F' q1 o) m8 |* ~/ s' ^
  P1 W6 j0 [* ~4 l; j: q& Y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)
0 r( ^+ q0 x" V0 x( v: z
. u, F$ j4 |' ~- j7 V: x3 C6 A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?

, U" s' q- q, v( K& T; e0 t( U5 G因為我不知道你這些條件,所以無法回答你的問題
% q& a1 F- _4 K
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~
0 ?0 l5 y$ X" r$ _( }; X' j
) u6 {5 p$ k3 Y) t0 ~7 A9 S我原本振盪波形振幅是0.3v~3.2v...

, q) ]9 B( O+ H1 O# X( T/ D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??)
/ m: o0 {5 R+ u5 d( v
' h  N$ e; i  L: E4 G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?
7 j( f, f* P) \! m
7 l" ?% c% @& U& S5 A' q(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~)
7 c: b# x! w7 n3 P# b( u
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...
; o) |: ^% z5 k3 g
0 A/ F* ?; K# C. D: h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...

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)
9 I! U0 G- K8 M& _2 ]" U
; V+ U) `1 O6 W" i+ z# _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~
6 F( L6 r: `4 P
) w; l5 [1 j2 c8 ?9 W1 }再次~再次~在麻煩FINSTER版主了~非常感激~謝謝~

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
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
( j0 R1 M/ h* J$ |$ c
至於你問到為何只有在25MHz以上才有問題
; p4 n% E$ j, _  v1 a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
3 ^) Q. e# k7 n# x" v( Q
2 D3 `2 p- r/ \+ S. v0 u7 E% I至於schmitter trigger的優缺點
8 V, b: w8 i4 l% F0 W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
/ s  Z; [& o+ E: |) y谢谢分享。。。。。。。。
。。。。。。。。。。。。

camilla

超級謝謝finster版主的解答~

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~

# ]6 k. C! ?1 G( ^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~
& O. r5 p, ^8 I- j0 E
2 c! c2 h4 G. L8 y2 a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)

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)

" ^  ]: K. D* G5 A/ H# l5 Y( x0 g8 j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)

麻煩finster版主在指教,非常謝謝~