ibis模型仿真培训教学教材.doc
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1、IBIS 模型培训要点:模型的概论模型的分类模型的基本理论模型的检查连接器和过孔的模型一模型的概论模型的概论仿真的第一步离不开 IBIS 模型的收集,下面是关于模型的一些基本知识:模型产生的流程:模型的转换工具:上图中的 IBIS to DML 的转换的工具已经整合到 Cadence 的仿真工具中, DML 是指 DEVICE MODEL Language模型的精度: 模型是否能够准确反映器件 BUFFER 的工作状态,直接关系到仿真的准确性, 因此模型内部的检查是必须的:下面是一个模型的 BUFFER 的图与实际测量的结果对比:(二)模型的分类:模型的分类:模型的分类方式有两种:以文本格式的
2、分类和以器件类型的分类 以文本格式的分类: SPICE(典型的晶体管模型)同类的模型有 PSPICE HSPICE IBIS (行为极的模型) 器件类型分类的模型: DEVICE MODEL IO BUFFER(Drive receive) Discrete device BoardmodelINTERCONNECT MODEL Transmission line Connector Cable Package ViaIBIS 模型的定义:IBIS 模型的作用:SPICE 模型与 SPICE 模型的比较:三IBIS 的基本理论的基本理论IBIS 模型的几种等效电路:模型的几种等效电路:IBIS
3、 模型版本的区别IBIS 1.1 版本的时候,仅仅只是 CMOS 的电平无边沿控制,对于高速芯片的由 电平的上升沿及下降沿控制的电路,显然不适用。IBIS 模型 2.0 版本最主要增加包括 ECL 的多总线支持,终端和漏极开路模型,差分 I/O 及复杂包装参数定义 。模型 3。2 版本主要增加的是 FBGA 的 PIN 模型选择,及多级驱动和动态箝 位 (所以特别注意的是当你拿到厂家给你的模型,首先要检查模型的版本信息, 当然观察模型的曲线,版本越高级,曲线的精度越高,但是可能有些芯片的 IBIS 模型版本没有升级到那麽高,但是也要看是否可用,比如我这次有一个器 件的模型中 Buffer 的类
4、型是差分 I/O,但是供应商给的版本是 V2.0,模型中没 有定义差分的关键字,由于差分模型是在 V2.1 以上版本才有,所以就必须和厂 家联系重新给你更新版本的 IBIS 模型。还有如果板上有 FBGA 器件也应该使用 V3.2 版本的 IBIS 模型,因为只有这个版本的模型才有 FBGA 的 PIN 模型的选 择。E0 所以了解器件的特性,才能一开始就向厂家素要正确版本 IBIS 模型。 , 由于器件的特性,并不是个版本的模型所增加的内容,都得到体现)拿到模型后,预先要熟悉的信息:文件头文件头 文件头包含有关于 IBIS 版本、文件名以及资料来源、修订等信息。下面是文件 头的例子。图 2-
5、2 是文件头的示例。IBIS Ver 3.2 File Name filename.ibs File Rev 1.0 Date 10/24/00 Source xyz datebook IBIS 文件头需要下列关键字:IBIS Ver 本文件的 IBIS 版本。 File Name IBIS 的文件名(文件名不多于 80 个字母,包括注释在内) File Rev IBIS 文件或模型的修订级别。 下列关键字在 IBIS 头部分为可选项:Comment Char 用于改变注释符。默认的注释符为管状线(|) 。 Date 文件创建日期。 Source 模型数据的来源。 Note 涉及到文件及元件的
6、相关信息。 Disclaimer 任何法律的放弃。 Copyright 任何版权信息。元件描述元件描述 在 IBIS 文件元件描述包含有从数据手册中得到的元件引脚、封装电特性等信 息。在此部分中可定义管脚到缓冲器(模型)的映射。图 2-3:元件描述部分在元件描述中 IBIS 需要下列部分关键字Compoent 标志元件描述的开始,为元件定义一个唯一的名字。一般推荐使 用标准名称作为元件名。Manufacture 声明元件生产商的名称。 Package 包括组件导线电阻、电感、电容的变化范围,有典型值、最小值、 最大值。IBIS 需要典型值,它必须在最小值和最大值前说明。Pin 将引脚号映射到信
7、号名和模型名上。IBIS 需要信号Component 256Kx16_4M Manufactuer Motorola Package | typ min max R_pkg 100m 40m 200m L_pkg 5.0nH 2.5nH 7.0nH C_pkg 1.5pF 2.5pF 7.0pF | Pin signal_name model_name R_pin L_pin C_pin 1 DQ/ io_ex NA NA NA 2 DQ io_ex NA NA NA 44 A NC NA NA NA 注意的是:File Name filename.ibs 和 Compoent的名字可以不一样
8、的,但是File Name 后的文件名必须是小写,而且必须与 IBIS 模型的名字完全相同。模型描述中关注的参数:注意的是 Tco 的测量是时序测量的条件:Cref ,Rref,Vref,是芯片内部的负载,我们在仿 真参数的选择的时候,如下图:From Library 的选择是考虑到了芯片的负载上的传输延迟,而 ON the delay 是没有考虑芯片内的负载的。而我们在计算 SWICH DELAY 和 settledelay 的时候,必须考虑芯片的负 载。模型的内部电路 9上图中,左边的电路为 INPUT 电路,后边为驱动电路,其中的驱动电路中, PULLUP 及 PULLDOWN 的结型场
9、效应管,不同的电路模型中,可以有不同,可以是上面 为 P 型 MOS,下面是 N 型 MOS,也可以反之。所以不同的 PULLUP 及 PULLDOWN 的电 路波形可能是反向的。典型的三态电路如下上图是一个模型,通过 Input 及 Enable 电平变化来实现两个 MOS 管的导通 和截止,输出不同电平测量 V-I 曲线,三态时,IBIS 仅需要四个设定的 I-V 关系曲线, 一个是下拉接通(输出为低)的关系曲线,另一个是上拉接通(输出为高)的关系曲线。 下拉的 I-V 关系数据以地为参考源定义为Pulldown,上拉的 I-V 关系数据以器件供给正 电源为参考源定义为Pullup。当不使
10、能时,两管截止测量二极管的箝位特性,可以使用 POWER Clamp和GND Clamp说明二极管的钳位特性。当信号电压高于器件的电源电 压时为电源钳位POWER Clamp,信号电压低于参考地时为地钳位GND Clamp。而对 于这四个设定曲线有分别在 MIN,MAX,TYP 测量情况,因此 3-states 有条 I/V 曲线设置。Output Onlly Buffer在这种模型中,仅需要两个设定的 I-V 关系曲线,即上拉 MOS 管导通, 或下拉 MOS 管导通时,测量的 Pull-down 和 Pull-up 的-V 曲线,同样它们也 MIN,MAX,TYP 测量情况,因此utput
11、 的模型应该有条 I/V 曲线设置。这种模型需要 使用 C_comp 说明驱动器的管芯电容。 Output 模型中逻辑状态的转换(低到高或高到低)与下图所示的线性斜率近似。斜 率不包括封装影响,只包括驱动电容的影响。Ramp描述了两个参数,dV/dt_r 说明上 升时间,dV/dt_f 说明下降时间。 dV/dt_r dV 是信号上升沿由 20%至 80%的幅度范围,dt_r 是指此上升范围所用的 时间。 dV/dt_f dV 是信号下降沿由 80%至 20%的幅度范围,dt_f 是指此下降范围所用的 时间。 R_load 确定斜率的测试负载。对于上面的曲线只有 I/O,三态和 Output
12、的模型才有,而斜率的测试负载 R_load 一般是om,如果驱动能力差,那麽欧姆可能不满足要求,那麽会加入 更大一些的电阻,来提高驱动能力。而对于后面提到的 Open Drain 或是 ECL 类型的 Buffers,负载电阻和电压是特定的。Input Buffers 一个 Input 模型与其它基本 IBIS 模型的区别仅在模型部分不同。Input 有两个 I-V 关系 曲线的集合,一个是地钳位,一个是电源钳位。汇集的地钳位数据 指信号电压相对于参考源地的电压电流关系数据;汇集的电源钳位数据指信号电压相对于 参考源供电电源的电压电流关系数据。仅在器件中有钳位特性时,IBIS 需要电流输入表建
13、 模。 IBIS 需要 C_comp 参数描述接收器的管芯电容。对于所有的 Input 模型, IBIS 需要 Vin1 和 Vin2 参数,这两个参数描述了缓冲器的开关阀值电压。同 Output Buffer 模型一样 也条 I/V 曲线设置。Open Drain Buffers 一个 Open Drain 模型有三个 I-V 关系曲线的集合,一个是一个是下拉接通(输出为低) 的关系曲线(Pull-down), 一个是地钳位(Gnd clamp), 一个是电源钳位(Power clamp),由 于 Open Drain Buffers 没有接上拉 MOS 管,所以没有 Pull-up 的 I
14、/V 曲线,同样它们也有在 MIN,MAX,TYP 测量情况,所以共有条 I/V 曲线设置。 上面所描述的模型都是 TTL 类型的,它们的驱动方式是行为极,主要通过 CMOS 的导通和关断方式来完成。而这种模型的扫描电压范围是cc 到 2*Vcc.但是对于 Open Drain Buffers 的扫描电压范围不是由内部的工作电压决定的,而是由外加的上拉电阻的电 压决定,所以它的扫描电压范围是 V-ref 到 2Vref 对于 Pull-up 和 Power clamp 的数据是与内部工作电压 Vcc 相关的,当 Vcc 变化时,扫 描范围也是随 Vcc 变化的。如下数据是很多模型中经常可见的,
15、如一个器件的工 作电压为 3.3v+/-10%,因此扫描的范围是typ min max -3.3v to 6.6v -3.6v to 6.3v -3.0v to 6.9v 一般情况下,扫描电压的范围在Vcc 到 2*Vcc.但是在混合电压的情况下,我们应该 使用大的电压值做为扫描范围。如一个电压为 3.3v 容余最大值为 5v 的 Buffer,那它的扫 描范围在5v to +10v. Open Drain 器件的扫描范围是由外接上拉电阻的电压决定的,与内部的工作电压 Vcc无关,扫描电压的范围在Vpullup to 2*Vpullup.同时还要注意的模型中的 Pullup和POWER Cla
16、mp中的电压值Pullup和POWER Clamp中的电压值 V 是相对于电源的,即VVDD-VOutput;而Pulldown和GND Clamp中的电压值 V 是相对于地的,即 VVOutput。图表中电流 Itable的方向,规定流入器件的方向为正,流出为负。终上所述模型的定义有模型名、模型类型、C_comp、DC 参数或时序参数、V/I 数据表(包括 Pullup、Pulldown、POWER Clamp 和 GND Clamp)、Ramp 数据表(包括测试的温度范围、电压范围、dV/dt,以及参考负载 R_load)和 V/t 数据表(通常给出 4 个Waveform 数据表,即参考
17、电压为供电电源时的 Rising Waveform 和 falling Waveform 数据,以及参考电压为地电平时地 Rising Waveform 和 falling Wavefor,同时每个数据表还常常给出了参考负载 R_fixture5)等信息。模型类型可以是 Output,Input,3-state,Output-Ecl 以及 Open-drain 等 I/O 属性。模型类型的 I/O 属性不同,对 DC 参数或时序参数以及数据表要求的内容也不同。以模型类型是 Input 为列,只需要 DC 参数 Vinh 和 Vinl 值,以及 V/I数据表的 POWER Clamp 和 GND
18、 Clamp 数据。而模型 I/O 类型,除 DC 参数 Vinh 和Vinl,还需要时序参数 Vmeas,Rref,Cref 和 Vref,以及完整的 V/I 数据表、Ramp 数据和V/t 数据表等信息。需要说明的是,对于 Output 类型的模型,该部分中时序参数 Vmeas,Rref,Cref 和Vref 是必须的,而 Vinh 和 Vinl 不要求。我们可以举列对上面的模型电路进行进一步解释:下面模型的波形是上研所提供,模 型文件名为 ca91l862a.ibs 如图所示,分别抽取的模型名为输出模型 OUTB,和输入模型输入 ING PULLUP波形如下:PULLUP和POWER G
19、LAMP时,记住在分析电路的驱动电压时,Vout=Vcc-Vtable,所以 上图对应的-3。3V,在实际电路中,应为 6。6V 左右,电压应反向分析。而且模型中一定 会提供电源电压 Vcc,的值, 理论上PULLUP的扫描电压应是-Vcc 到 2Vcc,但不排除,有 些模型的电压范围没有完全包涵,或超过扫描范围。上面的就是电压范围不够。但是在这 个范围内取样点足够也是可以的。上面的曲线,我们可以看出在对应的 6.6V 时,电流最大, 当正向电压逐渐降低时,电流减小,所以可以判定,上拉的 MOS 管为典型 N 型 MOS 管 正向电压导通。电流为正。 下面是对应的PULL DOWN的波形:从上
20、面的波形,我们可以看到,导通后,当电压为-3。3v 时,对应的电流为最大,当负向电压减小时,电流值减小,所以是很明显的 P 型 MOS 管福向电压导通,电流方向为 负。 PULL UP及PULL DOWN对应的波形状况,取决于不同类型的 MOS 管,这里没有 一个固定的规律可寻。 下面是输入模型对应的POWER GLAMP和 GND GLAMP POWER GLAMPPOWER GLAMP的时候,两个 MOS 管截止,输入电压高于电源电压,产生电源嵌位。 同样的电压分析,要反向分析。图上电压-3。3V 对应实际电压为 6。6V,当外接电压为最 大 6。6V 时高于电源电压,上面的二极管正向导通
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