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IBIS模型原理和功能

何宾

2015.07

2Copyright © 2009 Altium Limited

学习内容和目标

IBIS模型定义

IBIS发展历史

IBIS模型生成

IBIS模型所需数据

IBIS文件格式

IBIS模型验证


IBIS模型定义

IBIS是一个行为模型，通过V/I和V/T数据，描述器件数字输入和

输出的电气特性，而不会泄露任何元器件专有的信息。

IBIS模型与系统设计人员对传统模型的理解不同，比如：其它模

型中使用原理图符号或多项式表达式。

IBIS模型包括：

输出和输入引脚中的电流和电压值的关系。

在上升或下降的转换条件下，输出引脚的电压与时间关系。

这些数据代表了器件的行为。


IBIS模型定义

IBIS模型用于对系统板上的信号完整性进行分析。

通过IBIS模型，系统设计人员能够仿真并预见连接不同器件的传输线路

中基本的信号完整性问题。

IBIS是一种精确的模型，这是因为模型考虑了I/O结构的非线性，ESD

结构和封装寄生效应。


IBIS模型定义

相对于其它传统模型（例如：SPICE）来时，IBIS模型有以下优

势：

仿真时间最多可缩短25倍。

IBIS没有SPICE不收敛的问题。

IBIS可以在任何行业平台运行。


IBIS发展历史

IBIS模型由Intel公司在上世纪90年代初开发。IBIS 1.0版本于

1993年6月发布，IBIS开放式论坛也在那时成立。

IBIS开放式论坛包括EDA厂商、计算机制造商、半导体厂商、大学和终

端用户

它负责提议进行更新和评审、修订标准，组织会议。它促进IBIS模型的

发展，在IBIS网站上提供有用的文档和工具。


IBIS发展历史

1995年，IBIS开放式论坛与电子工业联盟（EIA）开始进行合作

目前，已经发布了几个IBIS版本。第一个版本描述了CMOS电路和TTL

I/O缓冲器。

每个版本都增加并支持新的功能、技术和器件种类。所有版本都互相兼

容。

IBIS 4.0版本由IBIS开放式论坛在2002年7月批准，但它还不是ANSI/EIA

标准。


IBIS模型生成

可以通过仿真过程中或基准测量中收集的数据来获得IBIS模型

如果选择前一种方法，可以在使用SPICE进行仿真时，收集每个输出/

输出缓冲器的V/I和V/T数据。

这样，可以在模型中包含过程转折数据。然后，使用IBIS网站上的

SPICE至IBIS转换程序，由SPICE模型生成IBIS模型。


IBIS模型生成

可以在三种不同条件下生成模型：典型、最小和最大。其中：

在典型模型中，使用标称电源电压、温度和工艺参数获取数据。

在最小模型中，使用最低电源电压、较高温度和较弱工艺参数获取数据

。

对于最大模型，条件是最高电源电压、较低温度和较强的工艺参数。

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IBIS模型生成

每种条件会产生相应的典型、慢速和快速模型。即：

具有快速转换时间和最小封装特性的最高电流值条件下生成快速模型。

具有较慢转换时间和最大封装值的最低电流值条件将生成慢速模型。

如果数据是在实验室测量中获得的，那么模型取决于器件的特性

。如果是标称器件，将获得典型模型。


IBIS模型生成

收集完数据后，将其以可读的ASCII文本格式存入文件中。

Golden Parser，也称为ibischk3，用于根据标准检查IBIS文件的

句法和结构。

IBIS规范支持几种输入和输出，例如：

可建模为三态、集电极开路、开漏、I/O和ECL的输入/输出。

第一步是识别器件上不同类型的输入和输出，确定设计中存在多

少缓冲器。

值得注意的是在IBIS文件中一个模型可用于表示多个输入或输出。

然而，如果C_Comp和封装参数不同，就需要不同的模型。


IBIS模型所需数据--输出模型

该模型可看作一个驱动器。它包含：

一个PMOS晶体管和一个NMOS晶体管

两个ESD保护二极管

芯片电容和封装寄生电容


通过直流电气数据、交流或转换数据以及参数输出模型，对该模型

进行描述

上拉和下拉曲线

上拉和下拉数据决定器件的驱动强度。如下图所示，这些曲线通过特征

化输出中的两个晶体管来获得。



上拉数据描述当输出为逻辑高电平状态，即：PMOS晶体管导通时的I/V

行为。



下拉数据表示当输出为逻辑低电平状态，即：NMOS晶体管导通时的直

流电气特性。



在–VCC至2×VCC的范围内，获得所需要的数据。

虽然这个电压范围超过了半导体厂商在器件手册中指出的绝对最大额定

值，但是这个范围覆盖了传输线中可能发生的欠冲、过冲和反射情况。

因此，驱动器和接收器需要使用这个电压范围建模。

注：下拉数据是相对于GND的，而上拉数据是相对于VCC的。由于输出电流取

决于输出端和VCC引脚之间的电压，而不是输出端和接地引脚之间的电压。

所以，IBIS文件中的上拉数据应按照下面的表达式输入：

VTABLE = Vcc – VOUT



电源和GND箝位曲线

这些曲线是在输出为高阻态时生成的。如下图所示，GND和电源箝位数

据表示输出端在GND箝位和电源箝位二极管分别导通时的电气性能。

当输出低于接地电平时，GND箝位有效；当输出高于VDD时，电源箝

位有效。



对于GND箝位曲线，在–VCC至2× VCC范围内，获取数据。



对于电源箝位曲线，在VCC至2 × VCC范围内，获取数据。由于是上拉

数据，电源箝位数据需要相对于VCC。因此，使用与上面相同的表达式

来输入文件的值。



斜坡速率和切换波形

斜坡速率，即：dV/dt，描述乐输出端从当前逻辑状态切换到其它逻辑

状态的转换时间默认在50欧姆阻性负载条件下，在20%和80%点测得斜

率。

下降和上升波形给出器件在驱动连接到地和VDD的阻性负载从高电平到

低电平和从低电平到高电平所需的时间。



C_Comp

这是硅芯片电容，不包括封装电容。它是焊盘与驱动器之间的电容.

C_Comp是关键参数，特别是对于接收器的输入。C_Comp对于每个不

同转折点(最小、典型和最大)都有一个对应值。

C_Comp最大的值应在最大转折点之下，最小值应在最小转折点之下。



封装参数

R_Pin、L_Pin和C_Pin是每个引脚到缓冲器连接的电阻、电感和电容

的电气特性。

R_Pkg、L_Pkg和C_Pkg是整个封装的集总值。与C_Comp参数一样，

最大的值以最大值列出，最小的值以最小值列出。



其模型可视为接收器。它包括：

两个ESD保护二极管。

芯片电容。

封装寄生电容。

IBIS模型所需数据--输入模型

这些元件构成输入特性的V/I曲线。

在这种情况下，除了封装寄生和C_Comp参数外，输入端模型也

包括从ESD二极管获得的电源和GND箝位数据。这些曲线遵照用

于输出端的相同的程序生成。

扫描电压范围:

对于GND箝位是–VCC至VCC，

对于电源箝位曲线是VCC至2 × VCC。

此外，由于电源箝位数据是相对于VCC的，它需要以

VTABLE=VCC– VIN的方式输入文件中。

IBIS模型所需数据--输入模型


对于输出模型，有一些参数应包含在文件中，对时序要求进行后

端仿真。这些时序测试用于测试：

负载和测量点是测试负载电容值（CREF）。

测试负载电阻值（RREF）。

测试负载上拉或下拉参考电压（VREF）。

输出电压测量点（VMEAS）。

当指定传播延迟和/或器件输出切换时间时，他们与半导体厂商使用的测

试负载相同。

IBIS模型所需数据--其他参数


对于输入，应包括VINL和VINH参数。

这些是输入端的输入电压阈值，可从数据手册中得到这些值。

IBIS模型所需数据--其他参数


IBIS文件格式

IBIS文件不是可执行文件，它是收集所有描述器件电器性能数据

的文件。可以在仿真器中使用IBIS。

IBIS文件包括三个主要部分：

头文件或关于文件、器件和公司的一般信息。

器件名称、引脚排列和引脚到缓冲器映射。

每个模型的I/V和V/T数据。

IBIS模型可包含多个器件的特征。在这种情况下，第2和第3点随包含的

器件而重复多次。


IBIS文件格式-- IBIS的文件头部和一般信息

以下部分显示了IBIS文件的主要部分。

括号内的文字被称为关键字；

它们中的一些是可选的;

其它的必须被包括。

关键字


IBIS文件格式-- IBIS的器件及引脚信息

IBIS的器件及引脚信息

指定的引脚模型

封装参数


IBIS文件格式-- IBIS器件模型数据

IBIS器件模型数据（1）

对模型的描述

时序测试负载和芯片电容



I/V下拉数据



切换波形



斜坡速率



IBIS模型验证--内容

一旦生成了IBIS文件，就必须对这个文件所包含的IBIS模型进行

验证。

Golden Parser，也称为ibischk3，是对文件的句法和结构进行核对的程

序，确保其符合IBIS规范。

接下来，设计者应该对从文件中生成的I/V和V/T曲线进行检查，确保结

果和预期是一致的。

可以使用Innoveda公司提供的Visual IBIS Editor完成，该软件可从IBIS

网站免费获取。


IBIS模型验证--内容

此后，应采用不同EDA厂商提供的多种IBIS仿真器在不同标准负载下运

行模型。这些厂商包括HyperLynx、Cadence和Avanti Corporation。

在运行的过程中，将结果与使用相同负载的晶体管级仿真（SPICE仿真

）结果进行对比。

最后，IBIS仿真结果应与实际的芯片测量相关联。


IBIS模型验证--质量

质量级别描述

0级通过ibischk, Golden Parser

1级与检查清单文件中一样完整及正确的

2a级与仿真相关

2b级与测量相关

3级以上全部

不同半导体公司提供的IBIS模型质量不同。如下表所示，IBIS

质量委员会开发了一个质量检查清单来定义不同的质量级别。


IBIS模型编辑器--下载TMS320C6202IBIS模型

进入TI官网（http://www.ti.com）。在主页上方Everthing右侧的

文本框中，输入器件名字TMS320c6202。

单击按钮。

搜索完后，在该页面下方给出搜索的结果。

单击其中一个搜索结果


进入TMS320C6202产品界面。在该页面中，单击

Tools&software标签。

在该标签界面的最下方找到Models标题。在标题栏下，单击

C6202 GJL IBIS Model。

IBIS模型编辑器--下载IBIS模型

出现新的页面。在该页面中，右键单击C6202 GJL IBIS Model，

出现浮动菜单。在浮动菜单内，选择“目标另存为…”按钮。将

该文件，保存到指定目录中。

注：在该设计中，将其保存到目录：E:\altium designer example\sprm028.ibs

IBIS模型编辑器--下载IBIS模型


指向本书提供资料的altium designer example目录下。

找到并解压缩Libraries.rar文件。

在Altium Designer主界面右侧，找到并单击Libraries标签。

出现Available Libraries对话框界面。在该界面中，选择Installed

标签。

IBIS模型编辑器--安装TI元件库


在该标签界面下，单击Install…按钮，出现浮动菜单。在浮动菜

单下，选择“Install from file…”。

打开文件：

\Texas Instruments\TI Digital Signal Processor 32-Bit.Intlib

将TI的32位DSP元件库安装到Altium Designer15.1版本。

IBIS模型编辑器--安装TI元件库


在Altium Designer的Libraries对话框中，找到名字为

TMS320C6202GJL200元件

将该元件放置到原理图界面中。

IBIS模型编辑器-- IBIS模型映射


双击原理图中的元件符号，出现Properties for Schematic

Component in Sheet对话框界面。



在该界面下方，找到并单击“Add…”按钮，出现浮动菜单。在

浮动菜单内，选择Ibis Model选项。

出现Ibis Model对话框界面。在该界面中，单击“Browse…”按

钮。出现“Browse Libraries”对话框界面。在该界面中，单击

“Find…”按钮。

出现“Libraries Search”对话框界面，在该界面中，单击按钮

。将路径指向：


单击左下角的“Search”按钮

（7）出现“Libraries Search”对话框界面，如图20.22所示。在该界面中，单击

按钮。将路径指向：



返回到“Browse Libraries”对话框界面。在该界面中，给出了

搜索的IBIS模型结果,即Libraries的名字为sprm028.ibs。

在该界面下面的窗口中，选择c6202_GJL。

单击OK按钮。



返回到“Ibis Model”对话框界面。

在该界面的Name右侧的文本框自动出现了c6202_GJL，该名字就是

TMS320C6202GJL元件的IBIS模型的名字。

在Description右侧文本框中输入“TMS320C6202GJL IBIS Model”

单击右侧“Pin Map…”按钮。



出现“Model Map”对话框界面。在该界面中，列出了元件引脚

描述符合模型引脚描述符的对应关系。

在该界面下，单击“OK”按钮。



返回到“Ibis Model”对话框界面

在该界面中，单击“OK”按钮。

在Models窗口下，可以看到位TMS320C6202GJL元件添加了

IBIS模型。

单击OK按钮，退出元件配置界面。


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工艺实现权威指南》一书中所有设计案例源代码、书中所用半导

体器件相关参考手册、书中所用PCB制板工艺设计资料、Altium

提供的元件库封装等设计资源请通过如下地址进行下载

http://www.gpnewtech.com/download/altium

如将本书做为教材需ppt源代码请访问如下地址：

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