教你如何建IBIS模型.pdf

发布时间：2022-05-29 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.24M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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华为技术有限公司华为技术有限公司华为技术有限公司华为技术有限公司 Huawei Technologies Co. Ltd. 密级密级密级密级 Confidentiality level 内部公开内部公开内部公开内部公开 Total 17pages 共共共共17页页页页产品版本产品版本产品版本产品版本 Product version 无无无无产品名称产品名称产品名称产品名称 Product name: IBIS模型组模型组模型组模型组 IBIS模型模型模型模型 V2.0 教你如何建IBIS 教你如何建 V2.0 V2.0 IBIS 教你如何建教你如何建 IBIS V2.0 (仅供内部使用仅供内部使用））））仅供内部使用仅供内部使用 For internal use only 拟制拟制拟制拟制: Prepared by 审核审核审核审核: Reviewed by 审核审核审核审核: Reviewed by 批准批准批准批准: Granted by 李李李李军军军军日期日期日期日期：：：： Date 日期日期日期日期：：：： Date 日期日期日期日期：：：： Date 日期日期日期日期：：：： Date 2006-09-01 2006-09-01 2006-09-01 华为技术有限公司华为技术有限公司华为技术有限公司华为技术有限公司 Huawei Technologies Co., Ltd. 版权所有侵权必究侵权必究版权所有版权所有版权所有侵权必究侵权必究 All rights reserved

修订记录Revision record 修订版本修订版本修订版本修订版本 Revision version 1.00 修改描述修改描述修改描述修改描述 change Description change change change 初稿完成作者作者作者作者 Author 李军日期日期日期日期 Date 2006-09-01

目目目目录录录录 Table of Content 1.0 介绍 ..................................................................................................................................................1 1.1 IBIS文件概观 ........................................................................................................................1 1.2 创建IBIS模型的步骤 ............................................................................................................2 2.0 预建模 ...............................................................................................................................................2 2.1 对模型的大致判断 ..............................................................................................................2 模型的版本和复杂度 ....................................................................................................2 模型的Fast和Slow条件限制 .........................................................................................3 如何包含SSO的影响 .....................................................................................................3 2.2 信息检查清单 .......................................................................................................................3 3.0 提取数据 ..........................................................................................................................................4 3.1 使用SPICE到IBIS的转换器（S2IBIS）.............................................................................5 3.2 通过仿真提取IV和开关状态数据 ......................................................................................5 3.2.1 提取IV数据 ........................................................................................................................5 仿真设置 ........................................................................................................................5 三态缓冲器 ....................................................................................................................6 输出缓冲器 ....................................................................................................................6 漏极开路缓冲器 ............................................................................................................6 输入缓冲器 ....................................................................................................................6 扫描范围 ........................................................................................................................7 产生与VCC相关的[Pullup]和[Power Clamp]的数据...................................................7 二极管模型 ....................................................................................................................7 3.2.2 提取[Ramp]或VT波形数据...............................................................................................8 提取[Ramp]关键字的数据 ............................................................................................8 获取[Rising Waveform]和[Falling Waveform]关键字的数据 ....................................8 最小的时间步长 ............................................................................................................10 3.3 通过实验测量得到IV和转换状态信息 ..............................................................................10 4.0 把数据整合到IBIS文件 ....................................................................................................................11 4.1 IBIS文件头信息 ....................................................................................................................11 4.2 器件和管脚信息 ...................................................................................................................12 4.3 [Model]关键字 ......................................................................................................................13 参数部分 ........................................................................................................................13 温度和电压关键字 ........................................................................................................13 IV数据部分 ....................................................................................................................14 Pulldown .........................................................................................................................15 Ground Clamp.................................................................................................................15 Pullup..............................................................................................................................15 Power Clamp...................................................................................................................15 外推错误 ........................................................................................................................16 [Ramp]和波形表 ............................................................................................................16 4.4 确认IBIS文件 ........................................................................................................................16 5.0 验证模型 ............................................................................................................................................17 6.0 对比数据 ............................................................................................................................................17 7.0 资源 ....................................................................................................................................................17

1.0 介绍介绍介绍介绍本文档描述了创建数字集成电路IBIS模型的步骤。 IBIS是指基本的输入/输出缓冲器信息规范。IBIS模型提供一个标准的行为级描述IC管脚（输入、输出或IO缓冲器）电气特性的方法。他不涉及器件的底层结构和工艺信息。本文档的目的是告诉如何去收集创建IBIS模型所需的信息，以及在建立IBIS文件时去避免一些常见的错误。注意，在一个IBIS模型中，基本的行为级信息要么能够通过器件直接测量的方法，要么通过器件电路的晶体管级仿真方法。该文分别描述了这两种方法。该书的目标是产生一些CMOS、GTL和双极型器件模型，以及应用这些生成的V1.1&V2.1的IBIS版本的模型。最新的版本规范，最新的IBIS理论以及一些其他的IBIS文档请查看IBIS网站。更多的信息请参看本书最后 “资源”章节本文档适合那些负责通过量测和仿真收集输入/输出缓冲器数据的工程师，和那些负责建立 IBIS模型的工程师。包括SI和印刷电路板系统仿真人员也能从阅读该书中获得帮助。本文档为那些熟悉输入/输出缓冲器行为级建模和模拟仿真的读者所准备。 1.1 IBIS文件概观文件概观文件概观文件概观 IBIS文件是一些可读的ASCII格式数据，这些数据需要从行为上模拟器件的输入、输出和I/O 缓冲器。明确地说，这些文件数据被用来组建模型，并执行印刷电路板的信号完整性仿真和时序分析。而执行这些仿真需要的最基本的信息是这些缓冲器的电流电压和开关（时间和电压）特性。特别注意，IBIS规范并未定义一个可执行的仿真模型，它只是一个数据转换和数据格式的标准。例如，规范定义了包含在IBIS文件中的信息代表什么信息，以及怎样去得到这些数据。但是它并未指出模拟仿真应用中使用这些数据做什么。 IBIS模型使器件的核心，因此，一个IBIS文件允许我们去为整个器件建模，而不是没个特定的输入、输出或者输入/输出缓冲器。所以，除了器件缓冲器电气特性之外，IBIS文件还包括器件的管脚和缓冲器对照，器件封装的电气参数。通常，一个输出或者I/O缓冲器的行为级特性用以下的信息来描述。 1 管脚输出I/V特性，当输出是低电平时； 2 管脚输出I/V特性，当输出是高电平时； 3 管脚输出I/V特性，当输出被驱使至低于“地”电平和高于供电源时（被参考作为它的 “超出端电压”特性）； 4 管脚的状态切换（上升/下降）时间； 5 管脚的输出电容值；一般地，一个输入缓冲器的行为级别特性所需的描述信息则减少为： IBIS Forum I/O Buffer Modeling Cookbook Page 1

1 管脚输入的I/V特性（包括上述3所述“超出端电压”特性）； 2 管脚输入电容； 1.2 创建创建创建创建IBIS模型的步骤模型的步骤模型的步骤模型的步骤建立一个器件的IBIS模型总共有五个基本步骤： 1 完成预建模活动。包括确定所建模型的复杂程度，确定IC工作时和器件模型将要表现的电压、温度值，以及得到器件相关信息（电气特性和管脚排布）和使用信息。详细请参“预建模”章节； 2 通过直接测量或者仿真得到输出或者I/O的电气（IV曲线和上升下降波形）数据。详细请参看“获取数据”章节。该章节也能对那些不用来建立IBIS文件，而是用来做那些需要得到这些数据的仿真的人有帮助。 3 格式化这些数据到IBIS文件里，在Golden Parser中运行这个文件，确认语法和结构上没有问题。详细请参看“数据加入到IBIS文件中” 4 如果模型是通过仿真数据生成的，则通过比较原始的模拟模型（晶体管级）仿真结果和 IBIS文件作为输入的行为级仿真器的仿真结果的方法，来验证该模型。详细请参看“验证模型”章节。 5 当实际的硅片是可用的（或者模型是通过测量产生的），比较IBIS模型的输出和测量的输出。详细参看“对比数据”章节。该书以下部分是这些步骤的详细描述。 2.0 预建模预建模预建模预建模 2.1 对对对对模型的大致判断模型的大致判断模型的大致判断模型的大致判断在您建立一个新的IO缓冲器模型之前，有几个基本的问题必须被考虑，比如模型的复杂度，操作上的限制，以及使用的要求等等。要解决这几个问题，不仅需要缓冲器物理结构的基本知识，也需要将IC使用到最终的具体应用中的知识以及将模型用户任何特别的要求放到模型中的知识。这些问题不可能通过模型创建者单独去解决，通常还需要包括缓冲器设计者和负责确保这些 IO缓冲器在系统环境下可用性的团队的成员们。这个小组被归为互连仿真小组团队。模型创立者和互连仿真小组必须一起确定下述内容：模型的版本和复杂度模型的版本和复杂度模型的版本和复杂度模型的版本和复杂度基于IO缓冲器的特性和物理结构以及用户所用仿真器的能力，你必须确定待建的模型的具体 IBIS版本。在下面的一些好的工程实践中使用最简单的模型将是足够的。对带有单态电平推拉式或者漏极开路输出的标准CMOS缓冲器，版本1.1的模型就可行。版本1.1的模型允许将缓冲器结构描述成使用低电平和高电平的IV曲线，同时也用线性的斜率描述缓冲器状态切换时的开关速度。 IBIS版本2.1增加了对ECL、双供电源缓冲器、共用电源端的地弹、差分IO器件、端接器件、上升时间可控缓冲器的支持。版本2.1或者更高的版本的模型将要求是否相应的IO缓冲器具有下面的一些特性： Page 2 I/O Buffer Modeling Cookbook IBIS Forum

多电源端-- 如果EDS二极管被连接到不同的电源端而不是上下拉晶体管，或者如果IO使用了 1个以上的供电源，则版本2.1模型是必要的。非线性输出的切换波形—如果IO缓冲器在由低到高或者由高到低切换时的输出电压时间的波形（即：VT波形）是非线性的，则版本2.1模型是必须的。这种情况可能在GTL工艺或者那些使用“逐步开启”类型工艺的器件出现。注意即使一个IO缓冲器使用版本1.1能被成功建模，但是如果该项目想利用在版本2.1中的VT波形表去提供一个“黄金波形”给用户的话，则版本2.1的模型必须被使用。其他的，如果模型建立者希望用户能够通过在一个共有的电源或地端连接几个缓冲器进行 “地弹”仿真，则版本2.1的模型描述是必须的，按当前的计划，IBIS版本3.0增加对电气板描述、多电平态、多IV曲线器件、二极管瞬态以及其他模式的支持。模型的模型的模型的模型的Fast和和和和Slow条件限制条件限制条件限制条件限制 IBIS格式提供slow/typical/fast条件下的模型。这些条件通常由环境条件（温度和电源电压）、硅片进行预期的操作、硅片工艺限制和SSO（同步开关噪音）输出的数量共同决定。互连团队或项目必须提供给模型开发者环境，工艺或者工作状况（如SSO）等条件，从而定义 slow/typical/fast的模型。请注意，对于一个用来做飞行时间仿真的输出缓冲模型的条件必须要与用来指定缓冲器Tco的条件一致。如何如何如何如何包含包含包含包含SSO的影响的影响的影响的影响与模型限制密切相关的讨论是如何包含SSO的影响。SSO的影响可能被明显地包括在在SSO 条件下测量的IV和边沿率特性的模型中。例如：一个缓冲器的IV特性可能在所有相邻的缓冲器都开启的情况下量测，消耗电流或者缓冲器边沿率可能在邻近的的缓冲器都处于开关状态的时候量测。一个可供替代的方案是，一个仅仅表征孤立的单个缓冲器可以先被建立，然后几个缓冲器通过[Pin Mapping]关键字连到公用的电源端和地端。先前的方案（包含SSO的影响在模型的IV和边沿率表中）具有的优势是得到的模型直接可以去验证而不依赖任何特殊的仿真器的能力。但是无论如何，[Pin Mapping]关键字确实提供给使用者执行确切的地弹仿真的能力。 2.2 信息检查清单信息检查清单信息检查清单信息检查清单一旦做出上述决定，模型建立者可以开始这个过程，去获取生成一个器件IBIS模型的一些详细信息。一些信息是做为器件整体所特有，它直接放到IBIS文件中去，而其他的信息则需要去做必要的仿真。通常，模型建立者需要下述信息： IBIS规范：学习，认识，熟悉IBIS规范。 BUFFER电路获得包含器件输入、输出、I/O缓冲器等不同类型的BUFFER 电路。尽可能地使用和硅片（DIE）设计者在仿真Tco（缓冲延时）时的同一个电路。确保电路包含ESD二极管（如果有）和封装的电源分配网表的描述。从这些电路，模型建立者决定IC每个不同类的输出缓冲器或者IO缓冲器输出结构的类型（标准CMOS推拉，开漏极，等等）。 IBIS Forum I/O Buffer Modeling Cookbook Page 3

嵌位二极管和上拉参考确定是否嵌位二极管使用了其他的电压源而不是使用了上下拉晶体管的电源，这种情况可能是需要处理那些被设计使用到混合3.3V和5V系统中的器件。封装信息指明提供的器件采用什么样的封装。单个IBIS模型需要对应的封装类型。获取器件的管脚排列清单（管脚名和信号名对应表）和确定管脚名的缓冲器类型对应表。封装电气结构获取一个器件封装模型的拷贝——特别地，每个管脚到缓冲器的连线（即封装上的桩线）的电气特性（电感，电容和电阻）。这些信息变成关键字[pin]的R_pin R_pin, L_pin 和 C_pin参数。信号信息确定那些不需要被建模的信号，比如：测试管脚或者静态控制信号可能就不需要I/O模型。硅片电容获得得每个管脚的输入，输出或者I/O电容（C_comp）。这是一个从管脚看进整个缓冲器的布局布线设计的电容值（不包括封装结构即package的电容）。低电平和高电平参数一个完成的输入或者IO的IBIS模型包含高低电平（Vinl和 Vinh）参数。缓冲延时测量条件找到在什么样的负载条件下测量输出或者IO缓冲器的TCO （即缓冲延时，从时钟触发到管脚输出）。这里包括负载电容、电阻、电压（Cref,，Rref 和Vref）以及输出电压临界点（TCO在该点量得，即Vmeas参数）。 3.0 提取数据提取数据提取数据提取数据完成预建模部分的工作后，我们就要开始收集IV和开关状态的数据信息。输出和IO类型的模型需要IV曲线和上升/下降时间，输入缓冲类型则仅仅只需要IV曲线。我们有两种方式去得到这些信息。一针对硅片模型，我们使用电路仿真工具，通过设定工艺和温度变量的最坏情况去提取信息。然后通过对实际硅片的量测去对比模型数据。二当实际的硅片是可用的，我们使用物理测量去建立模型。但是，用这种方式得到最坏的情况，包括最大最小的工艺和温度数据是困难的。本章的第一节解释了怎样从晶体管级的缓冲模型去获得IV和VT信息，要么使用SPICE转换到 IBIS的转换器，要么自己去仿真。3.3节告诉我们怎样通过测量去获得信息。要求读者最好要有一些在晶体管仿真或者使用实验设备的背景。 Page 4 I/O Buffer Modeling Cookbook IBIS Forum

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