IBIS 理解说明

只看该作者 · 2012-11-20 00:09

--谨以此文献给初学SI 的艰苦岁月[转帖]
IBIS 模型在做类似板级SI 仿真得到广泛应用。在做仿真的初级阶段，经常对于ibis 模型的描述有些疑问，只知道把模型拿来转换为软件所支持的格式或者直接使用，而对于IBIS 模型里面的数据描述什么都不算很明白，因此下面的一些描述是整理出来的一点对于ibis 的基本理解。在此引用很多presention来描述ibis 内容（有的照抄过来，阿弥陀佛，不要说抄袭，只不过习惯信手拈来说明一些问题），仅此向如muranyi 等ibis 先驱者致敬。本文难免有些错误或者考虑不周，随时欢迎进行讨论并对其进行修改！
IBIS 模型的一些基本概念
IBIS 这个词是Input/Output buffer information specification 的缩写。本文是基于IBIS ver3.2 所撰写出来（www.eigroup.org/IBIS/可下载到各种版本spec）,ver4.2增加很多新特性，由于在目前设计中没用到不予以讨论。。。
在业界经常会把spice 模型描述为transistor model 是因为它描述很多电路细节问题。而把ibis 模型描述为behavioral model 是因为它并不象spice 模型那样描述电路的构成，IBIS 模型描述的只不过是电路的一种外在表现，象个黑匣子一样，输入什么然后就得到输出结果，而不需要了解里面驱蛘呓邮盏牡缏饭钩伞Ｒ虼擞兴降膅arbage in, garbage out，ibis 模型的仿真精度依赖于模型的准确度以及考虑的worse case，因此无论你的模型如何精确而考虑的worse case 不周全或者你考虑的worse case 如何周全而模型不精确，都是得不到较好的仿真精度。
IBIS 模型的构成
经典示意图如下：

从上图可以看出，基本的IBIS模型包括如下的一些信息（对于不同类型的model有一些信息会省略掉）
VI 曲线: Pullup & Pulldown &POWER clamp& GND clamp
VT曲线: Rise waveform, Fall waveform
还有一些其它比较重要的信息比如Die capacitance: C_comp（最近好像那个muranyi对这个很感兴趣，一直发布presentation讨论怎么把这个做的更精确）以及RLC package parameter。至于一些基本的输入以及使能信息会在软件设置自动生成，不需要我们多关注。对于于ibis模型长什么样子，大家去micron主页ddr2 sdram模块下载几个io buffer看看是什么样。希望你先看看长啥样再看下面的一些说明。
IBIS 的应用场合
任何电路都可以用下面的模型（好像是Shannon 模型我不知道。。。）来描述
Driver -------------interconnect------------------Receiver
注意IBIS 模型描述的是Driver/Receiver 的行为特性而并不是它们的电路特性，因而内部的一些逻辑延时是没有考虑的（在此你就该好好明白为啥要区分Tco的概念），通过使用IBIS 模型，从而得出interconnect 对于电路的影响。在目前一些使用ibis model 仿真的软件中，在Cadence 里面，ibis 模型是转换为dml 格式，在Hyperlynx 里面直接调用ibis 模型。由于ibis 支持的buffer type 很多，每个类型都会有对应的格式以及需要包含的信息，常用有output, input 以及IO 模型，至于其他的模型，大家可以参照ibis 说明，有些些微的差异。
IBIS 模型中vi/vt 曲线的由来
有大牛的示意图形，不多说
Pull down 曲线由来（此曲线需要考虑与clamp 曲线重复的部分）

Ground clamp 曲线由来

Pull up 曲线由来（此曲线需要考虑与clamp 曲线重复的部分）

Power clamp 曲线由来

注意：ibis 里面定义电流流入方向为正；在此图中pull up 以及power clamp 曲线都没经过转化（传说的vcc relative 没出现，^_^，使用Vcc relative 从目前得到的解释是模型可以应用在兼容电压模式，举个例子2.5v 兼容3.3V 的器件，2.5v 和3.3v 工作状态下可以使用相同的模型而不用建立两模型描述单个器件）
IBIS 模型在软件中的应用
目前高速信号软件大部分都是spice-compatible 软件，而且很多都内嵌field solver分析传输线，因而在仿真中势必会把ibis 模型的信息转换成spice 信息来使用，来看看ibis 模型是如何转换成spice 信息使用的。看下如下的示意图，
当外接fixture，此部分电路可以直接在spice 中求解
但是VI 曲线仅仅描述的是DC 状态，那么在ibis 模型中描述瞬态的vt 曲线如何
转换值得商讨，看以下的等效图

可以得出等式：－Iout=Ku*Ipu+Kd*Ipd+Ipc+Igc
如果rising/falling waveform 只有一条曲线，比如VCC+Rfixture，可假设

得方程

如果有两条曲线，比如VCC/GND+Rfixture，Ku 与Kd 独立解出，从而可以得出仿真的瞬态曲线
比较有趣的问题
Vi/Vt 曲线的匹配（参考hyperlynx 的帮助）
对于falling waveform R_fixture=50 Ohms and V_fixture=3.3V负载线与pull up 曲线交界为falling waveform 起始点，与pull down 曲线交界为falling waveform 终点（始终记住pull up 是Vcc relative 需要转换）

对于Rising waveform R_fixture=50 Ohms and V_fixture=3.3V
负载线与pull down 曲线交界为rising waveform 起始点，与pull up 曲线交界为rising waveform 终点

Package model 的应用
在ibis 里面有三个地方可以使用package model
A， [Pin] 语句里面，描述的是local package 参数，只有typ 值
B， [Package]语句里面，描述的是global package 参数，有slow/typ/fast 取值
C， [Define Package Model]里面，描述的是local package 参数，能带传输线，只有typ 值
Ramp 数值由来
测量vt 曲线
dv=（80％－20％）*（Vmaximum－Vminimum）
dt= t [80％*（Vmaximum－Vminimum）]- t [20％*（Vmaximum－Vminimum）]
总结
1，很多人告诉我说想验证ibis 模型，比较好玩，实际上你用软件检查后你会发现很少有其它事情我们可以做的。。。毕竟，你不是做芯片的，不要扁我！对于有问题的ibis 模型，我们有办法做什么事情么？没有，但你一定要知道问题在那儿，灭那些芯片的而不用被他们嘲笑，哈哈。
2，关于ibis 的发展前途，从目前发展趋势，它的归宿只有两个:
a 由于自动化的需要，迟早要成为一个编程语言，哈哈，又多一个求生的饭碗，大家快去学。。。
b 不要高兴太早，它有可能语法太庞大复杂最终被其它取代。。。
参考文献
1.Hyperlynx 帮助
2.The Development of Analog SPICE Behavioral Model Based on IBIS Model
3.Introduction to IBIS models and IBIS model making