常用板级信号完整性分析模型

文章摘要：SPICE模型由两部分组成：模型方程式(ModelEquations)和模型参数(ModelParameters)。由于提供了模型方程式，因而可以把SPICE模型与仿真器的算法非常紧密地联接起来，可以获得更好的分析效率和分析结果。 现在SPICE模型已经广泛应用于电子设计中，可对电路进行非线性直流分析、非线性瞬态分析和线性交流分析。被分析的电路中的元件可包括电阻、电容、电感、互感、独立电压源、独立电流源、各种线性受控源、传输线以及有源半导体器件。SPICE内建半导体器件模型，用户只需选定模型级别并给出合适的参数。 采用SPICE模型在PCB板级进行SI分析时，需要集成电路设计者和制造商提供详细

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SPICE模型由两部分组成：模型方程式(ModelEquations)和模型参数(ModelParameters)。由于提供了模型方程式，因而可以把SPICE模型与仿真器的算法非常紧密地联接起来，可以获得更好的分析效率和分析结果。

现在SPICE模型已经广泛应用于电子设计中，可对电路进行非线性直流分析、非线性瞬态分析和线性交流分析。被分析的电路中的元件可包括电阻、电容、电感、互感、独立电压源、独立电流源、各种线性受控源、传输线以及有源半导体器件。SPICE内建半导体器件模型，用户只需选定模型级别并给出合适的参数。

采用SPICE模型在PCB板级进行SI分析时，需要集成电路设计者和制造商提供详细准确描述集成电路I/O单元子电路的SPICE模型和半导体特性的制造参数。由于这些资料通常都属于设计者和制造商的知识产权和机密，所以只有较少的半导体制造商会在提供芯片产品的同时提供相应的SPICE模型。

SPICE模型的分析精度主要取决于模型参数的来源(即数据的精确性)，以及模型方程式的适用范围。而模型方程式与各种不同的数字仿真器相结合时也可能会影响分析的精度。除此之外，PCB板级的SPICE模型仿真计算量较大，分析比较费时。

二、IBIS模型

IBIS是I/OBufferInformationSpecification的缩写，它是一种基于I/V曲线的对I/OBUFFER快速准确建模的方法，是反映芯片驱动和接收电气特性的一种国际标准，它提供一种标准的文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高速电路设计中的计算与仿真。

为了制定统一的IBIS格式，EDA公司、IC供应商和最终用户成立了一个IBIS格式制定委员会，IBIS公开论坛也随之诞生，它是由一些EDA厂商、计算机制造商、半导体厂商和大学组成的。

在1993年，格式制定委员会推出了IBIS的第一个标准Version1.0，以后不断对其进行修订，现在的最新正式版本是2004年公布的Version4.1，V4.1主要加入了对多语言模型的支持，包括BerkeleySPICE,VHDL-AMS和Verilog-AMS，IBIS模型具备了对整个系统建模的能力，模型应用的范围得到了很大的扩充，但是这需要同时支持这些模型的混合仿真引擎才能进行仿真，因此模型的软件的大规模应用还有待时日。IBIS标准已经得到了EIA的认可，被定义为ANSI/EIA-656-A标准。每一个新的版本都会加入一些新的内容，但这些新内容都只是一个IBIS模型文件中的可选项目而不是必须项目，这就保证了IBIS模型的向后兼容性能。

现在，已经有几十个EDA公司成为IBIS公开论坛的成员，支持IBIS的EDA公司提供不同器件的IBIS模型以及软件仿真工具。有越来越多的半导体厂商开始提供自己产品的IBIS模型。由于IBIS模型无需描述I/O单元的内部设计和晶体管制造参数，因而得到了半导体厂商的欢迎和支持。现在各主要的数字集成电路制造商都能够在提供芯片的同时提供相应的IBIS模型。

IBIS规范本身只是一种文件格式，它说明在一标准的IBIS文件中如何记录一个芯片的驱动器和接收器的不同参数，但并不说明这些被记录的参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型的仿真工具来读取。

IBIS模型仅提供驱动器和接收器的行为描述，但不泄漏电路内部构造的知识产权细节。换句话说，销售商可以用IBIS模型来说明它们最新的门级设计工作，而不会给其竞争对手透露过多的产品信息。并且，因为IBIS是一个简单的模型，在进行PCB板级仿真采用查表计算，因而计算量较小，比相应的全Spice三极管级模型仿真要节省10～15倍的计算量。

IBIS提供两条完整的I/V曲线分别代表驱动器为高电平和低电平状态，以及在确定的转换速度下状态转换的曲线。I/V曲线的作用在于为IBIS提供保护二极管、TTL图腾柱驱动源和射极跟随输出等非线性效应的建模能力。IBIS模型的分析精度主要取决于I/V和V/T表的数据点数和数据的精确度。

与Spice模型相比，IBIS模型的优点可以概括为：

在I/O非线性方面能够提供准确的模型，同时考虑了封装的寄生参数与ESD结构；

提供比结构化的方法更快的仿真速度；v

可用于系统板级或多板信号完整性分析仿真。可用IBIS模型分析的信号完整性问题包括：串扰、反射、振荡、上冲、下冲、不匹配阻抗、传输线分析、拓扑结构分析。IBIS尤其能够对高速振荡和串扰进行准确精细的仿真，它可用于检测最坏情况的上升时间条件下的信号行为及一些用物理测试无法解决的情况；v

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