什么是IBIS模型 2 ~/ H" }# O% k9 C$ N6 AEDA365 IBIS(Input/Output Buffer Information Specification)模型是一种基础V/I曲线的对I/O BUFFER快速准确的建模方法是反映芯片驱动和接收电气特性的国际标准。它提供了记录驱动源输出阻抗、上升/下降时间和输入等标准文件格式 负载等参数，非常适合计算和模拟振荡、串扰等高频效应。EDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI模拟技术论坛2 a8 s' R- K" |2 c* C; L3 r$ H & c. y3 w# Q{- b0 h/ s# zEDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI模拟技术论坛 IBIS 最初，规范被称为IBIS开放论坛的工业组织是由一些工业组织编写的EDA由制造商、计算机制造商、半导体制造商和大学组成。IBIS版本发布 1993年4月首次推出Version1.0版，同年6月修改后发布Version1.1版，1994年6月在San Diego 通过了Version2.0 版，同年12 月升级为Version2.1 版，1995 年12 月其Version2.1 版成为ANSI/EIA-656 标准于1997年6月发布Version3.0 版本于同年9月被接受IEC 62012-1标准，1998 年升级为Version3.1版最新版本于1999年1月推出Version3.2版。 " n" y) R( C2 h M( t, Zwww.eda365.com 9 T. g) J; J3 w6 g4 u5 p1 T1 o8 F3 k; n0 NEDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI模拟技术论坛 IBIS它本身只是一种文件格式，它表明它是标准的IBIS如何在文件中记录芯片驱动器和接收器的不同参数，但并不意味着如何使用这些被记录的参数，需要使用IBIS读取模型的模拟工具。IBIS实际模拟需要完成以下四项工作：EDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI模拟技术论坛4 c) B/ /h6 ^' P( | : SF$ /! r% x1 V! P5 `EDA365论坛网 (1)获取有关芯片驱动器和接收器的原始信息源； % _0 B' ~* x$ G$ q: Iwww.eda365.com (2)获取将原始数据转换为IBIS格式方法； }. pA% u% R; f9 uEDA365 (3)提供计算机可识别的模拟布局布线信息；www.eda365.com; ~8 i. ^& {! h2 d8 t* r5 }, A (4)提供一种读取能力IBIS能够分析和计算布局布线格式的软件工具。EDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI模拟技术论坛$ Q$ u N# e5 ` F' q% T0 / t$ j2 v8 n3 g( [7 r! @EDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI模拟技术论坛 IBIS 是一种简单直观的文件格式，非常适合类似Spice(但不是Spice，因为IBIS文件格式不能直接接受Spice电路工具)电路模拟工具。它提供 驱动器和接收器的行为描述，但不泄露电路内部结构的知识产权细节。换句话说，卖家可以用IBIS该模型解释了它们最新的门级设计工作，而不是给它们的竞争对手 产品信息披露过多。并且，因为IBIS它是一个简单的模型，作为一个简单的负载模拟，比相应的完整Spice三极管级模型模拟应节省计算量的10~15倍。EDA365, C- E R' f" @# b0 U5 Y 1 b8 Y7 ?7 O; h' _5 ^' K* ^4 fEDA365论坛网 IBIS提供两个完整的V－I曲线分别代表驱动器处于高电平和低电平状态，以及在确定的转换速度下转换的曲线。V－I曲线的作用在于为IBIS提供二极管保护，TTL非线性效应的建模能力，如图腾柱驱动源和射极跟随输出。EDA365论坛网% h: N; Y" z; t: W! G) R EDA365* X* o, s0 j( o Y5 `$ A# S IBIS模型的优点 . [, c4 h$ m' VEDA365 4 w/ n; t; /8 u$ Gwww.eda365.com 由上可知，IBIS模型的优点可以概括为： 2 J% u( _* Z2 K, e8 V2 @9 XEDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI模拟技术论坛 EDA365论坛网3 Q5 J3 M6 ?# r 1、在I/O考虑到包装的寄生参数和ESD结构；EDA365论坛网# S7 XX5 c% ^4 H7 w! P3 j) C www.eda365.com# X6 X4 ir0 oR" ~' _ 2.提供比结构化方法更快的仿真速度； ( ^" /3 @6 f. o5 |3 l8 Dwww.eda365.com www.eda365.com- x; L' [" j8 l" } 3.可用于分析和模拟系统板级或多板信号的完整性。IBIS模型分析的信号完整性包括：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特别是，它可以准确、精细地模拟高速振荡和串扰以用来检测最坏情况下的信号行为和一些物理测试无法解决的情况； X7 {0 M* @8 c& [6 lwww.eda365.com 4 Z6 D1 |4 D9 f; A! p& i* f! KEDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI模拟技术论坛 4、模型可以免费从半导体厂商处获取，用户无需对模型付额外开销； 3 n7 T0 }6 `" |P" cwww.eda365.com # b- V5 n! /7 P; hEDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI模拟技术论坛 5.兼容工业界广泛的模拟平台。 $ M P% p3 @0 VEDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI模拟技术论坛 ! F* rr( s; M8 X" |* S. X) t3 CEDA365论坛网 SPICE模拟的替代方法是I/O缓冲信息指标(IBIS)。 起初，Intel开发IBIS用于准确访问用户IO缓冲模型，需冒着知识产权泄露的风险。IBIS指标现在由EIA/IBIS开放论坛维护有很多来自IC和EDA供应商会员。 www.eda365.com6 ^: lw/ X. ^# e- f0 @ EDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI模拟技术论坛$ j& e1 o H. A2 |R7 i. E% Y: u IBIS模型的核由包含电流、电压和时序信息的列表组成。 这对于IC对于供应商来说，它很有吸引力，因为IO内部电路被视为黑盒。 晶体管级信息未在电路和工艺方面发布。 - ?! v. U( n: h0 S" wwww.eda365.com g; Z$ _8 B( W, q. F! g7 l: kEDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI模拟技术论坛 IBIS 模型的模拟速度比SPICE快多了，精度只有稍有下降。 非会聚是SPICE模型和仿真器的一个问题，而在IBIS仿真中消除了这个问题。 实际上，所有的EDA供应商现在都支持IBIS模型，并且它们都很简便易用。 大多数器件的IBIS模型均可从互联网上免费获得。 可以在同一个板上仿真几个不同厂商推出的器件。 % P2 f( C' X: W) R( v' F" g4 e7 R8 _ 0 R8 X* T  z( e. L' Y IBIS模型的缺点EDA365! C  F( b: P! x* ~" p  n( ]% t6 r& m EDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛6 T5 m, R4 p6 V. D0 V0 M1 w0 Q 当然，IBIS不是完美的，它也存在以下缺点：EDA365* u, ~. W+ A3 _- W( ?6 U www.eda365.com$ E% e9 j9 ^$ W" l  r8 ] 1、多芯片厂商缺乏对IBIS模型的支持。而缺乏IBIS模型，IBIS工具就无法工作。虽然IBIS文件可以手工创建或通过Spice模型自动转换，但是如果无法从厂家得到最小上升时间参数，任何转换工具都无能为力；EDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛2 `5 j- p! |( ], Y# m ) o' G3 D% r2 X8 S  l3 }. A8 Lwww.eda365.com 2、IBIS不能理想地处理上升时间受控的驱动器类型的电路，特别是那些包含复杂反馈的电路；EDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛$ m/ ~, ^3 P+ /( K % j# v7 I1 H! w+ p* F, uEDA365论坛网 3、IBIS缺乏对地弹噪声的建模能力。IBIS模型2.1版包含了描述不同管脚组合的互感，从这里可以提取一些非常有用的地弹信息。它不工作的原因在于建模方式，当输出由高电平向低电平跳变时，大的地弹电压可以改变输出驱动器的行为。EDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛* W6 s1 z& P2 P3 l0 f  k/ r2 O 3 v% _. o, {: S+ [% fwww.eda365.com 什么是SPICE模型EDA365论坛网% ?+ D4 r2 q9 C1 r5 F7 c 6 p& N( ?/ u9 x1 x4 p6 i/ NEDA365论坛网 SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)。随着I/O开关频率的增加和电压电平的降低，I/O的准确模拟仿真成了现代高速数字系统设计中一个很重要的部分。通过精确仿真I/O 缓冲器、终端和电路板迹线，您可以极大地缩短新设计的面市时间。通过在设计之初识别与问题相关的信号完整性，可以减少板固定点的数量。 0 v" F6 f1 }8 S; v% ~" ]9 f 6 }$ R( R6 ~3 W' t4 w: c9 F' i 传统意义上，SPICE分析用在需要高准确度的IC设计之类的领域中。然而，在PCB和系统范围内，对于用户和器件供应商而言，SPICE方法有几个缺点。 , P( r' Z) D. /2 t1 mEDA365论坛网 9 S! o# B0 I; DEDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛 由于SPICE仿真在晶体管水平上模拟电路，所以它们包含电路和工艺参数方面的详细信息。大多数IC供应商认为这类信息是专有的，而拒绝将他们的模型公诸于众。 3 N; W; y+ M0 `% T7 `, M6 sEDA365 7 c. ]) w+ ^; I9 f9 b 虽然SPICE仿真很精确，但是仿真速度对于瞬态仿真分析(常用在评估信号完整性性能时)而言特别慢。 并且，不是所有的SPICE仿真器都是完全兼容的。 默认的仿真器选项可能随SPICE仿真器的不同而不同。 因为某些功能很强大的选项可以控制精度、会聚和算法类型，所以任何不一致的选项都可能导致不同仿真器的仿真结果的相关性很差。 最后，因为SPICE存在变体，所以通常仿真器之间的模型并不总是兼容的；它们必须为特定的仿真器进行筛选。EDA3652 T0 K/ N) O. v9 ~- L 1 U7 `! f8 ^3 [, sEDA365 什么是电磁干扰(EMI)和电磁兼容性(EMC) ' ?1 _4 a3 R& j. Z. g. sEDA365 2 Q0 A+ b$ ]8 L$ O  `8 }3 N  Owww.eda365.com 电 磁干扰(Electromagnetic Interference)，有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源 通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰 源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。EDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛9 G* C3 E- N  x9 T! /: F: ~ 1 u3 t; C& X/ W5 R. [EDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛 自 从电子系统降噪技术在70年代中期出现以来，主要由于美国联邦通讯委员会在1990年和欧盟在1992 提出了对商业数码产品的有关规章，这些规章要求各个公司确保它们的产品符合严格的磁化系数和发射准则。符合这些规章的产品称为具有电磁兼容性 EMC(Electromagnetic Compatibility)。 1 `' U& o8 X/ z( C+ h7 h8 |- O: {EDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛 ' ^- T3 C" |; L# c, O7 R1 _www.eda365.com 什么是信号完整性(signal integrity) 5 /# ]* [3 ~! s6 U- Hwww.eda365.com EDA365" k" S* ^9 N% H; v5 t 信号完整性是指信号在信号线上的质量。信号具有良好的信号完整性是指当在需要的时候，具有所必需达到的电压电平数值。差的信号完整性不是由某一单一因素导致的，而是板级设计中多种因素共同引起的。主要的信号完整性问题包括反射、振荡、地弹、串扰等。 9 S4 n9 L- _% y7 {! A0 jEDA365 . A5 n5 H; U# l% ?) n: h 什么是反射(reflection) 1 Y% x6 j* `5 M6 }  `  _EDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛 8 H# r( `1 I. C+ @, x% i# j/ }+ SEDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛 反 射就是在传输线上的回波。信号功率(电压和电流)的一部分传输到线上并达到负载处，但是有一部分被反射了。如果源端与负载端具有相同的阻抗，反射就不会发 生了。源端与负载端阻抗不匹配会引起线上反射，负载将一部分电压反射回源端。如果负载阻抗小于源阻抗，反射电压为负，反之，如果负载阻抗大于源阻抗，反射 电压为正。布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传输及电源平面的不连续等因素的变化均会导致此类反射。EDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛" n" u) p4 K$ I/ I% e EDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛+ c, l$ N7 u& c' B  t$ R* ] 什么是串扰(crosstalk)$ {8 S" D$ r. g4 y9 Q7 [# `1 [ - r) W+ d6 _$ w3 XEDA365论坛网 串扰是两条信号线之间的耦合，信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。容性耦合引发耦合电流，而感性耦合引发耦合电压。PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。' @/ ^2 P9 @" U- [! E$ r) | EDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛" /3 e. {  ~2 y0 o& L 什么是过冲(overshoot)和下冲(undershoot)EDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛7 K. G% b2 e4 [# e2 Z EDA365论坛网2 n' [! o2 H$ L, n2 g 过冲就是第一个峰值或谷值超过设定电压——对于上升沿是指最高电压而对于下降沿是指最低电压。下冲是指下一个谷值或峰值。过分的过冲能够引起保护二极管工作，导致过早地失效。过分的下冲能够引起假的时钟或数据错误。 * x' /, w' p* [3 _1 p3 gwww.eda365.com www.eda365.com! |4 F! D3 B1 G' w7 F. f' M: L 什么是振荡(ringing)和环绕振荡(rounding)www.eda365.com' T6 t8 l" e/ l  J EDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛/ I4 G5 X: @. S. [) {: o* | 振荡的现象是反复出现过冲和下冲。信号的振荡和环绕振荡由线上过度的电感和电容引起，振荡属于欠阻尼状态而环绕振荡属于过阻尼状态。信号完整性问题通常发 生在周期信号中，如时钟等，振荡和环绕振荡同反射一样也是由多种因素引起的，振荡可以通过适当的端接予以减小，但是不可能完全消除。 ! j. [9 h, j4 w) z9 H3 tEDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛 7 J+ q9 V# }: r* D8 }* L3 j7 g+ ^EDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛 什么是地电平面反弹噪声和回流噪声 4 m% O3 l' z3 _3 M& i& Wwww.eda365.com - W6 B8 @2 T/ s" i- E3 I( GEDA365论坛网 在 电路中有大的电流涌动时会引起地平面反弹噪声(简称为地弹)，如大量芯片的输出同时开启时，将有一个较大的瞬态电流在芯片与板的电源平面流过，芯片封装与 电源平面的电感和电阻会引发电源噪声，这样会在真正的地平面(0V)上产生电压的波动和变化，这个噪声会影响其它元器件的动作。负载电容的增大、负载电阻 的减小、地电感的增大、同时开关器件数目的增加均会导致地弹的增大。由于地电平面(包括电源和地)分割，例如地层被分割为数字地、模拟地、屏蔽地等，当数 字信号走到模拟地线区域时，就会产生地平面回流噪声。同样电源层也可能会被分割为2.5V，3.3V，5V等。所以在多电压PCB设计中，地电平面的反弹 噪声和回流噪声需要特别关心。EDA365论坛网- C) b/ ~9 X& O7 Q9 m1 s( ^ EDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛2 Q/ l, T/ h. /: x, ~7 D5 z( H; y 在时域(time domain)和频域(frequency domain)之间有什么不同 % Q5 c$ c5 J2 fEDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛 & w7 v7 r; _) y4 B; Q 时域(time domain)是以时间为基准的电压或电流的变化的过程，可以用示波器观察到。它通常用于找出管脚到管脚的延时(delays)、偏移(skew)、过冲 (overshoot)、下冲(undershoot)以及建立时间(settling times)。8 h. Y* P" A/ m  a# U) @. q/ V * k4 B( m4 p. X( J' N 频域(frequency domain)是以频率为基准的电压或电流的变化的过程，可以用频谱分析仪观察到。它通常用于波形与FCC和其它EMI控制限制之间的比较。EDA365- /1 _# w( V  Z www.eda365.com3 [! I' |" X3 [ 什么是阻抗(impedance) ' |3 Z+ s" c4 {www.eda365.com EDA365论坛网: A! }9 a5 D" n; R' d5 w3 | 阻抗是传输线上输入电压对输入电流的比率值(Z0=V/I)。当一个源送出一个信号到线上，它将阻碍它驱动，直到2*TD时，源并没有看到它的改变，在这里TD是线的延时(delay)。 - x# l# E# ?2 q! P  q3 ^EDA365论坛网 EDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛( s( ]! A: Q$ R 什么是建立时间(settling time) 6 P) |* I7 m# L6 `2 BEDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛   C+ H+ W" D5 C& yEDA365论坛网 建立时间就是对于一个振荡的信号稳定到指定的最终值所需要的时间。EDA365) x( `/ P9 I: H% U5 T, S4 D EDA365/ w: G* L# i$ {2 C9 H 什么是管脚到管脚(pin-to-pin)的延时(delay) ! q: @* b( N8 {% GEDA365论坛网 # F& p5 B4 {9 h/ i$ D  g  X 管脚到管脚延时是指在驱动器端状态的改变到接收器端状态的改变之间的时间。这些改变通常发生在给定电压的50%，最小延时发生在当输出第一个越过给定的阈值(threshold)，最大延时发生在当输出最后一个越过电压阈值(threshold) ，测量所有这些情况。: i# A0 D( a3 ?9 L1 [) ~ 7 v# A' x. _: F/ R5 F$ N7 Kwww.eda365.com 什么是偏移(skew)EDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛/ D! O5 h4 X+ L& c1 m; D" e9 O EDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛) E% w/ L$ ^1 g. B3 ~ 信号的偏移是对于同一个网络到达不同的接收器端之间的时间偏差。偏移还被用于在逻辑门上时钟和数据达到的时间偏差。EDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛/ G9 j: j+ n7 o; O! U2 D EDA365) }' w% e5 r2 m1 t$ @: |6 U 什么是斜率(slew rate)EDA365论坛网5 `* Y6 K# G5 b, { EDA365论坛网- @& @* s/ Y. y( u* P0 T& ^; Z Slew rate 就是边沿斜率(一个信号的电压有关的时间改变的比率)。I/O的技术规范(如PCI)状态在两个电压之间，这就是斜率(slew rate)，它是可以测量的。EDA365) _. R! {  _! c" X www.eda365.com: _/ @" `6 I- U6 j9 W5 N 什么是静态线(quiescent line) , ?7 L) K% T! {5 @. P: nEDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛 8 f1 h' P! u  r8 X. cEDA365论坛网 在当前的时钟周期内它不出现切换。另外也被称为 "stuck-at" 线或static线。串扰(Crosstalk)能够引起一个静态线在时钟周期内出现切换。www.eda365.com5 D) k! [' e5 z, E/ p, K# Z, @ EDA3656 v. t# Q" ^8 {( v5 X+ l 什么是假时钟(false clocking) 8 E7 ^1 Z; Y' J9 |: MEDA365论坛网 / s6 d% N# t: Y. D) zEDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛 假时钟是指时钟越过阈值(threshold)无意识地改变了状态(有时在VIL或VIH之间)。通常由于过分的下冲(undershoot)或串扰(crosstalk)引起。

IBIS的曲线包括VT和VI曲线,其中VI曲线描述 buffer的静态特性或者驱动能力特性，VT是描述动态能力或者翻转特性。VT曲线必须和VI曲线做correlation,通常是通过所谓的50欧姆 工作点来保证VT和VI曲线一致。另外，还有一个很重要的参数是C-compensation,描述buffer的等效电容。 不同类型的buffer，IBIS有不同的VT和VI曲线个数。 3 p% L1 o- r% b6 hEDA365论坛网 7 f4 _: }5 n% P 比如对于Input buffer，仅仅只有VI曲线； 对于IO buffer,需要4条VI曲线和4条VT曲线； 还有其他类型的比如open sink, open source等等曲线有相对应的曲线个数 - m1 Y" G, Q( x) K0 WEDA365论坛网站|PCB论坛网|PCB layout论坛|PCB设计论坛|SI仿真技术论坛 % h! B* ]7 `  c9 N" |9 }, _1 Ewww.eda365.com