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IBIS建模——第2部分:为何以及如何创建您自己的IBIS模型(三)
发布时间:2022-04-20        浏览次数:257        返回列表
 

IBIS模型验证

正如本系列文章的第1部分所述,IBIS模型验证由解析器测试和相关过程组成。这些是确保IBIS文件符合IBIS规范的必要步骤,并且模型的执行尽可能接近参考SPICE模型。

 

解析器测试

对于上一节中创建的IBIS文件,首先应进行解析器测试,然后再继续执行相关过程。ibischk是用于检查IBIS文件的Golden Parser。它用于检查IBIS文件是否符合IBIS协会设置的规范。有关更多信息,请访问ibis.org在撰写本文时,使用的解析器是ibischk版本7。

在执行解析器测试时,最好使用集成了ibischk的IBIS模型编辑软件,例如Cadence Model Integrity和Hyperlynx Visual IBIS Editor。这些工具有助于简化语法检查。但是,如果用户没有这些工具,可以访问ibis.org免费下载可执行代码。它是在各种操作系统上编译的,所以用户不必担心应使用哪种操作系统。

 

相关程序

在这个验证阶段,需要检查IBIS模型的性能是否与参考模型(在本例中为SPICE模型)相同。表7显示不同的IBIS质量级别(从0级到3级)。它描述了经受不同程度测试后,IBIS模型的程度。在本例中,由于参考模型是ADxxxx SPICE模型,所以生成的IBIS模型的质量等级为2a。这意味着它通过了解析器测试,具有数据手册中所描述的一组正确完整的参数,并通过了相关程序。

 

表7.IBIS质量等级

QQ截图20220420144802

要将IBIS模型与参考SPICE模型关联起来,可以按照一些常规步骤执行操作。图30中的流程图总结了这些步骤。

 

376626-fig-30
30.IBISSPICE模型的关联流程图

 

设置品质因数

关联的基础是在相同的加载条件和输入刺激下,IBIS模型的行为应该与SPICE模型数字接口相同。这意味着从理论上,它们的输出应该重叠在一起。一般来说,有两种方法可以描述IBIS模型的输出与SPICE参考模型的接近程度:定性方法和定量方法。用户可以使用这两种方法来确定IBIS模型与SPICE模型之间的关系。

定性FOM测试需要依靠用户的观察能力。它要求对两个输出进行目视检查,以确定是否通过相关性检查。这可以通过叠加IBIS和SPICE的输出结果来实现,并使用工程判断来确定图形是否相关。在进行定量FOM测试之前,这可以作为相关性初步检查。当接口以相对较低的频率或比特率运行时,此测试就已足够。

IBIS IO缓冲器精度手册中提出了另一种定性FOM测试,即曲线包络度。它使用过程电压温度极值定义的最小和最大曲线。最小和最大曲线作为相关性的边界。要通过测试,IBIS结果中的所有点都应该在最小和最大曲线之内。这种方法在本文中不适用,因为它仅适用于典型条件。

定量FOM测试使用数学运算来衡量IBIS与SPICE之间的相关性。在IBIS IO缓冲器精度手册中也提出了曲线包络度,它使用IBIS和SPICE输出的数据点。它计算IBIS和参考数据点之间x轴或y轴差值的值除以轴上使用的总范围和点数的乘积的总和。具体如公式3所示,此方法适合作为检测本文所示的应用案例的关联方法。但是,还需要考虑其他因素。方程3中给出的FOM要求将IBIS和SPICE的结果映射到一个通用的x-y网格上,这将用到数值算法和插值方法。如果用户想要执行快速定量FOM测试,本文提出了另一种方法,即使用曲线和x轴所限定的面积的曲线面积度量。

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曲线面积度量以SPICE结果为参考,比较IBIS曲线下的计算面积。具体如公式4所示。但是,在进行曲线面积度量测试之前,所创建的模型必须通过定性测试。这确保了IBIS和SPICE曲线是同步的,并且相互叠加。在获取曲线下的面积时,因为对IBIS和SPICE结果使用了相同的方法,所以用户可以使用数值方法,例如梯形规则或中点规则。在使用这种方法时,建议使用尽可能多的点,以更接近该面积。

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验证ADxxxx IBIS模型

IBIS模型验证的步是解析器测试。图31显示adxxxx.ibs IBIS模型文件的解析器测试结果,该文件是使用HyperLynx Visual IBIS Editor编写的。用户执行解析器测试时,目标是不会出现任何错误。如果出现任何错误或警告提示,模型构建人员需要加以解决。这样可以保证IBIS模型在仿真工具之间的兼容性。

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31.ADxxxx 解析器测试结果

下一步是设置FOM参数。本文仅使用定性FOM和曲线面积度量作为衡量相关性的方法。该测试可能会使用IBIS和SPICE在相同负载条件和输入刺激下的瞬态响应曲线。曲线面积度量FOM≥95%才能通过相关性测试。DOUT1、DIN1和EN的相关性如下所示。

 

DOUT1

图32显示了LTspice上用于检测DOUT1相关性的SPICE测试台。在原理图上提供适当的电压电源以使能驱动器,并且为DIN1引脚提供脉冲信号源来驱动DOUT1。要在LTspice中完成DOUT1驱动器模型,还需要使用额外的组件。C_comp代表芯片电容。将C_comp和C_load添加到LTspice模型后,继续加入RLC封装寄生(R_pkg、L_pkg、C_pkg)和C_load。

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32.LTspice DOUT1相关性测试台

DOUT1 IBIS模型相关性测试台建立在Keysight先进设计系统(ADS)上,如图33所示。与LTspice测试台一样,使用相同的输入激励、C_load、电压电源和瞬态分析。但是,未在原理图中显示C_comp和RLC封装寄生,因为它们已经包含在3态IBIS模块中。

 

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33.ADS OUT1相关性测试台

瞬态响应曲线根据C_load测量得出。我们比较LTspice和ADS结果,并将它们叠加在一起实施定性FOM分析。如图34所示,LTspice和ADS DOUT1的响应非常相似。可以使用曲线和度量来量化它们之间的差异。计算1 µs瞬态时间内曲线下的面积。计算得出的曲线面积度量为99.79%,满足设置的≥95%的通过测试条件。所以,DOUT1 IBIS模型与SPICE模型相关。

 

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34.LTspiceIBIS模型OUT1响应

 

DIN1和EN

在验证输入端口时,通过定性FOM和曲线面积度量来关联LTspice和ADS的瞬态响应曲线。LTspice中的测试台如图35所示。这适用于DIN1和EN引脚。与DOUT1一样,将提取的C_comp置于DIN1端口位置,后接RLC封装寄生效应。然后,连接50 Ω R_series电阻,该电阻后接输入刺激脉冲电压电源。测量响应的探头点在DIN1_probe位置。

 

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35.LTspice DI1相关性测试台

用于验证输入端口的Keysight ADS测试台如图36所示。同样,在输入端口前放置一个R_series 50 Ω电阻,并使用相同的输入脉冲刺激。此处未显示C_comp和RLC寄生效应,因为它们已经包含在IBIS模块中。用于测量瞬态响应的探头位于DI1_probe位置。

 

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36.ADS DI1相关性测试台

将LTspice和ADS的瞬态响应曲线叠加在一起进行FOM定性测试。如图37所示,曲线是相同的,LTspice曲线完全与ADS曲线重叠。计算得出的DI1的曲线面积度量为,满足所设置的≥95%的通过测试条件。EN引脚相关性结果也给出了相同的图形和曲线面积度量。

 

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37.LTspiceIBIS模型的DI1响应

 

总结

本文介绍如何使用LTspice来提取数据和构建IBIS模型。还提出通过定性FOM和曲线面积度量的定量FOM将IBIS模型与参考SPICE模型关联起来的方法。这样就可以让用户确信IBIS模型的行为与SPICE模型类似。尽管还有本文未介绍其他类型的数字IO,但提取C_comp、I-V数据和V-T数据的程序可以作为创建其他类型IO模型的基础。

您可以免费下载和安装LTspice,并开始创建自己的IBIS模型。

 

参考资料

Casamayor, Mercedes.“AN-715应用笔记:走近IBIS模型:什么是IBIS模型?它们是如何生成的?”ADI公司,2004年。

IBIS。I/O缓冲器精度手册。IBIS开放论坛,2000年4月。

Roy Leventhal和Lynne Green。半导体建模用于信号、功率和电磁完整性仿真。Springer,2006年。

Michael Mirmak、John Angulo、Ian Dodd、Lynne Green、Syed Huq、Arpad Muranyi、Bob Ross。IBIS建模手册(IBIS 4.0版)。IBIS开放论坛,2005年9月。

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