IBIS建模-第二部分：为什么以及如何创建自己IBIS模型

IBIS建模-第二部分：为什么以及如何创建自己IBIS模型

（2024年12月21日更新）

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简介

模拟在构建任何系统时都起着关键作用。它帮助设计师预测问题，然后避免耗时和昂贵的修改。我们的目标总是一次性成功！在模拟高速数字接口时，如果设计不当和简单PCB接线可能会影响信号质量。IBIS模型用于表示设备的数字接口。

如IBIS本系列文章的第一部分，IBIS以表格形式列出的电流和电压是一种行为模型(I-V)以及电压和时间(V-T)数据描述了设备数字接口的电气特性。IBIS模型应尽可能准确，无分析错误，以避免以后使用时出现问题。此外，数字接口的每个部件或设备都应提供可用性IBIS模型。当客户需要时，可以直接从制造商的网页上下载。但事实并非总是如此。对于IBIS模型用户经常遇到的问题之一是模型的可用性。当他们在设计中选择的部件没有时IBIS在模型中，其产品开发可能会受阻。

IBIS该模型最好由其制造商提供，但用户也可以创建IBIS模型。本文介绍了如何使用。LTspice，基于SPICE创建最基本的模型IBIS模型。下面用IBIS建模手册（IBIS 4.介绍0版)中的规格LTspice模拟设置。还介绍了如何使用定性和定量质量因素来验证IBIS模型。

什么是最基本？IBIS模型？

帮助客户使用LTspice创建基本的IBIS模型需要先定义基本一词。基本的IBIS模型不仅取决于I/O模型关键字也取决于需要建模的数字缓冲器的类型。这意味着需要重新审视IBIS早期版本定义了缓冲模型的最低要求和当时建模的数字接口类型。事实证明，单端CMOS可使用缓冲器IBIS建模最简单的数字IO一、本文将介绍。

图1 3态CMOS缓冲器的IBIS模型

表1 基于Model_type的IBIS总结模型组件

Model_type

[封装]

C_comp

[GND_ Clamp]

[Power_ Clamp]

[下拉]

[上拉]

V-T表

[斜坡]

输入

—

3态

I/O

图1显示3态CMOS缓冲器IBIS模型结构。如第一部分所述，IBIS模型中的组件或关键字取决于模型类型。表1总结了基本列表IBIS模型来说，模型组件Model_type决定。

应用案例

在本文中，我们将使用假设ADxxxx器件的LTspice模型来创建IBIS模型。它是一个单输入和单输出数字缓冲器，可以引脚。因此，获得IBIS模型将有两个输入（DIN1和EN）、三态输出(DOUT1)。

一般来说，生成IBIS模型有五个基本步骤：

■ 建立预建模程序。

■ 对从SPICE从模型中提取C_comp、V-I和V-T数据进行LTspice仿真。

■ 格式化IBIS文件。

■ 使用IBIS分析器测试检查文件。

■ 比较IBIS模型与SPICE模型在相同加载条件下的模拟结果。

IBIS模型提供典型数据、最小数据和最大数据。它们通过工作电源的电压范围、温度和工艺来确定[HA1]为了简洁起见，本文只讨论典型条件。

Ibischk Golden Parser该系列可用于检查IBIS模型是否一致IBIS规范。ibischk可执行文件IBIS.ORG免费获取网页。本文采用集成。ibischk的第三方IBIS模型编辑软件。

预建模程序

在开始模拟之前，用户应下载设备的数据手册并安装它SPICE模型和LTspice文件。初步评估零件的数字接口数量和类型(如输入、泄漏、三态等)。)通过确定零件。

工作电源电压、工作温度、集成电路根据设备数据手册确定(IC)加载条件包装类型、设备引脚排列、数字输出顺序规格（RLoad和/或CLoad），以及低电平输入电压的数字输入(VINL)高电平输入电压(VINH)。ADxxx SPICE表2中列出了模型的指标参数。

所有关于设备数字接口的信息通过使用关键字收集到一个IBIS在文件中。关键字是IBIS如第一部分所述，模型中用括号包括的标识符。详情请参阅本部分。

图3 [Power_Clamp]和[GND_Clamp]关键字结构概念图

[GND_Clamp]和[Power_Clamp]以表格形式列出I-V数据显示数字缓冲器的静电放电(ESD)设备行为。[Power_Clamp]表示以VDD为基准的ESD接地位表示器件的整体行为GND为基准的ESD装置的整体行为。

在LTspice中，I-V可使用数据.DC SPICE测量命令/指令。DOUT用图4所示的设置测量1的接地夹位。该设置采用适当的电源电压将该设备配置为高阻模式(见表5)。可以保证ESD设备与核心电路隔离。VSWEEP是以GND基准扫描电压。使VSWEEP确保只显示基准电压接地GND箝位ESD设备的特点。

根据IBIS除电压轨外，规格应扫描(最好是从-VDD到2 × VDD）的I-V本例从数据–1.8 V到 3.6 V。通过直接执行此操作，扫描VDD外部电压将打开电源位ESD器件。为了避免这种情况，首先是–1.8 V至 1.8 V范围内扫描VSWEEP，用外推法加3.6 V数据点。这种方法适用于所有I-V数据集。

另外，请注意一切I-V数据集最多只接受100个数据点。若数据点超过此数，则在ibischk在分析器测试中会提示错误。.DC命令的增量使得到的数据点小于或等于99。这是为了容纳2 × VDD额外数据点的外推。

直流扫描时，模拟中可能会出现非常大的反向电流。为了解决这个问题，从近似二极管势垒电位(-0.7 V)设置为VDD ( 1.8 V)。然后将数据外推到符合要求–VDD至2 × VDD I-V数据。另一种方法是使用小电阻Rser与VSWEEP限制极端电流的串联。

图4 ADxxxx DOUT接地钳位设置

单击操作按钮，LTspice模拟开始运行。正在评估DOUT所以目标节点是Ix(U1:DOUT1)。尽管从技术角度来看I(VSWEEP)也是对的，但是IBIS模型需要Ix(U1:DOUT1)电流极性。这是为了尽量减少I(VSWEEP)进一步格式化数据，使其适合模型。结果应该。模拟完成后，单击结果窗口保存数据，然后单击文件 -> 将数据导出为文本。导航至要保存的目录，单击受测节点，然后单击OK（）。

图5 接地夹位仿真结果

图6 将模拟数据导出为文本

[Power_Clamp]因此，扫描电压类似于接地位置设置VSWEEP以VDD为基准。设置和结果。

图7 ADxxxx OUT电源位置设置及结果

[下拉]和[上拉]

图8 I-V关键字结构概念图

图8显示了I-V关键字结构概念图。[下拉]和[上拉]表示缓冲器中上拉和下拉元素的行为。以图表的形式表示，它们看起来像MOSFET的I-V特征曲线。在提取[下拉]和[上拉]数据时，了解如何通过设备的真值表控制从输出引脚输出的信号是非常重要的。设置和提取[下拉]和[上拉]数据[GND_Clamp]和[Power_Clamp]类似，即DOUT引脚使能，不处于高阻模式。

提取[下拉]数据，DOUT引脚应设置为逻辑0输出或0 V。因此，必须设置适当的电源电压。EN引脚施加1.8 V等效逻辑高压，使其能够DOUT1引脚，对DIN逻辑0或0 V，将DOUT引脚设置为逻辑0输出。可通过真值表(表5)确认。

图9 ADxxxx OUT1下拉设置

图10 ADxxxx OUT1下拉图

类似于放大[下拉]数据MOSFET的I-V特征曲线，。

图11 ADxxxx DOUT下拉图(缩放视图)

保存下拉数据时，请注意它构成[GND_Clamp]以及[下拉]的总电流。图12可以更好地说明这一点。需要删除[GND_Clamp]只需从[下拉]保存数据中逐步减去组件。为简化此操作，[GND_Clamp]电压增量、开始电压和结束电压必须与[下拉]直流分析相同。

图12 下拉保存数据的实际电流

获取上拉数据的设置。提供适当的电源电压DOUT1设置为逻辑1 (1.8 V)。这将确保激活/打开上拉元件。VSWEEP也在–1.8 V至 1.8 V范扫描周围，以及VDD以这种方式连接为基准。VSWEEP，可以防止用户格式化数据符合要求IBIS规范。

图13 ADxxxx DOUT上拉设置及结果

像[下拉]一样，保存的[上拉]数据来自[Power_ Clamp]以及[上拉]总电流的结果。因此，用户需要逐步从保存的[上拉]数据中删除数据[Power_Clamp]如果它们的直流扫描参数相同，组件很容易完成。提醒大家，对于所有的组件，I-V使用相同的直流扫描参数进行数据测量。

图14 保存的[上拉]数据的实际电流

[C_comp]

[C_comp]关键字代表缓冲器的电容器，其最小、典型和最大角值不同。它是晶体管和裸片的电容器，不同于包装电容器。可以通过两种方式提取[C_comp]。当引脚由交流电压供电时，方程1中的公式或方程2中的公式可以用来计算。

其中：

PLX代理■ ImIac：被测电流的虚值

■ F：交流电源的频率

■ VAC：交流电源的范围

使用LTspice进行C_Comp提取

，缓冲电容器电容可以通过提供交流电压和频率扫描来提取。由于提供了交流电压，因此需要测量电流的实际和虚拟部分。当使用交流电压供电时，必须反转电流的极性来测量缓冲器的输入电流值。测量输出缓冲器电容时，图15所示的唯一变化是将交流电源连接到输出引脚。

图15 ADxxxx C_comp提取设置

交流电压的振幅值可以是任意值，但通常设置为1 V。它将按照SPICE频率扫描指令。使用.AC当命令绘制波形时，默认设置为以波特模式显示，单位为dB。电流值必须设置为笛卡尔模式，以便缓冲器电容公式可以直接处理。要检查缓冲器的电容波形，用户必须先右键单击波形窗口，然后单击添加布线，然后选择测量的引脚。两条线将显示在波形图窗口。

实线表示被测电流的实部，虚线表示被测电流的虚部。