IBIS(Input/output Buffer Informational Specification,输入/输出缓冲器信息规范)是由Intel公司在1990年为开发PCI总线驱动器时提出并采用的。1993年Intel公司邀请了各大EDA厂商共同正式提出了IBIS Version 1.0,并成立IBIS开放论坛。随后,越来越多的EDA厂商、IC(集成电路)厂商和系统开发厂商加入IBIS开放论坛,IBIS迅速完善和发展,目前IBIS最新发布的版本为Version 5.0。
IBIS是一个用于仿真的描述性文件,它描述了器件输入输出端口的电气特性。IBIS模型通常被用于板卡级信号仿真分析,在各种仿真工具中得到了广泛的应用。
我们先从模型的名字入手:
Input/output:输入/输出。
Buffer:缓冲器,这个有点意思,把所有的模型都归纳为不同的缓冲器。
Informational Specification:对“缓冲器”信息的描述列表。
更具体地说,IBIS模型是由器件内部的电气参数值构成的数据列表,这些数据可以反映器件开关速度、驱动能力等特性。
IBIS是一个行为模型,它不是从器件的基本结构出发定义的,而是从器件的行为出发定义的。为了方便理解,我们打个比方:如果夏天外界环境温度很高,那我们就会穿得比较清凉,躲在开空调的房间里;但如果外界环境温度只有3℃,你一定会换上暖和的衣服,房间里最好有暖气,呵呵!
其实器件的行为模型大概也就是这个样子的。如图2-1所示,器件作为一个“黑匣子”,你不需要去了解它的结构,只要去测试它在不同外界条件下的特性/状况就可以了。
图2-1 IBIS模型的意义
好了,问题来了,那外界条件指的是什么呢?器件的特性又由哪些参数来体现呢?
我们不妨先考虑另外一个问题,外界阻抗变化的范围是多大呢?(www.xing528.com)
外界阻抗从0到无穷大,实际电路中就意味着器件从短路到断路的过渡。众所周知,短路时的阻抗为0,断路时的阻抗为无穷大。对于短路,电压发生负反射,对应的电压为-VCC;而对于断路,电压发生正反射,对应的电压是2VCC。因此IBIS器件的电压范围定义为-VCC~2VCC,也就对应了外界阻抗从0到无穷大的变化。对应于外部不同的阻抗,器件内部的电压、电流也会发生相应的变化。
IBIS模型核心的内容是把器件简化为缓冲器(Buffer)模型。常见的缓冲器模型的类型包括三态:I/O、开漏(open sink)和开源(open source)等。IBIS描述了一个缓冲器的输出阻抗(通过V/I曲线的形式)与高低电平转换特性(通过V/t曲线的形式),那么就可以利用这个模型来仿真得出由于传输线的阻抗不匹配而引发的能量反射大小、串扰、EMC和时序分析等。
我们研究的IBIS模型的核心是缓冲器模型,也就是说我们创建IBIS模型时,研究对象是缓冲器模型。图2-2所示是一个最典型的缓冲器输出模型(三态)的结构。
图2-2 IBIS输出的缓冲器模型(三态)
由图2-2可以发现,一个IBIS模型由以下4个部分组成:
1)图腾柱电路,由两个推挽工作的MOS FET组成,可以提供输出高电平(上管导通、下管截止)、输出低电平(上管截止、下管导通)与高阻态(上、下管均截止)3种工作状态。
2)两个钳位二极管,上面的二极管可以将超过VCC的电压钳位到VCC,下面的二极管可以将低于Gnd的电压钳位到Gnd。
3)模型的输入/输出电容C_Comp,影响由一个状态转换为另一个状态的转换时间。
4)封装参数,由集总的R、L、C参数组成。
那么如何将这几个部分反应在IBIS模型里面呢?对于图腾柱与二极管的电气特性,我们用V/I曲线来表示。对于图腾柱电路在电平动态翻转时的特性,我们用V/t曲线来表示。整个芯片核心(Die)的输入/输出电容值写在一个并联到地的C Comp中。对于封装参数,我们可以用集总的R、L、C模型来表示,也可以用分立的单位传输线模型加长度来表示。下面将详细介绍。
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