這段時間看了本書《手把手教你學高速電路信號仿真》:
這本書包含以下幾個部分:
- 仿真常用的模型(IBIS模型&S參數模型)
- 傳輸線基本理論與信號完整性分析
- 信道的抖動與均衡
- 通道的仿真
- PCB的材料研究
這本書里關于IBIS模型的基礎知識,講的還是很全面的,適合了解和學習一下。
IBIS(Input/Output Buffer Information Specification)模型是一種用于描述數字集成電路輸入/輸出(I/O)緩沖器電氣特性的行為級模型。
常見IBIS 結構分為以下4個部分:
基本信息
作用:提供模型的基礎描述和元數據。包含內容:
- 廠商、部件號、版本號等標識信息
- 文件創建日期、備注等輔助信息
- 引腳與模型名稱的映射關系(Pin部分)
- 支持的電路類型(如CMOS、LVDS等)
模型選擇器
作用:定義不同工作模式下的行為模型(如輸入、輸出、三態等)。關鍵部分:
- [Model] 部分:為每個引腳或緩沖器類型定義電氣行為。
- 常見模型類型:Input:純輸入緩沖器Output:驅動型輸出緩沖器I/O:雙向緩沖器Open_drain:開漏輸出Terminator:終端電阻模型
電氣特性
作用:描述緩沖器的靜態和動態電氣參數。核心數據:
- [Pull-up] / [Pull-down]:上拉/下拉IV曲線(電壓-電流關系)
- [Ramp]:信號跳變斜率(dV/dt,反映開關速度)
- [V/I] 或 [V/T] 曲線
- 驅動器的輸出阻抗特性(如[Voltage Range]和[GND Clamp])
- 動態特性(如上升/下降時間)
- [C_comp]:芯片封裝寄生電容
封裝與寄生參數
作用:定義封裝引起的寄生效應。關鍵參數:
- [Package]:引腳寄生電阻(R_pkg)、電感(L_pkg)、電容(C_pkg)
- [Pin] 部分:指定每個引腳對應的模型和封裝參數,可能包含溫度/工藝角數據(如[Temperature Range])
本書關于IBIS模型部分,重點關注了電氣特性與寄生參數,也將其劃分為4個部分:
1、推挽式(Push-Pull)電路,兩個MOS FET組成,可產生高電平(上管導通下管截止),低電平(上管截止下管導通)、高阻態(上下管都截止)3種工作狀態。
2、鉗位電路,上二極管鉗位電壓VCC,下二極管鉗位電壓Gnd 。
對于推挽電路與二極管的電氣特性,可以用V/I曲線來表示:
外部電源從-Vcc+Vcc變化,電流是從MOS FET流向外部電源,即電流值為負值;
外部電源從+Vcc+2Vcc變化,電流開始從外部電源流向MOS FET,即電流值為正值。
IBIS規范定義電流流進緩沖器的方向為正,下圖為實際IBIS 模型Pull Up的電流波形,和上述的理論推導不符合。
這是因為測試點電壓和IBIS文件的電壓數據是不一樣的,寫進IBIS文件的電壓為Vtable,是指上管的電壓降,Pull Up狀態下,就是外部電源和測試點電壓的差值。
Pull Up曲線的獲取是測試點各個電壓值對應的電流,和IBIS文件的電壓對應的電流曲線對應關系,如下圖:
Pull Down 和 Pull Up是不同的,Pull Down 測試點電壓和IBIS文件的電壓是一樣的,電流的波形也是一樣的,不存在所謂的對應關系。
3、模型輸入輸出電容C_Comp,影響狀態轉換時間
對于推挽電路在電平動態翻轉的特性,用V/t曲線來表示。這個過程可以分為上管和下管兩個部分:
上管部分
上管打開,電容的兩端的電壓不能突變,上管導通,給C_Comp充電,直至穩定,這個過程產生上升沿。
上管關閉,電容的兩端的電壓不能突變,上管截止, C_Comp反向充電,直至穩定,這個過程產生下降沿。
下管部分
下管打開,C_Comp給導通的下管放電,直至穩定,這個過程產生下降沿。
下管關閉,50ohm 導通電壓給C_Comp充電,直至穩定,這時候產生上升沿。
4、封裝參數,由R(寄生電阻)、L(寄生電感)、C(寄生電容)參數組成,影響輸出波形的上升沿和下降沿的速率。
關于封裝參數,有兩種選擇,一種是默認的參數:
還有一種是對應引腳的特定參數:
至于IBIS模型在仿真中的應用,本書只是列舉了Hspice的應用,至于其他的沒有過多展開,但是系統了解其基本結構還是很有必要。