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

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。

图30.IBIS与SPICE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。

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。

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。

图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。

图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。

图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。

图34.LTspice与IBIS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。

图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。

图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。

图37.LTspice与IBIS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。

声明： 本网站原创内容，如需转载，请注明出处；本网站转载内容（文章、图片、视频等资料）的版权归原网站所有。如我们转载或使用了您的文章或图片等资料的，未能及时和您沟通确认的，请第一时间通知我们，以便我们第一时间采取相应措施，避免给双方造成不必要的经济损失或其他侵权责任。如您未通知我们，我们有权利免于承担任何责任。 我们的联系邮箱：news@cecb2b.com。