高速电路设计与仿真之Model Integrity篇（IBIS模型介绍）

工欲善其事必先利其器，高速电路的仿真离不开的就是Model Integrity模拟工具，而Model Integrity模拟中使用的模型是IBIS模型文件Model Integrity不仅可以用来浏览模型，还可以检查IBIS模型或DML模型（Cadence模型格式)语法。

在IBIS在模型出现之前，人们使用晶体管级SPICE模型模拟通常面临以下问题：
(1)结构化SPICE该模型仅适用于组件和网络较少的小规模系统模拟。通过这种方法设置系统的设计标准或分析实际网络的最坏情况；
(2)元器件结构化SPICE模型难度大，部件制造商不愿意提供包含其电路设计、制造工艺等信息SPICE模型；
(3)各商业版SPICE供应商提供的软件不兼容SPICE其他模型可能是模型SPICE模拟器不能工作。

因此，人们需要一种不涉及元器件设计和制造技术的可接受性
能够准确描述组件特性的黑盒模型，IBIS因此应运而生。

IBIS模型及SPICE模型区别：
SPICE模型：
(1)电压/电流/电容压/电流/电容等节点关系；
（2）每个BUFFER描述/模拟中的元件；
(3)模拟速度过慢，适用于电路级设计师；
(4)包含芯片内部设计的详细信息。
IBIS模式：
(1)电压/电流/时间等BUFFER基于节点关系U-I或U-t数据曲线；
(2)不包括电路细节；
(3)模拟速度快(是)SPICE25倍仿真)，适用于系统设计；
(4)不包括芯片内部的设计信息。

IBIS模型是以I/O基于缓冲器结构，I/O包括封装带来的缓冲器行为模块RLC寄生参数、硅片本身的寄生电容参数、电源或地面的电平钳位保护电路和缓冲器特性（门槛电压、上升、下降、高电平、低电平状态）。
以下为IBIS模型结构图：

备注：图中虚线左边为输入模型结构，右边为输出模型结构！
(1)输入模型结构可细化如下图所示:

C_pkg, R_pkg, L_pkg包装参数；
C_comp在硅片上引脚的压焊盘电容器；
Power_Clamp为低端ESD结构的U-I曲线；
GND_Clamp为低端ESD结构的U-I曲线。
(注:输入结构模型无上下拉结构电路)

(2)输出模型结构也可细化如下图所示:

A、元素1为Pullup，Pulldown，它包和下拉包含高电平和低电平状态U-I曲线；模拟缓冲单元驱动到低电平或高电平U-I特性；
B、元素2为Ramp，上升边和下降边的摆率包括（dU/dt），指输出电压从20-80%的电压输出范围所需的时间。为了更准确地描述上升和下降的过程，有上升和下降的过程U-t曲线；
C、元素3为Power/GND Clamp，包括电源和地面钳位保护电路U-I特性；
D、元素4为C_comp，它包含硅片本身固有的寄生电容器；
E、元素5为RLC，它代表了包装的寄生参数特性，可以进一步详细描述组件的所有引脚。
（注意：元器件中只有C_comp没有描述R_comp由于硅片本身的寄生电阻影响已包含在上下拉电路和钳位保护电路中U-I特性中了）

IBIS进一步详细介绍模型，以后会单独发表一篇文章，这里只做简要介绍，下面一起学习Model Integrity仿真工具。

一、如下所示为Model Integrity工具界面：

界面介绍：
(1)左侧工作区域主要用于显示打开的模型文件名，模型名前一般有一些图形符号(如上图所示的红叉):
红X：表示调入模型有语法错误；
黄√：表示转入模型有语法警告；
绿√：表示调入模型完全正确。

图形化的“I说明这个模型是IBIS格式，图形化D”表示是DML格式。

下面的“Physical”和“Object View显示模式用于切换模型名称。

(2)右栏主要显示模型文件的实际内容，其中:
蓝字体是关键字；
绿字是注释；
黑字体是普通文本；
红色是错误的标志；
黄色是警告标志。

(3)下列为输出窗口，显示Model Integrity各种功能示模式：

Parse Messages模式：
语法分析和确认显示模型文件中的错误和警告信息；

Log File模型：显示模型日志文件；

Find in Files模式：
搜索快捷键如下图所示：
(4)在下面的状态栏中，主要功能之一是快速跳转到某一行比如在这里输入12，点击旁边的按钮跳转到模型句子中的第12行:

二、Model Integrity模型格式换格式如下：
从IBIS格式转换到DML格式；
从Quad格式转换到DML格式；
从Espice格式转换到Spice格式。
操作如下：Tools–Translation Options,格式转换界面可以打开：

三、Model Integrity通过调入，还提供了图形接口SigWave在模型中查看任何内容IOcell的所有U-I、U-t曲线，这些波形曲线包括Pullup、Pulldown、GND_clamp、POWER_clamp、Raising Curve、Failing Curve的Type、Min、Max三种数据类型。

例如：选择任一IOcell模型，单击鼠标右键，选择View Curve可选择要查看的曲线，SigWave窗户弹出。

使用Model Integrity集成的Signoise接口即可对IOcell模型模拟验证，用鼠标右键单击任何一个IOcell选择模型Simulate可以模拟验证。

四、Model Integrity还会在调入IBIS在模型中自动进行语法检查，并在出错或警告前标记相关标志，通过以下快捷键快速找到这些问题：
这里五个快捷键的功能是：
下一个错误，上一个错误，下一个警告，上一个警告，清除所有标志。