IBIS模型学习笔记

IBIS 学习心得及使用
IBIS(Input/Output Buffer InformaTIon SpecificaTIon)模型是基于V/I 曲线
的对I/O Buffer 快速准确建模的方法，其目的是提供一种集成电路制造商与仿真软件供应商以及设计工程师之间相互交换电子元件仿真数据的标准方法。

IBIS 是一种行为模型，它不是从要仿真的元件的结构出发定义的，而是从元件的行为出发定义的。

IBIS 本身是一种标准的文本格式，它记录驱动器和接收器的不同参数，如驱动源输出阻抗、上升/下降时间以及输入负载等参数，但它不说明这些记录参数是如何使用的。

IBIS 模型分为驱动器模型和接收器模型，如下图示：
Pull up/pull down：标准输出缓冲器的上拉和下拉晶体管，用直流I/V 数据
表来描述它们的行为。

Power clamp/gnd clamp：静电放电和钳位二极管，用直流I/V 数据表来描述
它们的行为。

Ramp：表示输出从一个逻辑状态转换到另一个逻辑状态，用dV/dt 来描
述。

C_comp：硅晶圆电容，它是不包括封装参数的总输出电容。

R_pkg/L_pkg/C_pkg：封装带来的寄生电阻、电感和电容。

无论是驱动器模型还是接收器模型都是由两部分组成的：缓冲器结构模型（[model] secTIon）和封装因子（[component]&[pin] secTIon）。

IBIS 文件结构
IBIS 文件包括了从行为上模拟一个器件的输入、输出和I/O 缓冲器所需要。

AN-715应用笔记One Technology Way • P.O. Box 9106 • Norwood, MA 02062-9106 • Tel: 781/329-4700 • Fax: 781/326-8703 • 走近IBIS 模型：什么是IBIS 模型？它们是如何生成的？作者：Mercedes Casamayor简介在进行系统设计时节省时间和降低成本是很关键的。

在原型制作之前，系统设计人员可以用模型来进行设计仿真。

在高速系统设计中正是如此，进行信号完整性仿真来分析不同条件下传输线中的电路行为，在设计初期就能预防并检测出典型的问题，例如过冲、欠冲、阻抗不匹配等。

然而，可用的数字IC 模型非常少。

当半导体厂商被索要SPICE 模型时，他们并不愿意提供，因为这些模型会包含有专有工艺和电路信息。

这个问题已经通过采用IBIS 模型来 (输入/输出缓冲器信息规范)解决，IBIS 也被称为ANSI/EIA-656，这是一个建模的新标准，在系统设计人员中越来越流行。

什么是IBIS ？IBIS 是一个行为模型，通过V/I 和V/T 数据描述器件数字输入和输出的电气特性，不会透露任何专有信息。

IBIS 模型与系统设计人员对传统模型的理解不同，例如其它模型中的原理图符号或多项式表达式。

IBIS 模型包括由输出和输入引脚中的电流和电压值以及输出引脚在上升或下降的转换条件下电压与时间的关系形成的表格数据。

这些汇总的数据代表了器件的行为。

IBIS 模型用于系统板上的信号完整性分析。

这些模型使系统设计人员能够仿真并预见到连接不同器件的传输线路中基本的信号完整性问题。

潜在的问题可以通过仿真进行分析，潜在的问题包括由传输线上阻抗不匹配导致的到达接收器的波形反射到驱动器的能量；串扰；接地和电源反弹；过冲；欠冲；以及传输线路端接分析等等。

Rev. 0 | Page 1 of 8IBIS 是一种精确的模型，因为它考虑了I/O 结构的非线性，ESD 结构和封装寄生效应。

IBIS模型解说IBIS模型解说1.IBIS模型的一些基本概念IBIS这个词是Input/Output buffer information specification 的缩写。

在业界经常会把spice 模型描述为transistor model，是因为spice描述了电路内部的细节问题。

而把IBIS模型描述为behavioral model，是因为IBIS 只是描述了电路的外在表现，它像个黑匣子一样，根据输入得到输出结果，而不需要了解电路的内部细节。

IBIS模型的仿真精度依赖于模型的准确度以及考虑的worse case。

2.IBIS模型的构成从上图可以看出，IBIS模型包括如下的一些信息（部分model有一些信息会省略掉）：VI 曲线: Pullup，Pulldown，POWER clamp，GND clampVT曲线: Rise waveform, Fall waveform还有一些其它比较重要的信息比如Die capacitance（C_comp）以及package parameter（RLC）。

3.IBIS的应用场合任何电路都可以用下面的模型来描述：Driver ---interconnect---ReceiverIBIS模型描述的是Driver/Receiver的行为特性，而不是它们的电路特性，因此模型内部的逻辑延时是没有考虑的（这正是区分Tco的原因），通过使用IBIS模型，可以得出interconnect对于电路的影响。

由于IBIS支持的buffer type很多，每个类型都会有对应的格式以及需要包含的信息，常用有output, input以及IO 模型。

4.IBIS模型的VI/VT曲线Pull down曲线由来（此曲线需要考虑与clamp 曲线重复的部分）：Ground clamp 曲线由来：Pull up 曲线由来（此曲线需要考虑与clamp 曲线重复的部分）：Power clamp 曲线由来：注意：IBIS里面定义电流流入方向为正；在此图中pull up 以及power clamp 曲线都没经过转化。

IBIS模型培训要点：模型的概论模型的分类模型的基本理论模型的检查连接器和过孔的模型一．模型的概论仿真的第一步离不开IBIS模型的收集，下面是关于模型的一些基本知识：模型产生的流程：模型的转换工具：上图中的IBIS to DML的转换的工具已经整合到Cadence的仿真工具中，DML 是指DEVICE MODEL Language模型的精度：模型是否能够准确反映器件BUFFER的工作状态，直接关系到仿真的准确性，因此模型内部的检查是必须的：下面是一个模型的BUFFER的图与实际测量的结果对比：（二）模型的分类：模型的分类方式有两种：以文本格式的分类和以器件类型的分类以文本格式的分类：SPICE（典型的晶体管模型）同类的模型有PSPICE HSPICE IBIS （行为极的模型）器件类型分类的模型：DEVICE MODELIO BUFFER（Drive receive）Discrete deviceBoardmodelINTERCONNECT MODELTransmission lineConnectorCablePackageViaIBIS模型的定义：IBIS模型的作用：SPICE模型与SPICE模型的比较：三．IBIS的基本理论IBIS 模型的几种等效电路：IBIS模型版本的区别IBIS 1.1版本的时候，仅仅只是CMOS的电平无边沿控制，对于高速芯片的由电平的上升沿及下降沿控制的电路，显然不适用。

IBIS模型2.0版本最主要增加包括ECL的多总线支持，终端和漏极开路模型，差分I/O及复杂包装参数定义。

模型3。

2版本主要增加的是FBGA的PIN模型选择，及多级驱动和动态箝位(所以特别注意的是当你拿到厂家给你的模型，首先要检查模型的版本信息，当然观察模型的曲线，版本越高级，曲线的精度越高，但是可能有些芯片的IBIS 模型版本没有升级到那麽高，但是也要看是否可用，比如我这次有一个器件的模型中Buffer的类型是差分I/O，但是供应商给的版本是V2.0，模型中没有定义差分的关键字，由于差分模型是在V2.1以上版本才有，所以就必须和厂家联系重新给你更新版本的IBIS模型。

IBIS 模型介绍及如何产生IBIS 模型何为IBIS？IBIS 是一种可以利用V/I 和V/T 数据（不包含任何版权信息）描述一个器件的数字输入和输出端口电气特征的行为级模型。

IBIS 模型不同于传统系统设计师使用的原理图符号的常规理想化模型。

一个IBIS 模型是由输入和输出引脚上的电流和电压值，也可以是输出引脚上电平上升或下降转换过程中相关电压和时间组成的列表数据。

该表数据反映了器件行为。

IBIS 模型通常被用于系统板的SI 分析。

潜在的问题可以通过仿真分析得出由于传输线的阻抗失调而引发的能量反射大小；串扰、地或电源反弹、过冲及线端分析等。

IBIS 是一种精确的模型，因此可以用在非线性的I/O 特征、ESD 特征和封装寄生效应的描述。

在一些方面已经超越了传统模型的性能，如SPICE。

例如，在分析速度上要至少比SPICE模型仿真快25 倍，同时IBIS 还不像SPICE 模型那样存在版权问题。

IBIS 的发展历史：IBIS 最先由Intel 公司在1990 年提出。

在1993 年发布了IBIS 1.0 版本并且设立了IBIS 开放性论坛。

IBIS 开放性论坛由EDA 厂商、计算机制造商、半导体厂商、高校和终端用户组成，负责更新、修改和校对标准和组织研讨。

并在1995年与EIA（电子工业联盟）建立合作关系。

最新的IBIS 版本为4.0，在2002 年7月发布，但是目前仍然还不是ANSI/EIA 标准。

最早的IBIS 版本可以描述CMOS电路和TTL I/O 缓冲器，其后每个版本均添加新的功能，并且实现完全向下兼容。

如何创建一个IBIS 模型？通常可以利用采集仿真数据和仪器测量获取建立IBIS 模型所需的数据，另外，也可以将SPICE 模型直接翻译成IBIS 模型（可以从IBIS 官方网站/eig/ibis/ibis.htm 免费获得）。

模型可以从三个不同角度条件下创建：典型、最小化和最大化。

- 典型：在常温、常压和常规处理参数条件下；- 最小化：在高温、最低电压和小参数条件下；- 最大化：在低温、最高电压和大参数条件下；刨析IBIS 模型中的数据：在IBIS 规范中支持包括三态、开漏（open drain）、开集（open collector）、I/O 和ECL 等形式的多种类型输入输出端口。

IBIS 理解說明--謹以此文獻給初學SI 的艱苦歲月IBIS 模型在做類似板級SI 仿真得到廣泛應用。

在做仿真的初級階段，經常對於ibis 模型的描述有些疑問，只知道把模型拿來轉換為軟體所支援的格式或者直接使用，而對於IBIS 模型裏面的資料描述什麼都不算很明白，因此下面的一些描述是整理出來的一點對於ibis 的基本理解。

在此引用很多presention來描述ibis 內容（有的照抄過來，阿彌陀佛，不要說抄襲，只不過習慣信手拈來說明一些問題），僅此向如muranyi 等ibis 先驅者致敬。

本文難免有些錯誤或者考慮不周，隨時歡迎進行討論並對其進行修改！IBIS 模型的一些基本概念IBIS 這個詞是Input/Output buffer information specification 的縮寫。

本文是基於IBIS ver3.2 所撰寫出來（/IBIS/可下載到各種版本spec）,ver4.2增加很多新特性，由於在目前設計中沒用到不予以討論。

在業界經常會把spice 模型描述為transistor model 是因為它描述很多電路細節問題。

而把ibis 模型描述為behavioral model 是因為它並不象spice 模型那樣描述電路的構成，IBIS 模型描述的只不過是電路的一種外在表現，象個黑匣子一樣，輸入什麼然後就得到輸出結果，而不需要瞭解裏面驅動或者接收的電路構成。

因此有所謂的garbage in, garbage out，ibis 模型的仿真精度依賴於模型的準確度以及考慮的worse case，因此無論你的模型如何精確而考慮的worse case 不周全或者你考慮的worse case 如何周全而模型不精確，都是得不到較好的仿真精度。

IBIS 模型的構成經典示意圖如下：從上圖可以看出，基本的IBIS模型包括如下的一些資訊（對於不同類型的model有一些資訊會省略掉）VI 曲線: Pullup & Pulldown &POWER clamp& GND clampVT曲線: Rise waveform, Fall waveform還有一些其他比較重要的資訊比如Die capacitance: C_comp（最近好像那個muranyi對這個很感興趣，一直發佈presentation討論怎麼把這個做的更精確）以及RLC package parameter。

IBIS基础(1) --- IBIS和SPICE的区别IBIS(I/O buffer information specification)模型可用于系统级印刷电路板的仿真。

主要是将器件外部和I/O缓冲接口特性模型化。

IBIS模型包含I/O缓冲器到印刷电路板间的行为特性。

不过，不包含芯片内部的节点的电路特性。

而另一方面，SPICE模型则可模拟芯片内部的所有晶体管，SPICE晶体管级模拟将分析全部输出缓冲器的信号路径。

但是，PCB 板上寄生电感、阻抗、容抗的各种要素未进行考虑。

如果有IBIS模型，就能进行系统级的高速仿真。

在IBIS模型中，可以描述IC 芯片与外部之间的行为特性。

如果是高速信号，IC封装和PCB板等的寄生参数对信号特征有很大的影响。

因此，所有的IBIS模型都定义了引脚和封装中的寄生的电感、电阻和电容。

如图1：为什么工程师喜欢使用IBIS呢？理由是快速。

用IBIS模型仿真速度要比使用晶体管级的SPICE模型仿真快10倍。

因此，如果使用IBIS模型仿真就可以节约系统设计者的分析时间。

另外，IC 厂商可以提供IBIS模型给用户进行高速仿真，而且不透露属于知识所有权的IC电路网表信息，这就是其优点。

关于准确性现行的IBIS 3.2/4.0模型能正确的反映CMOS缓冲器的阻抗特性和转换时间。

但不适合电源完整性的仿真，以后会逐步的改进完善。

另外，模型的准确性和这个模型的来源有关。

如果你通过测试芯片产生IBIS模型，该模型就无法描述最大和最小值时的输出特性。

当IC设计人员在收集硅芯片基准数据后仔细研究其晶体管模型时，他们会发现 SPICE生成的模型是更为精确。

如果同时用IBIS模型和SPICE模型进行仿真，就可以看到结果波形有差异。

以波形初始延迟为例。

这里所说的初始延迟是指仿真波形开始转换的时间减去波形开始的时间，既模拟输出曲线上的 t0。

在相同输入信号和负荷的情况下，两种结果不一样现象经常发生。

§1绪论 (1)1.1 IBIS模型的介绍 (1)1.2 IBIS的创建 (3)§2旧IS模型的创建 (3)2.1准备工作 (3)2.1.1基本的概念 (3)2.1.2数据列表的信息 (4)2.2数据的提取 (4)2.2.1 利用Spice 模型 (4)2.2.2确定I/V数据 (4)2.2.3边缘速率或者是V/T波形的数据的测量 (7)2.2.4试验测量获取I/V和转换信息的数据 (7)2.3数据的写入 (8)2.3.1旧S文件的头I信息 (8)2.3.2器件和管脚的信息 (8)2.3.3 关键词Model的使用 (9)§3 用旧IS 模型数据验证模型 (10)3.1常见的错误 (10)3.2旧IS模型的数据验证 (12)3.2.1 Pullup> Pulldown 特性 (12)3.2.2 上升和下降的速度(Ramp rate) (12)3.2.3上下拉特性和Ramp rate的关系 (12)3.3用旧IS模型数据验证模型参数的实例 (12)§1绪论1.1 IBIS模型的介绍IBIS （Input/Output Buffer Informational Specifation）是用来描述IC 器件的输入、输出和I/OBuffer 行为特性的文件，并且用来模拟Buffer和板上电路系统的相互作用。

在IBIS模型里核心的内容就是Buffer的模型，因为这些Buffer产生一些模拟的波形，从而仿真器利用这些波形，仿真传输线的影响和一些高速现象（如串扰，EMI 等。

）。

具体而言IBIS描述了一个Buffer的输入和输出阻抗（通过I/V曲线的形式）、上升和下降时间以及对于不同情况下的上拉和下拉，那么工程人员可以利用这个模型对PCB板上的电路系统进行SI、串扰、EMC以及时序的分析。

IBIS模型中包含的是一些可读的ASCII格式的列表数据。

IBIS有特定的语法和书写格式。

1、ZYNQ的IBIS转换，需要使用vivado的I/O Planning Project来做处理，步骤如下
选择“updated generic IBIS models file”时需要注意，[Component]的名称需要与Vivado软件内部的设置保持一致，所以存在两个问题：（1）新建工程时需要建立与要生成IBIS模型的器件型号一致，否则转换时会出错；（2）Vivado内部对每种器件型号有一个缩写，需要将generic IBIS模型内的component名称与之保持一致，ZYNQ7000对应的名称为“zynq”
2、转化成的模型存在一定的问题，无法直接使用，因为信号管脚基本都没有分配model，如下图，需要手动分配模型，同时设定diff pin
设定模型是需要注意，想要设置的模型参数是否已经包含在IBS文件中，如模型“SSTL15_S_PSDDR”，其参数已经包含在ibs文件中，如下，所以可以直接调用，如需要调用的模型不在文件中，需要手动将模型参数加到文件中
Ibis模型中，对于管脚的输入输出属性是通过分配的模型来判断的，模型有POWER、GND、I/O、Input、Output等，当一个管脚的输入和输出需要使用不同的模型时，如DDR_DQ，则采用[model selector]的方式，在管脚的model name处为[model selector]的名称，具体选择哪种模型，在使用时具体选择
差分对的添加按照以下格式，第一列为差分信号正，第二列为差分信号负，第三列为差分电平。

CADENCE学习笔记11后仿真布线完成后的仿真。

1在元件厂家网站所搜IBIS模型文件2打开Model Integrity,选择File-Open打开IBIS文件,经常出现如下非单调的错误，一般忽略。

Pulldown Minimum data is non-monotonic3在physical view，单击最顶部的元件-右键，选择IBIS to DML，实现IBIS到DML的转化，将.dml文件拷贝到PCB工程目录下4打开PCB SI，打开PCB文件，Analyze-PDN Analysis，一次执行以下四项：1）Identify DC Nets：给电源网络赋予电压值。

设置好之后点击Apply，再点击OK2）Cross section，设置板层结构3）DML manage Library：管理dml模型库，其中devices.dml和interconn.iml是默认的。

将新的模型库放在工程目录下，默认能够识别到。

4）model assignment仅设置用到的元件即可，用不到的不用指定模型。

Create model适用于阻容类，find model为元件指定dml模型，auto setup自动为元件添加系统默认的模型；单击REFDESPINS：不仅可以为元件指定模型，还可以对元件的每个引脚指定模型。

使用find model为元件或引脚指定dml模型5在约束管理器中选中一个net-右键-sigxplorer1）Analyze-preferences，设置switching frequency，Measurement Cycle指的是仿真几个信号周期；Switching Frequency指的是仿真方波的周期；Duty Cycle指的是占空比；Offset指的是偏移时间。

2）在sigxplorer窗口，可以看到NET的网络拓扑，其中的TL是微带线，阻值是特征阻抗，T1是T型连接点，该拓扑可以修改，单击走线可以删除走线，从元件引脚可以直接拖拉添加走线，可以添加元件等。