一種IBIS模型建模方法

侯建平 劉建新 黃典尉

（深圳市國微電子有限公司，廣東 深圳 518057）

一種IBIS模型建模方法

侯建平 劉建新 黃典尉

（深圳市國微電子有限公司，廣東 深圳 518057）

在芯片設計時，我們經常通過HSIPCE仿真來完成驗證開發工作。HSIPCE模型是晶體管級模型，在系統級信號完整性仿真應用中有很大的局限性：仿真耗時長，易泄露產品秘密，不利于知識產權保護。當前，在系統級信號完整性仿真中，IBIS模型被廣泛使用，能被主流的軟件接受并應用于仿真工作。因此，我們需進行器件的IBIS模型建模，并將IBIS模型提供給用戶。本文主要介紹IBIS模型及模型的創建方法與模型的驗證。

信號完整性；仿真；HSIPCE；IBIS；模型

1 IBIS簡介

IBIS(Input/Output Buffer Information Specification)模型是用來描述IC器件的輸入、輸出或I/O緩沖器電氣特性的文件。它描述了器件在特定負載、特定封裝下的輸入輸出行為而不涉及器件的底層結構和工藝信息。

IBIS模型提供了四條完整的V/I曲線，分別代表驅動器輸入/輸出高電平和低電平狀態，以及在確定的轉換速度下的電壓和電流的變化曲線。IBIS模型包含的數據是基于電路中正在接受測試或運行的元件的行為或響應。數據的形式為電流/電壓、邊沿波形、電容、電感以及電阻等，這些數據來自實際的測量結果或是完全的電路仿真。因為模型是以設備的行為而不是以數學公式為基礎，非線性效應也可以得到充分的描述。

IBIS模型具有如下優點：

(1)仿真速度快——IBIS模型的PCB板級仿真采用查表計算的方法，計算量較小，通常只有相應的SPICE模型的1/ 10至1/100。

(2)仿真精度高——在非線性方面能提供準確的模型，同時兼顧封裝寄生參數，可以達到與SPICE模型相當的精度。

(3)仿真功能強——用于系統板級信號完整性仿真，可分析的信號完整性問題包括：串擾、反射、振鈴等。對高速振鈴和串擾進行精確的仿真時，可以預判最壞情況下的上升時間條件下的信號行為及一些用物理測試無法完成的情況。

(4)保密性好——IBIS模型是行為級模型，不會泄露集成電路的內部信息。

2 仿真模型構建方法

通?？梢酝ㄟ^仿真或基準測量收集的數據來獲得IBIS模型。

本文將介紹第一種方法，通過HSPICE進行仿真，收集每個輸入/輸出緩沖器的V/I和V/T數據。模型可以在三種不同的條件下生成：典型、最小和最大。在典型模型中，使用標稱電壓、溫度和工藝參數獲取數據；在最小模型中，使用最低電壓、較高溫度和較弱工藝參數獲取數據；對于最大模型，條件是最高電壓、較低溫度和較強的工藝參數。每種條件會產生相應的典型、慢速和快速模型?？焖倌Ｐ褪窃诰哂锌焖俎D換時間和最小封裝特性的最高電流值條件下生成的。另一方面，具有較慢轉換時間和最大封裝值的最低電流值條件將生成慢速模型。

3 IBIS模型建模步驟

采用仿真分析法由HSPICE模型生成IBIS模型，會使用到工具軟件T2B。T2B軟件是Sigrity SPEEDXP軟件系列組件之一。T2B軟件執行仿真時實際上是調用了HSPICE仿真器來完成數據的獲取，它可以創建最新的IBIS 5.0模型。此外它還內嵌了 IBIS golden parser、IBIS graphic viewer及model validating engine等組件。因此可以非常直觀地在圖形界面下完成仿真工作，且能完成模型的結構和語法檢查，并最終校驗模型的準確度。使用T2B完成模型的建模需要完成以下步驟，流程如下：

(1)預建模工作（確定工作電壓、溫度、電氣特性、管腳排布以及使用信息）；

(2)創建頂層器件網表文件和模型設置文件（HSIPCE網表處理，生成典型/最小/最大模型）；

(3)創建*.T2B配置文件（在T2B圖形界面編輯器中填寫/修改*.T2B文件）；

(4)執行仿真（T2B調用HSIPCE仿真器執行仿真）；

(5)驗證模型（比較HSIPCE模型仿真結果和IBIS模型仿真結果，以此驗證模型）。

3.1 預建模工作

建模前的準備工作主要是了解模型的基本信息，包括：了解緩沖器電路的接口類型、接口電壓、溫度、電氣特性、管腳排布、封裝信息及封裝寄生參數。這些信息中除了封裝的寄生參數需要評估外，其它信息都能直接獲取。

管殼的寄生參數需要進行獨立的評估，包括管腳的R/L/ C參數。詳細的評估方法參考文件《一種封裝管殼快速建模方法》[5]，此處不再贅述。

3.2 創建頂層器件網表文件和模型設置文件

準備好初始的HSPICE模型網表文件*.sp，并剪輯生成典型/最小/最大模型：*_Typ.sp/*_Slow.sp/*_Fast.sp。

圖1 典型/最小/最大模型

3.3 創建*.T2B配置文件

在T2B軟件中創建新的*.T2B文件，并依據IBIS規范錄入參數及設置文件。需要錄入的參數設置可分為三大部分：文件頭描述和全局參數的設置、元件級參數設置、模型級參數設置。詳見圖2：

圖2 T2B設置文件概覽圖

3.3.1 文件頭描述和全局參數的設置

IBIS模型的文件頭和全局參數都在此設置。主要包括：模型版本號、文件名、文件版本、日期、來源、聲明、版權等通用信息和此模型的專有參數：溫度、電壓、封裝寄生參數、仿真負載、仿真時間、高低電平值和上升沿/下降沿時間。

3.3.2 元件級參數的設置

IBIS模型的元件級參數都在此設置。主要包括：元件名稱、廠商、用于仿真的HSPICE模型名稱、元件引腳、封裝電特性。

3.3.3 模型級參數的設置

IBIS模型的模型級參數都在此設置。主要包括：IBIS模型名稱、模型類型、極性、內部時鐘、輸入高低電平閾值、典型/最小/最大模型名稱、上升/下降邊沿時間的設置。

3.4 執行仿真生成IBIS模型

在T2B文件中執行仿真后，晶體管級模型將在T2B文件設置基礎上轉換成IBIS模型。

3.5 驗證模型

一旦T2B生成IBIS模型，它必須要驗證，驗證包括：語法與結構檢查、I/V和V/t曲線數據的查看、HSPICE模型仿真與IBIS模型仿真對比。

如果有必要的話還可以作進一步的數據對比，測量實際的芯片，比較測量結果與仿真結果的一致性。

3.5.1 結構和語法檢查

T2B由HSPICE模型生成IBIS模型后，執行“Run golden parser check”命令，可以檢查IBIS模型的結構和語法是否存在問題，如圖3：

圖3 IBIS模型結構及語法檢查

3.5.2 查看I/V和V/t曲線數據，看有無異常

T2B由HSPICE模型生成IBIS模型后，執行“Run validation simulation”命令，可以檢查IBIS模型仿真的I/V和V/t曲線是否異常，如圖4：

圖4 IBIS模型仿真曲線圖

3.5.3 IBIS模型仿真結果與HSPICE模型仿真結果對比

T2B由HSPICE模型生成IBIS模型后，執行“Run validation simulation”命令，可以檢查IBIS模型仿真結果與HSPICE模型仿真結果，比較它們的一致性，以此確定模型的有效性，如圖5：

圖5 SPICE和IBIS仿真輸出對比圖

上圖中可以分別選中電壓和電流波形進行比較。執行“Run validation simulation”時，在設置中，兩種仿真的負載值要一致。

3.5.4 對比數據

為了進一步驗證模型的準確性，可以實測芯片驗證仿真結果。驗證包括測量實際IC的IV曲線和上升下降時間以及對比它們是否落在IBIS模型的最大與最小值范圍內。注意需比較相同負載條件下的測量波形與仿真波形。

4 結論

IBIS模型很精確，易于生成，并與多種仿真平臺兼容。IBIS是解決HSPICE模型專有信息問題的標準規范。IBIS模型可以利用SPICE到IBIS轉換過程從SPICE模型中生成。我們采用了T2B軟件來完成這個工作，T2B軟件實際調用了HSPICE仿真器。從轉換過程及結果來看，生成的IBIS模型非常準確，仿真結果基本可以和HSPICE模型保持一致。通過實際測量芯片并修正參數，可進一步提高IBIS模型的可用性。

[1]Lin Jun．《教你如何建IBIS模型》V2.0，2006．

[2]Cadence．T2B File Format Reference Guide，Version 16.6，June 17，2013．

[3]Cadence．T2B Quick Reference，Version 16.6，June 28，2013．

[4]Cadence．T2B Tutorial for HSPICE Models，Version 16.6，July 10，2013．

[5]侯建平，張家訓，何凱．一種封裝管殼快速建模方法[J]．電腦與電信，2017（6）：34-36．

AMethod of IBIS Model Building

Hou Jianping Liu Jianxin Huang Dianwei
(Shenzhen State Microelectronics Co.,Ltd.,Shenzhen 518057,Guangdong)

As a rule,HSIPCE emulator is always used to do validation in the IC’s design.The HSIPCE model is a transistor level model,which has limitations on the system level simulation:long time simulating consumption,easy to reveal the product’s privacy and unfriendly to protect the intellectual property rights.The IBIS model is widely used at the currently system level simulation analysis,it can be adopted by the mainstream of simulation software.As a result,we must prepare the IBIS model,and provide it to our user.This article introduces the IBIS model and the method to build and validate this model.

signal integrality;simulate;HSIPCE;IBIS;model

TN79

A

1008-6609(2017)07-0048-03

侯建平（1979-），男，江西興國人，學士，工程師，研究方向為集成電路的系統驗證。