原创 IBIS 与Spice 时序不匹配的问题

作者：Bonnie Baker，德州仪器 (TI) 高级应用工程师

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我从小就生活在旅行车里，直至长大成人。我的父母坐在前排琢磨着我们今天要去哪里。其余我们 6 个孩子则坐在后排欣赏所到之处的优美风景，虽然坐在车的后排并不是一件坏事，但我们透过车窗看到的外面的世界毕竟是有限的。

如同我的父母坐在前排一样，IBIS（I/O缓冲器信息规范）模拟模型对外界也具有强大的管理功能。他们模拟缓冲器与印刷电路板 (PCB) 交互作用的性能，但会忽略与芯片内部节点的交互作用。IBIS 模型可模拟系统级的 PCB 行为，尤其会模拟从外界到 I/O 缓冲器的连接。而另一方面，Spice 模型则可模拟芯片内部的所有晶体管。Spice 晶体管级模拟将通过输出缓冲器来分析路径，但对 PCB 感应、阻性和电容性寄生效应还有待进一步认识。

IBIS 模型为基于系统的高速模型。IBIS 模型定义了与外部（即真实的元件）交互作用的 IC 元件。在高速度时，IC 封装与 PCB 线迹寄生效应之间的交互作用对信号行为会产生很大的影响。例如，所有模型都有引脚和封装阻性、电容性和感应性的寄生元件（见图 1）。

工程师们为什么会使用 IBIS 模型呢？因为速度！IBIS 模型模拟的速度比晶体管级模型的模拟要快 10 倍。IBIS 模型不仅可缩短系统设计人员的分析时间，而且还可避免 IC 厂商泄露缓冲器的晶体管级网表 (netlist)——因为其中可能会包含一些专用数据。

关于精度方面，目前的 IBIS 3.2 与 4.0 模型能够精确地反映出 CMOS 缓冲器的阻抗和开关次数。尽管会有一些改进，但目前的模型仍不适合用于功率传送模拟。另外，该模型应与其源极一样精确。如果用户通过基准测试硅芯片生成了一个 IBIS 模型，则该模型将不能模拟最大和最小的统计边沿。当 IC 设计人员在收集硅芯片基准数据后仔细地重新查看其晶体管模型时，他们会发现 Spice 生成的模型是最为精确的。

模拟 IBIS 模型与其晶体管级 Spice 副本会在 IBIS 和 Spice 模拟波形之间产生不匹配问题。在波形的初始延迟之间可能存在着一定差异——输出开始转换的时间减去最初起始时间，即模拟输出曲线上的 t₀。甚至在 IBIS 和 Spice 模型使用相同的激励信号和负载时，这种特定情形也会发生。这种概念或许在一开始会令人有些不安，但仔细检查会发现两组波形之间在时间上存在偏移。为什么会这样？因为 IBIS 模型就像是“坐在前排的驾驶员”，而坐在后排的“孩童”，即 Spice 模型包含通过输出缓冲器的整个延迟，并且 IBIS 模型仅表示缓冲器的外部行为。Spice 和 IBIS 模型之间在初期延迟方面的差异无关紧要，因为模型用户总是不断地将延迟“正常化”到参比条件。

IBIS 与 Spice 模型之间的相关性或许不是 100%，但速度优势总会使 IBIS 模型成为系统分析的有用工具。

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