【導讀】IBIS表示輸入/輸出緩衝器信息規格，它代表了IC供應商提供給客戶進行高速設計仿真的器件的數字引腳的特性或行為。這些模型使用IBIS開放論壇——負責管理和更新IBIS模型規範與標準的行業組織——所規定的參數模仿器件的I/O行為。IBIS模型使用ASCII文本文件格式，提供表格化的電壓-電流和電壓-時間信息。它們不包含專有數據，因為模型中沒有披露IC原理圖設計信息，如晶體管尺寸
、緩衝器原理圖設計中使用的器件模型參數和電路等。此外，IBIS模型獲得了大部分EDA供應商的支持
，可以在大多數行業級平台中運行。

什麼是IBIS模型？

IBIS表示輸入/輸出緩衝器信息規格，它代表了IC供應商提供給客戶進行高速設計仿真的器件的數字引腳的特性或行為。這些模型使用IBIS開放論壇——負責管理和更新IBIS模型規範與標準的行業組織——所規定的參數模仿器件的I/O行為。IBIS模型使用ASCII文本文件格式
，提供表格化的電壓-電流和電壓-時間信息。它們不包含專有數據，因為模型中沒有披露IC原理圖設計信息，如晶體管尺寸
、緩衝器原理圖設計中使用的器件模型參數和電路等。此外，IBIS模型獲得了大部分EDA供應商的支持，可以在大多數行業級平台中運行。

為何使用IBIS模型
？

想象一款IC通過了測試。然後，使用該IC設計電路板，並且立即獲批進行製造。電路板製造出來後，發現其性能不達標，原因是一些信號完整性問題，其導致了串擾
、信號過衝/qianchonghuobupipeizukangyinqidefanshe。ninrenweijiexialaihuifashengshenme？dangran
，dianlubanbixuzhongxinshejihezhizao。cishi，zengjialeshijianhechengben。suoyouzheyiqiedoushiyinweiyouyigezhongyaojieduanmeiyoujinxing：預仿真。在此階段中，係統設計人員使用仿真模型驗證設計的信號完整性，然後才會設計電路板。SPICE和IBIS等(deng)仿(fang)真(zhen)模(mo)型(xing)現(xian)已(yi)廣(guang)泛(fan)開(kai)發(fa)用(yong)於(yu)仿(fang)真(zhen)當(dang)中(zhong)
，幫(bang)助(zhu)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)在(zai)預(yu)仿(fang)真(zhen)階(jie)段(duan)預(yu)見(jian)到(dao)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)問(wen)題(ti)
，從(cong)而(er)在(zai)製(zhi)造(zao)之(zhi)前(qian)予(yu)以(yi)解(jie)決(jue)。此(ci)階(jie)段(duan)有(you)助(zhu)於(yu)減(jian)少(shao)測(ce)試(shi)期(qi)間(jian)電(dian)路(lu)板(ban)失(shi)敗(bai)的(de)可(ke)能(neng)。

曆史

20世紀90年代
，隨著個人計算機日漸流行，Intel®開始為其工作頻率約為33 MHz的低功耗ASIC開發一種新的I/O總線。為此需要確保信號完整性沒有受到損害，IBIS因此而誕生。Donald Telian所領導的團隊提出了一個想法：為I/O緩衝器創建一個信息表，並使用此信息測試Intel的電路板。很快
，Intel與(yu)其(qi)客(ke)戶(hu)共(gong)享(xiang)這(zhe)些(xie)信(xin)息(xi)表(biao)以(yi)幫(bang)助(zhu)後(hou)者(zhe)進(jin)行(xing)電(dian)路(lu)板(ban)設(she)計(ji)，但(dan)不(bu)提(ti)供(gong)任(ren)何(he)專(zhuan)有(you)信(xin)息(xi)。為(wei)了(le)能(neng)夠(gou)可(ke)靠(kao)地(di)將(jiang)紙(zhi)張(zhang)形(xing)式(shi)的(de)表(biao)格(ge)中(zhong)的(de)信(xin)息(xi)傳(chuan)送(song)到(dao)客(ke)戶(hu)的(de)仿(fang)真(zhen)器(qi)，Intel決定與EDA供應商和其他計算機製造商合作。他們創建了IBIS開放論壇，以幫助標準化計算機可讀格式的緩衝器信息。IBIS最初稱為Intel緩衝器信息表，後來更改為I/O緩衝器信息規範。IBIS 1.0版於1993年發布。從那時起，IBIS開放論壇持續推廣IBIS，提供工具和文檔

，並改進標準以增加專業領域的能力。2019年，IBIS 7.0版被批準。這表明，IBIS在不斷發展以滿足新技術要求。

如何生成IBIS模型？

IBIS模型一般模擬器件的接收器和驅動緩衝器行為
，而不透露專有工藝信息。為此需要提取標準IBIS緩衝器元件的行為
，並通過表格形式的V-I和V-t數據來表示它。

為了生成IBIS模型

，數據收集通常是開發過程中的第一步。圖1顯示了生成IBIS模型的三個主要階段。

圖1.IBIS模型生成過程

數據收集

收集IBIS模型的數據有兩種方法：

●    仿真方法

該方法需要獲取器件的設計原理圖
、數據手冊和集總RLC封裝寄生效應。

●    基準測量方法

該方法需要實際的器件和/或評估板、數據手冊以及集總RLC封裝寄生效應。

圖2是IBIS模型所描述的四個主要元素/組成部分的圖示。

圖2.IBIS模型關鍵詞圖示

lianjiedaoyinjiaodelianggeerjiguanfuzezaishuruchaoguogongzuofanweihuohuanchongqixianzhishibaohuhuanchongqi。genjushejigongzuofangshi
，huanchongqixianzhikeyishigonglvqianweijizhunzhi
，tongchangweiVDD，或是地箝位基準值，通常為地或-VDD。這些二極管用作ESDqianweibaohu，zaixuyaoshidaotong，ershanglahexialayuanjianfuzegaodianpinghedidianpingzhuangtaiqijiandehuanchongqiqudongxingwei。yinci
，shanglahexialashujushizaihuanchongqichuyugongzuomoshishihuode。

在模型中
，這四個主要元素以電壓-電流(V-I)數據的形式表示
，分別列在關鍵詞[Power Clamp]
、[GND Clamp]、[Pullup]、[Pulldown]之下。I/O緩衝器的切換行為也以電壓-時間(V-t)的形式在模型中表示。

電壓-電流行為關鍵詞

●    [Power Clamp]表示數字I/O引腳的功率箝位ESD保護二極管在高阻抗狀態期間的V-I行為，其相對於功率箝位基準電壓。

●    [GND Clamp]表示數字I/O引腳的地箝位ESD保護二極管在高阻抗狀態期間的V-I行為
，其相對於地箝位基準電壓。

●    [Pullup]表示I/O緩衝器的上拉元件驅動高電平時的V-I行為，其相對於上拉基準電壓。

●    [Pulldown]表示I/O緩衝器的下拉元件驅動低電平時的V-I行為，其相對於下拉基準電壓。

這些關鍵詞的數據是在-VDD至2×VDD的推薦電壓範圍內和三個不同拐角（典型值、最小值和最大值）中獲得。典型值拐角表示緩衝器在標稱電壓
、標稱工藝和標稱溫度下工作時的行為。最小值拐角表示緩衝器在最小電壓、最差工藝和最高工作結溫(CMOS)/最低工作結溫(BJT)下工作時的行為。最大值拐角表示緩衝器在最大電壓

、最佳工藝和最低工作結溫(CMOS)/最高工作結溫(BJT)下工作時的行為。

對於引腳中掃過的每個電壓，測量其相應的電流，從而獲得根據IBIS規範對緩衝器進行建模所需的電壓-電流行為。圖3顯示了三個拐角中獲得的這四個V-I曲線的波形例子。

圖3.V-I曲線的波形示例：(a) 電源箝位數據
，(b) 接地箝位數據，(c) 上拉數據，(d) 下拉數據。

切換行為

除了V-I數據之外
，V-t數據表中還包括上升（低至高輸出轉換）和下降（高至低輸出轉換）波形形式的I/O緩衝器切換行為。此數據在輸出連接測得。使用的負載通常為50Ω，代(dai)表(biao)典(dian)型(xing)的(de)傳(chuan)輸(shu)線(xian)路(lu)特(te)性(xing)阻(zu)抗(kang)。此(ci)外(wai)，使(shi)用(yong)輸(shu)出(chu)緩(huan)衝(chong)器(qi)實(shi)際(ji)驅(qu)動(dong)的(de)負(fu)載(zai)仍(reng)然(ran)是(shi)最(zui)好(hao)的(de)。該(gai)負(fu)載(zai)與(yu)係(xi)統(tong)中(zhong)使(shi)用(yong)的(de)傳(chuan)輸(shu)線(xian)路(lu)阻(zu)抗(kang)相(xiang)關(guan)。例(li)如(ru)
，如(ru)果(guo)係(xi)統(tong)將(jiang)使(shi)用(yong)75Ω走線或傳輸線
，則獲得V-t數據所使用的推薦負載為75Ω。

對於標準推挽式CMOS
，建議在IBIS模型中包含四類V-t數據：

●    上升波形，負載以VDD為基準

●    上升波形
，負載以地為基準

●    下降波形，負載以VDD為基準

●    下降波形，負載以地為基準

兩個上升波形包含在模型關鍵詞[Rising Waveform]之下。它描述當負載分別連接到VDD和地時I/O緩衝器的低到高輸出轉換。另一方麵
，模型關鍵詞[Falling Waveform]之下的兩個下降波形描述當負載同樣分別連接到VDD和地時I/O緩衝器的高到低轉換。應當注意，由於輸出端連接有負載，輸出擺幅不會完全轉換。與電壓-電流行為一樣，電壓-時間數據也是在三個不同的拐角中獲得。這些轉換的例子如圖4所示。

在得到V-t表的同時

，提取斜坡速率值。斜坡速率是電壓從一個狀態切換到另一個狀態的速率，取上升或下降轉換沿的20％至80％這一段。在IBIS模型中，斜坡速率以dV/dt比率的形式列在[Ramp]關鍵詞之下
，通常顯示在V-t表之後。此值不包括封裝寄生效應的影響，因為它僅代表內在輸出緩衝器的上升時間和下降時間特性。

IBIS模型還包括一些數據手冊規格，仿真以此為基礎進行，例如工作電壓和溫度範圍、輸入邏輯電壓閾值、時序測試負載值、緩衝器電容和引腳配置。模型中還有集總RLC封(feng)裝(zhuang)寄(ji)生(sheng)效(xiao)應(ying)，這(zhe)在(zai)數(shu)據(ju)手(shou)冊(ce)中(zhong)是(shi)找(zhao)不(bu)到(dao)的(de)，但(dan)對(dui)高(gao)速(su)設(she)計(ji)係(xi)統(tong)的(de)走(zou)線(xian)仿(fang)真(zhen)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)，因(yin)為(wei)這(zhe)些(xie)寄(ji)生(sheng)效(xiao)應(ying)會(hui)給(gei)仿(fang)真(zhen)帶(dai)來(lai)負(fu)載(zai)效(xiao)應(ying)
，從(cong)而(er)影(ying)響(xiang)通(tong)過(guo)傳(chuan)輸(shu)線(xian)路(lu)的(de)信(xin)號(hao)的(de)完(wan)整(zheng)性(xing)。

圖4.I/O緩衝器切換行為的波形示例：(a) 上升波形，負載以VDD為基準，

(b) 上升波形，負載以地為基準，(c) 下降波形
，負載以VDD為基準，(d) 下降波形
，負載以地為基準。

IBIS格式化

本節介紹第二階段，即構建模型
，也稱為IBIS格式化。收集所有必要的數據之後，現在可以創建模型。IBIS模型主要包括三部分：主要頭文件、元件描述和緩衝器模型。

主要頭文件包含有關該模型的一般信息。它指定以下內容：

●    IBIS版本

模型關鍵詞：[IBIS Ver]

這是模型所基於的版本。它告訴仿真器的解析器檢查程序
，文件中會出現什麼類型的數據；因此，它對判斷模型能否通過解析器檢查發揮著重要作用。

●    文件名

模型關鍵詞：[File Name]

文件的實際名稱，應為小寫形式，並使用正確的文件擴展名 .ibs。

●    版本號

模型關鍵詞：[File Rev]

幫助跟蹤文件的修訂情況。

●    日期

模型關鍵詞：[Date]

顯示模型的創建時間。

●    注釋

模型關鍵詞：[Notes]

向客戶提供關於模型的參考信息，即數據是從仿真中獲得，還是從基準測量中獲得。

●    來源

模型關鍵詞：[Source]

模型來自何處，或模型提供商是誰。

●    免責聲明

模型關鍵詞：[Disclaimer]

●    版權

模型關鍵詞：[Copyright]

請注意，主要頭文件下列出的前三項必須提供。其他項目不是必需的，但最好包括，以便提供有關該文件的其他細節。

圖5.使用Cadence Model Integrity的IBIS模型中的主要頭文件示例

IBIS模型的第二部分描述元件。此部分需要以下數據：

●    元件名稱

模型關鍵詞：[Component]

顧名思義，這是所建模的器件的名稱。

●    引腳列表

模型關鍵詞：[Pin]

在模型中

，此部分至少有三列：引腳編號
、引腳名稱和模型名稱。此列表基於數據手冊。要確保引腳編號和引腳名稱的正確匹配，以免混淆。同樣需要注意的是，在IBIS模mo型xing中zhong，每mei個ge引yin腳jiao具ju有you一yi個ge專zhuan用yong模mo型xing名ming稱cheng。此ci模mo型xing名ming稱cheng不bu一yi定ding與yu數shu據ju手shou冊ce中zhong給gei出chu的de引yin腳jiao名ming稱cheng相xiang同tong，因yin為wei引yin腳jiao的de模mo型xing名ming稱cheng由you模mo型xing製zhi造zao商shang自zi行xing決jue定ding。此ci外wai，有you些xie引yin腳jiao可ke能neng指zhi向xiang同tong一yi模mo型xing名ming稱cheng。具ju有you相xiang同tong設she計ji原yuan理li圖tu的de緩huan衝chong器qi就jiu是shi這zhe種zhong情qing況kuang。它ta們men會hui有you相xiang同tong的de行xing為wei，因yin此ci一yi組zu數shu據ju足zu以yi代dai表biao它ta們men。

●    製造廠商

模型關鍵詞：[Manufacturer]

識別所建模的元件的製造商。

●    封裝寄生效應

Model Keyword: [Package]

模型關鍵詞：[Package]

此項目說明元件封裝的電氣特性，包括集總電阻、電感和電容值。如果還知道引腳的RLC寄生效應，應將其與引腳列表一起列在模型中[Pin]關鍵詞之下。它能提供一個更精確的模型
，會覆蓋[Package]關鍵詞下列出的RLC值。

圖6.使用Cadence Model Integrity的IBIS模型中的元件描述示例

IBIS模型的第三部分描述緩衝器模型。這裏呈現I/O緩衝器的行為，特別是其I-V和V-t數據。它首先使用[Model]關鍵詞給出模型名稱。模型名稱應與[Pin]關鍵詞下的第三列中列出的名稱一致。對於每個緩衝器模型，必須指定參數Model_type。緩衝器電容也必須在參數C_comp下給出
，以說明從焊盤端看待緩衝器所看到的電容。

可以建模的緩衝器有不同類型，每種類型適用不同的特殊規則。下麵說明IBIS模型中四種最常見類型的緩衝器及其要求：

●    輸入緩衝器

模型類型：輸入

此模型類型需要輸入邏輯閾值，列在參數Vinl和Vinh之下。如果未定義，仿真器將使用分別為0.8 V和2 V的默認值。這些參數幫助仿真器執行時序計算並檢測信號完整性違規。

圖7.使用Cadence Model Integrity的輸入緩衝器模型的表示示例

●    雙態輸出緩衝器

模型類型：輸出

此模型類型表示始終使能的輸出緩衝器，要麼驅動為高電平，要麼驅動為低電平。它包括時序測試負載值，列在參數Vref、Rref、Cref和Vmeas之下。這些參數不是必需的，但它們在模型中的存在有助於仿真器執行電路板級時序計算。

請注意，由於不能禁用此類緩衝器，因此不會列出關鍵詞[Power Clamp Reference]和[GND Clamp Reference]，也不會給出[Power Clamp]和[GND Clamp]的V-I表格數據。

圖8.使用Cadence Model Integrity的雙態輸出緩衝器模型的表示示例

●    三態輸出緩衝器

模型類型：三態

gaimoxingleixingbiaoshishuchuhuanchongqi，tabujinyouqudonggaodianpinghequdongdidianpingzhuangtai，haiyougaozukangzhuangtai
，yinweicileihuanchongqikeyijinyong。yushuchumoxingleixingyiyang，tayebaokuoshixuceshifuzaizhi，liezaicanshuVref、Rref
、Cref和Vmeas之下。在模型中添加這些參數有助於仿真器執行電路板級時序計算。

圖9.使用Cadence Model Integrity的三態輸出緩衝器模型的表示示例

●    I/O緩衝器

模型類型：I/O

此模型類型是輸入和輸出緩衝器的組合。因此
，該模型包含的參數有Vinl、Vinh、Vref、Rref、Cref和Vmeas。

模型製造商在生成IBIS模型時必須注意這些指南。更多指南可以在IBIS開放論壇網站上的IBIS手冊中找到。必須遵循適當的建模指南，否則模型將無法通過驗證。

圖10.使用Cadence Model Integrity的I/O緩衝器模型的表示示例

模型驗證

驗證IBIS模型分為兩部分：解析器測試和相關處理。

解析器測試

構建模型時，最好使用已經具有Golden Parser的軟件
，該程序用於執行語法檢查，並參考模型版本規範驗證所創建的IBIS模型的數據是否匹配。具備此功能的一些軟件有Cadence Model Integrity和Hyperlynx Visual IBIS Editor。

如果模型通過了解析器測試，則意味著所生成的模型遵循標準格式和規格
，V-I數據與V-t數據匹配。如果未通過，最好找出錯誤原因。最簡單的可能原因是模型使用的格式或關鍵詞不符合IBIS規範，這很容易糾正。其他類型的錯誤有V-I和V-t數據不匹配。發生這種情況時，錯誤可能位於上拉或下拉V-I數據中，或位於V-t數據中。V-I數據表示的行為與V-t數shu據ju表biao示shi的de行xing為wei不bu匹pi配pei時shi，就jiu是shi這zhe種zhong情qing況kuang。要yao解jie決jue此ci問wen題ti，可ke能neng需xu要yao重zhong新xin仿fang真zhen。但dan在zai此ci之zhi前qian，首shou先xian應ying檢jian查zha放fang在zai模mo型xing中zhong的de電dian壓ya和he負fu載zai值zhi，看kan它ta們men是shi否fou正zheng確que。如ru果guo錯cuo誤wu原yuan因yin是shi錯cuo誤wu定ding義yi了le電dian壓ya值zhi之zhi類lei的de簡jian單dan原yuan因yin，那na麼me就jiu不bu必bi花hua費fei更geng多duo時shi間jian去qu重zhong新xin仿fang真zhen。

圖11和圖12分別顯示了通過和未通過解析器測試的IBIS模型示例。

圖11.使用Cadence Model Integrity的未通過解析器測試的緩衝器模型

在圖11中(zhong)，注(zhu)意(yi)在(zai)解(jie)析(xi)器(qi)測(ce)試(shi)期(qi)間(jian)，軟(ruan)件(jian)如(ru)何(he)標(biao)記(ji)導(dao)致(zhi)模(mo)型(xing)未(wei)通(tong)過(guo)測(ce)試(shi)的(de)錯(cuo)誤(wu)。這(zhe)使(shi)得(de)模(mo)型(xing)製(zhi)造(zao)商(shang)很(hen)容(rong)易(yi)糾(jiu)正(zheng)模(mo)型(xing)錯(cuo)誤(wu)，糾(jiu)正(zheng)之(zhi)後(hou)才(cai)進(jin)入(ru)下(xia)一(yi)驗(yan)證(zheng)步(bu)驟(zhou)。此(ci)示(shi)例(li)的(de)錯(cuo)誤(wu)原(yuan)因(yin)是(shi)緩(huan)衝(chong)器(qi)使(shi)用(yong)的(de)模(mo)型(xing)類(lei)型(xing)不(bu)對(dui)。IBIS規範要求以大寫格式輸入I/O模型類型，但此圖使用了小寫格式。

圖12.使用Cadence Model Integrity的通過了解析器測試的緩衝器模型

圖12顯示的模型通過了解析器測試。注意在Model_type關鍵詞中，I/O已更改為大寫格式
，這就解決了錯誤。

請注意，隻有通過驗證的模型才能進入相關處理。

相關處理

人們可能會問，如何確保所生成的模型與實際器件具有完全相同的行為？答案是相關處理。

IBIS模型存在不同的質量等級/相關性：

本文介紹了一個質量等級為2a的IBIS模型。通過解析器測試之後，對模型進行仿真
，包括RLC封裝寄生效應和外加負載。負載通常是在數據手冊中找到的時序測試負載值，用於表征I/Ohuanchongqi。leisidi，qijiandeshejiyuanlitujiangshiyongxiangtongdeshezhihefuzaijinxingfangzhen。liangzhongfangzhendejieguojiangdiejia，yiyanzhengsuoshengchengdemoxingshifouyujiyuyuanlitudejieguoxingweiyizhi。xiayipianwenzhangjiangshiyongkaiyuanruanjianjieshaoyigeshengchengIBIS模型的用例。

為何IBIS模型對仿真至關重要

IBIS模型受到大多數EDA供gong應ying商shang的de廣guang泛fan支zhi持chi。它ta們men易yi於yu使shi用yong，體ti積ji較jiao小xiao，因yin而er仿fang真zhen時shi間jian更geng快kuai。它ta們men不bu包bao含han專zhuan有you工gong藝yi和he電dian路lu信xin息xi，大da多duo數shu半ban導dao體ti供gong應ying商shang都dou願yuan意yi向xiang其qi客ke戶hu提ti供gongIBIS模型。它們不僅具備所有這些優點，還能精確模擬器件的I/O行為。

利用IBIS模mo型xing

，設she計ji人ren員yuan可ke以yi預yu見jian並bing解jie決jue信xin號hao完wan整zheng性xing問wen題ti，而er不bu必bi等deng到dao電dian路lu板ban原yuan型xing製zhi作zuo或huo製zhi造zao階jie段duan。這zhe使shi得de他ta們men可ke以yi縮suo短duan電dian路lu板ban開kai發fa周zhou期qi，進jin而er有you助zhu於yu加jia快kuai產chan品pin上shang市shi時shi間jian。

簡言之
，客戶之所以使用IBIS模型，是因為在仿真中使用它們不僅有助於節省成本，而且能節省設計和調試時間，從而更快地從電路板設計中產生收入。

這裏有ADI公司產品的IBIS仿真模型集合。

參考資料

Casamayor, Mercedes.AN-715—走近IBIS模型：什麼是IBIS模型？它們是如何生成的
？ADI公司，2004年。

IBIS建模手冊（IBIS 4.0版）。IBIS開放論壇，2005年9月。

IBIS 7.0版。IBIS開放論壇，2020年4月。

Roy Leventhal和Lynne Green。半導體建模：用於信號、電源和電磁完整性仿真。Springer
，2006年。

作者簡介

Jermaine Lim於2014年10月加入ADI公司，擔任產品應用工程師。從那時起，她對ADI公司的貢獻都集中在為各種ADI產品開發IBIS模型上。Jermaine畢業於Pamantasan ng Lungsod ng Maynila，獲電子工程學士學位。聯係方式：jermaine.lim@analog.com。

Keith Francisco-Tapan於2012年3月加入ADI公司
，擔任模擬設計工程師。她最初為各種ADI產品開發IBIS模型，並在ADGT掌握了模型開發能力。她現在有一個新的角色，擔任AMS設計驗證工程師。她畢業於Mindanao State University-Iligan Institute of Technology，獲電子工程學士學位。聯係方式：keith.francisco@analog.com。

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