什么是IBIS模型？

IBIS表示输入/输出缓冲器信息规格，它代表了IC供应商提供给客户进行高速设计仿真的器件的数字引脚的特性或行为。这些模型使用IBIS开放论坛——负责管理和更新IBIS模型规范与标准的行业组织——所规定的参数模仿器件的I/O行为。IBIS模型使用ASCII文本文件格式，提供表格化的电压-电流和电压-时间信息。它们不包含专有数据，因为模型中没有披露IC原理图设计信息，如晶体管尺寸、缓冲器原理图设计中使用的器件模型参数和电路等。此外，IBIS模型获得了大部分EDA供应商的支持，可以在大多数行业级平台中运行。

为何使用IBIS模型？

想象一款IC通过了测试。然后，使用该IC设计电路板，并且立即获批进行制造。电路板制造出来后，发现其性能不达标，原因是一些信号完整性问题，其导致了串扰、信号过冲/欠冲或不匹配阻抗引起的反射。您认为接下来会发生什么？当然，电路板必须重新设计和制造。此时，增加了时间和成本。所有这一切都是因为有一个重要阶段没有进行：预仿真。在此阶段中，系统设计人员使用仿真模型验证设计的信号完整性，然后才会设计电路板。SPICE和IBIS等仿真模型现已广泛开发用于仿真当中，帮助系统设计人员在预仿真阶段预见到信号完整性问题，从而在制造之前予以解决。此阶段有助于减少测试期间电路板失败的可能。

历史

20世纪90年代，随着个人计算机日渐流行，Intel®开始为其工作频率约为33 MHz的低功耗ASIC开发一种新的I/O总线。为此需要确保信号完整性没有受到损害，IBIS因此而诞生。Donald Telian所领导的团队提出了一个想法：为I/O缓冲器创建一个信息表，并使用此信息测试Intel的电路板。很快，Intel与其客户共享这些信息表以帮助后者进行电路板设计，但不提供任何专有信息。为了能够可靠地将纸张形式的表格中的信息传送到客户的仿真器，Intel决定与EDA供应商和其他计算机制造商合作。他们创建了IBIS开放论坛，以帮助标准化计算机可读格式的缓冲器信息。IBIS最初称为Intel缓冲器信息表，后来更改为I/O缓冲器信息规范。IBIS 1.0版于1993年发布。从那时起，IBIS开放论坛持续推广IBIS，提供工具和文档，并改进标准以增加专业领域的能力。2019年，IBIS 7.0版被批准。这表明，IBIS在不断发展以满足新技术要求。

如何生成IBIS模型？

IBIS模型一般模拟器件的接收器和驱动缓冲器行为，而不透露专有工艺信息。为此需要提取标准IBIS缓冲器元件的行为，并通过表格形式的V-I和V-t数据来表示它。

为了生成IBIS模型，数据收集通常是开发过程中的第一步。图1显示了生成IBIS模型的三个主要阶段。

连接到引脚的两个二极管负责在输入超过工作范围或缓冲器限值时保护缓冲器。根据设计工作方式，缓冲器限值可以是功率箝位基准值，通常为VDD，或是地箝位基准值，通常为地或-VDD。这些二极管用作ESD箝位保护，在需要时导通，而上拉和下拉元件负责高电平和低电平状态期间的缓冲器驱动行为。因此，上拉和下拉数据是在缓冲器处于工作模式时获得。

在模型中，这四个主要元素以电压-电流(V-I)数据的形式表示，分别列在关键词[Power Clamp]、[GND Clamp]、[Pullup]、[Pulldown]之下。I/O缓冲器的切换行为也以电压-时间(V-t)的形式在模型中表示。

电压-电流行为关键词

►[Power Clamp]表示数字I/O引脚的功率箝位ESD保护二极管在高阻抗状态期间的V-I行为，其相对于功率箝位基准电压。

►[GND Clamp]表示数字I/O引脚的地箝位ESD保护二极管在高阻抗状态期间的V-I行为，其相对于地箝位基准电压。

►[Pullup]表示I/O缓冲器的上拉元件驱动高电平时的V-I行为，其相对于上拉基准电压。

►[Pulldown]表示I/O缓冲器的下拉元件驱动低电平时的V-I行为，其相对于下拉基准电压。

这些关键词的数据是在-VDD至2×VDD的推荐电压范围内和三个不同拐角（典型值、最小值和最大值）中获得。典型值拐角表示缓冲器在标称电压、标称工艺和标称温度下工作时的行为。最小值拐角表示缓冲器在最小电压、最差工艺和最高工作结温(CMOS)/最低工作结温(BJT)下工作时的行为。最大值拐角表示缓冲器在最大电压、最佳工艺和最低工作结温(CMOS)/最高工作结温(BJT)下工作时的行为。

对于引脚中扫过的每个电压，测量其相应的电流，从而获得根据IBIS规范对缓冲器进行建模所需的电压-电流行为。图3显示了三个拐角中获得的这四个V-I曲线的波形例子。

切换行为

除了V-I数据之外，V-t数据表中还包括上升（低至高输出转换）和下降（高至低输出转换）波形形式的I/O缓冲器切换行为。此数据在输出连接测得。使用的负载通常为50Ω，代表典型的传输线路特性阻抗。此外，使用输出缓冲器实际驱动的负载仍然是最好的。该负载与系统中使用的传输线路阻抗相关。例如，如果系统将使用75Ω走线或传输线，则获得V-t数据所使用的推荐负载为75Ω。

对于标准推挽式CMOS，建议在IBIS模型中包含四类V-t数据：

►上升波形，负载以VDD为基准

►上升波形，负载以地为基准

►下降波形，负载以VDD为基准

►下降波形，负载以地为基准

两个上升波形包含在模型关键词[Rising Waveform]之下。它描述当负载分别连接到VDD和地时I/O缓冲器的低到高输出转换。另一方面，模型关键词[Falling Waveform]之下的两个下降波形描述当负载同样分别连接到VDD和地时I/O缓冲器的高到低转换。应当注意，由于输出端连接有负载，输出摆幅不会完全转换。与电压-电流行为一样，电压-时间数据也是在三个不同的拐角中获得。这些转换的例子如图4所示。

在得到V-t表的同时，提取斜坡速率值。斜坡速率是电压从一个状态切换到另一个状态的速率，取上升或下降转换沿的20％至80％这一段。在IBIS模型中，斜坡速率以dV/dt比率的形式列在[Ramp]关键词之下，通常显示在V-t表之后。此值不包括封装寄生效应的影响，因为它仅代表内在输出缓冲器的上升时间和下降时间特性。

IBIS模型还包括一些数据手册规格，仿真以此为基础进行，例如工作电压和温度范围、输入逻辑电压阈值、时序测试负载值、缓冲器电容和引脚配置。模型中还有集总RLC封装寄生效应，这在数据手册中是找不到的，但对高速设计系统的走线仿真非常重要，因为这些寄生效应会给仿真带来负载效应，从而影响通过传输线路的信号的完整性。

IBIS格式化

本节介绍第二阶段，即构建模型，也称为IBIS格式化。收集所有必要的数据之后，现在可以创建模型。IBIS模型主要包括三部分：主要头文件、元件描述和缓冲器模型。

主要头文件包含有关该模型的一般信息。它指定以下内容：

►IBIS版本

模型关键词：[IBIS Ver]

这是模型所基于的版本。它告诉仿真器的解析器检查程序，文件中会出现什么类型的数据；因此，它对判断模型能否通过解析器检查发挥着重要作用。

►文件名

模型关键词：[File Name]

文件的实际名称，应为小写形式，并使用正确的文件扩展名 .ibs。

►版本号

模型关键词：[File Rev]

帮助跟踪文件的修订情况。

►日期

模型关键词：[Date]

显示模型的创建时间。

►注释

模型关键词：[Notes]

向客户提供关于模型的参考信息，即数据是从仿真中获得，还是从基准测量中获得。

►来源

模型关键词：[Source]

模型来自何处，或模型提供商是谁。

►免责声明

模型关键词：[Disclaimer]

►版权

模型关键词：[Copyright]

请注意，主要头文件下列出的前三项必须提供。其他项目不是必需的，但最好包括，以便提供有关该文件的其他细节。

作者简介

Jermaine Lim于2014年10月加入ADI公司，担任产品应用工程师。从那时起，她对ADI公司的贡献都集中在为各种ADI产品开发IBIS模型上。Jermaine毕业于Pamantasan ng Lungsod ng Maynila，获电子工程学士学位。

Keith Francisco-Tapan于2012年3月加入ADI公司，担任模拟设计工程师。她最初为各种ADI产品开发IBIS模型，并在ADGT掌握了模型开发能力。她现在有一个新的角色，担任AMS设计验证工程师。她毕业于Mindanao State University-Iligan Institute of Technology，获电子工程学士学位。