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亞德諾新聞
IBIS建?!?部分:為何以及如何創建您自己的IBIS模型(三)
發布時間:2022-04-20        瀏覽次數:429        返回列表
 

IBIS模型驗證

正如本系列文章的第1部分所述,IBIS模型驗證由解析器測試和相關過程組成。這些是確保IBIS文件符合IBIS規范的必要步驟,并且模型的執行盡可能接近參考SPICE模型。

 

解析器測試

對于上一節中創建的IBIS文件,首先應進行解析器測試,然后再繼續執行相關過程。ibischk是用于檢查IBIS文件的Golden Parser。它用于檢查IBIS文件是否符合IBIS協會設置的規范。有關更多信息,請訪問ibis.org。在撰寫本文時,使用的解析器是ibischk版本7。

在執行解析器測試時,最好使用集成了ibischk的IBIS模型編輯軟件,例如Cadence Model Integrity和Hyperlynx Visual IBIS Editor。這些工具有助于簡化語法檢查。但是,如果用戶沒有這些工具,可以訪問ibis.org免費下載可執行代碼。它是在各種操作系統上編譯的,所以用戶不必擔心應使用哪種操作系統。

 

相關程序

在這個驗證階段,需要檢查IBIS模型的性能是否與參考模型(在本例中為SPICE模型)相同。表7顯示不同的IBIS質量級別(從0級到3級)。它描述了經受不同程度測試后,IBIS模型的程度。在本例中,由于參考模型是ADxxxx SPICE模型,所以生成的IBIS模型的質量等級為2a。這意味著它通過了解析器測試,具有數據手冊中所描述的一組正確完整的參數,并通過了相關程序。

 

表7.IBIS質量等級

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要將IBIS模型與參考SPICE模型關聯起來,可以按照一些常規步驟執行操作。圖30中的流程圖總結了這些步驟。

 

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30.IBISSPICE模型的關聯流程圖

 

設置品質因數

關聯的基礎是在相同的加載條件和輸入刺激下,IBIS模型的行為應該與SPICE模型數字接口相同。這意味著從理論上,它們的輸出應該重疊在一起。一般來說,有兩種方法可以描述IBIS模型的輸出與SPICE參考模型的接近程度:定性方法和定量方法。用戶可以使用這兩種方法來確定IBIS模型與SPICE模型之間的關系。

定性FOM測試需要依靠用戶的觀察能力。它要求對兩個輸出進行目視檢查,以確定是否通過相關性檢查。這可以通過疊加IBIS和SPICE的輸出結果來實現,并使用工程判斷來確定圖形是否相關。在進行定量FOM測試之前,這可以作為相關性初步檢查。當接口以相對較低的頻率或比特率運行時,此測試就已足夠。

IBIS IO緩沖器精度手冊中提出了另一種定性FOM測試,即曲線包絡度。它使用過程電壓溫度極值定義的最小和最大曲線。最小和最大曲線作為相關性的邊界。要通過測試,IBIS結果中的所有點都應該在最小和最大曲線之內。這種方法在本文中不適用,因為它僅適用于典型條件。

定量FOM測試使用數學運算來衡量IBIS與SPICE之間的相關性。在IBIS IO緩沖器精度手冊中也提出了曲線包絡度,它使用IBIS和SPICE輸出的數據點。它計算IBIS和參考數據點之間x軸或y軸差值的值除以軸上使用的總范圍和點數的乘積的總和。具體如公式3所示,此方法適合作為檢測本文所示的應用案例的關聯方法。但是,還需要考慮其他因素。方程3中給出的FOM要求將IBIS和SPICE的結果映射到一個通用的x-y網格上,這將用到數值算法和插值方法。如果用戶想要執行快速定量FOM測試,本文提出了另一種方法,即使用曲線和x軸所限定的面積的曲線面積度量。

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曲線面積度量以SPICE結果為參考,比較IBIS曲線下的計算面積。具體如公式4所示。但是,在進行曲線面積度量測試之前,所創建的模型必須通過定性測試。這確保了IBIS和SPICE曲線是同步的,并且相互疊加。在獲取曲線下的面積時,因為對IBIS和SPICE結果使用了相同的方法,所以用戶可以使用數值方法,例如梯形規則或中點規則。在使用這種方法時,建議使用盡可能多的點,以更接近該面積。

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驗證ADxxxx IBIS模型

IBIS模型驗證的步是解析器測試。圖31顯示adxxxx.ibs IBIS模型文件的解析器測試結果,該文件是使用HyperLynx Visual IBIS Editor編寫的。用戶執行解析器測試時,目標是不會出現任何錯誤。如果出現任何錯誤或警告提示,模型構建人員需要加以解決。這樣可以保證IBIS模型在仿真工具之間的兼容性。

376626-fig-31
31.ADxxxx 解析器測試結果

下一步是設置FOM參數。本文僅使用定性FOM和曲線面積度量作為衡量相關性的方法。該測試可能會使用IBIS和SPICE在相同負載條件和輸入刺激下的瞬態響應曲線。曲線面積度量FOM≥95%才能通過相關性測試。DOUT1、DIN1和EN的相關性如下所示。

 

DOUT1

圖32顯示了LTspice上用于檢測DOUT1相關性的SPICE測試臺。在原理圖上提供適當的電壓電源以使能驅動器,并且為DIN1引腳提供脈沖信號源來驅動DOUT1。要在LTspice中完成DOUT1驅動器模型,還需要使用額外的組件。C_comp代表芯片電容。將C_comp和C_load添加到LTspice模型后,繼續加入RLC封裝寄生(R_pkg、L_pkg、C_pkg)和C_load。

376626-fig-32
32.LTspice DOUT1相關性測試臺

DOUT1 IBIS模型相關性測試臺建立在Keysight先進設計系統(ADS)上,如圖33所示。與LTspice測試臺一樣,使用相同的輸入激勵、C_load、電壓電源和瞬態分析。但是,未在原理圖中顯示C_comp和RLC封裝寄生,因為它們已經包含在3態IBIS模塊中。

 

376626-fig-33
33.ADS OUT1相關性測試臺

瞬態響應曲線根據C_load測量得出。我們比較LTspice和ADS結果,并將它們疊加在一起實施定性FOM分析。如圖34所示,LTspice和ADS DOUT1的響應非常相似??梢允褂们€和度量來量化它們之間的差異。計算1 µs瞬態時間內曲線下的面積。計算得出的曲線面積度量為99.79%,滿足設置的≥95%的通過測試條件。所以,DOUT1 IBIS模型與SPICE模型相關。

 

376626-fig-34
34.LTspiceIBIS模型OUT1響應

 

DIN1和EN

在驗證輸入端口時,通過定性FOM和曲線面積度量來關聯LTspice和ADS的瞬態響應曲線。LTspice中的測試臺如圖35所示。這適用于DIN1和EN引腳。與DOUT1一樣,將提取的C_comp置于DIN1端口位置,后接RLC封裝寄生效應。然后,連接50 Ω R_series電阻,該電阻后接輸入刺激脈沖電壓電源。測量響應的探頭點在DIN1_probe位置。

 

376626-fig-35
35.LTspice DI1相關性測試臺

用于驗證輸入端口的Keysight ADS測試臺如圖36所示。同樣,在輸入端口前放置一個R_series 50 Ω電阻,并使用相同的輸入脈沖刺激。此處未顯示C_comp和RLC寄生效應,因為它們已經包含在IBIS模塊中。用于測量瞬態響應的探頭位于DI1_probe位置。

 

376626-fig-36
36.ADS DI1相關性測試臺

將LTspice和ADS的瞬態響應曲線疊加在一起進行FOM定性測試。如圖37所示,曲線是相同的,LTspice曲線完全與ADS曲線重疊。計算得出的DI1的曲線面積度量為,滿足所設置的≥95%的通過測試條件。EN引腳相關性結果也給出了相同的圖形和曲線面積度量。

 

376626-fig-37
37.LTspiceIBIS模型的DI1響應

 

總結

本文介紹如何使用LTspice來提取數據和構建IBIS模型。還提出通過定性FOM和曲線面積度量的定量FOM將IBIS模型與參考SPICE模型關聯起來的方法。這樣就可以讓用戶確信IBIS模型的行為與SPICE模型類似。盡管還有本文未介紹其他類型的數字IO,但提取C_comp、I-V數據和V-T數據的程序可以作為創建其他類型IO模型的基礎。

您可以免費下載和安裝LTspice,并開始創建自己的IBIS模型。

 

參考資料

Casamayor, Mercedes.“AN-715應用筆記:走近IBIS模型:什么是IBIS模型?它們是如何生成的?”ADI公司,2004年。

IBIS。I/O緩沖器精度手冊。IBIS開放論壇,2000年4月。

Roy Leventhal和Lynne Green。半導體建模用于信號、功率和電磁完整性仿真。Springer,2006年。

Michael Mirmak、John Angulo、Ian Dodd、Lynne Green、Syed Huq、Arpad Muranyi、Bob Ross。IBIS建模手冊(IBIS 4.0版)。IBIS開放論壇,2005年9月。

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