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專家講解:高速信號(hào)仿真之IBIS
發(fā)布時(shí)間:2015-09-21 來源:sherry 責(zé)任編輯:sherry
【導(dǎo)讀】對(duì)于很多初學(xué)PCB設(shè)計(jì)的人員來說,高速信號(hào)是神秘的,設(shè)計(jì)人員可能更多關(guān)注的是怎么布局,怎么調(diào)整布線拓?fù)?,怎么把信?hào)走通,對(duì)信號(hào)仿真模型更是了解的不多。
而對(duì)于初學(xué)仿真的小伙伴們,則可能從學(xué)習(xí)傳輸線開始,需要了解高速信號(hào)是怎么傳輸?shù)?,要學(xué)習(xí)反射,串?dāng)_,端接,匹配,損耗……然而,當(dāng)我們真正準(zhǔn)備仿真一個(gè)DDR信號(hào)質(zhì)量時(shí),卻是從學(xué)會(huì)調(diào)用IBIS模型開始的。
我們?cè)诮拥椒抡骓?xiàng)目時(shí),總是免不了要向客戶索要芯片模型。俗話說:巧婦難為無米之炊。沒有米,是不可能做出香噴噴的米飯的,沒有準(zhǔn)確的芯片模型,我們的仿真就無法進(jìn)行。 在仿真分析中,最常見的模型就是IBIS模型了。小編這篇文章不是要介紹怎么去使用IBIS,也不是要去闡述 IBIS是怎么得來的,只是先讓初學(xué)者對(duì)IBIS有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)。
進(jìn)入正題。我們知道IBIS模型是行為級(jí)模型,它描述了芯片的輸入輸出狀態(tài),它不同于Spice模型,不會(huì)泄露芯片內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)。
首先,讓我們來思考一下仿真分析為什么需要IBIS模型。
從根源說起。在數(shù)字電路中,芯片與芯片之間傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào),數(shù)字信號(hào)是0、1這樣的脈沖信號(hào)。完美的數(shù)字信號(hào)應(yīng)該是圖一這樣的,它的上升時(shí)間和下降時(shí)間幾乎為零
圖一
但實(shí)際傳輸?shù)男盘?hào),可能是圖二這樣的,或者是圖三這樣的
圖 三
我們可以看到,上圖這些信號(hào)都是幅值為5V的脈沖,頻率為100M,但是它們的特點(diǎn)不一樣。圖二波形的上升沿很陡峭,圖三波形的上升沿卻很平緩。
實(shí)際應(yīng)用中,我們使用的芯片也是這樣,不同芯片輸出的波形也不一樣。它們不僅周期頻率不同,上升時(shí)間、幅值也會(huì)不同。
先來了解一下芯片的構(gòu)造。看來做為一名SI工程師,需要學(xué)習(xí)和掌握的東西還真不少。不光是關(guān)注傳輸線外部互連,還需要學(xué)習(xí)很多芯片知識(shí)。
我們姑且認(rèn)為IC芯片由三部分組成: Core、Buffer和封裝。Core是芯片內(nèi)部的核心邏輯電路,工作電壓較低,驅(qū)動(dòng)能力也低。Buffer是終端接口電路,電源電壓一般較高,驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng),是core和其他IC之間的連接橋梁,封裝則是連接Buffer和外部器件的金線和管腳。芯片核心與核心之間的通信就是通過buffer、封裝和傳輸線來完成的。Buffer和封裝是外圍電路能“看見”的部分。就是說芯片內(nèi)的指令是由core來發(fā)出的,至于指令是以什么形式,以多高的電壓來表現(xiàn),這就要看 Buffer來發(fā)揮作用了。
說到Buffer,那么Buffer究竟是什么呢?就像傳輸線可以用分布模型RLGC來定義,Buffer也可以用一些等效電路來描述。IBIS里面的Buffer有Input Buffer,Output Buffer,Input/Output Buffer等類型。
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下圖就是Buffer和封裝的等效電路,圖四是Output buffer,圖五是Input Buffer。這里要強(qiáng)調(diào)一下,下圖是包含了Buffer和封裝的,圖四右邊部分是封裝等效電路。圖五左邊部分是封裝等效電路。我們需要明白的是IBIS模型是考慮了封裝的影響的。小編的模電學(xué)的不是很好,不想去詳細(xì)分析這些器件是怎么工作的。
圖五
那么仿真時(shí)調(diào)用不同的IBIS模型有什么區(qū)別呢?我們調(diào)用實(shí)際的IBIS模型來仿真一下,看看仿真時(shí)調(diào)用不同的IBIS模型之間到底有什么區(qū)別。
首先來挑選幾個(gè)不同的IBIS模型,加載一個(gè)上升沿,輸出的結(jié)果如圖六:
圖六
上圖這些上升沿的上升邊陡峭程度不一樣,對(duì)應(yīng)的幅值也不一樣。可見,調(diào)用不同的模型,同樣是一個(gè)上升沿,會(huì)有這么多的表現(xiàn)形式。
我們?cè)賮砜纯唇邮斩四P蛯?duì)信號(hào)有什么影響。驅(qū)動(dòng)端加載一個(gè)上升沿,輸入到輸出之間的線很短,可以忽略傳輸線對(duì)信號(hào)的影響。終端調(diào)用了不同的Input模型,結(jié)果如下圖七。
圖七
仿真時(shí),驅(qū)動(dòng)端加載的是5V上升沿信號(hào)。接收端接收的電壓有5V,3.3V。同樣的輸入,但是在終端接收的電壓不一樣。對(duì)于供電電壓是3.3V的接收端器件,就算驅(qū)動(dòng)電壓是5V,它也會(huì)在保護(hù)二極管的作用下,最終電壓被拉回到3.3V。而對(duì)于供電電壓本來就是5V的器件,調(diào)用不同的Input buffer模型對(duì)信號(hào)波形的影響是比較小的。這里我們就明白了,為什么在仿真中,如果我們不能準(zhǔn)確找到接收芯片模型,可以用類似的模型去替代。
通過仿真我們了解到,Buffer本身并不能產(chǎn)生信號(hào)波形,它本身是個(gè)被動(dòng)器件,只是起驅(qū)動(dòng)的作用。我們?cè)诜抡娴臅r(shí)候自己會(huì)定義各種碼型,碼型只是定義一種邏輯關(guān)系而已,至于這種邏輯關(guān)系是以什么形式表現(xiàn)出來,就要看芯片的Buffer了。在仿真中,我們想要知道主控芯片輸出的波形長什么樣,那就要借助我們的IBIS模型了。
以上是我對(duì)IBIS模型的一點(diǎn)認(rèn)識(shí),歡迎討論。
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