一种IBIS模型建模方法

侯建平 刘建新 黄典尉

（深圳市国微电子有限公司，广东 深圳 518057）

一种IBIS模型建模方法

侯建平 刘建新 黄典尉

（深圳市国微电子有限公司，广东 深圳 518057）

在芯片设计时，我们经常通过HSIPCE仿真来完成验证开发工作。HSIPCE模型是晶体管级模型，在系统级信号完整性仿真应用中有很大的局限性：仿真耗时长，易泄露产品秘密，不利于知识产权保护。当前，在系统级信号完整性仿真中，IBIS模型被广泛使用，能被主流的软件接受并应用于仿真工作。因此，我们需进行器件的IBIS模型建模，并将IBIS模型提供给用户。本文主要介绍IBIS模型及模型的创建方法与模型的验证。

信号完整性；仿真；HSIPCE；IBIS；模型

1 IBIS简介

IBIS(Input/Output Buffer Information Specification)模型是用来描述IC器件的输入、输出或I/O缓冲器电气特性的文件。它描述了器件在特定负载、特定封装下的输入输出行为而不涉及器件的底层结构和工艺信息。

IBIS模型提供了四条完整的V/I曲线，分别代表驱动器输入/输出高电平和低电平状态，以及在确定的转换速度下的电压和电流的变化曲线。IBIS模型包含的数据是基于电路中正在接受测试或运行的元件的行为或响应。数据的形式为电流/电压、边沿波形、电容、电感以及电阻等，这些数据来自实际的测量结果或是完全的电路仿真。因为模型是以设备的行为而不是以数学公式为基础，非线性效应也可以得到充分的描述。

IBIS模型具有如下优点：

(1)仿真速度快——IBIS模型的PCB板级仿真采用查表计算的方法，计算量较小，通常只有相应的SPICE模型的1/ 10至1/100。

(2)仿真精度高——在非线性方面能提供准确的模型，同时兼顾封装寄生参数，可以达到与SPICE模型相当的精度。

(3)仿真功能强——用于系统板级信号完整性仿真，可分析的信号完整性问题包括：串扰、反射、振铃等。对高速振铃和串扰进行精确的仿真时，可以预判最坏情况下的上升时间条件下的信号行为及一些用物理测试无法完成的情况。

(4)保密性好——IBIS模型是行为级模型，不会泄露集成电路的内部信息。

2 仿真模型构建方法

通常可以通过仿真或基准测量收集的数据来获得IBIS模型。

本文将介绍第一种方法，通过HSPICE进行仿真，收集每个输入/输出缓冲器的V/I和V/T数据。模型可以在三种不同的条件下生成：典型、最小和最大。在典型模型中，使用标称电压、温度和工艺参数获取数据；在最小模型中，使用最低电压、较高温度和较弱工艺参数获取数据；对于最大模型，条件是最高电压、较低温度和较强的工艺参数。每种条件会产生相应的典型、慢速和快速模型。快速模型是在具有快速转换时间和最小封装特性的最高电流值条件下生成的。另一方面，具有较慢转换时间和最大封装值的最低电流值条件将生成慢速模型。

3 IBIS模型建模步骤

采用仿真分析法由HSPICE模型生成IBIS模型，会使用到工具软件T2B。T2B软件是Sigrity SPEEDXP软件系列组件之一。T2B软件执行仿真时实际上是调用了HSPICE仿真器来完成数据的获取，它可以创建最新的IBIS 5.0模型。此外它还内嵌了 IBIS golden parser、IBIS graphic viewer及model validating engine等组件。因此可以非常直观地在图形界面下完成仿真工作，且能完成模型的结构和语法检查，并最终校验模型的准确度。使用T2B完成模型的建模需要完成以下步骤，流程如下：

(1)预建模工作（确定工作电压、温度、电气特性、管脚排布以及使用信息）；

(2)创建顶层器件网表文件和模型设置文件（HSIPCE网表处理，生成典型/最小/最大模型）；

(3)创建*.T2B配置文件（在T2B图形界面编辑器中填写/修改*.T2B文件）；

(4)执行仿真（T2B调用HSIPCE仿真器执行仿真）；

(5)验证模型（比较HSIPCE模型仿真结果和IBIS模型仿真结果，以此验证模型）。

3.1 预建模工作

建模前的准备工作主要是了解模型的基本信息，包括：了解缓冲器电路的接口类型、接口电压、温度、电气特性、管脚排布、封装信息及封装寄生参数。这些信息中除了封装的寄生参数需要评估外，其它信息都能直接获取。

管壳的寄生参数需要进行独立的评估，包括管脚的R/L/ C参数。详细的评估方法参考文件《一种封装管壳快速建模方法》[5]，此处不再赘述。

3.2 创建顶层器件网表文件和模型设置文件

准备好初始的HSPICE模型网表文件*.sp，并剪辑生成典型/最小/最大模型：*_Typ.sp/*_Slow.sp/*_Fast.sp。

图1 典型/最小/最大模型

3.3 创建*.T2B配置文件

在T2B软件中创建新的*.T2B文件，并依据IBIS规范录入参数及设置文件。需要录入的参数设置可分为三大部分：文件头描述和全局参数的设置、元件级参数设置、模型级参数设置。详见图2：

图2 T2B设置文件概览图

3.3.1 文件头描述和全局参数的设置

IBIS模型的文件头和全局参数都在此设置。主要包括：模型版本号、文件名、文件版本、日期、来源、声明、版权等通用信息和此模型的专有参数：温度、电压、封装寄生参数、仿真负载、仿真时间、高低电平值和上升沿/下降沿时间。

3.3.2 元件级参数的设置

IBIS模型的元件级参数都在此设置。主要包括：元件名称、厂商、用于仿真的HSPICE模型名称、元件引脚、封装电特性。

3.3.3 模型级参数的设置

IBIS模型的模型级参数都在此设置。主要包括：IBIS模型名称、模型类型、极性、内部时钟、输入高低电平阈值、典型/最小/最大模型名称、上升/下降边沿时间的设置。

3.4 执行仿真生成IBIS模型

在T2B文件中执行仿真后，晶体管级模型将在T2B文件设置基础上转换成IBIS模型。

3.5 验证模型

一旦T2B生成IBIS模型，它必须要验证，验证包括：语法与结构检查、I/V和V/t曲线数据的查看、HSPICE模型仿真与IBIS模型仿真对比。

如果有必要的话还可以作进一步的数据对比，测量实际的芯片，比较测量结果与仿真结果的一致性。

3.5.1 结构和语法检查

T2B由HSPICE模型生成IBIS模型后，执行“Run golden parser check”命令，可以检查IBIS模型的结构和语法是否存在问题，如图3：

图3 IBIS模型结构及语法检查

3.5.2 查看I/V和V/t曲线数据，看有无异常

T2B由HSPICE模型生成IBIS模型后，执行“Run validation simulation”命令，可以检查IBIS模型仿真的I/V和V/t曲线是否异常，如图4：

图4 IBIS模型仿真曲线图

3.5.3 IBIS模型仿真结果与HSPICE模型仿真结果对比

T2B由HSPICE模型生成IBIS模型后，执行“Run validation simulation”命令，可以检查IBIS模型仿真结果与HSPICE模型仿真结果，比较它们的一致性，以此确定模型的有效性，如图5：

图5 SPICE和IBIS仿真输出对比图

上图中可以分别选中电压和电流波形进行比较。执行“Run validation simulation”时，在设置中，两种仿真的负载值要一致。

3.5.4 对比数据

为了进一步验证模型的准确性，可以实测芯片验证仿真结果。验证包括测量实际IC的IV曲线和上升下降时间以及对比它们是否落在IBIS模型的最大与最小值范围内。注意需比较相同负载条件下的测量波形与仿真波形。

4 结论

IBIS模型很精确，易于生成，并与多种仿真平台兼容。IBIS是解决HSPICE模型专有信息问题的标准规范。IBIS模型可以利用SPICE到IBIS转换过程从SPICE模型中生成。我们采用了T2B软件来完成这个工作，T2B软件实际调用了HSPICE仿真器。从转换过程及结果来看，生成的IBIS模型非常准确，仿真结果基本可以和HSPICE模型保持一致。通过实际测量芯片并修正参数，可进一步提高IBIS模型的可用性。

[1]Lin Jun．《教你如何建IBIS模型》V2.0，2006．

[2]Cadence．T2B File Format Reference Guide，Version 16.6，June 17，2013．

[3]Cadence．T2B Quick Reference，Version 16.6，June 28，2013．

[4]Cadence．T2B Tutorial for HSPICE Models，Version 16.6，July 10，2013．

[5]侯建平，张家训，何凯．一种封装管壳快速建模方法[J]．电脑与电信，2017（6）：34-36．

AMethod of IBIS Model Building

Hou Jianping Liu Jianxin Huang Dianwei
(Shenzhen State Microelectronics Co.,Ltd.,Shenzhen 518057,Guangdong)

As a rule,HSIPCE emulator is always used to do validation in the IC’s design.The HSIPCE model is a transistor level model,which has limitations on the system level simulation:long time simulating consumption,easy to reveal the product’s privacy and unfriendly to protect the intellectual property rights.The IBIS model is widely used at the currently system level simulation analysis,it can be adopted by the mainstream of simulation software.As a result,we must prepare the IBIS model,and provide it to our user.This article introduces the IBIS model and the method to build and validate this model.

signal integrality;simulate;HSIPCE;IBIS;model

TN79

A

1008-6609(2017)07-0048-03

侯建平（1979-），男，江西兴国人，学士，工程师，研究方向为集成电路的系统验证。