SPICE versus IBIS
Welche Simulationsmodelle eignen sich besser?
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Vergleich der Modelle
SPICE-Modelle im Detail
Im Allgemeinen bilden SPICE-Modelle das Verhalten einer Komponente nach, einschließlich ihrer Pinbelegung, Pinkonfiguration, Funktion und anderer Merkmale. Diese Modelle haben keinen standardisierten Aufbau, aber das Ziel ist es, eine Schaltung zu erstellen, die das erwartete Verhalten einer Komponente einschließlich ihrer Pin-Funktionen genau nachbildet. Das Modell kann aus passiven Komponenten wie Widerständen und Kondensatoren aber auch aus Dioden und Transistoren bestehen, die bei entsprechender Auslegung das angestrebte Bauteileverhalten erzeugen.
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Da SPICE-Modelle das Verhalten eines Bauteils genau nachbilden, können sie komplexe Schaltungen enthalten, die zu einem längeren Simulationszyklus führen können. SPICE-Modelle können von einem einfachen einzeiligen Text, der ein passives Bauteil wie einen Widerstand beschreibt, bis hin zu einer komplexeren Schaltung und Subschaltungen reichen, die Hunderte von Zeilen lang sein können.
SPICE-Modelle können, wie oben erwähnt, mit einem textbasierten Tool geöffnet werden, aber bei den meisten neueren SPICE-Simulatoren kann eine äquivalente schematische Darstellung angezeigt werden, um die Schaltungsanalyse zu vereinfachen, wie in Bild 6 gezeigt, wo ein State-Variable-Filter (SVF) mit drei Verstärkern auch in eine äquivalente Textnetzliste umgewandelt werden kann, die die Schaltungselemente und ihre Verbindungen beschreibt.
In Bezug auf die Leistungsfähigkeit des Modells gilt als Faustregel, dass ein SPICE-Modell im Vergleich zu den Spezifikationen und Funktionen des Bauelements ein annähernd gleiches Verhalten aufweisen sollte. Ein SPICE-Modell für einen Schalter sollte beispielsweise Einschaltwiderstands- und Timing-Parameter aufweisen, wogegen ein Verstärker höchstwahrscheinlich die Verstärkungsbandbreite und Eingangsoffset-Parameter aufweist. Im Verhältnis dazu müssen die Modellfunktionen und -spezifikationen nahe an oder innerhalb der im Datenblatt angegebenen typischen bis minimalen oder maximalen Werte liegen.
IBIS-Modelle im Detail
Im Allgemeinen folgt ein IBIS-Modell bei der Darstellung eines digitalen E/A-Treibers einer Standardschaltung. Dies geschieht durch die Darstellung von IBIS-Schlüsselwörtern, die zur Beschreibung der Komponenten jedes digitalen Treibers verwendet werden, wie in Bild 7 dargestellt. Diese IBIS-Schlüsselwörter erscheinen in Form von U-I-Lookup-Tabellen sowie U-t-Lookup-Tabellen.
Bild 8 zeigt links ein Beispiel dafür, wie U-I-Lookup-Tabellen in einem IBIS-Modell aussehen, und rechts in Bild 8 ist die Wellenform dargestellt, wenn diese U-I-Lookup-Tabelle mit HyperLynx von Siemens als Graph ausgegeben wird. Es handelt sich dabei um eine Reihe von Strommessungen, die in verschiedenen Spannungsbereichen vorgenommen werden, in der Regel von –UB bis zur doppelten UB, um das Verhalten einer bestimmten IBIS-Komponente unter drei Bedingungen darzustellen: typische, minimale und maximale Anstiege.
Dazu werden die Prozesseckdaten, die Betriebsspannung und die Betriebstemperatur eines Bauteils variiert. Diese Tabellen werden verwendet, um die Klemmschutzwerte des Empfängers in Form der Schlüsselwörter [Power_clamp] und [GND_clamp] sowie die Höhe der Ansteuerung der E/A-Treiber in Form der Schlüsselwörter [Pullup] und [Pulldown] darzustellen. Diese vier U-I-Schlüsselwörter werden im Modell getrennt dargestellt, da sowohl der Empfangsmodus als auch der Ansteuerungsmodus für Signalintegritätssimulationen erforderlich sind.
U-t-Tabellen hingegen stellen das Schaltverhalten des Treibers in Form von [Rising_Waveform] und [Falling_Waveform] beim Übergang von einem Zustand in einen anderen dar, wenn die Last auf UB und Masse bezogen ist. Sie enthält auch die Anstiegsrate der E/A-Treiber unter dem IBIS-Schlüsselwort [Ramp], die bei 20 % bis 80 % der Übergangsflanke gemessen wird. Diese Wellenformen und die Rampendaten beschreiben, wie schnell sich die Treiberkomponenten ein- oder ausschalten.
Obwohl diese Schlüsselwörter im Modell separat dargestellt werden, kombinieren die EDA-Simulationswerkzeuge diese U-I- und U-t-Daten, um ein Treibermodell auf der Grundlage ihres Arbeitsbereichs zu erstellen, das zur Durchführung von Signalintegritätssimulationen und Timing-Analysen von Leiterplatten verwendet wird.
Darüber hinaus enthalten IBIS-Modelle auch die parasitären RLC-Pin- und/oder Gehäusewerte des Bauelements sowie die Treiberkapazität (CComp) für jeden E/A-Treiber. CComp ist die Kapazität, die vom Pad zurück zum Treiber gesehen wird und beinhaltet nicht die Gehäusekapazität.
Ausführliche Informationen über die U-I- und U-t-Datentabellen oder Schlüsselwörter in einem IBIS-Modell bietet [1].
- Welche Simulationsmodelle eignen sich besser?
- Vergleich der Modelle
- Simulationswerkzeuge
- Literatur
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