IBIS能满足EDA工业不断增长的需求吗？
IBIS的概念最初由一家主要IC公司的工程师在大约6年前提出，IBIS的设计指导思想是利用已被证明有效的简单行为数据在现有模拟器上进行信号完整性模拟。IBIS格式就是根据这些要使用的数据而设计的，但最初并没有把格式固定下来，为此，EDA公司、IC供应商和最终用户迅速成立了一个IBIS格式制订委员会，IBIS公开论坛也随之诞生。从那时起，已修订了两个EIA/ANSI标准修订版，IC供应商也已提供了数百个IBIS模型。事实上，所有的信号完整性模拟引擎都支持IBIS标准，包括大多数基于SPICE的模拟引擎在内。 SPICE作为一种通用的电路模拟语言，最早由加州大学伯克利分校发明。因其精确性和多功能性，SPICE已经成为电子电路模拟的事实标准。众多的EDA公司对其进行了商业化开发，并在伯克利标准版本的基础上进行了扩展和改进。由于SPICE电路可以模拟电路中实际结构的物理行为，它给电路设计者带来了极大的方便。 两者的优点和缺点在后面的副栏中会作出详细说明，但两者的主要特点可概括如下：SPICE通用性强，而IBIS易用、标准化而且具有结构隐含特性。 近期发展 去年在信号完整性模拟领域取得了不少突出的技术进步和发明，下面我们将就其中一些对设计工程师影响较大的新技术进行介绍。 IBIS 3.2标准已经公布并得到EIA的认可，现在已是官方正式标准。它在很多方面进行了改进，包括多驱动器语法和对总线保持及动态箝位电路新结构的定义。这些内容增加后，IBIS已能够模拟大多数高速数字驱动器和接收器。注意3.2版本是唯一获官方正式认可的标准，如果你手头有3.0或3.1版本模型，它们可能与最终的3.2版本不兼容，从而也可能不被EDA工具所支持。 IBIS的弱点是难于描述大型电路组合或连接器，IBIS委员目前正在积极寻求这一问题的解决方案，但至今仍未能够在一个通用解决方案上达成一致意见，连接器问题尤为复杂，因为引脚之间互感的定义随着信号和接地模式的变化而变化。大多数EDA供应商都有解决这些问题的独创性解决方案，换句话说，这一问题已经解决，只是IBIS标准本身还没有这些内容而已。 新的驱动器技术 一系列不同的IC I/O驱动器技术正逐步获得业界的高度重视，下面介绍一些大家可能感兴趣的或业界有争议的模拟问题。 这种“一次只能一个引脚”的技术并不适合当前主流的LVDS技术，为了使LVDS的输出正常地工作(至少是那些我们能看到的输出)，你必须通过恰当的差分终端匹配电阻(大约100欧姆)把它们连接起来，这使得IBIS模型的实际生成变得非常困难，因为你无法生成IBIS语言所需的电压-时间（VT）曲线。值得庆幸的是，LVDS是一种高性能和高线性增强型技术，因此你可以利用简单的线性结构和符合QA规范的VT曲线来建立一个很好的LVDS模型。（注意：我们的确利用VT曲线来建立LVDS模型并得到了他们之间良好的相关性，但是我们还不能提出一种适合所有正在测试的LVDS技术的简单测量概念。） 另一个引人注目的信号完整性技术是输出阻抗控制，事实上，这项技术可使板级设计者能够根据传输线和电路负载的需要选择输出驱动器的驱动能力。曾有一段时间通过软件控制在PLD中实现了这一性能，现在有的标准元器件也已具备这一性能。一种尤为精彩的实现输出阻抗控制的简单方法是在某一特别输出引脚上附加一个到地的可编程电阻，这一可编程引脚可调节该输出引脚与这一组中其他输出引脚的输出驱动能力（如图1所示）。这种方法允许元件半动态地进行自身调节以补偿加工偏差和温度变化。在IBIS或SPICE模型所能处理范围内，这项技术允许更精密地控制某一规范的最小最大值，并可提供更好的模拟精度。 发展前景 包括IBIS公开论坛在内的许多人都非常关心IBIS的前景，他们担心IBIS难以适应不断进步的技术。 IBIS的行为格式依赖于能够给出确定条件下器件行为的简要描述，并利用这些信息推断出器件过去在各种条件下的行为。总的来说，只有模拟引擎的编写者才有可能知道他们正在模拟的器件实际上是如何工作的。例如，当IBIS最初公布时，当时主要的高速技术是简单的CMOS或TTL。工程师们了解这些CMOS和TTL驱动器是如何工作的，晶体管的模拟可以用模拟代码写出来，只要知道一些简单的参数描述(如电流-电压曲线)，就足以对该器件进行模拟。 新的技术正以非常快的速度不断出现，这些技术常常与我们期望的已建到IBIS库中的行为描述相差甚远，以致于无法适当地描述他们。例如，如果某位设计师决定开始使用一种三态逻辑器件（它具有三个不同的合法逻辑电平0，1和2），IBIS技术就无法适当地对它进行描述。这就是为什么许多EDA公司在支持IBIS之外还使用一种不同的专用格式的原因之一，他们在改进和增强其独创的专用格式方面是完全自由的。事实上，如果没有这些专用格式的进步，要改进IBIS非常困难，因为许多新的IBIS格式就来自于这些已被EDA成员公司验证过的改进。 但是问题依然存在，而且要保持IBIS继续合乎时代发展潮流也正变得越来越困难。 那么下一步应该做什么？遏制IC设计人员的创新思维？还是回到SPICE？这一问题的答案肯定不会只有一个那么简单，因为一个成功的答案需要满足三个不同群体的需求：IC供应商、PCB设计者和EDA工具供应商。 没有一个简单的答案 至今，业界已经提出了好几种建议，包括加密技术，但倾向于公开加密过的SPICE模型。有一些SPICE开发商已经将该技术试着应用于商业实践，并已获得有限的成就。但它还存在以下三个方面的问题： 1． 加密过的模型必须绝对可靠。如果发生了任何错误(如SPICE不收敛)，那么用户或EDA公司都无法进行任何调试。这也极大地限制EDA公司的技术支持。 2． 正确的加密是一种保护自己的最好方法。一些IC公司常常把它们的电路设计的知识产权标价数百万美元，他们必须对它们进行加密，因为不愿冒自己的产品被竞争对手解读的风险。另一方面，也有一些IC设计公司则常常千方百计破解其竞争对手的加密产品，但不管这么做正确与否，解密被认为是一种最省时省钱的方法。 3．此外，由于模型是供模拟引擎使用的，因此所有的EDA公司都必须接收解密密匙。这使得加密仅在心理上或“合法专利保护”意义上才是安全的，它根本不是用来抵御蓄意攻击。 SPICE不是一种标准 为什么不只写一个仿真驱动器的程序并将它公开呢？你可用C语言和其他任何一种语言编写该程序，但需遵守一些针对I/O节点的工业标准API。这个想法听起来相当不错，但将对IC制造商产生巨大的压力，而且对EDA公司来说，维护和支持的开支也将十分庞大。 目前让EDA公司感到忧虑的一个很大问题是：这一程序代码必须能在各种计算机结构和操作系统版本上运行。从根本上说，问题是任何一个粗制滥造的模型都有可能导致整个模拟软件的崩溃，而且EDA公司根本没办法对其进行支持或维修。 因此一种公开的通用建模语言可能是一种较好的解决方案，它不仅需要能为加速模拟和IC知识产权保护提供可定义的行为元件，而且需要具备良好的可扩展性，以适用于未来即将定义的新技术。此外，它还必须要让主要的EDA供应商采纳它，这也意味着它将与SPICE类型引擎和传输线模拟引擎相兼容。 在某种意义上，IBIS是第一代模拟行为语言之一，它主要针对某一类I/O器件。近几年来，业界已开发出越来越多的通用行为语言，Verilog-AMS和VHDL-AMS就是其中的两种。这些新语言的优势是可在规范这一级描述输入和输出器件，这也意味着他们能够描述任何类型的I/O器件。Verilog-AMS还具备另外一个优势，那就是能够很容易地与SPICE或其他模拟引擎相连接。 Verilog-AMS源代码的市场前景可能很不错，事实上，它正在由我们上面提到的IBIS委员会进行开发。它可以被编译成目标代码，目标代码的好处是利于加密，不过，它也会带来一些上文列举的负面影响。 IBIS公开论坛在做什么？ IBIS公开论坛很清楚目前IBIS所存在的问题，并正在集中力量制订解决这些问题的短期和长期行动方案。IBIS常任主席Bob Ross提及了目前正在采取的一些措施。 对现行IBIS规范的修订工作正在进行，这次修订与以前不同，规模不会很大，而是主要解决一些在描述存储器芯片上的新型接收器时遇到的特殊问题。另外，修订后的IBIS还将支持JEDEC SSTL规范，这将提供对使用外部参考电压来计算输入逻辑电平阈值的接收器的支持。 另一个工作组正在寻求定义一种可用来描述复杂成对连接器的方法，这项工作正在顺利进行中，它计划采用细长列式描述来定义重复性很大的连接器引脚。该定义也同样适合于对多重级联成对元件组的描述。这一规范计划仅作为IBIS的一个外部补充，以避免影响IBIS 4.0版规范的推出。 还有一个工作组一直在研究对IBIS进行根本性改革或增强的思路，现正同时在多个方向上铺开，其中主要的有： 1． 类似于Verilog-AMS、VHDL-AMS、或XML的一些其他语言。 2． 具有精确可匹配性的基于代码或基于等式的模型。 宏语言扩展正成为当前较受欢迎的方法，它是一种基于等式的通用建模方法，不要求你精通所有的SPICE语法，并提供与当前IBIS格式的后向兼容性。事实上，目前正在操作的一种验证测试是将IBIS 3.2模型翻译成宏语言。宏语言扩展未来也将能够支持物理器件模型和IMIC模型，或采用行为和物理单元定义新的结构。 结论 无论你决定采用SPICE模拟工具还是基于IBIS的模拟工具，最终用户仍然是赢家，因为IBIS公开论坛和其他类似的组织所付出的努力已经极大地拓展了市场对信号完整性模拟模型的需求。随着该市场的继续拓展，信号完整性模拟模型的种类和精确性都将进一步稳定地增加。 Jon N. Powell担任Innoveda全球顾问服务机构的执行副主席，是IBIS公开论坛的创办人之一，并曾担任IBIS的图书管理员。他拥有麻省理工学院电子电气和计算机科学专业硕士学位。 |
