专利名称：一种ibis模型重构方法
技术领域：
本发明属于电路仿真技术领域，涉及IC芯片的仿真方法，特别涉及一种IC芯片的 IBIS仿真模型重构方法，具体是一种IBIS模型重构方法，应用于信号完整性分析和电路仿真技术领域。
背景技术：
在高级电子系统设计中，随着芯片内部门级电路数目的增多，在系统仿真时所需要的时间变得越来越长，如何在不影响仿真精度的前提下提高仿真速度成为高速高速电路仿真中的一个重大挑战。在过去的十几年人们通过不同的模型来仿真验证电路的功能，电路仿真使用最广泛的就是SPICE模型和IBIS模型。IBIS (I/O Buffer Interface Specification)模型最初是由 INTEL 公司提出，并由IBIS开放论坛的工业组织编写，这个组织是由一些EDA厂商、计算机制造商、半导体厂商和大学组成的。由于IBIS模型中，元器件被看成“黑盒子”，我们测量或者模拟其端口的电气特性，记录相应数据，而不涉及器件的工作原理，因此IBIS是电路的行为级描述，它不会泄露I/O单元的内部设计和晶体管制造参数，因而得到了半导体厂商的欢迎和支持。IBIS模型从1993年4月第一次推出Versionl. 0版后，同年6月经修改后发布了 Versionl. 1版，1994年6月在San Diego通过了 Version2. O版，同年12月升级为 Version2. 1 版，1995 年 12 月其 Version2. 1 版成为 ANSI/EIA-656 标准，1997 年 6 月发布了 Version3. O版，同年9月被接纳为IEC 62012-1标准，1998年升级为Version3. 1版，1999年 1 月推出了 Version3. 2版，2002年 7 月推出 Version4. O版，2004年 2 月升级为 Version4. 1， 2006年6月升级为VersioM. 2版，目前最新的版本是2008年8月发布的Version5. 0版。 随着版本的更新，IBIS模型允许记录的测量数据在不断增多，随之带来的仿真速度也在不断下降，IBIS模型的速度优势在不断地缩小，这对于仿真速度要求较高的电路便不在适合， 鉴于IBIS模型简洁、使用方便的优势，客观上需要一种仿真速度快的IBIS模型。
发明内容
本发明的目的在于避免现有IBIS模型的不足，提出一种在不降低仿真精度的情况下，提高电路仿真速度，建模方法简单易行的IBIS模型重构方法。为实现发明目的，本发明采取的技术方案是利用数据处理工具对原曲线进行曲线拟合，原曲线中电流为0对应的电压就是二极管的导通电压，再根据二极管导通电压一致的原则修正拟合曲线。本发明是一种IBIS模型重构方法，包括IBIS模型地钳位曲线重构方法和IBIS模型电源钳位曲线的重构方法，其中IBIS模型地钳位曲线重构方法实现步骤包括有(1)读取原IBIS模型地钳位二极管导通电压Vthl gnd，该电压就是原IBIS模型地钳位曲线电流为0对应的电压值。IBIS模型文件的后缀是.ibs，大部分的电路仿真软件能够识别这种文件，例如使用电路仿真软件Hyperlynx中的Visual IBIS Editor工具来打开该文件获许该电压值。(2)利用数据处理工具，例如利用MATLAB，对原IBIS模型地钳位曲线进行曲线拟合，拟合曲线的表达式y = ax+b(a兴0))，式中a，b分别是一次项系数和常数项，χ为地钳位二极管两端的电压，y为流过地钳位二极管的电流，得到拟合曲线地钳位二极管导通电压 Vth2—gnd，该电压就是拟合曲线电流为0对应的电压值。(3)以原IBIS模型中地钳位二极管导通电压Vthl gnd为标准对拟合曲线进行修正，
其修正值为 Vgnd = Vthl—gnd-Vth2—gnd°(4)根据电路仿真精度的要求，对修正曲线进行均勻取点，使用得到的数据构建新的地钳位曲线。随着IBIS模型版本的升级，因功能的扩展，现有的IBIS模型数据增多，对于一个缓冲器仿真速度影响甚微，但是随着IC的管脚增多，累积起来对电路仿真的速度影响很大，为了提高IC芯片的仿真速度，本发明对IBIS模型进行改进，利用钳位二极管的单向导通特性，对原有的地钳位曲线进行改进，改进后的方法有效减少IBIS模型的数据量，提高 IC芯片整体的仿真速度。本发明是利用IBIS模型的电路结构中地钳位二极管的单向导通特性和二极管的 I-V曲线特性，再利用数据处理工具，选择一阶拟合曲线，这不仅符合电路的工作特性，同时有效的提高拟合曲线和原曲线的吻合度。本发明的实现还在于修正曲线表达式为y = a(X-Vgnd)+b (a Φ 0)。由于本发明的拟合曲线是来源于原始数据，保证了拟合曲线和原始曲线的吻合度，同时本发明还对拟合曲线进一步的修正，修正曲线的地钳位二极管导通电压是Vthl gnd，符合原模型地钳位二极管工作特性。本发明的实现还在于对修正曲线均勻取点的个数少于原IBIS模型中地钳位曲线的数据点数，因为本发明所拟合的曲线为单调连续一阶曲线，曲线中没有尖点和突变，本发明又利用了该曲线平滑变化的特性，采用了少取点的技术方案，少取点并不改变曲线形态，但为减小仿真速度做出贡献，由于原IBIS模型地钳位曲线中存在着没有数据的空白部分，均勻取点可以有效的填补这些空白部分，使得模型仿真的精度和准确度更高。本发明还是一种IBIS模型电源钳位曲线重构方法，其特征在于实现步骤包括有(1)读取原IBIS模型电源钳位二极管导通电压Vthl,CT，该电压就是原IBIS模型地钳位曲线电流为0对应的电压值。IBIS模型文件的后缀是.ibs，大部分的电路仿真软件能够识别这种文件，例如使用电路仿真软件Hyperlynx中的Visual IBIS Editor工具来打开该文件获许该电压值。(2)利用数据处理工具，例如MATLAB，对原IBIS模型电源钳位曲线进行曲线拟合， 拟合曲线的表达式Y = cX+d(c Φ 0)，c，d分别是一次项系数和常数项，X表示电源钳位二极管两端的电压，Y表示流过电源钳位二极管的电流，得到拟合曲线电源钳位二极管导通电压Vth2 P。WCT，该电压就是拟合曲线电流为0对应的电压值；(3)以原IBIS模型中电源钳位二极管导通电压Vthl p。WCT为标准对拟合曲线进行修
正，其修正值为 Vpower V"thl_power V"th2—power °(4)根据电路仿真精度的要求，对修正曲线的进行均勻取点，使用得到的数据构建新的电源钳位曲线。电源钳位曲线的重构方法与地钳位曲线的重构方法原理相同，执行步骤也相同， 只是在拟合曲线的参数上有所不同，改进后的电源钳位曲线可以有效减少IBIS模型的数据量，提高IC芯片整体的仿真速度。虽然电源钳位曲线和地钳位曲线的改进原理和步骤是相同的，但是两个曲线的重构方法是相互独立的，可以对其中的一个或者全部进行改进。本发明的实现还在于修正曲线表达式为Y = c (X-Vpower)+d(c Φ 0)。原理与地钳位修正曲线相同。本发明的实现还在于均勻取点的个数少于原IBIS模型电源钳位曲线的数据点数。原理和优点均与地钳位曲线相同。本发明同现有技术相比本发明的优点(1)本发明使用数据处理工具(例如MATLAB)对IBIS模型的数据进行拟合，可以有效保证拟合多项式的正确性，同时数据处理工具操作简单，便于实现。(2)本发明利用原始数据和钳位二极管的工作特性，保证了钳位二极管导通电压的正确。(3)本发明以原始钳位二极管导通电压作为拟合曲线修正的标准，保证了拟合曲线和原曲线的吻合度。(4)本发明在不降低模型仿真精度情况下，可有效提高模型的仿真速度，同时可对模型中空白的部分进行填充。
图1是IBIS模型重构方法的流程图；图2是本发明实施例2中原IBIS模型地钳位曲线；图3是本发明实施例2中由MATLAB拟合的IBIS模型地钳位曲线；图4是本发明实施例2中新的IBIS模型地钳位曲线；图5是本发明实施例2中原IBIS模型地钳位曲线和拟合IBIS模型地钳位曲线对照图；图6是本发明实施例4中原IBIS模型电源钳位曲线；图7是本发明实施例4中由MATLAB拟合的IBIS模型电源钳位曲线；图8是本发明实施例4中新的IBIS模型电源钳位曲线；图9是本发明实施例4中原IBIS模型电源钳位曲线和拟合IBIS模型电源钳位曲线对照具体实施例方式本发明根据IC厂家免费提供的IBIS模型，利用有效的数据处理工具，同时结合 IBIS模型电路元器件的特性，对IBIS模型中的一些I-V曲线进行拟合，并拟合曲线重新生成一个I-V曲线，由于新曲线是根据原有的数据拟合而成，生成的模型具有很高的精度。实施例1IBIS模型根据芯片管脚功能的不同分为输入缓冲器，输出缓冲器和输入/输出缓冲器，IBIS模型通过I-V曲线来描述不同缓冲器的电压电流关系，通过V-T曲线来描述电压输出特性。参见图1，I-V曲线有四种分别是上拉曲线，下拉曲线，电源钳位曲线，地钳位曲线.V-T曲线有两种分别是上升波形曲线和下降波形曲线。本发明是一种IBIS模型的重构方法，包括地钳位曲线和电源钳位曲线的重构方法，这两个曲线的重构方法均是在图1所示的电路结构中得到。IBIS模型地钳位曲线重构方法，实现步骤包括有(1)读取原IBIS模型地钳位二极管导通电压Vthl gnd，该电压就是原IBIS模型地钳位曲线电流为0对应的电压值；(2)利用数据处理工具(例如MATLAB)对原IBIS模型地钳位曲线进行曲线拟合， 地钳位拟合曲线的表达式y = ax+b(a兴0)，式中a，b分别是一次项系数和常数项，χ为地钳位二极管两端的电压，y为流过地钳位二极管的电流，并得到拟合曲线地钳位二极管导通电压Vth2Jd，该电压就是拟合曲线电流为0对应的电压值，需要注意的是地钳位拟合曲线的一次项系数为正数，这是由于IBIS模型电源钳位曲线的斜率为正；(3)以原IBIS模型中地钳位二极管导通电压Vthl gnd为标准对拟合曲线进行修正， 其修正值为Vgnd = Vthl gnd-Vth2 gnd ；改进后修正曲线表达式为y = a (X-Vgnd)+b。(4)根据电路仿真精度的要求，对修正曲线进行均勻取点，使用得到的数据构建新的地钳位曲线。本实施例在相同的仿真精度下，原模型点数为95个，而修正后模型的点数是80个，这不仅减少了模型的数据量，同时可以提高模型的仿真速度。本发明对原IBIS模型的地钳位曲线的数据进行拟合，根据原曲线二极管导通电压和拟合曲线二极管导通电压相同的原则对拟合曲线进行修正，在修正过的曲线上均勻取点，取点数少于原模型的取点数，均勻取点不仅可以减少模型的数据点数，在不降低仿真精度的情况下，提高电路仿真速度，建模方法简单易行。实施例2IBIS模型地钳位曲线重构方法同实施例1。现以INTEL公司生产INTEL IOP 80331芯片的GPIO(通用输入输出接口)模型做为实例阐述发明所提供的方法。该IBIS模型的基本信息如下GPIO
Modeltype I/O Vinl = 0.8V
权利要求
1.一种IBIS模型重构方法，包括IBIS模型地钳位曲线重构方法和IBIS模型电源钳位曲线的重构方法，其中IBIS模型地钳位曲线重构方法，其特征在于实现步骤包括有(1)读取原IBIS模型地钳位二极管导通电压Vthlgnd，该电压就是原IBIS模型地钳位曲线电流为0对应的电压值；(2)利用数据处理工具对原IBIS模型地钳位曲线进行曲线拟合，拟合曲线的表达式y =ax+b(a兴0)，式中a，b分别是一次项系数和常数项，χ为地钳位二极管两端的电压，y为流过地钳位二极管的电流，得到拟合曲线地钳位二极管导通电压Vth2 gnd，该电压就是拟合曲线电流为0对应的电压值；(3)以原IBIS模型中地钳位二极管导通电压Vthlgnd为标准对拟合曲线进行修正，其修正值为 Vgnd — Vthl_gnd-Vth2_gnd ；(4)根据电路仿真精度的要求，对修正曲线进行均勻取点，使用得到的数据构建新的地钳位曲线。
2.根据权利要求1所述IBIS模型地钳位曲线重构方法，其特征是，修正曲线表达式为y = a (X-Vgnd) +b (a 乒 0)。
3.根据权利要求2所述IBIS模型地钳位曲线重构方法，其特征是，均勻取点的个数少于原IBIS模型地钳位曲线的数据点数。
4.一种IBIS模型重构方法中的电源钳位曲线重构方法，其特征在于实现步骤包括有(1)读取原IBIS模型电源钳位二极管导通电压VthUKWCT，该电压就是原IBIS模型电源钳位曲线电流为0对应的电压值；(2)利用数据处理工具对原IBIS模型电源钳位曲线进行曲线拟合，拟合曲线的表达式Y = cX+d(c兴0)，c，d分别是一次项系数和常数项，X表示电源钳位二极管两端的电压，Y表示流过电源钳位二极管的电流，得到拟合曲线电源钳位二极管导通电压Vth2j)。WCT，该电压就是拟合曲线电流为0对应的电压值；(3)以原IBIS模型中电源钳位二极管导通电压Vthlpower为标准对拟合曲线进行修正，其修正值为 Vpower V"thl_power V"th2—power °(4)根据电路仿真精度的要求，对修正曲线的进行均勻取点，使用得到的数据构建新的电源钳位曲线。
5.根据权利要求4所述IBIS模型电源钳位曲线重构方法，其特征是，修正曲线表达式为 Y = c (X-Vpower)+d (c Φ 0)。
6.根据权利要求5所述IBIS模型电源钳位曲线重构方法，其特征是，均勻取点的个数少于原IBIS模型电源钳位曲线的数据点数。
全文摘要
本发明公开了一种IBIS模型重构方法，包括IBIS模型地钳位曲线重构方法和IBIS模型电源钳位曲线的重构方法。这两种方法具有相同的原理和实现步骤，主要利用数据处理工具如MATLAB，对原IBIS模型的电源钳位曲线和地钳位曲线的数据进行拟合，根据原曲线二极管导通电压和拟合曲线二极管导通电压相同的原则对拟合曲线进行修正，在修正过的曲线上均匀取点，取点数少于原模型的取点数，均匀取点不仅可以减少模型的数据点数，在不降低仿真精度的情况下，有效提高了电路的仿真的速度，还有效填补了原模型的空白部分，本发明不仅提高了仿真速度，也为IBIS模型改进提供了一种新的方法。本发明可用于对原始IBIS模型的改进，应用到信号完整性分析和电路仿真技术领域。
文档编号G06F17/50GK102254073SQ20111022175
公开日2011年11月23日 申请日期2011年8月3日 优先权日2011年8月3日
发明者史凌峰, 叶强, 康辉, 来新泉, 贺建生 申请人:西安电子科技大学