Начало здесь.
На рис. 1 изображена модель входного буфера микросхемы, а на рис. 2 — модель выходного буфера.
Здесь C_pkg, L_pkg и R_pkg представляют собой физические характеристики вывода ИС — емкость «на землю», индуктивность и активное сопротивление. По IBIS-стандарту при описании конкретной ИС можно задавать как одинаковые для всех выводов параметры (при задании характеристик корпуса), та и индивидуально. Как правило, эти характеристики одинаковые для всех выводов, поскольку с технологической точки зрения наиболее удобен корпус, в котором все выводы одинаковы. Но бывают и исключения (это обычно связано с внутренним устройством ИС).
В качестве GND_Clamp и POWER_Clamp обозначены диоды, и их назначение не очевидно. Действительно, пока напряжение питания лежит в интервале от 0 до +Vcc, оба диода заперты, и ток через них практически не течет. Но если напряжение выходит за этот интервал, то такой режим работы, как правило, аварийный, вызывает весьма существенный ток через один из диодов. В зависимости от типа логики при напряжениях на входе ИС вне указанных пределов переходы полевых и биполярных транзисторов могут оказываться в инверсном режиме, что приведет к протеканию через переход достаточно большого тока. Этот ток необходимо также учитывать. Таким образом, оказывается, что в данной модели эти диоды необходимы, хотя в случае упрощения, а также при других типах логики они могут быть исключены.
Емкость C_comp отражает наличие инерционных свойств буферов. При этом емкость, как правило, рассматривается на шину заземления. Однако такой подход справедлив только в том случае, если индуктивность и сопротивление питающей шины невелика. В противном случае емкости входа (выхода) микросхемы не могут быть объединены в одну эквивалентную, поскольку шины питания и заземления не будут закорочены по переменному току.
В отдельных случаях обнаруживается необходимость включения параллельно емкости нелинейного сопротивления, которое отражает поведение входного буфера в статическом режиме при различном напряжении на нем. Однако, согласно, IBIS-стандарту, это не делается, чтобы не усложнять процесс моделирования. Такое упрощение означает, что вход микросхемы не потребляет тока, что допустимо только не для всех типов логики.
Кроме рассмотренных элементов моделей, на рис.3 условно изображены два МДП-транзистора, которые обозначены как Pull_down и Pull_up. Это условные обозначения нелинейных сопротивлений, которые включаются соответственно к шинам заземления и питания. Их сопротивления меняются при переключении выходного буфера в противоположное логическое состояние, а в статическом режиме остаются неизменными.
Рассмотрим теперь более общую структуру модели выходного буфера, которая отражает связь логического состояния на данном выходе, состояние на одном из входов и уровень логического сигнала на входе, определяющем состояние кристалла (рис. 3).
Рассмотрим принцип её функционирования. Пусть есть три вывода ИС, при этом один из них отвечает за состояние кристалла, а второй (вход) управляет состоянием третьего (выхода). Пусть уровень сигнала на первом выводе таков, что кристалл находится в активном (enable) состоянии и готов к выполнению своих функций. Для этого вывода можно использовать такую же модель, как для входного буфера.
Пусть на входе меняется логическое состояние, и известно, что это непременно приведет к смене состояния на выходе ИС. Для обеспечения такого переключения необходимо, чтобы сигналы на входах определенным образом обработались, что обеспечивается логическим блоком, обозначенным как «Threshold & Enable Logic» (логика уровня и активации). Если кристалл активирован, то при смене логического состояния на входе происходит следующее. Через время задержки начинается переключение выходного буфера, причем нелинейные сопротивления, управляющие напряжением на выходе, управляются специальными блоками «Pullup Ramp» и «Pulldown Ramp». При этом переключение начинает происходит при переходе входного напряжения через определённый пороговый уровень.
Устройство самого логического блока может быть как простым, так и весьма сложным. Он может объединять по несколько входов и выходов.
Таким образом, IBIS-модели буферов ввода и вывода отражают все необходимые процессы, текущие в реальной микросхеме, как в статическом режиме, так и в режиме переключения. Если заменить все выводы ИС соответствующими моделями и задать необходимые параметры моделей, то можно проводить моделирование ИС без учета её схемотехники.
Продолжение здесь.
Искренне Ваш, Главный научный сотрудник
P.S. Прошу подписываться на мой канал! Считаю, что мой опыт и научные достижения должны стать общедоступными. Только оригинальные статьи, собственные наработки!