信號完整性
信號在pcb板上的傳輸是會損失的，信號完整性是為了檢測信號在傳輸路徑上的質(zhì)量，傳輸路徑可以是普通的金屬線，可以是光學器件，也可以是其他媒質(zhì)。信號具有良好的信號完整性是指當在需要的時候，具有所必需達到的電壓電平數(shù)值。差的信號完整性不是由某一單一因素導致的，而是板級設計中多種因素共同引起的。
信號完整性分析模型
這里為大家介紹三種pcb信號完整性分析所用的三種模型
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SPICE模型
Spice是Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis的縮寫，是一種功能強大的通用模擬電路仿真器，已經(jīng)具有幾十年的歷史了，該程序是美國加利福尼亞大學伯克利分校電工和計算科學系開發(fā)的，主要用于集成電路的電路分析程序中，Spice的網(wǎng)表格式變成了通常模擬電路和晶體管級電路描述的標準，其第一版本于1972年完成，是用Fortran語言寫成的，1975年推出正式實用化版本，1988年被定為美國國家工業(yè)標準，主要用于IC，模擬電路，數(shù)?；旌想娐罚娫措娐返入娮酉到y(tǒng)的設計和仿真。由于Spice仿真程序采用完全開放的政策，用戶可以按自己的需要進行修改，加之實用性好，迅速得到推廣，已經(jīng)被移植到多個操作系統(tǒng)平臺上。
自從Spice問世以來，其版本的更新持續(xù)不斷，有Spice2、Spice3等多個版本，新版本主要在電路輸入、圖形化、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和執(zhí)行效率上有所增強，人們普遍認為Spice2G5是最為成功和有效的，以后的版本僅僅是局部的變動。同時，各種以伯克利的Spice仿真程序的算法為核心的商用Spice電路仿真工具也隨之產(chǎn)生，運行在PC和UNIX平臺，許多都是基于原始的SPICE 2G6版的源代碼，這是一個公開發(fā)表的版本，它們都在Spice的基礎(chǔ)上做了很多實用化的工作，比較常見的Spice仿真軟件有Hspice、Pspice、Spectre、Tspice、SmartSpcie、IsSpice等，雖然它們的核心算法雷同，但仿真速度、精度和收斂性卻不一樣，其中以Synopsys公司的Hspice和Cadence公司的Pspice最為著名。Hspice是事實上的Spice工業(yè)標準仿真軟件，在業(yè)內(nèi)應用最為廣泛，它具有精度高、仿真功能強大等特點，但它沒有前端輸入環(huán)境，需要事前準備好網(wǎng)表文件，不適合初級用戶，主要應用于集成電路設計；Pspice是個人用戶的最佳選擇，具有圖形化的前端輸入環(huán)境，用戶界面友好，性價比高，主要應用于PCB板和系統(tǒng)級的設計。
SPICE仿真軟件包含模型和仿真器兩部分。由于模型與仿真器是緊密地集成在一起的，所以用戶要添加新的模型類型是很困難的，但是很容易添加新的模型，僅僅需要對現(xiàn)有的模型類型設置新的參數(shù)即可。
SPICE模型由兩部分組成：模型方程式(Model Equations)和模型參數(shù)(Model Parameters)。由于提供了模型方程式，因而可以把SPICE模型與仿真器的算法非常緊密地聯(lián)接起來，可以獲得更好的分析效率和分析結(jié)果。
現(xiàn)在SPICE模型已經(jīng)廣泛應用于電子設計中，可對電路進行非線性直流分析、非線性瞬態(tài)分析和線性交流分析。被分析的電路中的元件可包括電阻、電容、電感、互感、獨立電壓源、獨立電流源、各種線性受控源、傳輸線以及有源半導體器件。SPICE內(nèi)建半導體器件模型，用戶只需選定模型級別并給出合適的參數(shù)。
采用SPICE模型在PCB板級進行SI分析時，需要集成電路設計者和制造商提供詳細準確描述集成電路I/O 單元子電路的SPICE模型和半導體特性的制造參數(shù)。由于這些資料通常都屬于設計者和制造商的知識產(chǎn)權(quán)和機密，所以只有較少的半導體制造商會在提供芯片產(chǎn)品的同時提供相應的SPICE模型。
SPICE模型的分析精度主要取決于模型參數(shù)的來源(即數(shù)據(jù)的精確性)，以及模型方程式的適用范圍。而模型方程式與各種不同的數(shù)字仿真器相結(jié)合時也可能會影響分析的精度。除此之外，PCB板級的SPICE模型仿真計算量較大，分析比較費時。
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IBIS模型 IBIS 是I/O Buffer Information Specification 的縮寫，它是一種基于I/V曲線的對I/O BUFFER快速準確建模的方法，是反映芯片驅(qū)動和接收電氣特性的一種國際標準，它提供一種標準的文件格式來記錄如驅(qū)動源輸出阻抗、上升/下降時間及輸入負載等參數(shù)，非常適合做振蕩和串擾等高速電路設計中的計算與仿真。
為了制定統(tǒng)一的IBIS 格式，EDA 公司、IC 供應商和最終用戶成立了一個IBIS格式制定委員會，IBIS公開論壇也隨之誕生，它是由一些EDA廠商、計算機制造商、半導體廠商和大學組成的。在1993 年，格式制定委員會推出了IBIS 的第一個標準Version 1.0，以后不斷對其進行修訂，現(xiàn)在的最新正式版本是2004年公布的Version 4.1，V4.1主要加入了對多語言模型的支持，包括Berkeley SPICE, VHDL-AMS 和 Verilog-AMS，IBIS模型具備了對整個系統(tǒng)建模的能力，模型應用的范圍得到了很大的擴充，但是這需要同時支持這些模型的混合仿真引擎才能進行仿真，因此模型的軟件的大規(guī)模應用還有待時日。IBIS標準已經(jīng)得到了EIA的認可，被定義為ANSI/EIA-656-A標準。每一個新的版本都會加入一些新的內(nèi)容，但這些新內(nèi)容都只是一個IBIS 模型文件中的可選項目而不是必須項目，這就保證了IBIS 模型的向后兼容性能。
現(xiàn)在，已經(jīng)有幾十個EDA 公司成為IBIS 公開論壇的成員，支持IBIS 的EDA公司提供不同器件的IBIS 模型以及軟件仿真工具。有越來越多的半導體廠商開始提供自己產(chǎn)品的IBIS 模型。由于IBIS模型無需描述I/O 單元的內(nèi)部設計和晶體管制造參數(shù)，因而得到了半導體廠商的歡迎和支持?，F(xiàn)在各主要的數(shù)字集成電路制造商都能夠在提供芯片的同時提供相應的IBIS模型。
IBIS規(guī)范本身只是一種文件格式，它說明在一標準的IBIS文件中如何記錄一個芯片的驅(qū)動器和接收器的不同參數(shù)，但并不說明這些被記錄的參數(shù)如何使用，這些參數(shù)需要由使用IBIS模型的仿真工具來讀取。
IBIS模型僅提供驅(qū)動器和接收器的行為描述，但不泄漏電路內(nèi)部構(gòu)造的知識產(chǎn)權(quán)細節(jié)。換句話說，銷售商可以用IBIS模型來說明它們最新的門級設計工作，而不會給其競爭對手透露過多的產(chǎn)品信息。并且，因為IBIS是一個簡單的模型，在進行PCB板級仿真采用查表計算，因而計算量較小，比相應的全Spice三極管級模型仿真要節(jié)省10～15倍的計算量。
IBIS提供兩條完整的I/V曲線分別代表驅(qū)動器為高電平和低電平狀態(tài)，以及在確定的轉(zhuǎn)換速度下狀態(tài)轉(zhuǎn)換的曲線。I/V曲線的作用在于為IBIS提供保護二極管、TTL圖騰柱驅(qū)動源和射極跟隨輸出等非線性效應的建模能力。IBIS模型的分析精度主要取決于I/V和V/T表的數(shù)據(jù)點數(shù)和數(shù)據(jù)的精確度。
與Spice模型相比，IBIS模型的優(yōu)點可以概括為：
在I/O非線性方面能夠提供準確的模型，同時考慮了封裝的寄生參數(shù)與ESD結(jié)構(gòu)；
提供比結(jié)構(gòu)化的方法更快的仿真速度；
可用于系統(tǒng)板級或多板信號完整性分析仿真。可用IBIS模型分析的信號完整性問題包括：串擾、反 射、振蕩、上沖、下沖、不匹配阻抗、傳輸線分析、拓撲結(jié)構(gòu)分析。IBIS尤其能夠?qū)Ω咚僬袷幒痛當_進行準確精細的仿真，它可用于檢測最壞情況的上升時間條件下的信號行為及一些用物理測試無法解決的情況；
模型可以免費從半導體廠商處獲取，用戶無需對模型付額外開銷；
兼容工業(yè)界廣泛的仿真平臺，幾乎所有的信號完整性分析工具都接受IBIS模型。
當然，IBIS不是完美的，它也存在以下缺點：
許多芯片廠商缺乏對IBIS模型的支持。而缺乏IBIS模型，IBIS工具就無法工作。雖然IBIS文件可以手工創(chuàng)建或通過Spice模型自動轉(zhuǎn)換，但是如果無法從廠家得到最小上升時間參數(shù)，任何轉(zhuǎn)換工具都無能為力
IBIS不能理想地處理上升時間受控的驅(qū)動器類型的電路，特別是那些包含復雜反饋的電路；
IBIS缺乏對地彈噪聲的建模能力。IBIS模型2.1版包含了描述不同管腳組合的互感，從這里可以提取一些非常有用的地彈信息。它不工作的原因在于建模方式，當輸出由高電平向低電平跳變時，大的地彈電壓可以改變輸出驅(qū)動器的行為。
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Verilog-AMS模型和VHDL-AMS模型
與Spice模型和IBIS模型相比，Verilog-AMS和VHDL-AMS模型出現(xiàn)的時間要晚些，是一種行為模型語言。作為硬件行為級的建模語言，Verilog-AMS和VHDL-AMS分別是Verilog和VHDL的超集，而Verilog-A則是Verilog-AMS的一個子集。
在模擬/混合信號（AMS）語言中，與SPICE和IBIS模型不同的是，在AMS語言中是由用戶來編寫描述元器件行為的方程式。與IBIS模型相類似，AMS建模語言是獨立的模型格式，可以應用在多種不同類型的仿真工具中。AMS方程式還能夠在多種不同的層次上來編寫：晶體管級、I/O 單元級、I/O 單元組等，唯一的要求是制造商能夠?qū)懗雒枋龆丝谳斎?輸出關(guān)系的等式。
實際上，AMS模型還能夠被用于非電的系統(tǒng)元件上。一般地，可以把模型寫得簡單些可以加快仿真的速度，一個更詳細的模型往往需要更多的時間來仿真。在某些情況下，一個相對簡單的行為模型比Spice模型還要精確些。
由于Verilog-AMS和VHDL-AMS都是一種新的標準，被采納也只是近5年的事情，迄今為止只有少數(shù)的半導體廠商能夠提供AMS模型，目前能夠支持AMS的仿真器也比SPICE和IBIS的要少。但AMS模型在PCB板級信號完整性分析中的可行性和計算精度毫不遜色于SPICE和IBIS模型。
信號完整性精度問題
信號完整性,必須要仿真模型，ibis只是其中一部分，此外還有線模型，via模型，IC封裝等效電路等。你的信息越詳細，你才能越接近實際情況。所以做信號完整性分析，關(guān)注的是精度而不是波形。也就是說，不是你看到波形就完事的。如果你波形和實際波形誤差達到30%，那還有什么意義呢。目前業(yè)界精度最好的能達到5%以內(nèi)，一般是hspice，siwave等能做到。不然就是要用3維仿真，用磁場的理論去擬合，一般是ansoft的一些工具，但那個極其耗時間，而且工具掌握也很難，沒太大意義，一般的eda工具雖然提供了仿真功能，但是精度太差，也沒有任何意義，更像是玩具，只適合于低速的電路，10兆以下的，但低速的電路沒必要仿真，所以不要在此類工具上浪費時間了。
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