基于ibis模型的仿真分析在高速dsp系统设计中的应用

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1、基于IBIS模型的仿真分析在高速DSP系统设计中的应用

2、第1lunouseg(this)">一种较早出现的是电气模型，比如ＳＰＩＣＥ模型。ＳＰＩＣＥ模型试图描述电路的实际电气连接，开发这种模型的初始目的是为了给集成电路的设计提供一个仿真环境，目前其主要的应用场合仍在于ＩＣ的设计和验证上。由于ＳＰＩＣＥ模型并不是为ＰＣＢ的传输线及其它更大的结构而设计的，使用它来验证稍大的线网就显得不切合实际。另外，由于其要求描述电路的实际电气连接，芯片生产厂家担心会泄露自己的技术因而在提供模型时会不太积极。另一种类型的模型就是ＩＢＩＳ行为模型，它描述器件在特定负载及特定封装下的输入输出行为而不

3、是其实际的电气组成。与ＳＰＩＣＥ模型相比，ＩＢＩＳ模型的优势体现在三个方面：第一，由于ＩＢＩＳ模型保护了内部电路的私有信息而获得模型的芯片生产厂家的支持；第二，采用ＩＢＩＳ模型可以进行较快的仿真分析（比ＳＰＩＣＥ模型快２５倍），这种优势在ＰＣＢ板的密度越来越高，需要分析的关键线网越来越多的趋势下变得十分重要，因此ＩＢＩＳ模型获得ＥＤＡ工具的支持；第三，ＩＢＩＳ模型易于获得（厂家提供或自己产生）和理解，而且因为包括Ｉ／Ｏ结构的非线性特性，封装参数及ＥＳＤ结构，ＩＢＩＳ模型可以达到与ＳＰＩＣＥ模型相当的精度。另外ＩＢＩＳ模型不存在ＳＰＩＣＥ常有的不收敛问题。这些优势使其获得了设计

4、者的支持。由于ＩＢＩＳ模型的这些优势，使其在１９９３年形成初样至今短短数年就得以迅速的发展和广泛的应用，成为信号完整性模型的国际标准。1.2信号完整性分析所谓信号完整性分析是分析由驱动器产生的信号经导线传输到负载后是否完整，受干扰的程度如何。在过去的低速数字设计中，设计者主要考虑逻辑上是否正确，而不用考虑信号传输的完整性。连接驱动器与负载之间的铜线被认为纯粹的短路线。随着对产品高性能的不断追求和半导体工艺的飞速发展，集成电路的速率越来越快，高速率的器件越来越普遍，信号完整性问题已成为设计者在高速数字设计中最为关心的问题。各类逻辑器件的速度如表１所示。表1逻辑器件的速率Tech

5、nologRise/Fall(ns)ORIGINALCMOS60TTL,HCMOS11LSTTL5.5ALS4.4FAST,FCT<3.50.35μCMOSASIC0.2ECL10K2ECL100K<10.8μCMOS<0.1理论上当信号的传输时延大于信号电平转换时延（沿速率）的２０％时，连接驱动器与负载之间的铜线将被视为传输线而不是纯粹的短路线，这时就必须关注信号的完整性。以沿速率为１ｎｓ为例，如果走线时延大于２００ｐｓ，则因视为传输线，而２００ｐｓ仅对应于１ｉｎｃｈ的走线长度。现在沿速率为１ｎｓ的器件已十分普遍，ＴＭＳ３２０Ｃ６７０１的沿速率已达到了０．

6、６ｎｓ。因此在现在的数字设计中，信号完整性分析几乎是不可回避的，即使采用速率稍慢的器件，如果系统组成复杂，布线过长时也必须进行信号完整性分析。500)this.style.ouseg(this)">信号完整性问题主要源于高速驱动器陡峭的边沿，另外阻抗不匹配及邻近线网的电磁干扰也会损害信号的完整性。主要的信号完整性问题有：过冲和下冲，振铃，非单调性以及串扰等，如图１所示。如果不对这些信号完整性问题进行仔细的分析、检查并加以解决，将对系统性能造成严重影响。信号完整性分析的目的就是在实际物理实现之前发现信号完整性问题并尽可能将其解决。２一个实际的高速ＤＳＰ系统设计中的信号完整性仿真

7、分析2.1系统的构成该系统是一个雷达信号处理机，ＤＳＰ选用ＴＩ公司新近推出的ＴＭＳ３２０Ｃ６７０１，该ＤＳＰ采用０．１８μmCMOS工艺制造，时钟速率高达167MHz，驱动器的沿速率为0.6ns。系统由两片TMS320C6701构成，每个DSP都配置各自的高速同步存储器（167MHz的SBSRAM）和异步存储器，同步存储器和异步存储器之间的总线用驱动器隔离。两个DSP之间两种交换数据的途径：一种是通过高速同步通讯口互连；另一种是通过FIFO进行数据交换。采用高速的CPLD完成译码和其它控制。两片高精度16位AD用于雷达信号的采集，一片高精度16位DA用于处理后信号的输出，AD

8、和DA通过FIFO与各自的DSP相连。系统工作时钟的设计要求为160MHz，其高速数字部分的主要构成示意如图2。该系统由４３５个元器件组成，线网达到４４１９个。系统中不仅有许多高速纯数字器件，还有对干扰十分敏感的数模混合器件和模拟器件。系统包括７种电源网络，数字网络：１．８Ｖ、３．３Ｖ、５Ｖ及ＤＧＮＤ，模拟网络：＋５Ｖ、－５Ｖ及ＡＧＮＤ。ＰＣＢ采用８层设计：４层信号层和４层电源层。2.2仿真分析前的准备工作2.2.1ＥＤＡ工具的选择ＥＤＡ工具包括原理图及ＰＣＢ的制作和信号仿真分析两个部分。500)thi