SPICE kontra IBIS

A megfelelőbb modell kiválasztása az áramkör-szimulációhoz

Mivel az áramkör-szimuláció folyamatosan egyre népszerűbb a prototípusiparban, a szimulációs modell az egyik kritikus követelmény lehet a végpiaci ügyfelek számára. A SPICE és az IBIS modellek a legkeresettebbek, amelyek költségmegtakarítást jelentenek az áramköri kártya fejlesztésének prototípuskészítési szakaszában. Ez a cikk megkülönbözteti a SPICE-t az IBIS modellezőrendszerektől, valamint az áramköri lapok gyártása előtti tesztelés jelentős hatásától. A cikk megvitatja, hogy melyik modellt kell használni az áramkör kialakításától függően. Megvizsgálja a mintahasználati eseteket és az általánosan használt szimulációs eszközöket, mint például az LTspice^® és a HyperLynx^®.

E digitális korban, ahol a technológia gyors ütemű fejlődése nyilvánvaló, az elektronikai gyártók folyamatosan fejlesztik azokat az alapvető alkatrészeket és eszközöket, amelyekre az iparágnak szüksége van a digitalizációs trend támogatásához. A szimulációs világban ez azt jelenti, hogy rendelkezésre állnak olyan modellek, amelyeket a tervezők felhasználhatnak a rendszerterv ellenőrzése során. A gyártás előtti tervezési tesztelés során a két leggyakrabban használt szimulációs modell a SPICE és az IBIS.

A szimulációs modellek használatának előnyei

A modellek segítik a rendszertervezőket az áramköri tervek szimulálásában a prototípusok elkészítése előtt. Az IBIS és SPICE modellek használata során a cél nem csupán a szimuláció, hanem a jelintegritással kapcsolatos problémák feltárása is, egészen az áramköri tervezés teljesítményéig.
Az IBIS modell nemcsak az alkatrészek működésbeli jellemzőit és meghajtóerejét, hanem a digitális bemeneti/kimeneti (I/O) pufferek impedanciáját is ábrázolja, beleértve a meghajtó és/vagy vevő kimeneti és bemeneti impedanciáját is. Ezek nincsenek közvetlenül megadva a modellben, de már implicit módon benne vannak az I-V (áram-feszültség – a magyar terminológiában a V helyett U használatos.) adatokban, amelyek az alkatrészek viselkedését reprezentálják. A pufferimpedanciákat a szimulációk során fontos meghatározni, mivel ezek kulcsfontosságúak az olyan jelintegritási problémák megoldásához, mint az áthallások és a visszaverődések. Az áthallás egy nem kívánt jelinterferencia, amely akkor következik be, amikor az egyik nyomvonalon haladó jel csatolásba kerül a másik nyomvonalon haladó jellel. Másrészt a visszaverődés az egyik leggyakoribb probléma, amellyel az áramköri kártya gyártása előtti jelintegritás-szimulációk során találkozunk. Ezek akkor fordulnak elő, ha a bemeneti vagy kimeneti puffer impedanciája és a nyomvonal jellemző impedanciája között eltérés van. Ideális esetben az eszközbe belépő és a nyomvonal mentén haladó jeleknek interferencia nélkül kell eljutniuk a nyomvonal másik végére. A valóságban azonban ez a forgatókönyv általában nem következik be. Az impedanciaeltérés miatt a jelintegritás sérül. A visszaverődés előfordulása során általában az történik, hogy az átviteli vonalon terjedő jel egy része eléri a másik véget, és ennek a jelnek egy része visszamegy. A probléma megoldásának egyik stratégiája a pufferek lezárása. A tervezők kihasználják az IBIS modell impedanciafunkcióját a lezáráshoz szükséges soros vagy söntellenállások kiszámításához, a pin- és az átviteli vonal közötti impedanciák összehangolásához, valamint a jelvisszaverődések kezeléséhez.
A SPICE modell jelentős szerepet játszik az idő és a pénz hatékony felhasználásában az áramkör viselkedésének előrejelzésével, így a lehetséges problémákat a prototípus megépítése előtt lehet látni, figyelembe venni és megoldani. A költségek és a sebesség a SPICE modellszimuláció két legfontosabb előnye. Ez az áramköri hibák elkerülése a folyamat korai szakaszában, ami a prototípus költséges és időigényes átdolgozásához, valamint az alkatrészek újrarendezéséhez és újraforrasztásához vezethet. A szimulációs modellek manapság fejlettebbek, és képesek pontos alkatrész-teljesítményközelítéseket biztosítani. A tervezők könnyen cserélhetik az alkatrészeket, hogy különböző anyaglistákkal rendelkező áramköri terveket értékelhessenek. Ugyanakkor a tervezőknek nem kell több időt tölteniük az áramkörök alkatrészeinek prototípuskészítésével és későbbi újraforrasztásával, ha a prototípus hibásnak bizonyul.

Háttér

Mi a SPICE modell?
A SPICE a Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis rövidítése, egy általános célú áramkör-szimulátor, amely szöveges netlistát vesz az áramkör elemeinek (tranzisztorok, ellenállások és kondenzátorok) és azok kapcsolatainak leírásáról, és csomópontelemzés segítségével matematikai egyenletekre fordítja és megoldja azokat. A SPICE modell egy szövegalapú viselkedési modell, amelyet a SPICE szimulátorok arra használnak, hogy matematikailag megjósolják egy eszköz viselkedését változó körülmények között.

Mi az IBIS modell?
Az IBIS az Input/Output Buffer Information Specification (bemeneti/kimeneti pufferinformációs specifikáció) rövidítése. Ez egy viselkedési modell, amely leírja egy eszköz digitális bemeneti és kimeneti pufferének analóg viselkedését. Olyan táblázatos adatokból áll, amelyek leírják a digitális pufferekben lévő eszközök áram-feszültség (I-V) kapcsolatát, valamint a kimeneti vagy I/O-pufferek feszültség-idő (V-t) kapcsolási jellemzőit. A rendszerkártya gyártás előtti jelintegritás elemzésére szolgál, és egyszerű ASCII-szövegformátumú adatok formájában jelenik meg. Nem hoz nyilvánosságra semmilyen védett információt, mivel az IBIS modellek olyanok, mint egy fekete doboz modellje, amely nem tartalmaz olyan belső információkat, amelyek visszafejthetők.

A modellek áttekintése

Hogyan néznek ki?
Mind az IBIS, mind a SPICE modellek szövegalapú viselkedési modellek, amint az az 1. ábrán látható, amelyek tartalma egy egyszerű alkalmazással, például a jegyzettömb segítségével megtekinthető. A modell átnézésének nagyobb kényelme érdekében azonban ajánlott a Cadence Model Integrity vagy a Siemens HyperLynx használata az IBIS fájl megtekintéséhez. Másrészt egy SPICE modell megnyitható és telepíthető a SPICE-szimulációs eszközök széles körébe, például az LTspice, NI Multisim™, OrCAD^® Pspice^® vagy más SPICE szimulátorokba.

1. ábra Balra egy SPICE-fájl (.cir) az LTspice segítségével, jobbra egy IBIS-fájl (.ibs) a Siemens HyperLynx segítségével

Mind a SPICE-, mind az IBIS modellek nem futtatható, szövegalapú leírófájlok. Mindkét modell többnyire három fő részből áll:

• Fejlécfájl: rövid leírást vagy általános információkat tartalmaz a modellről, a készülékről, a revízió történetéről, a modellre vonatkozó megjegyzésekről, valamint a modellezett készülék cégéről vagy márkájáról.
• Modellnév/-cím: alapvetően az eszköz nevét, a pinoutot és/vagy a pin-buffer leképezését említi. A SPICE-ban egy pontozott subcircuit <space> modellnév (subckt ADGxx)<space> pinouts sort használnak. Míg az IBIS esetében [Component] ADGxx kifejezéssel.
• Modellstruktúra: a modell szöveges alapú ábrázolása. A SPICE modellek különböző blokkokból állnak, amelyek az eszköz minden paraméterét bemutatják, beleértve a pin-funkciókat, amelyek primitív és natív komponensekből, például kondenzátorokból, ellenállásokból, diódákból, feszültség- és áramforrásokból állhatnak. Másrészt az IBIS modellek I/V és V/T adattáblából állnak, amelyek az egyes digitális I/O puffereket modellezik.

Hol találhatók?
A SPICE és IBIS modellek többnyire a félvezetőgyártó cégek weboldalain találhatók. A félvezetőgyártók manapság úgy fejlesztik szimulációs modelljeiket, hogy azok a termékeiket reprezentálják, ugyanakkor a modell felvételét, tartalmát, pontosságát és támogatását is fenntartsák. Az Analog Devices weboldalán az ADI termékeinek SPICE és IBIS modellek széles választéka érhető el a 2. ábrán látható módon.

2. ábra Az ADI weboldaláról származó SPICE (balra) és IBIS (jobbra) modellek széles választéka

 
Más SPICE modellek a gyártó SPICE szimulátorának könyvtárában találhatók. A 3. ábra az LTspice kapcsolókönyvtárát mutatja, amely az ADI kapcsolótermékeinek nagy részét lefedi. A könnyebb szimulációs megközelítés érdekében előnyös lenne olyan SPICE szimulátort választani, amely SPICE modellkönyvtárak széles választékával rendelkezik.

3. ábra Minta egy intenzív SPICE modellkönyvtárból az LTspice-ban

Kiegészítő fájlok
Mind a SPICE, mind az IBIS modelleknek szükségük van egy szimbólumnak nevezett kísérőfájlra ahhoz, hogy a szimulátorban használhassák őket. Az IBIS modellek általában szövegalapú reprezentációs adatok formájában érkeznek, de ahhoz, hogy az elektronikus tervezés automatizálására szolgáló eszközökkel szimulálni lehessen őket, egy szimbólumba kell őket elhelyezni, ahol a külső komponensek csatlakoztatva vannak. Az IBIS modellekhez hasonlóan a SPICE modelleknek is szükségük van egy szimbólumfájlra, amely általában dot symbol (.asy) formátumú, és amelyet egyidejűleg a SPICE szimulátor könyvtárába kell telepíteni. Miután mind a modellt, mind a szimbólumot hozzáadták/beállították a könyvtárhoz, a tervező már használhatja a modellt az áramkör-szimulációban. A 4. és 5. ábra példát mutat az IBIS és SPICE modellekben használt szimbólumfájlokra.
Mind az IBIS, mind a SPICE esetében a szimbólumfájlokat a gyártók nem biztosítják, de a legtöbb szimulátor rendelkezik elérhető sablonszimbólumokkal, amelyek a pinoutok számától vagy az eszköz típusától függően használhatók. Ezenkívül a SPICE esetében a szimbólumfájlok automatikusan is generálhatók, és ez a funkció a SPICE szimulátortól függ.

4. ábra Kimeneti puffer IBIS szimbóluma HyperLynx (balra) és Advanced Design System (jobbra) használatával

5. ábra Egy egyszerű 3 kivezetőjű műveleti erősítő SPICE szimbólumfájljának (jobbra) sablonja és az LTspice-ban végzett áramköri szimulációban használt egyenértékű szimbóluma (balra)

Modellösszehasonlítás

SPICE modellek
Általában a SPICE modellek egy alkatrész viselkedését reprodukálják, beleértve a pinoutot, a pin-konfigurációkat, a funkcionalitást és egyéb műveleteket. Ezek a modellek nem rendelkeznek szabványos architektúrával, de a cél egy olyan architektúra létrehozása, amely pontosan reprodukálja az alkatrész várható viselkedési teljesítményét, beleértve a pin-funkciókat is. A modell passzív komponensekből állhat, mint például ellenállások, kondenzátorok, valamint diódákból és tranzisztorokból, amelyek ennek megfelelően alakítják ki a célkomponens viselkedését. Nem szabad elfelejteni, hogy mivel a SPICE modellek pontosan leképezik az alkatrész viselkedését, összetett áramköröket tartalmazhatnak, ami lassú szimulációs ciklust eredményezhet. A SPICE modellek a passzív alkatrészt, például egy ellenállást leíró egyszerű egysoros szövegtől kezdve a bonyolultabb áramkörökig és aláramkörökig terjedhetnek, amelyek több száz sor hosszúak lehetnek.
A SPICE modellek szövegalapú eszközzel nyithatók meg, de a legújabb SPICE szimulátorok esetében egy egyenértékű kapcsolási rajzos ábrázolás is lehetséges a sokkal egyszerűbb áramköri elemzés érdekében, amint azt a 6. ábra mutatja, ahol egy háromamperes állapotváltozós szűrő szintén átalakítható egy egyenértékű szöveges hálólistává, amely leírja az áramköri elemeket és azok kapcsolásait.

6. ábra Egy háromamperes állapotváltozó szűrő SPICE mintamodellje

 
A modellteljesítményt illetően a SPICE modellre vonatkozó ökölszabály az, hogy az eszköz adatlapjának specifikációihoz és funkcióihoz képest közeli viselkedési teljesítményt nyújtson. Például egy kapcsoló SPICE modellnek rendelkeznie kell bekapcsolási ellenállással és időzítési paraméterekkel, míg egy erősítőnek valószínűleg erősítési sávszélesség és bemeneti offset paraméterekkel. Ehhez képest a modellfunkcióknak és a specifikációknak közel kell lenniük az adatlapon megadott tipikus minimális vagy maximális értékekhez, vagy azokon belül kell lenniük.

IBIS modellek
Általában egy IBIS modell egy szabványos architektúrát követ a digitális I/O puffer ábrázolásakor. Ez az IBIS kulcsszavas ábrázoláson keresztül történik, amelyet az egyes digitális pufferek összetevőinek leírására használnak, amint az a 7. ábrán látható. Ezek az IBIS kulcsszavak V-I lookup (keresési) adattáblák, valamint V-t lookup (keresési) adattáblák formájában jelennek meg.

7. ábra Egy tipikus I/O-puffer IBIS blokkdiagramja

 
A 8. ábra egy példát mutat arra, hogyan néznek ki a V-I keresőtáblák egy IBIS modellben (balra), jobbra pedig a hullámforma látható, amikor ezt a V-I keresőtáblát a Siemens HyperLynx programmal ábrázoljuk. Ez egy sor olyan árammérés, amelyet egy sor feszültségtartományban – általában V_DD-től a V_DD kétszereséig – vettünk fel, hogy egy adott IBIS-összetevő viselkedését három állapotban – tipikus, lassú és gyors sarkokban – ábrázolja. Ezek a táblázatok a vevő clamp összetevőinek ábrázolására szolgálnak a [Power_clamp] és [GND_clamp] kulcsszavak formájában, valamint az I/O pufferek meghajtóerejének ábrázolására a [Pullup] és [Pulldown] kulcsszavak formájában. Ez a 4 V-I kulcsszó külön-külön szerepel a modellben, mivel a jelintegritási szimulációkhoz mind a vételi, mind a meghajtó üzemmódra szükség van.

8. ábra Az ADG5401F V-I adatai egy IBIS kulcsszóhoz (balra); a Siemens HyperLynx programmal ábrázolt V-I görbe (jobbra)

 
A V-t táblázatok másrészt a meghajtó kapcsolási jellemzőit [Rising_Waveform] és [Falling_Waveform] formában ábrázolják az egyik állapotból a másikba való átmenetkor, amikor a terhelés a V_DD és a földhöz van viszonyítva. Az IBIS [Ramp] kulcsszó alatt tartalmazza továbbá az I/O-puffer átállási sebességét, amelyet az átmenet élének 20-80%-ánál veszünk. Ezek a hullámformák és a rámpaadatok leírják, hogy a meghajtó alkatrészei milyen gyorsan kapcsolnak be vagy ki az idő függvényében.
Bár ezek a kulcsszavak külön-külön szerepelnek a modellben, a szimulációk során történő felhasználáskor az elektronikus tervezés automatizálásának szimulációs eszközei ezeket a V-I és V-t adatokat kombinálják, hogy működési területük alapján egy puffermodellt építsenek fel, és azt a nyomtatott áramköri lapok jelintegritási szimulációinak és időzítési elemzésének elvégzésére használják.
Az IBIS modellek emellett tartalmazzák az eszköz RLC pin és/vagy tok parazitaértékeit, valamint a pufferkapacitást (C_Comp) minden egyes I/O-puffer esetében. A C_comp a pad-tól a pufferig visszamenőleg mért kapacitás, és nem tartalmazza a tok kapacitását.

Szimulációs eszközök

Az ipari szabványos SPICE és IBIS szimulátorok széles választéka biztosítja a legtöbb nagy sebességű tervezési rendszer, valamint analóg és vegyes jelű áramkörök tervezési szimulációját mind a szakemberek, mind az oktatás számára. A SPICE szimulátorok általában csomóponti egyenleteket generálnak az áramkör kapcsolatai/csomópontjai alapján, majd megpróbálják megoldani az áram- és feszültségértékeket az adott csomópontokon. Az IBIS szimulátorok ezzel szemben a modellben bemutatott V-I és V-t keresési adattáblákra hivatkoznak, hogy megjósolják a jel kimeneti viselkedését. Az iparban általánosan használt szimulátorok a következők:

IBIS szimulátorok

• A Siemens HyperLynx egy elektronikai tervezés automatizálására szolgáló eszköz, amely a nagy sebességű elektronikai tervek jelintegritásának, teljesítményintegritásának, elektromos tervezési szabályok ellenőrzésének és elektromágneses modellezésének elemzésére szolgál. Ez az eszköz az IBIS modellek megtekintésére, szerkesztésére és szimulálására használható.
• A Keysight Advanced Design System egy elektronikus tervezési, automatizálási eszköz, amely különböző tervezési folyamatokhoz, például frekvencia- és időtartománybeli áramkör-szimulációhoz, kapcsolási rajztervezéshez és elrendezéshez, tervezési szabályellenőrzéshez és elektromágneses mezőszimu­lációkhoz használható. Ezt az eszközt általában IBIS modell­szimulációkhoz használják.

SPICE szimulátorok

• Az LTspice egy nagy teljesítményű SPICE szimulátorszoftver, amely grafikus kapcsolási rajzfelvételi felületet is tartalmaz. A szimulációs eredmények előállításához a kapcsolási rajzok
  a beépített hullámforma-megjelenítővel szondázhatók. Ennek a SPICE szimulátornak a grafikus felhasználói felülete (GUI) a kapcsolási rajzok beviteléhez szükséges billentyűzetbevitel és egérmozgás statisztikai elemzésén alapult, amely más SPICE szimulátorokhoz képest interaktívabb lehet. Az LTspice az ADI legtöbb termékét és jellánctermékét lefedő SPICE modellek széles körű könyvtárát, valamint passzív alkatrészek könyvtárát tartalmazza.
• Az NI Multisim interaktív sematikus környezettel rendelkezik az elektronikus áramkörök viselkedésének azonnali megjelenítéséhez és elemzéséhez. Ez a szimulátor virtuális oszcilloszkóppal, digitális multiméterrel és egyéb bench-berendezésekkel rendelkezik, amelyek az áramkör-szimuláció élményét a tipikus mérnöki bench kiértékelési környezethez közelivé teszik.
• Az OrCAD PSpice Designer egyesíti a kapcsolási rajzok bevitelét, a natív analóg, vegyes jelű és analízismotorokat, hogy teljes körű áramköri szimulációs és verifikációs megoldást nyújtsanak. Legyen szó egyszerű áramkörök prototípuskészítéséről, összetett rendszerek tervezéséről vagy az alkatrészek hozamának és megbízhatóságának validálásáról, az OrCAD PSpice technológia a legjobb, nagy teljesítményű áramkör-szimulációt biztosít az áramkörök, alkatrészek és paraméterek elemzéséhez és finomításához, mielőtt elkötelezné magát az elrendezés és a gyártás mellett.

Az IBIS és SPICE modellek felhasználási esetei

IBIS modell
Az IBIS modellek általában szövegalapú reprezentációs adatok formájában érkeznek, de az EDA-eszközökkel történő szimulálásukhoz egy szimbólumba helyezik őket, ahol a külső komponensek csatlakoztatva vannak. A szimulátorok ezután a modellbe épített adatokat használják fel a puffer viselkedésének elemzésére és előrejelzésére egy adott helyzetben.
A Siemens HyperLynx és a Keysight Advanced Design System már rendelkezik az IBIS szimbólumokkal, amelyeket a tervezők felhasználhatnak szimulációikban. A 9. ábra bemutatja, hogy ezek a szimbólumok hogyan jelennek meg ezekben az eszközökben.

9. ábra A HyperLynx eszköztára az IBIS modellszimulációkhoz használható egyvégű puffer, differenciálpuffer és IC-összetevő szimbólumait mutatja (balra); az Advanced Design System eszköztára az IBIS modellszimulációkhoz használható különböző típusú pufferek szimbólumait mutatja (jobbra)

• A HyperLynxben az egyvégű bemeneti vagy kimeneti pufferek szimulálásakor a bal oldali ábrán látható első kiemelt puffert használhatjuk, majd betölthetjük az IBIS modellt, és kiválaszthatjuk a szimulálandó puffert. Az eszköz automatikusan megjeleníti a kimeneti puffert, ha kimeneti puffermodellt választunk. Ellenkező esetben, ha bemeneti puffert kell szimulálni, az eszköz automatikusan átalakítja a szimbólumot bemeneti puffer­szim­bólummá.
• Az Advanced Design Systemben a Signal Integrity-IBIS palettán különböző típusú puffermodellek jelennek meg. Ha nyílt lefolyású kimenetre van szükség, akkor az OSNK feliratú szimbólumot kell választani, vagy ha a lezárást kell szimulálni, akkor a T feliratú szimbólumot kell használni a szimulációkban. A rossz szimbólum választása hibához vezethet. Ha például bemeneti pufferre van szükség, de a kapcsolási rajzban kimeneti puf­ferszimbólumot helyeztek el, nem fogjuk látni a rendelkezésre álló bemeneti puffercsapokat modellezve egy IBIS-ben, mert a szimulátor csak kimeneti puffercsapok betöltését engedi a szimbólumba.

Az IBIS modellszimulációk egyik alkalmazási területe a nem kívánt jelviselkedések feloldása, amelyeket általában a puffer és az átviteli vonalként funkcionáló PCB nyomvonal közötti impe­danciaeltérés okoz. Példaként tekintsük a 10. ábrán látható, HyperLynx segítségével végzett kapcsolásirajz-szimulációt.

10. ábra Egy befejezetlen kapcsolási rajz (balra) és a hozzá tartozó eredmények (jobbra)

 
A 10. ábra egy 50 Ω-os nyomvonalat használó, befejezetlen kimeneti puffer szimulációját mutatja, amely nem kívánt túl- és alulsugárzási jeleket eredményez. Ez egy soros záróellenállás hozzáadásával orvosolható, hogy a puffer és a nyomvonal közötti impedancia illeszkedjen. De először meg kell határozni a kimeneti puffer impedanciáját.
Az IBIS modellben található V-t táblázatok, a [Rising_Waveform] a földhöz viszonyítva és a [Falling_Waveform] a V_DD-hez viszonyítva, felhasználhatók a puffer kimeneti impedanciájának kiszámításához, mivel ez a paraméter már eleve benne van a modellben ábrázolt adatokban. A feszültségosztó tétel segítségével levezethető a puffer impedanciaértéke, és ez alapján kiszámítható a megfelelő lezáró ellenállás, amelyet hozzá kell adni a modellhez, hogy a puffer és a nyomvonal közötti impedancia illeszkedjen. Ez segít megoldani az impedanciaeltérést, és kiküszöbölni a jelek nem kívánt túl- és alulcsúszását.

11. ábra A feszültségelosztó vázlatos referenciája

 
A 11. ábra a feszültségosztó sematikus ábráját mutatja, ahol Z_b a pufferimpedancia, R_fixtúra és V_fixtúra, amelyek a modellben találhatók, míg V_SETTLE az a feszültség, ahol a V-t hullámformák megállapodtak.

12. ábra Egy IBIS modell, amely a V-T keresőtáblák kinyeréséhez használt szerelvényeket mutatja: emelkedő hullámforma (balra) és csökkenő hullámforma (jobbra)

 
Miután meghatároztuk a lezáró ellenállás értékét, ezt hozzá kell adni a kapcsolási rajzhoz.

13 ábra Egy lezárt vázlat (balra) és a hozzá tartozó eredmények (jobbra)

 
A 13. ábra a megszüntetett kapcsolási rajzot és a megfelelő eredményeket mutatja, ahol a kezdeti túl- és alulcsúszást már kezelték.
A fent tárgyalt módszer csak egy a pufferimpedancia kiszámítására és a nem illeszkedő impedanciával kapcsolatos problémák megoldására alkalmazható stratégiák közül. Vannak más módszerek is, mint például az IBIS modell pulldown V-I táblázatának használata és a terhelésvezeték-elemzés elvégzése a működési pont azonosítására. Ebből a kimeneti impedancia, valamint a soros záróellenállás értéke származtatható.

SPICE modellek
A 14. ábra egy SPICE-szimulációs mintát mutat az ADG1634L modell felhasználásával tranziens analízis során. A tervező értékelheti az ADG1634L teljesítményét (ebben a példában), és szimulálhatja az eszköz időzítésének és egyéb funkcióinak ellenőrzésére, amelyben a plot eredményei az időtartományban jelennek meg. A tranziens elemzés előre jelzi az alkatrészek viselkedését egy megadott időkeretben. A SPICE modelleket különböző elemzési típusokban is lehet szimulálni, például DC-elemzés és AC-elemzés. Az egyenáramú elemzés egy áramkör feszültségét és áramát számítja ki egy sor egyenáramú bemeneti érték alapján. Az AC-elemzés meghatározza az áramkör csomópontjainak fázisát és nagyságát, ami hasznos lehet, amikor az áramkör viselkedését a frekvenciatartományban próbálja ellenőrizni.

14. ábra Egy SPICE-szimulációs minta az ADG1634L modellel

 
Ezt tovább bővítve összetettebb áramköri tervek szimulálhatók SPICE-ban, amelyek meghatározzák a terv teljesítményét. Lásd a 15. ábrát.

15. ábra Egy példa egy előremenő aktív bilincsáramkör SPICE-szimulációjára LTspice-ban

Melyik modell jobb az Ön szimulációjához?

Az alábbiakban néhány szempontot érdemes megfontolni, hogy az IBIS modell a legalkalmasabb-e egy áramkör szimulációjához:

• Ha a tervező egy digitális I/O-puffer viselkedési jellemzőit keresi, például a puffer impedanciáját, meghajtóerejét, felfutási vagy lecsengési idejét.
• Ha a kiértékelni kívánt alkatrész egy digitális alkatrész, például FPGA.
• Olyan tervezések esetén, amikor egy alkatrész digitális I/O pin-jeinek jelintegritása vagy esetleges átviteli vonalhibái miatt aggódnak, amikor egy PCB nyomvonalhoz csatlakoztatják őket.

Másrészt, olyan áramköri szimulációkhoz, amelyeknél az alkatrész nagyobb teljesítményére van szükség, beleértve az analóg, digitális és tápcsatlakozók működését, valamint az áramkörben több alkatrészhez csatlakoztatott viselkedési reakcióját, a legjobb lehet SPICE modelleket használni. Az IBIS modellekkel szemben a SPICE modellek használatának további fontos szempontjai a következők:

• Amikor egy alkatrész funkcionalitását és viselkedési teljesítményét próbáljuk meg értékelni egy áramkörben való használat során.
• Ha az alkatrész viselkedési válaszát különböző elemzések és tartományok (idő vagy frekvencia) esetén próbáljuk értékelni.
• Olyan összetett tervek esetén, amelyek intenzív csomóponti elemzést igényelnek, és áram- és feszültség-csomópontokat kell megoldani az áramkörben.

Következtetés

A SPICE és IBIS modellek egyre népszerűbbek az iparban, mivel ezek a modellek segítenek a tervezőmérnököknek a céláramkör teljesítményének ellenőrzésében a prototípusok készítése előtt és közben, ami költség- és időmegtakarítási előnyöket biztosít. Mindkét modell viselkedési jellegű. A SPICE modellek általában egy alkatrész viselkedését reprodukálják, beleértve a pin-kiosztást, a pin-konfigurációkat, a funkcionalitást és egyéb műveleteket. Az IBIS modellek az eszköz digitális I/O viselkedését utánozzák a táblázatos feszültség-áram és feszültség-idő információkban szereplő paraméterek segítségével. A modellek használatához mind a SPICE, mind az IBIS modelleknek szükségük van egy szimulátorban használható szimbólumnak nevezett kísérőfájlra. A SPICE modell­szimuláció előre jelzi egy alkatrész teljesítményét, beleértve annak várható pin-funkcióját és konfigurációját, míg az IBIS modell­szimulációt gyakran használják a digitális I/O pin-eken fellépő jelintegritási problémák, például impedanciaeltérés, áthallás, reflexió, alul- vagy túlcsordulás előrejelzésére a PCB-szimulációk során. Annak kiválasztása, hogy melyik modellt használja, a tervező által a modell használatának céljától függ. Az olyan tervezéseknél, amelyek egy alkatrész digitális I/O-pin-ek jelintegritásával, meghajtóerősségével vagy esetleges átviteli vonalhibáival foglalkoznak, amikor egy PCB nyomvonalhoz csatlakoztatják őket, az IBIS modell használata erősen ajánlott. Másrészt az olyan áramköri szimulációkhoz, amelyek egy alkatrész teljesítményét keresik, beleértve annak analóg, digitális és tápellátó pin-funkcionalitását, amikor egy áramkörben használják, SPICE modellek használata ajánlott.

Szerző: May Anne Porley, alkalmazástechnikai mérnök,
Jermaine Lim-Abrogueña, rendszerintegrációs mérnök és
Mar Christian Lacida, termékalkalmazási mérnök – Analog Devices

További műszaki és kereskedelmi információkat az Analog Devices hivatalos hazai forgalmazójától, az Arrow Electronics Hungary-től kaphatnak.

Arrow Electronics Hungary
1138 Budapest, Váci út 140.
Bihari Tamás,
Senior Field Application Engineer
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
Tel.: +36 30 748 0457
www.arrow.com