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常用的三种PCB板级信号完整性分析模

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常用的三种 PCB 板级信号完整性分析模

在电子设计中已经有多种可以用于  板级信号完整性分析的模型，其中最为常用的有三种，分别是 、  和 

、。本文主要是对这三种  板级信号完整性模型进行了简单的介绍。

为了进行电路模拟，必须先建立元器件的模型，也就是对于电路模拟程序所支持的各种元器件，在模拟程序中必须有相应的数学模型

来描述他们，即能用计算机进行运算的计算公式来表达他们。一个理想的元器件模型，应该既能正确反映元器件的电学特性又适于在

计算机上进行数值求解。一般来讲，器件模型的精度越高，模型本身也就越复杂，所要求的模型参数个数也越多。这样计算时所占内

存量增大，计算时间增加。而集成电路往往包含数量巨大的元器件，器件模型复杂度的少许增加就会使计算时间成倍延长。反之，如

果模型过于粗糙，会导致分析结果不可靠。因此所用元器件模型的复杂程度要根据实际需要而定。

在基于信号完整性计算机分析的  设计方法中，最为核心的部分就是  板级信号完整性模型的建立，这是与传统的设计方法

的区别之处。 模型的正确性将决定设计的正确性，而  模型的可建立性则决定了这种设计方法的可行性。

目前构成器件模型的方法有两种：一种是从元器件的电学工作特性出发，把元器件看成‘黑盒子’，测量其端口的电气特性，提取器

件模型，而不涉及器件的工作原理，称为行为级模型。这种模型的代表是  模型和  参数。其优点是建模和使用简单方便，节约

资源，适用范围广泛，特别是在高频、非线性、大功率的情况下行为级模型几乎是唯一的选择。缺点是精度较差，一致性不能保证，

受测试技术和精度的影响。

另一种是以元器件的工作原理为基础，从元器件的数学方程式出发，得到的器件模型及模型参数与器件的物理工作原理有密切的

关系。 模型是这种模型中应用最广泛的一种。其优点是精度较高，特别是随着建模手段的发展和半导体工艺的进步和规范，人

们已可以在多种级别上提供这种模型，满足不同的精度需要。缺点是模型复杂，计算时间长。

一般驱动器和接收器的模型由器件厂商提供，传输线的模型通常从场分析器中提取，封装和连接器的模型即可以由场分析器提取，

又可以由制造厂商提供。

在电子设计中已经有多种可以用于  板级信号完整性分析的模型，其中最为常用的有三种，分别是 、 和 

、。

1、SPICE 模型

 是   的缩写，是一种功能强大的通用模拟电路仿真器，已经具有几

十年的历史了，该程序是美国加利福尼亚大学伯克利分校电工和计算科学系开发的，主要用于集成电路的电路分析程序中， 的

网表格式变成了通常模拟电路和晶体管级电路描述的标准，其第一版本于 !"#$ 年完成，是用 % 语言写成的，!"#& 年推出正

式实用化版本，!"'' 年被定为美国国家工业标准，主要用于 ，模拟电路，数模混合电路，电源电路等电子系统的设计和仿真。由

于  仿真程序采用完全开放的政策，用户可以按自己的需要进行修改，加之实用性好，迅速得到推广，已经被移植到多个操作系

统平台上。

自从  问世以来，其版本的更新持续不断，有 $、( 等多个版本，新版本主要在电路输入、图形化、数据结构和

执行效率上有所增强，人们普遍认为 $)& 是最为成功和有效的，以后的版本仅仅是局部的变动。

同时，各种以伯克利的  仿真程序的算法为核心的商用  电路仿真工具也随之产生，运行在  和 *+, 平台，许多都是

基于原始的 $)- 版的源代码，这是一个公开发表的版本，它们都在  的基础上做了很多实用化的工作，比较常见的

 仿真软件有  、 、、. 、、  等，虽然它们的核心算法雷同，但仿真速度、精度

和收敛性却不一样，其中以 / / 公司的   和  公司的   最为著名。

  是事实上的  工业标准仿真软件，在业内应用最为广泛，它具有精度高、仿真功能强大等特点，但它没有前端输入环

境，需要事前准备好网表文件，不适合初级用户，主要应用于集成电路设计；  是个人用户的最佳选择，具有图形化的前端输

入环境，用户界面友好，性价比高，主要应用于  板和系统级的设计。

 仿真软件包含模型和仿真器两部分。由于模型与仿真器是紧密地集成在一起的，所以用户要添加新的模型类型是很困难的，

但是很容易添加新的模型，仅仅需要对现有的模型类型设置新的参数即可。

 模型由两部分组成：模型方程式01 2和模型参数0 2。由于提供了模型方程式，因而可以

把  模型与仿真器的算法非常紧密地联接起来，可以获得更好的分析效率和分析结果。

现在  模型已经广泛应用于电子设计中，可对电路进行非线性直流分析、非线性瞬态分析和线性交流分析。被分析的电路中

的元件可包括电阻、电容、电感、互感、独立电压源、独立电流源、各种线性受控源、传输线以及有源半导体器件。 内建半导

体器件模型，用户只需选定模型级别并给出合适的参数。

采用  模型在  板级进行  分析时，需要集成电路设计者和制造商提供详细准确描述集成电路 34 单元子电路的 

模型和半导体特性的制造参数。由于这些资料通常都属于设计者和制造商的知识产权和机密，所以只有较少的半导体制造商会在提供

芯片产品的同时提供相应的  模型。

 模型的分析精度主要取决于模型参数的来源0即数据的精确性2，以及模型方程式的适用范围。而模型方程式与各种不同的数

字仿真器相结合时也可能会影响分析的精度。除此之外， 板级的  模型仿真计算量较大，分析比较费时。

 2、IBIS 模型

 是 34567 的缩写，它是一种基于 3 曲线的对 34*%%8 快速准确建模的方法，是反映芯片

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