パッケージモデル解説

IBISのパッケージモデル

IBISにはパッケージに関する3種類のキーワードがあります。

多くのEDAツールでは、上記何れかのキーワードを使用することが可能です。
キーワード毎に定義できるパッケージの特徴が異なるため、シミュレーションの目的に応じて適切なパッケージモデルを使用する必要があります。

IBIS model

図-3.1 IBISバッファモデル

Package

キーワード:	[Package]
必須:	はい
概要:	全てのピンに共通で適応されるコンポーネントのパッケージモデルです。 1段の R、L、C （集中定数）で定義されます。ピン間の相互結合は含みません。

図-3.2 [Package] の定義例

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Pin

キーワード:	[Pin]
必須:	はい
概要:	ピン毎のパッケージモデルです。 1段の R、L、C （集中定数）で定義されます。ピン間の相互結合は含みません。

図-3.3 [Pin] の定義例

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Define Package Model

キーワード:	[Define Package Model]
必須:	いいえ
概要:	ピン毎のパッケージモデルです。マトリクス形式のR、L、Cで表現されます。 Sub-Parameterの定義によっては、ピン間の相互結合を考慮できます。このキーワードをサポートしていないEDAツールでは、この定義は無視されます。

以下の例では、パッケージモデル”test”がマトリクス形式で定義されています。

図-3.4 [Define Package Model] の定義例

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Matrixの種類とMatrix定義

キーワード:	[Resistance_Matrix], [Inductance_Matrix], [Capacitance_Matrix]
必須:	[Inductance_Matrix][Capacitance_Matrix]は必須。 [Resistance_Matrix]はオプション。記述のない場合はゼロとみなされる。
Sub-Params:	Banded_matrix, Sparse_matrix, Full_matrix (引用：IBIS Ver6.1 P146～)
概要:	サブパラメータはMatrixの開始とフォーマットを表します。

Matrix定義
- 基板上の配線には小さなR,L,C成分が存在し、配線および配線間の相互結合の関係を定義するため、Matrix定義があります。
- また各Matrixのデータ量を小さくするためにサブパラメータがあります。サブパラメータはMatrix定義の直後に記述し、Banded_matrix, Sparse_matrix, Full_matrix のいづれかを指定できます。

[Resistance_Matrix]
- パッケージの配線間の抵抗値をマトリクス形式で表現します。
- 抵抗値を考慮しないときは省略可能です。記述の無い場合はゼロとみなします。

[Inductance_Matrix]
- パッケージの配線間のインダクタンス値をマトリクス形式で表現します。

図-3.5 Inductance_Matrix解説

[Capacitance_Matrix]
- パッケージの配線間のキャパシタンス値をマトリクス形式で表現します。

図-3.6 Capacitance_Matrix解説

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Sub-Parameter

Sub-Param ：Banded_matrix
- 他のピンとの関係が全て同一の場合、１つの定義で他のピンを定義します。
- 自分のピンのみ定義し、他のピンとの関係を定義しない場合には、[Bandwidth]を “0”と記述します。

記述例：
No coupling
[Resistance Matrix] Banded_matrix
[Bandwidth] 0
[Row] 1
10
[Row] 2
15
[Row] 3
15
[Row] 4
10

図-3.7 Banded matrix解説

(引用：2014 ASIAN IBIS Summit, Yokohama / Shinichi Maeda@KEI Systems)

Sub-Param ：Full_matrix
- 自分のピンおよび他のピンとの結合成分を全て記述します。

記述例：
All pins coupling together
[Inductance Matrix] Full_matrix
[Row] 1
3.04859E-07 4.73185E-08 1.3428E-08 6.12191E-09
[Row] 2
3.04859E-07 4.73185E-08 1.3428E-08
[Row] 3
3.04859E-07 4.73185E-08
[Row] 4
3.04859E-07

図-3.8 Full matrix解説

(引用：2014 ASIAN IBIS Summit, Yokohama / Shinichi Maeda@KEI Systems)

Sub-Param ：Sparse_matrix
- 指定したピンとの結合成分のみを定義し、指定しないところは”0”とします。

記述例：
Matrix between selected pins
[Capacitance Matrix] Sparse_matrix
[Row] 1
1 2.48227e-10
2 -1.56651e-11
[Row] 2
2 2.51798e-10
3 -1.56552e-11
[Row] 3
3 2.51798e-10
4 -1.56651e-11
[Row] 4
4 2.48227e-10

図-3.9 Sparse matrix解説

(引用：2014 ASIAN IBIS Summit, Yokohama / Shinichi Maeda@KEI Systems)

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優先順位と特徴

優先順位
- [Define Package Model] > [Pin] > [Package] の順で優先されます。
- [Define Package Model] [Pin]のどらでも定義されていないPinは [Package] の値(Global)が適用されます。
- [Define Package Model]は、.ibsファイル内表記と、外部の.pkgファイル表記が許されており、両方ある場合は、.ibsファイル内表記が優先されます。

特徴
- [Package]では等価回路モデルが単純なR,L,C１段構造のため、数百MHz以上の周波数帯では誤差が大きくなります。[Package Model]において多段R,L,C回路が使えるようになり、高周波帯 (GHz帯)の精度向上に有効です。
- [Package]ではPin間や配線間の結合が定義されていないため、クロストークノイズの解析ができません。[Define Package Model]の[Matrix]定義によりパッケージ内配線間の相互結合を考慮することができ、クロストークノイズの解析が可能です。

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IBIS以外のパッケージモデル

TouchstoneフォーマットのSパラメータで表現したパッケージモデルがあります。
- ピン間の相互結合を考慮した周波数依存の特性です。
- 高速シリアル IFのデバイスモデルとして、IBIS-AMIとともに提供されるケースが多いです。

図-3.10 Sパラメータモデル（Touchstoneフォーマット.sNp）の例

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各種パッケージモデルの特徴

パッケージモデルによって考慮できる特性が異なります。

	集中定数	結合考慮	分布定数	高周波損失考慮	ピン配列記載	規格
[Package], [Pin]	〇				〇	IBIS
[Define Package Model]	〇	〇			〇	IBIS
EBD (ELECTRICAL BOARD DESCRIPTION)			〇		〇	IBIS
S-parameter		〇	〇	〇		Touchstone

図-3.11 各種パッケージモデルの特徴

※上記は全てIBIS Open Forumで管理しているもの。
この他にIBIS-ISS規格-モデルやLPB Forumで管理している記述法などあり。

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パッケージモデルの比較例

下記のバスラインに対して、ドライバ/レシーバICのパッケージモデルを変えた場合のレシーバ端の波形をシミュレーションで確認します。

図-3.12 トポロジー

図-3.13 Rx2レシーバピン端波形

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まとめ

パッケージモデルについて
- IBISには3種類のパッケージモデルが定義されています。
- IBISの他にSパラメータで表現したパッケージモデルがあります。
- パッケージモデルにより考慮できる特性が異なります。

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