JEITA LPB-SC
MDL-WG
そのSim.モデルで何ができるのか？疑問を解決！！
~IBISで電源ICをSim.できる？
10:10~11:30

2018.09.08

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この時間では、、、•••

SI,PI,EMIなど、シミュレーションの機会は確実に増えている。もはやシミュレーションは熟練者だけのものではない！
多くの人が正しいシミュレーションを実施するには、、、？
「シミュレーションケースごとにデバイスモデルに対する要件定義をまとめる」（MDL-PG）
そこで、この時間では、、、– 現状で流通している代表的なデバイスモデルってどんな？含まれている特性は？
– よくやる(やりたい)シミュレーションってどんな？
– そのシミュレーションで使用するモデルの要件って？要件を満たすモデル形式は？

•電源ICのシミュレーションはニーズが高そうだ、、、– IBISでDCDCの特性の一部を表現できるかも？

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代表的なデバイスモデルの中身を見てみよう！

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代表的なIOモデル：SPICE•SPICEモデルの中身

GDS

信号線の寄生RCは含まれている。

W

L
電源GND線の寄生RCは？

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SPICEモデルには電源の特性が入っている？いない？
•あるIOモデルに付属していた注意書き•

電源GND間の寄生電源RCは含まれているようだが、、、意図的に仕込んでいるオンチップ容量はふくまれていないようだ

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SPICEモデルには電源の特性が入っている？いない？
•A社のDRAMモデルに付属していた注意書き••

オンチップ容量は含まれているが、寄生電源RCが含まれているかは不明、、、ちなみに、SPICEモデルの中身は暗号化されているため人間には分からない

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代表的なIOモデル：ビヘイビアSPICE•

これはSPICEモデルなのか？

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代表的なIOモデル：IBISv4•

SPICEモデルの出力端子から必要な特性を抽出して作成
Ipu,Ipd「IV特性」
Ipu

Vout
Ipd
Ccomp

Vout

Vout

「VT特性」LPB
LPBt
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代表的なIOモデル：IBISv5•

IBISv4 + IT特性 + IV特性の電源(GND)電圧依存性 = 電源解析の精度向上

Vdd「IV特性の電源(GND)電圧依存性」

Ivdd

Ipd

Vss
Ipu

Vout0Ipd
Ccomp

Vout

Vout

Ivdd

「IT特性」
Vss

LPB
LPB

「VT特性」t
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IV特性の電源(GND)電圧依存性は表現できてる？
••

SPICEモデルで電源(GND)電圧と出力端子電圧を振ってIpdを測定
IBISでも同様にIpdを測定し、SPICEの結果との比を算出

ＩＢＩＳ４

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Ｍａｘ：
Ｍｉｎ：

１．３４
０．７５

ＩＢＩＳ５

Ｍａｘ：
Ｍｉｎ：

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１．２９
０．７２
Page10代表的なIOモデル：IBISv5 (AMI)•••

IBISはv5から通常のIBISとは別にIBIS-AMIモデルが派生した
EQ特性が考慮できるが、IT特性は考慮できないため電源解析はIBISv４レベル
IBIS-AMIへの入力波形はインパルスを想定しているため、通常のIBISモデルやSPICEモデルと組み合わせて使用できない場合が多い（使える組み合わせはツールによる）.dll ファイル
VT特性
EQ特性＋通常のIBIS
モデル

EQの例：DFE

IV特性だけIBIS-AMI
インパルス

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Page11IBISの精度検証•

全員が実施すべき：IBISチェッカー•

IBIS作成者が実施すべき：IQ (IBIS Quality Framework)•

IBIS使用者が利用すべき：GoldenWaveform

作成者
SPICE

抽出
IQ

LPB
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IBIS

IBIS
CHK

使用者

提供

IBIS
CHK

IBIS

GW

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Page12IBISの精度検証：IBISチェッカー•

精度検証にはならないが、基本的な構文チェックができる– https://ibis.org/FreeTool– C:¥Users¥(ユーザー名)¥ に ibischk とIBISファイルを保存– コマンドプロンプト起動– Ibischk6_64(スペース)(IBISファイル名)

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Page13IBISの精度検証：IQ•

IBIS作成者が実施すべきオリジナルモデルとの精度検証ガイドライン– 「正確性」検証結果によってIBISの用途分類ができる
••
•
•
•

IQ0：未検証
IQ1：IBISチェッカーでエラーなし
IQ2：IQ1＋バッファーの出力波形を確認できるレベル
IQ3：IQ2+パッケージでの遅延を含めてタイミング検証ができるレベル（通常のSI）
IQ4：IQ3+電源特性を含めて検証できるレベル（PowerAwareSI）– 「相関性」検証結果によってIBISの精度を格付けできる• S：SPICEモデルとの相関性確認済み• M：実測との相関性確認済み– 「相関性」の検証方法も紹介されている• https://ibis.org/accuracy/handbook.pdf

二つの波形の一致度を１００分率で表現– 例）• Micron

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Page14IBISの精度検証：GoldenWaveform••

IBIS作成者が行ったIBISシミュレーション結果の波形がIBISファイル内に含まれている場合がある。
IBIS使用者は自身の環境でのシミュレーション結果と作成者の結果とを比較できる。
– IBISモデルの使い方は合っているか？
– シミュレーターによる差異はないか？
[Test Data]

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Page15代表的なPKGモデル•

IBISに含まれている［Package］– 全ピンの特性を一つのRLCで定義•

IBISに含まれている［Pin］– 各ピンごとにRLCを定義できる•

IBISに含まれている［Package Model］– 各ピンごとに相互成分を含むRLCを定義できる– PKG配線をブロックごと(ワイヤ部分、トレース部分など)に分割して定義できる••

RLGC分布定数モデル（いわゆるWelement）
Sparameterモデル

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シミュレーションケースを想定~各社で実際に行われているシミュレーション~
ルネサスさんの場合

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Page17IBISを使用したDDRxのPowerAwareSI
実行時間

秘匿性

入手性

使いやすさ

SI

PI

SPICEﾓﾃﾞﾙX△(暗号化)X

X○○

IBISv5ﾓﾃﾞﾙ○(100倍高速)〇(ﾋﾞﾍｲﾋﾞｱﾓﾃﾞﾙ)

○

○

○

△orX

ＳＰＩＣＥ
ＩＢＩＳｖ４
ＩＢＩＳｖ５
CLKジッター

IC
R
C

電源GND変動
P
K
G
PWB

ＳＰＩＣＥ
ＩＢＩＳｖ４
ＩＢＩＳｖ５

１．００
０．１５
０．１８

DRAM
電源GND変動P
R
KC
G
D
電源GND変動
R
P
A
RKM
C
G

IBISv5の効果はイマイチ？

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適切デバイスモデル一覧表•

IBISを使用したDDRｘのPowerAwareSI（ジッターはみない）
必要な特性

デバイスモデル

IOの出力電圧SPICE、（IBISｖ５でもまだだめ）

IOの出力電流SPICE、（IBISｖ５でもまだだめ）

IO出力端子のチップ内部寄生容量

SPICE,IBISIO回路遅延SPICEIO電源のチップ内部容量
IO電源のチップ内部抵抗・インダクタンス？

IO電源の消費電流
IO電源電圧と出力電圧(電流)の関係
IO電源電圧とIO回路遅延の関係
PKG信号パターンの特性、相互成分含む
PKG電源パターンの特性

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Page19シミュレーションケースを想定~各社で実際に行われている(行いたい)シミュレーション~
デンソーさんの場合

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Page20電源ICとEMC
車載システムの高機能化で消費電流が増加
SW電源ICの使用が増加、しかし設計技術の不足、IC製品差があり機器設計の評価で問題となっている
SW電源回路 基板設計差

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製品比較

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Page21ＳＷ電源ＩＣの実装検討
■基板設計
type1

type2

この検討をモデルを用いて実施したい。
SW電源ICを含めたSimは容易ではない。
簡易なモデリングが必要

■結果
type1
type1

type2

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type2

Page22ＳＷ電源ICのシミュレーション

成り行き設計LPB
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ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ結果反映

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適切デバイスモデル一覧表•

電源IC周辺の電界強度・磁界強度の周波数特性
必要な特性

デバイスモデル

PKGのインピーダンス

Sparameter、RLCでもよい

出力電圧

トランジスタSPICE、ビヘイビアな電圧

出力電流

トランジスタSPICE、ビヘイビアな電流

出力寄生容量

SPICE

入力電流（消費電流）特性ビヘイビアな電流、IBISｖ５のIT特性

入力の寄生容量SPICE

PKG内のコンデンサ（あれば）Spara、RLCでもよい

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ところで、IBISでDCDCコンバータを表現できる？

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Page25IBISで表現できる特性と、IBISの利点•

IBISv5以降に含まれる主な特性– [Pullup][Pulldown]– [IssoPu][IssoPd]– [RisingWaveform][FallingWaveform]– [CompositeCurrent]– Ccomp– [Package][Pin][Package Model]•

過渡解析が早い、シミュレーター依存がない（はず）– ビヘイビアのSPICEよりは精度がよいはず– 本物のSPICEよりは早い•

どんなシミュレーションができるのか？
– フル電流の安定している条件で、– フィードバックもできないLPB
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モデリングWGの活動テーマに採用？

IBIS-DCDCモデルと応用事例の作成は本年度のLPB-MDLWGの活動テーマに、、、採用？
不採用？

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モデリングWG 客員 金本先生

最新のチップＰＤＮ解析についてご紹介いただきます。

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