Introduction to Series Model in IBIS file and design simulation example

一、什么是Series Model

在上一次的IBIS（nput/Output Buffer Information Specification）技术文章中，借助IBIS文件规范，我们简单介绍了.ibs文件中的内容和用法。今天，我们来详细了解一下文件中的一类特殊模型——Series Model。

作为[Model]关键字中定义的buffer type类型之一，Series Model是指一种用于描述电路中串联元件（如电阻、电感、电容等）的模型。这些串联元件通常用于模拟信号路径中的寄生效应，例如信号线上的电阻、电感和电容，从而更精确地描述引脚之间的关系。

图1 差分驱动端的Series Model

二、为什么需要Series Model？

IBIS cookbook以差分放大器的IBIS建模举例，进一步描述了Series Model的用处。

首先，我们需要了解这三种常用的差分放大器：

1.伪差分放大器：如图2所示，如下图所示的伪差分驱动，两个引脚电路间是完全互相独立且没有耦合的，可以独立运作不受对方干扰。

2.半差分放大器：如图3所示，上拉端互相独立，下拉到地的部分共用同一个电流源，由于输出电流是共享的，两个引脚之间会互相影响。

3.全差分放大器：如图4所示，除了下拉到地的部分共用一个电流源，上拉部分还用了一个电流镜，两个引脚同样是互相耦合的。

图2 伪差分放大器

图3 半差分放大器

图4 全差分放大器

IBIS规范为差分buffer建模提供了一个简单的机制。[diff pin]关键字允许模型制作者将两个[Model]关联为一对差分引脚。由于[Model]关键字仅用于单端buffer建模，因此严格来说，这种机制仅适用于伪差分驱动器和接收器建模，只能描述信号端和电源端之间的电气关系，无法包含差分缓冲器两个信号端之间的任何信息，也就是说，对于上述提到的全差分/半差分放大器，使用这种机制无法准确建模。因此IBIS规范引入了以下机制，可以描述两个差分引脚间的耦合：

1.[Series Pin Mapping]关键字允许模型制作者将两个引脚关联为差分引脚有耦合的情况

2.[Series Model]关键字则用来描述耦合部分的模型形态。这一关键字只能在关键字[Model]为Series的下方出现。在IBIS 7.0规范中，仅支持R/L/C/Series Current/Series MOSFET这几种类型的串联模型。更详细的模型描述，感兴趣的读者可以从标准中自行查阅一二。

三、SIDesigner 仿真案例分析

1、如何将Series Model引入仿真?

我们以巨霖科技的信号完整性仿真工具SIDesigner为例，查看如何在信号完整性分析中使用Series Model：

Step1. 打开SIDesigner并成功创建原理图如下：

Step2. 设置包含Series Model的接收端如下：

选中[Series Pin Mapping]中包含的引脚时，Use Series Model会开放勾选。开启该功能时，Series Models分页生效，从中我们可以看到，对于该IBIS文件，pin5和pin16有耦合。

Step3. 点击仿真，波形如下：

Step4. 对比验证：

如果不使用Series Model功能，原理图如下：

波形如下：

通过对比，可以直观看到，耦合部分带来的信号完整性问题。

Reference：

1. IBIS Modeling Cookbook for IBIS Version 4.0, Sep 2005, https://ibis.org/cookbook/cookbook-v4.pdf