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IBIS5 시뮬레이션

[Composite Current] 테이블 데이터와 [ISSO PD], [ISSO PU] 테이블 데이터가 IBIS 5.0에 추가되었다. 현재 위 2가지 추가된 부분을 완벽히 지원하는 시뮬레이터와 부부적으로 지원하는 시뮬레이터가 공존하고 있다. 시뮬레이터의 성능을 확인하기 위해서 IBIS 5.0 DDR3 모델이 개발되었고 시뮬레이션 툴을 SPICE 모델 결과와 비교하는데 사용하였다.

[Composite Current]

버퍼의 전원 기준 단자에서 상승 혹은 하강 에지 전류 파형의 모양을 기술한다.

pre-driver 전류 I-t 데이터를 추가한다.

여기서,

I_byp bypass 전류

I_pre pre-driver 전류

I_cb Crow-bar 전류

I_term termination 전류 (옵션)

L_VDDQ I/O 파워의 on-die 인덕턴스

R_VDDQ I/O 파워의 on-die 레지스턴스

L_GND 그라운드의 on-die 인덕턴스

R_GND 그라운드의 on-die 레지스턴스

C_p+b bypass +기생 커패시턴스

ESR on-die 커패시터의 등가 직렬 레지스턴스

ESL on-die 커패시터의 등가 직렬 인덕턴스

[Composite Current] 데이터

부하 = 50ohm to [Pullup Reference]

부하 = 50ohm to [Pulldown Reference]

부하 = 1 Gohm to [Pulldown Reference] (무부하)

[Composite Current] 관찰 결과

pre-driver 전류 시간와 correlate를 위해 V-t 커브의 시작에 충분한 ‘dead time’이 추가되어야 한다.

• 이것은 모델 스위칭 레이트(오버 클러킹)을 제한한다.

• 예제 모델은 DDR3-1066 이었으나, 이제 DDR3-800이다.

[composite Current]는 [Pullup Reference] 공급 전류만을 포함한다.

• 알고리즘은 [Pulldown Reference] 전류가 [Pullup Reference] 전류와 같다고만 가정할 수 있다.

• 이것이 유효한가?

[ISSO PU]와 [ISSO PD]

데이터는 pullup/pulldown 기준 노드에서 전압의 함수로써 버퍼의 pullup/pulldown 구조의 유효 전류를 정의한다. 드라이버 전류(I_DS vs. V_GS)에 대한 게이트 모듈레이션 효과 모델링을 추가한다.

[ISSO PD] 데이터

[ISSO PU] 데이터

IBISCHK5에서 [ISSO PU]와 [ISSO PD] 데이터

IBISCHK5는 Isso_pd(0) = Ipd(VCC)와 Isso_pu(0) = Ipu(VCC)를 체크한다.

• Typ에서 Pulldown은 0.42%가 다르고, Pullup은 0.12%가 다르다.

• IBISCHK5는 WARNNING을 제시한다. 너무 센시티브한가?

  WARNING - Model DQ_34_1066: Minimum ISSO_PD current ( 0.031A) at 0V does not match Pulldown current ( 0.031A) at reference ( 1.425V)

IBISCHK5는 Isso_pd(VCC) = 0와 Isso_pu(VCC) = 0을 체크한다.

• X nA의 값이 WARNNING을 발생시켜야 하는가?

  WARNING - Model DQ_34_1066: Minimum ISSO_PD current (-0.000A) at Pullup reference ( 1.425V) - table value ( 1.425V) is non-zero

• 경고 메시지에서 리포트된 숫자의 자릿수가 문제를 지적하기에 충분하지 않다.

[ISSO PU]와 [ISSO PD] 데이터 사용하기

Ksso_pu와 Ksso_pd 데이터로부터 모듈레이션 계수를 계산할 수 있다.

• VCC에서 50mV drop에 대한 Ksso_pu 값은?

  Ksso_pu(Vtable_pu) = Isso_pu(Vtable_pu)/Isso_pu(0)

  Ksso_pu(50mV) = Isso_pu(50mV)/Isso_pu(0)

  Ksso_pu = -28.1067mA/-30.16485mA = 0.9318

• VSS에서 50mV rise에 대한 Ksso_pd 값은?

  Ksso_pd(Vtable_pd) = Isso_pd(Vtable_pd)/Isso_pd(0)

  Ksso_pd(50mV) = Isso_pd(50mV)/Isso_pd(0)

  Ksso_pd = 34.83905mA/37.13536mA = 0.9382

• 이 예에서, 공급 전압에서 50mV drop은 K scale factor에서 ~7% 감소로 변환된다.

시뮬레이션 결과(툴 A와 B 비교)

시뮬레이션 셋업

• 최소 UI 1.25ns의 PRBS 패턴

• Typical 케이스 만

• on-die 디커플링 커패시턴스 포함

  적절하게 IBIS에 포함시킬 방법이 없어서 Series 모델로 die가 아닌 pin에 부착

• 시뮬레이션 1: 패키지 모델 없이 DQ1 만

  [Composite Current]를 SPICE와 직접 비교

• 시뮬레이션 2: Rpkg = 5 ohm으로 DQ1 만

  [ISSO PU]와 [ISSO PD] 전류 스케일링 테스트

• 시뮬레이션 3: 8 포트 SPICE 커플된 패키지 모델을 가지고 DQ1 + DQ2

  실제 패키지 RLCs를 적용하면 어떻게 되나?

• 시뮬레이션 4: 다른 PRBS를 가지고 SPICE 패키지 모델을 가진 DQ1 +DQ2

  하나 이상의 버퍼(실제 SSO 조건)에서 어떻게 되나?

시뮬레이션 1, 툴 A

위에서 BIRD95는 IBIS 5.0의 [Composite Current]이다.

VSSQ 전류는 향상되고 VCCQ 전류는 잘 매치된다.

시뮬레이션 1, 툴 B

VSSQ 전류는 툴 A보다 향상되고 VCCQ 전류는 잘 매치된다.

시뮬레이션 1, 툴 A, 1.25ns UI

빨간 동그라미 부분에서 [Composite Current]가 짤린다.

시뮬레이션 1, 툴 B, 1.25ns UI

빨간 동그라미 부분에서 [Composite Current]가 짤리지 않는다.

시뮬레이션 2, 툴 A

위에서 BIRD95는 IBIS 5.0의 [Composite Current]이고, BIRD98의 [ISSO PU]와 [ISSO PD] 이다.

[ISSO Px] 단독으로는 매치가 잘 안된다. [ISSO Px]는 [Composite Current] 결과를 항샹시킨다. SPICE 매칭 결과는 괜찮다.

시뮬레이션 2, 툴 B

[ISSO Px] 단독으로는 매치가 잘 안된다. [ISSO Px]는 [Composite Current] 결과를 항샹시킨다. SPICE 매칭 결과는 괜찮다.

시뮬레이션 3, 툴 A

[Composite Current]와 [Composite Current] + [ISSO Px] 결과가 SPICE에 더 잘 매치된다. SPICE는 IBIS에는 보이지 않는 delay가 보인다.

시뮬레이션 3, 툴 B

[Composite Current]와 [Composite Current] + [ISSO Px] 결과가 SPICE에 더 잘 매치된다. SPICE는 IBIS에는 보이지 않는 delay가 약간 보인다.

시뮬레이션 4, 툴 A

[Composite Current]와 [Composite Current] + [ISSO Px] 결과가 SPICE에 더 잘 매치된다. 시뮬레이션의 복잡성 때문에 결과가 향상되지 않는다.

시뮬레이션 4, 툴 B

[Composite Current]와 [Composite Current] + [ISSO Px] 결과가 SPICE에 더 잘 매치된다. 시뮬레이션의 복잡성 때문에 결과가 향상되지 않는다.

결론

• [Composite Current]의 구현은 전원 공급 전류 시뮬레이션 정확도를 대폭 향상시킨다.

• [ISSO Px]의 구현은 [Composite Current] 단독의 정확도를 향상 시킨다.

• [Composite Current] 없는 [ISSO Px]는 이번 테스트에서 결과 향상이 없었다.

• 패키지 기생 성분을 포함한 SPICE 시뮬레이션에 더 잘 매치시키는 데 알고리즘은 심화된 향상을 사용한다.

• IBISCHK5는 [ISSO Px]를 체크하는데 너무 민감한 것 같다.

- European IBIS Summit, 2011, BIRD95 and BIRD98 Simulations 자료에서 발췌