為了模擬電路，首先要建立元件的模型，即對于電路仿真程序支持的各種元件，在仿真程序中必須有相應的數學模型來描述它們，即計算機可以使用操作的計算公式來表達它們。理想的元件模型不僅要正確反映元件的電氣特性，還要適合計算機上的數值解。一般而言，設備模型的準確性越高，模型本身越復雜，所需的模型參數的數量就越多。以這種方式，增加了存儲量并且計算時間增加。集成電路通常包含大量組件，并且設備模型的復雜性的小幅增加將使計算時間倍增。相反，如果模型太粗糙，則可能導致不可靠的分析結果。

 

因此，所使用的組件模型的復雜性取決于實際需要。在基于信號完整性計算機分析的PCB設計方法中，最核心的部分是建立PCB板級信號完整性模型，這與傳統的設計方法有所區別。

 

SI模型的正確性將決定設計的正確性，而SI模型的可用性決定了該設計方法的可行性。目前，有兩種方法構成了器件模型：一種是從元件的電氣工作特性，元件作為“黑盒子”，測量其端口的電氣特性，提取器件模型，而不是涉及設備的工作原理，稱為行為級別模型。該模型由IBIS模型和S參數表示。其優點是模型和使用簡單方便，節約資源，應用范圍廣，特別是在高頻，非線性，高功率的情況下，行為級模型幾乎是唯一的選擇。缺點是精度差，不保證一致性，并受測試技術和精度的影響。另一種是基于組件的工作原理，從組件的數學方程出發，器件模型和模型參數與器件的物理工作原理密切相關。 SPICE模型是該模型中使用最廣泛的模型之一。優點是精度高，特別是隨著建模手段的發展和半導體技術的進步和標準化，人們可以在不同層次上提供這種模型以滿足不同的精度需求。

 

缺點是模型復雜，計算時間長。

 

通用驅動器和接收器的型號由設備制造商提供，傳輸線的型號通常從現場分析儀中提取，包裝和連接器的型號可以由現場分析儀提取并由制造商提供。

 

在電子設計中，已經有多種模型可用于PCB板級信號完整性分析，其中三種是最常用的，如SPICE，IBIS和Verilog-AMS，VHDL-AMS。

 

首先，SPICE模型Spice是SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis的縮寫，這是一個功能強大的通用模擬電路仿真器，已有數十年歷史，該程序由加州大學伯克利分校電子與計算科學系開發，主要用于集成電路的電路分析程序，Spice的網絡表格形式成為通常的模擬電路和晶體管級電路中描述的標準，其第一個版本于1972年完成，用Fortran語言編寫。 1975年推出正式實用版，1988年被指定為美國國家工業標準，主要用于IC，模擬電路，數字混合電路，電源電路等電子系統的設計和仿真。

 

由于Spice模擬器采用完全開放的策略，用戶可以根據自己的需要進行修改，加上實用性好，快速推廣，已經遷移到多個操作系統平臺。

 

自Spice問世以來，其版本的更新一直是連續的，有Spice2，Spice3等版本，新版本主要是在電路輸入，圖形，數據結構和實現效率方面得到了提升，人們普遍認為Spice2G5是最成功和最有效的，未來版本只是部分改變。同時，各種Berkeley的Spice仿真器算法作為商用Spice電路仿真工具的核心也在生成，在PC和UNIX平臺上運行，很多都是基于原有的SPICE2G6版源代碼，是公開發布的版本，

 

他們都在Spice的基礎上做了大量的實際工作，更常見的Spice仿真軟件有Hspice，Pspice，Spectre，Tspice，SmartSpcie，IsSpice等，雖然他們的核心算法是相同的，但仿真速度，準確性 和收斂不一樣，其中Synopsys公司的Hspice和Cadence公司的Pspice是最著名的。 Hspice是事實上Spice行業標準的仿真軟件，在業界應用最為廣泛，它具有高精度，強大的仿真等特性，但它沒有前端輸入環境，需要準備網絡表格文件 提前，不適合初級用戶，主要用于集成電路設計

; Pspice是個人用戶的最佳選擇，具有圖形化的前端輸入環境，界面友好，性價比高，主要用于PCB板和系統級設計。SPICE仿真軟件包含兩個部分，模型和仿真器。

 

由于模型與仿真器緊密集成，因此用戶很難添加新的模型類型，但很容易添加只需要為現有模型類型設置新參數的新模型。 SPICE模型由兩部分組成：模型方程（ModelEquations）和模型參數（ModelParameters）。

 

由于提供了模型方程，SPICE模型可以與仿真器算法緊密連接，可以獲得更好的分析效率和分析結果。現在SPICE模型已被廣泛應用于電子設計，非線性直流分析，非線性瞬態分析和線性通信分析等都可以在電路上進行。分析電路中的組件可包括電阻器，電容器，電感器，互感，獨立電壓源，獨立電流源，各種線性受控源，傳輸線和有源半導體器件。

 

SPICE內置半導體器件模型，用戶只需選擇模型級別并給出相應的參數。當在PCB板級使用SPICE模型進行SI分析時，IC設計人員和制造商需要提供SPICE模型的詳細和準確的描述以及IC I / O單元子電路制造參數的半導體特性。

 

由于此信息通常屬于設計人員和制造商的知識產權和機密性，因此只有少數半導體制造商在提供芯片產品的同時提供相應的SPICE模型。 SPICE模型的分析精度主要取決于模型參數的來源（即數據的準確性），以及模型方程的應用范圍。當模型方程與各種不同的數字仿真器組合時，分析的準確性也可能受到影響。

 

另外，SPICE模型的PCB板級仿真計算量大，分析比較耗時。

 

二。 IBIS模型IBIS是I / OBufferInformationSpecification的縮寫，是一種基于I / V曲線的快速準確的I / OBUFFER建模方法，是反映芯片驅動和接收電氣特性的國際標準。

 

它提供標準文件格式來記錄驅動源輸出阻抗，上升/下降時間和輸入負載等參數，非常適合高速電路設計（如振蕩和串擾）的計算和仿真。

 

為了開發統一的IBIS格式，EDA，IC供應商和最終用戶建立了IBIS格式開發委員會，隨后是由EDA制造商，計算機制造商，半導體制造商和大學組成的IBIS開放論壇。 1993年，格式開發委員會推出了IBIS的第一個標準版本1.0，自那時以來一直在不斷修訂，最新的正式版本是2004年出版的Version4.1，v4.1，主要包括對多語言模型，包括BerkeleySPICE，VHDL-AMS和Verilog-ams，ibis模型具有對整個系統建模的能力，并且建模應用的范圍已經大大擴展，但這需要支持混合模擬引擎這些模型要模擬，所以模型軟件的大規模應用仍然是時候。 IBIS標準已獲得EIA認可，并被定義為ANSI / EIA-656-A標準。

 

每個新版本都添加了一些新內容，但這些新內容只是IBIS模型文件中的可選項而不是必需項目，這保證了IBIS模型的向后兼容性。現在，已有數十家EDA公司成為IBIS開放論壇的成員，支持IBIS EDA提供不同設備的IBIS模型以及軟件模擬工具。越來越多的半導體制造商開始提供其產品的IBIS模型。由于IBIS模型不需要描述I / O單元的內部設計和晶體管制造參數，因此受到半導體制造商的歡迎和支持。

 

現在各大數字IC制造商都能夠同時提供芯片，以提供相應的IBIS模型。

 

IBIS規范本身只是一種文件格式，描述了如何在標準IBIS文件中記錄芯片驅動器和接收器的不同參數，但沒有說明如何使用這些記錄的參數，這些參數需要由仿真工具使用IBIS模型。 IBIS模型僅提供驅動器和接收器的行為描述，但不泄漏電路內部結構的知識產權細節。換句話說，賣家可以使用IBIS模型來說明他們最新的門級設計工作，而不會泄露過多的產品信息他們的競爭者

 

并且，由于IBIS是一個簡單的模型，在PCB板級仿真時使用查找表計算，因此計算量小，比相應的全Spice晶體管級模型仿真節省了10~15倍的計算量。 IBIS提供兩條完整的I / V曲線，表示驅動器進入高低電平狀態，以及以確定的轉換速度進行狀態轉換曲線。 I / V曲線的功能是為IBIS提供建模能力，以保護非線性效應，如二極管，TTL圖騰柱驅動源和彈射極跟隨輸出。 IBIS模型的分析精度主要取決于數據點和I / V和V / T表數據的準確性。