[ibis-macro] Re: Determining the reference signal_name of an I/O buffer

  • From: "Muranyi, Arpad" <Arpad_Muranyi@xxxxxxxxxx>
  • To: "ibis-macro@xxxxxxxxxxxxx" <ibis-macro@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Tue, 1 Mar 2016 01:08:47 +0000

Mike,

Thanks for your comments.  I think I understand what you
are saying.  Please apply your comments now to the proposed
text Walter wrote in one of his earlier emails for the
Interconnect specification, in which he is talking about an
S-parameter instantiation “shorthand” using a single reference
(NofPorts+1) to be connected to a ground or power pin of the
device (if I understand it correctly).

How would you do that when the device has as many pins and
pads (including power, ground and signal) for a package model
as the number of ports in the S-parameter model describing
the package?

How would you do that for an IBIS model which has a single
differential buffer, and two pins and two pads and an s4p
package model?

Thanks,

Arpad
==============================================================

From: ibis-macro-bounce@xxxxxxxxxxxxx [mailto:ibis-macro-bounce@xxxxxxxxxxxxx] ;
On Behalf Of Mike Steinberger
Sent: Monday, February 29, 2016 6:47 PM
To: ibis-macro@xxxxxxxxxxxxx
Subject: [ibis-macro] Re: Determining the reference signal_name of an I/O buffer

Arpad-

I submit that each port in an S parameter matrix has to have a well defined 
current return path; but there is no fundamental reason why the current return 
path for one port should be related to the current return path for any other 
port. For example, the S parameters for an opto-isolator (or an optical fiber 
channel for that matter) can be perfectly well defined and readily measured.

What is important is that for each port in the S parameter matrix, the 
transmission mode has to be well defined. In the work we do with high speed 
serial channels, this almost always resolves itself into a signal wire and a 
current return path, with the unstated assumption that the desired transmission 
mode is at least approximately a TEM mode; and in this case the current return 
path for each port must be clearly defined. However, people have been measuring 
S parameters for waveguide couplers for decades; and in those situations there 
was nothing that even vaguely resembled a ground wire or ground terminal. In 
the case of the waveguide couplers, the modes were not TEM but rather some 
other mode of propagation.

Furthermore, there's no reason why the transmission mode for one port has to 
resemble the transmission mode for a different port. For example, one can 
define and measure the S parameters for a coax to waveguide adapter. For the 
coax port the transmission mode is TEM and for the waveguide port the 
transmission mode is some other waveguide mode such as TE01.

Above audio frequencies, each port has its own current return path which can be 
completely unrelated to the current return path for any other port, and there's 
no such thing as "ground".

Mike Steinberger
On 2/29/2016 6:38 PM, Muranyi, Arpad wrote:
Walter,

I think this conversation is going in the wrong direction, and
as far as the original question goes (what is the reference of
the S-parameter model) it is really irrelevant whether the chip
has a GND pin or not.

Let’s review the original question again.  This time I will rephrase
it a little differently based on some of the conclusions we made
in the conversations so far.

If the package and/or on-die interconnect is modeled with an
S-parameter model which has as many ports as the number of pins
(or pads, or buffer terminals) on the device, what should be the
reference terminal of the S-parameter model connected to?  (The
way I worded this question implies that there are no more pins,
pads or buffer terminals available on the device for the possibility
to connect the reference terminal to it).

In one of your earlier emails you described how S-parameters are
measured in the lab.  Put a probe on a pin/pad/buffer terminal
that is being measured and ground the probe to a nearby, high
quality ground.  That high quality ground may be something other
than a GND pin/pad/buffer terminal of the device itself.  If this
ground connection for the probe is good enough, it may be combined
for all measurements as the common reference for all probe locations.
I would add that if it is good enough for the purpose, one may consider
it to be the node 0 “ground”.  In this case, the reference node of
the S-parameter model can simply be connected to node 0.

On the other hand, you can make the measurements so that the probe
reference is connected to one of the pins for all probe locations.
(This can be a GND, Vcc, or even a signal pin, although that would
be kind of a crazy thing to do).  In this case the S-parameter model
will have NumberOfPins-1 ports.

One of the examples we discussed, where the 4-port S-parameter model
only contains the signal lines of a differential pair, may be referenced
to anything if all of the probe locations are referenced to that one
location.  This could be a +Vcc pin/pad, a –Vcc pin/pad (or even a
signal pin, although that would be kind of a crazy thing to do).
But, as Brad pointed out, there is an additional problem with these
kinds of models, because the parasitics of the power and ground traces
has to be included in the signal’s model, but that is a different
question from where the reference terminal should be connected to.

So as far as finding data sheets for devices which do not have GND pins,
I think we are vesting our time.  That is really not the question here.
For the same reason, I think your proposed text really shouldn’t deal
with [Pin Mapping] and signal names or reserved model names to determine
what the reference terminal of the S-parameter model should be connected
to.  I think it should simply be connected to node 0, or any other ideal
DC voltage the simulator prefers to use.

Thanks,

Arpad
===========================================================================





From: ibis-macro-bounce@xxxxxxxxxxxxx<mailto:ibis-macro-bounce@xxxxxxxxxxxxx
[mailto:ibis-macro-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On Behalf Of Walter Katz
Sent: Monday, February 29, 2016 4:23 PM
To: Tom Dagostino; mlabonte@xxxxxxxxxx<mailto:mlabonte@xxxxxxxxxx>
Cc: IBIS-ATM
Subject: [ibis-macro] Re: Determining the reference signal_name of an I/O buffer

Tom,

Thank you for find this part. Can you tel me the IC Vendor and a vendor part 
number so that I can look at their data sheet. Since they are measuring 
voltages, I would like to know how they indicate what is the reference pin for 
the voltages that are being measured.

Walter

From: Tom Dagostino [mailto:tom@xxxxxxxxxxxxxxxxx]
Sent: Monday, February 29, 2016 2:48 PM
To: mlabonte@xxxxxxxxxx<mailto:mlabonte@xxxxxxxxxx>; 
wkatz@xxxxxxxxxx<mailto:wkatz@xxxxxxxxxx>
Cc: 'IBIS-ATM' <ibis-macro@xxxxxxxxxxxxx<mailto:ibis-macro@xxxxxxxxxxxxx>>
Subject: RE: [ibis-macro] Re: Determining the reference signal_name of an I/O 
buffer

If you look at ECL chips you will find there is no GND in them.  There is a Vee 
and a Vcc.  One common way of connecting ECL chips is to have Vcc at 2V and Vee 
at -3.2 or -1.3V.  Enclosed is an example test circuit.  There are no pins with 
GND in this chip.  The input and output voltages are specified as Vcc – Xspec.

I’ve also worked with serial data chips that have magnetic coupling between the 
input stage and the output stage.  The output stage is meant to float with 
respect to the input.  Think about a communications link between two different 
buildings where there are two different “grounds” with distinctly different 
voltages on them.  We cannot state the output high voltage is 3.3V when 
measured at the input reference GND.  It may be 1,603V, or -2,163.4V.  Yes, you 
can tie the two grounds together and you can have local “grounds”.  But within 
the confines of an IBIS model GND1 is not GND2.  See ADM2486.

And while we are at it there is a whole class of other serial communication 
chips that generate their own voltages internally.  The parts are power by a 
3.3V supply but the output has to swing from say -5V to +5V.  There are voltage 
doublers in these chips with flying capacitors.  There is no hard fixed supply. 
 The output impedance of these supplies is not very low.

And there is another class of chips that  have internal LDOs built into them.  
And I’m seeing more and more of these.  The pullup and Powerclamp references 
are not power supplies on the board.  For example in one recent part there was 
a single 3.3V supply to the chip.  Some of the output and input buffers worked 
off the 3.3V supply.  But other worked off an internally generated 1.8V supply.

And one chip recently had 3.3V and 1.8V supplies.  One set of output buffers 
could work directly off the 3.3V supply or they could be switched to an 
internally generated 2.1V supply.

One of the assumptions all SI simulators make is the supply can both sink and 
source current.  In a large board this works fine for SI purposes because there 
are enough current sinks on the board that any part whose power clamp is 
supplying current to the supply has a place for this current to flow.  But with 
these local LDO features any overshoot causing a Powerclamp to conduct will 
upset the local supply.  There is usually a pin in these LDO based chips to 
bypass the supply, but not always.

Regards,

Tom Dagostino

971-279-5325
tom@xxxxxxxxxxxxxxxxx<mailto:tom@xxxxxxxxxxxxxxxxx>

[LogoAddress]

From: ibis-macro-bounce@xxxxxxxxxxxxx<mailto:ibis-macro-bounce@xxxxxxxxxxxxx
[mailto:ibis-macro-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On Behalf Of Mike LaBonte
Sent: Sunday, February 28, 2016 8:36 PM
To: wkatz@xxxxxxxxxx<mailto:wkatz@xxxxxxxxxx>
Cc: IBIS-ATM
Subject: [ibis-macro] Re: Determining the reference signal_name of an I/O buffer

I think we need to be clear at all times whether it is sufficient to identify a 
reference signal_name or if an exact pin must be identified. The first sentence 
of this goes both ways. One question is whether the parasitics of the 
interconnect shorting the pins associated with one signal together are small 
enough to warrant claiming that it wouldn't matter which of those pins were 
used as a measurement reference node. I'm not so sure, particularly if package 
parasitics are in play.

A potential conflict might come up with BIRD 161.1 Supporting Incomplete and 
Buffer-only [Component] Descriptions<http://ibis.org/birds/bird161.1.docx>. It 
has not yet passed, but it proposes allowing the first column of [Pin] to give 
pad names instead of pin names. At least in that case we would know pin 
parasitics were absent. But it allows says that a [Pin] section could have just 
one pin.

IBIS has always supported producing models from hardware measurement, but it is 
not certain that IBIS requires models to be expressed as though hardware had 
been measured when it wasn't. A quick search tells me I have 169 IBIS files on 
hand that do not contain the word "GND".

Mike

________________________________
From: "Walter Katz" <wkatz@xxxxxxxxxx<mailto:wkatz@xxxxxxxxxx>>
To: "IBIS-ATM" <ibis-macro@xxxxxxxxxxxxx<mailto:ibis-macro@xxxxxxxxxxxxx>>
Sent: Sunday, February 28, 2016 12:08:20 PM
Subject: [ibis-macro] Determining the reference signal_name of an I/O buffer

All,

Continuing this thought, since IBIS is a component measurement based system, 
and since measurement are made at the pin of a component, and since every 
measurement at an I/O pin is made between that pin and some nearby reference 
pin, then all we need to do is define a method of determining the reference 
signal_name for every I/O pin. The following algorithm should work for all 
known existing IBIS models:


1.       [Pin Mapping] tells the bus_label on each of the buffer rail terminals.

2.       These bus_labels define the signal_name on each of the rail  terminals.

3.       If just one signal_name is on a Pin with Model_name GND, and the 
values of the Pullup Reference, Power Clamp Reference, Ground Clamp Reference, 
Pulldown Reference assigned that has that signal_name has a value of 0.0V in 
the [Model], then a pin of that signal_name near the I/O pin is the reference 
for the measurements at the I/O pin. Similarly, the I/O buffer rail terminal 
with the reference signal_name at the I/O buffer is the reference node for 
measurements at the I/O buffer. Similarly, the supply pads at the die/package 
boundary near the I/O die pad are the reference for measurements at the I/O die 
pad.

If this algorithm does not work for an I/O buffer (and I claim such a case does 
not exist) then we can enhance IBIS by adding an option [I/O Reference] section 
that has two columns. The first column is the Pin_name of an I/O buffer, and 
the second column is the signal_name of the reference for all measurements at 
the I/O buffer.


Walter

From: Walter Katz [mailto:wkatz@xxxxxxxxxx]
Sent: Saturday, February 27, 2016 8:58 PM
To: IBIS-ATM <ibis-macro@xxxxxxxxxxxxx<mailto:ibis-macro@xxxxxxxxxxxxx>>
Subject: One of the rail voltages of every IBIS buffer is a GND signal_name and 
a reference node.

All,

I have looked at the data sheets for parts with RS232, ECL, PECL and MECL 
buffers, and every one of them has one of the rail voltages connected to a 
Ground (GND) data book name (signal_name).

Although the IBIS standard does allow the user to associate all of the rail 
voltages with bus_labels on POWER pins, such a buffer is an unnatural act.

If we state that it is a given that every buffer has a Ground rail connection, 
then we can state that every buffer has a well-defined reference node for every 
other terminal measurement at the buffer.

I challenge anyone on this committee to find a part with an I/O buffer that has 
no rail terminals that are Ground.

Walter



Walter Katz
wkatz@xxxxxxxxxx<mailto:wkatz@xxxxxxxxxx>
Phone 303.449-2308
Mobile 303.335-6156


PNG image

Other related posts: