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

  • From: "Tom Dagostino" <tom@xxxxxxxxxxxxxxxxx>
  • To: <wkatz@xxxxxxxxxx>, <mlabonte@xxxxxxxxxx>
  • Date: Mon, 29 Feb 2016 18:10:22 -0800

Walter

 

I'm having a problem understanding what you are saying.

 

The example part, the 100313 OR ANY OTHER ECL part can be operated under
normal conditions with for instance:

 

Vcc         0.0          2.0          5.0

Vee        -5.2        -2.5        0.0

 

This same part can be modeled/measured with the following setup:

 

Vcc         0.0          2.0          5.0

Vee        -5.2        -2.5        0.0

 

I know this, I've done this with real parts and real test equipment.  I've
also used ECL parts in all three configurations.

 

There is zero confusion in my mind about this.

 

ALL ECL parts have their input thresholds and output levels defined relative
to Vcc no matter if Vcc is 0, 2 or 5 or any other appropriate voltage.  With
simple transformations we can express them as voltages relative to say GND
but the characteristics will be dependent on the level of Vcc.

 

I've actually done a lot of ECL models.  If you do what you suggest you will
get endpoint errors from the VT tables.  You really do need three different
models to have no parsing errors in the three different setups above.  For
example if you measure the output buffer with Vcc = 0V the VT table will
have end points of about 0 and about -0.9V.  If you change your Vcc to 5 and
Vee to 0 your VT table end points are still 0V and -0.9V.  But with Vcc = 5V
you would expect to see end points of 3 and 3.9V.

 

Tom Dagostino

    

971-279-5325

 <mailto:tom@xxxxxxxxxxxxxxxxx> tom@xxxxxxxxxxxxxxxxx 

 

LogoAddress

 

From: ibis-macro-bounce@xxxxxxxxxxxxx
[mailto:ibis-macro-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On Behalf Of Walter Katz
Sent: Monday, February 29, 2016 5:21 PM
To: Tom Dagostino; mlabonte@xxxxxxxxxx
Cc: IBIS-ATM
Subject: [ibis-macro] Re: Determining the reference signal_name of an I/O
buffer

 

Tom,

 

The question is not what are the operating conditions of the device in a
system. The question is what are the operating conditions of the device when
the IV and VT curves are made. You are confusing the specs of a device when
all voltages are relative to VCC=0. If the device under test was measured
with VCC=0.

 

Consider your part 100313.

 

[Pin]

4 O2c  Output

5 VCC  GND

18 VEE POWER

|

[Pin Mapping] pulldown_ref pullup_ref gnd_clamp_ref power_clamp_ref ext_ref 

4                      VCC                VCC           VEE
VCC                           

|

[Model] Output

Model_type Output

[Pullup Reference] 0.

[Pulldown Reference] 0.

[Power Clamp Reference] 0.

[GND Clamp Reference] -7.3

 

 

This model will work just fine with the following 3 supply voltage
combinations (relative to chassis ground):

 

VCC     VEE

1.      0.0       -7.3

2.      3.65     -3.65

3.      7.3       0.0

 

The bottom line is [Pullup Reference], [Pulldown Reference], [Power Clamp
Reference]  and [GND Clamp Reference] are the voltages that are supplied to
the component when the device is under test, not the voltages supplied to
the component when the component is operating. One does not need three
different models to describe the three operating conditions. 

 

Walter

 

 

From: Tom Dagostino [mailto:tom@xxxxxxxxxxxxxxxxx] ;
Sent: Monday, February 29, 2016 7:39 PM
To: wkatz@xxxxxxxxxx; mlabonte@xxxxxxxxxx
Cc: 'IBIS-ATM' <ibis-macro@xxxxxxxxxxxxx>
Subject: RE: [ibis-macro] Re: Determining the reference signal_name of an
I/O buffer

 

Walter

 

For the purposes of the datasheet the setup conditions were with Vcc = 0V.
But Vcc is not always GND as seen in the test setup in the datasheet.  The
specified voltages are with respect to Vcc, not GND.  The internal working
of an ECL buffer show you that Vcc is the rail at which specifications are
referenced.  

 

Look at FIGURE 1.  Vcc = 2V, Vee = -2.5V 

One page 4 FIGURE 2, the input voltage is specified between +0.31 to +1.05V.
That would not work if the part was specified as Vcc = GND.

 

If I could find my old Motorola ECL manual I'd loan it to you.  This is
addresses very nicely in it.  If you look at a part supplied with Vcc = 0V
and Vee = -5.2V the input and output specifications do not change as a
function of Vee (within reason). But if you supply an ECL part with Vcc = 5V
and Vee = 0V then the input and output specifications are a function of Vcc.
If you remember correctly the termination load for ECL is 50 Ohms to Vcc -
2V.  So as Vcc changes from +4.5 to +5.5V, the termination voltage changes
from  2.5 to 3.5V (4.5V - 2V = 2.5V  --   5.5V - 2V = 3.5V).  The input's
specification tracks the output levels.

 

If you look at the schematic for an ECL buffer the output high is determined
by the base current of the output emitter follower times the internal
resistor on the diff pair plus a Vbe drop in the output device.  The output
low is the IR drop of the same resistor and the standing current of the diff
pair plus base current and a diode drop from Vcc.

 

And yes, the people who are making the datasheets today are taking short
cuts as seen in many ECL datasheets these days.  These short cuts make it
easier for people, they don't have to subtract  Voutlow from Vcc to get the
voltage one would see on a DMM readout.  ECL started in the 1960s and a
-5.2V Vee supply was used.  When TTL and them CMOS became popular with
positive supplies Motorola, National, etc. started specifying their ECL
parts with a Vee = 0V/Vcc =+5V supply and called them PECL. That way you
could have a mix of ECL and TTL/CMOS from a single +5V supply.  Yes, people
were designing mixed systems with -5.2/+5V supplies and really did not need
to do that.  But the ECL parts were specified to work at Vee =  -5.2V and
nobody wanted to operate the parts off spec.

 

And I've modeled CMOS like parts that were specified in the datasheet to
operate between 0 and -5V.  

 

I've also modeled parts that have +/-12V supplies that had TTL like input
threshold level but no pin tied to GND.  And no logic  supply pin either.
The only assumption is the two supplies are of equal magnitude.  These parts
could have been run between 0 and +2*V or 0 and -2*V.

 

It is likely that none of these strange setups will ever dominate the market
and your assumption covers most chips designers will encounter but not all.
IBIS was set up assuming there were no tri-state ECL parts either but I've
seen many of them.

 

 

Tom Dagostino

    

971-279-5325

 <mailto:tom@xxxxxxxxxxxxxxxxx> tom@xxxxxxxxxxxxxxxxx 

 

LogoAddress

 

From:  <mailto:ibis-macro-bounce@xxxxxxxxxxxxx>
ibis-macro-bounce@xxxxxxxxxxxxx [ <mailto:ibis-macro-bounce@xxxxxxxxxxxxx>
mailto:ibis-macro-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On Behalf Of Walter Katz
Sent: Monday, February 29, 2016 3:24 PM
To: Tom Dagostino;  <mailto:mlabonte@xxxxxxxxxx> mlabonte@xxxxxxxxxx
Cc: IBIS-ATM
Subject: [ibis-macro] Re: Determining the reference signal_name of an I/O
buffer

 

Tom,

 

The data book says VCC is GND which is the reference voltage for all
measurements on the chip.

 

There is nothing that prevents hooking up a different voltage relative to
chassis ground to this pin, but all measurement for inputs and outputs shall
be relative to this VCC reference voltage.

 

I assume that VCC will be one of the rail voltages supplied to the device
(e.g. Power Clamp Reference). Then [Power Clamp Reference] would be 0.0V.
The EDA tool can certainly supply any voltage it want to this device.

 

Walter

 

From: Tom Dagostino [mailto:tom@xxxxxxxxxxxxxxxxx] ;
Sent: Monday, February 29, 2016 6:10 PM
To: wkatz@xxxxxxxxxx; mlabonte@xxxxxxxxxx
Cc: 'IBIS-ATM' <ibis-macro@xxxxxxxxxxxxx>
Subject: RE: [ibis-macro] Re: Determining the reference signal_name of an
I/O buffer

 

Walter

 

Like all ECL like parts the input and output voltages are specified with
respect to Vcc, the most positive supply no matter how the part is hooked to
supplies.  This part can be run from -5/0V, 0/+5V or -2.5/+2.0V.  They test
this part with a -2.5/+2V setup.  The voltages specified in the spec sheet
are for Vcc = 0V.

 

Tom Dagostino

    

971-279-5325

 <mailto:tom@xxxxxxxxxxxxxxxxx> tom@xxxxxxxxxxxxxxxxx 

 

LogoAddress

 

From:  <mailto:ibis-macro-bounce@xxxxxxxxxxxxx>
ibis-macro-bounce@xxxxxxxxxxxxx [ <mailto:ibis-macro-bounce@xxxxxxxxxxxxx>
mailto:ibis-macro-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On Behalf Of Walter Katz
Sent: Monday, February 29, 2016 2:23 PM
To: Tom Dagostino;  <mailto:mlabonte@xxxxxxxxxx> 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; wkatz@xxxxxxxxxx
Cc: 'IBIS-ATM' <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

 <mailto:tom@xxxxxxxxxxxxxxxxx> tom@xxxxxxxxxxxxxxxxx 

 

LogoAddress

 

From:  <mailto:ibis-macro-bounce@xxxxxxxxxxxxx>
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:  <mailto:wkatz@xxxxxxxxxx> 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" < <mailto:wkatz@xxxxxxxxxx> wkatz@xxxxxxxxxx>
To: "IBIS-ATM" < <mailto:ibis-macro@xxxxxxxxxxxxx> 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>
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

 <mailto:wkatz@xxxxxxxxxx> wkatz@xxxxxxxxxx

Phone 303.449-2308

Mobile 303.335-6156

 

PNG image

Other related posts:

  1. Home
  2. ibis-macro
  3. Archive
  4. 02-2016