【導(dǎo)讀】電源管理集成電路（PMIC）設(shè)計(jì)涉及電源轉(zhuǎn)換、電壓調(diào)節(jié)、電流管理等核心領(lǐng)域。隨著技術(shù)節(jié)點(diǎn)的演進(jìn)，功率器件面臨著更大的電壓差、更高的電流密度以及更為嚴(yán)苛的功率/熱耗散要求；金屬互聯(lián)層的電阻在整體導(dǎo)通電阻中的占比越來(lái)越大；異形大金屬圖層以及功率器件拆分方式對(duì)參數(shù)提取的準(zhǔn)確性造成了影響；封裝對(duì)芯片內(nèi)電氣特性的影響亦愈發(fā)顯著。這些因素共同對(duì)功率設(shè)計(jì)在電遷移（EM）、熱性能（Thermal）和導(dǎo)通電阻（RDSon）等可靠性方面帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。此外，如何高效地驅(qū)動(dòng)具有較大有效柵極寬度的PowerMOS，以及如何防止上下管開(kāi)關(guān)切換過(guò)程中的穿通漏電現(xiàn)象，也成為功率設(shè)計(jì)領(lǐng)域的核心難題。
電源管理集成電路（PMIC）設(shè)計(jì)涉及電源轉(zhuǎn)換、電壓調(diào)節(jié)、電流管理等核心領(lǐng)域。隨著技術(shù)節(jié)點(diǎn)的演進(jìn)，功率器件面臨著更大的電壓差、更高的電流密度以及更為嚴(yán)苛的功率/熱耗散要求；金屬互聯(lián)層的電阻在整體導(dǎo)通電阻中的占比越來(lái)越大；異形大金屬圖層以及功率器件拆分方式對(duì)參數(shù)提取的準(zhǔn)確性造成了影響；封裝對(duì)芯片內(nèi)電氣特性的影響亦愈發(fā)顯著。這些因素共同對(duì)功率設(shè)計(jì)在電遷移（EM）、熱性能（Thermal）和導(dǎo)通電阻（RDSon）等可靠性方面帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。此外，如何高效地驅(qū)動(dòng)具有較大有效柵極寬度的PowerMOS，以及如何防止上下管開(kāi)關(guān)切換過(guò)程中的穿通漏電現(xiàn)象，也成為功率設(shè)計(jì)領(lǐng)域的核心難題。
Empyrean Polas?解決方案
華大九天推出的Empyrean Polas?工具，憑借其先進(jìn)的3D場(chǎng)求解器提取算法，成功突破了傳統(tǒng)RC參數(shù)提取方法的瓶頸，特別是在處理PMIC設(shè)計(jì)中的電源版圖特殊形狀和大面積圖形時(shí)，工具展現(xiàn)出卓越的質(zhì)量和性能。依托其高精度的提取結(jié)果，Polas能夠精準(zhǔn)執(zhí)行電源路徑的EMIR和RDSon仿真分析。此外，Polas還支持針對(duì)電源分配網(wǎng)絡(luò)（PDN）及關(guān)鍵信號(hào)路徑全面分析，包括PDNEMIR/RMAP/P2PEM/P2PR等，覆蓋了物理和電氣特性，有助于用戶(hù)深入理解物理設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，提升產(chǎn)品性能和可靠性。針對(duì)動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的需求，Polas提供了一套全面的分析功能體系。其中，Gate Delay分析能夠精確監(jiān)測(cè)到PowerMOS管的開(kāi)啟延遲分布；CrossMonitor分析則專(zhuān)注于解決上下管切換時(shí)可能出現(xiàn)的穿通漏電問(wèn)題，為用戶(hù)提供了優(yōu)化PowerMOS管開(kāi)關(guān)時(shí)序，解決相關(guān)問(wèn)題的有力工具。作為一站式解決方案，Polas不僅能夠有效提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，還有效避免因設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的返工問(wèn)題，從而節(jié)省用戶(hù)的寶貴時(shí)間和成本。
PowerMOS EMIR/RDSon應(yīng)用
EMIR分析涵蓋了電遷移（Electromigration）和IR降壓（Voltage Drop）兩大關(guān)鍵領(lǐng)域，旨在評(píng)估電路中電流密度及電壓降對(duì)互連可靠性的影響。RDSon分析則專(zhuān)注于功率電子器件的導(dǎo)通電阻，尤其是涉及BCD和氮化鎵（GaN）等功率器件，導(dǎo)通電阻是衡量功率器件效率和性能的核心指標(biāo)。
美國(guó)芯源系統(tǒng)有限公司（Monolithic Power Systems, Inc.，簡(jiǎn)稱(chēng)MPS）是一家全球知名的高性能模擬和混合信號(hào)半導(dǎo)體企業(yè)。在其產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程中，Polas工具已被廣泛應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目中。通過(guò)EMIR和RDSon分析，Polas能夠精準(zhǔn)識(shí)別金屬層（Metal layer）中電流密度過(guò)高的薄弱環(huán)節(jié)，協(xié)助用戶(hù)對(duì)版圖進(jìn)行優(yōu)化，從而有效降低RDSon導(dǎo)通電阻，提升功率器件的工作效率。通過(guò)與硅片實(shí)測(cè)（SILICON）結(jié)果的對(duì)比分析，Polas工具的分析精度和優(yōu)化效果得到了充分驗(yàn)證。
納芯微電子（NOVOSENSE Microelectronics）是一家高性能高可靠性模擬及混合信號(hào)芯片公司。公司采用Polas工具對(duì)模擬芯片設(shè)計(jì)進(jìn)行了RDSon分析，并結(jié)合完整的封裝級(jí)仿真，一方面獲取與實(shí)測(cè)結(jié)果高度匹配的仿真數(shù)據(jù)，另一方面為Pillar、RDL及PCB設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)，優(yōu)化了PCB走線(xiàn)電阻和芯片內(nèi)部走線(xiàn)電阻。
Resistance MAP應(yīng)用
在電源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，備受關(guān)注的IR-drop問(wèn)題、電流密度（CD）等關(guān)鍵指標(biāo)都與電源網(wǎng)絡(luò)的電阻特性密切相關(guān)。RMAP分析通過(guò)深入探究電阻的物理特性，細(xì)致分析當(dāng)前電源網(wǎng)絡(luò)中的電阻分布，為用戶(hù)提供了版圖檢查和優(yōu)化的有力工具。
臺(tái)灣Ekepower公司在其時(shí)鐘生成電路設(shè)計(jì)流程中引入了Polas工具，通過(guò)運(yùn)用RMAP分析，便捷且迅速地洞察電源網(wǎng)絡(luò)的電阻分布圖。這不僅有助于用戶(hù)對(duì)電源網(wǎng)絡(luò)的物理布局進(jìn)行全面審視，還能幫助用戶(hù)精準(zhǔn)定位阻抗瓶頸點(diǎn)。
PowerMOS上下管切換導(dǎo)通電流檢查
PowerMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管通過(guò)控制柵極電壓來(lái)調(diào)節(jié)源極和漏極之間的電流，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能。在其上下管切換過(guò)程中，需要特別關(guān)注存在導(dǎo)通電流的情況。因?yàn)橐坏┥舷鹿芡瑫r(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)，可能會(huì)引起電源短路，嚴(yán)重?fù)p壞MOS管本身，還可能對(duì)整個(gè)電源系統(tǒng)造成破壞性影響。
一家致力于Audio Power設(shè)計(jì)的臺(tái)灣PMIC公司，使用Polas工具中的Cross Monitor分析功能，對(duì)死區(qū)時(shí)間設(shè)計(jì)進(jìn)行了細(xì)致的合理性檢驗(yàn)。該功能通過(guò)監(jiān)控PowerMOS上下管在高低導(dǎo)通狀態(tài)切換過(guò)程中的電流變化，能夠判斷設(shè)計(jì)中的死區(qū)時(shí)間設(shè)置是否得當(dāng)。這項(xiàng)分析為用戶(hù)提供了至關(guān)重要的反饋信息，指導(dǎo)他們對(duì)Power IC設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，從而提高了產(chǎn)品的可靠性和工作效率。
結(jié)語(yǔ)
華大九天推出的Empyrean Polas?工具是一款專(zhuān)為功率設(shè)計(jì)可靠性分析而設(shè)計(jì)的先進(jìn)工具。它集成了一套系統(tǒng)化的分析方案，全面覆蓋RDSon、EM/IR-drop、Power Gate Timing、RMAP、P2PR/EM以及PDN網(wǎng)絡(luò)檢查
來(lái)源：華大九天
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