【導讀】電源管理集成電路（PMIC）設計涉及電源轉換、電壓調節、電流管理等核心領域。隨著技術節點的演進，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苛的功率/熱耗散要求；金屬互聯層的電阻在整體導通電阻中的占比越來越大；異形大金屬圖層以及功率器件拆分方式對參數提取的準確性造成了影響；封裝對芯片內電氣特性的影響亦愈發顯著。這些因素共同對功率設計在電遷移（EM）、熱性能（Thermal）和導通電阻（RDSon）等可靠性方面帶來了新的挑戰。此外，如何高效地驅動具有較大有效柵極寬度的PowerMOS，以及如何防止上下管開關切換過程中的穿通漏電現象，也成為功率設計領域的核心難題。
電源管理集成電路（PMIC）設計涉及電源轉換、電壓調節、電流管理等核心領域。隨著技術節點的演進，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苛的功率/熱耗散要求；金屬互聯層的電阻在整體導通電阻中的占比越來越大；異形大金屬圖層以及功率器件拆分方式對參數提取的準確性造成了影響；封裝對芯片內電氣特性的影響亦愈發顯著。這些因素共同對功率設計在電遷移（EM）、熱性能（Thermal）和導通電阻（RDSon）等可靠性方面帶來了新的挑戰。此外，如何高效地驅動具有較大有效柵極寬度的PowerMOS，以及如何防止上下管開關切換過程中的穿通漏電現象，也成為功率設計領域的核心難題。
Empyrean Polas?解決方案
華大九天推出的Empyrean Polas?工具，憑借其先進的3D場求解器提取算法，成功突破了傳統RC參數提取方法的瓶頸，特別是在處理PMIC設計中的電源版圖特殊形狀和大面積圖形時，工具展現出卓越的質量和性能。依托其高精度的提取結果，Polas能夠精準執行電源路徑的EMIR和RDSon仿真分析。此外，Polas還支持針對電源分配網絡（PDN）及關鍵信號路徑全面分析，包括PDNEMIR/RMAP/P2PEM/P2PR等，覆蓋了物理和電氣特性，有助于用戶深入理解物理設計，優化設計流程，提升產品性能和可靠性。針對動態場景的需求，Polas提供了一套全面的分析功能體系。其中，Gate Delay分析能夠精確監測到PowerMOS管的開啟延遲分布；CrossMonitor分析則專注于解決上下管切換時可能出現的穿通漏電問題，為用戶提供了優化PowerMOS管開關時序，解決相關問題的有力工具。作為一站式解決方案，Polas不僅能夠有效提升設計質量，還有效避免因設計缺陷導致的返工問題，從而節省用戶的寶貴時間和成本。
PowerMOS EMIR/RDSon應用
EMIR分析涵蓋了電遷移（Electromigration）和IR降壓（Voltage Drop）兩大關鍵領域，旨在評估電路中電流密度及電壓降對互連可靠性的影響。RDSon分析則專注于功率電子器件的導通電阻，尤其是涉及BCD和氮化鎵（GaN）等功率器件，導通電阻是衡量功率器件效率和性能的核心指標。
美國芯源系統有限公司（Monolithic Power Systems, Inc.，簡稱MPS）是一家全球知名的高性能模擬和混合信號半導體企業。在其產品開發流程中，Polas工具已被廣泛應用于實際項目中。通過EMIR和RDSon分析，Polas能夠精準識別金屬層（Metal layer）中電流密度過高的薄弱環節，協助用戶對版圖進行優化，從而有效降低RDSon導通電阻，提升功率器件的工作效率。通過與硅片實測（SILICON）結果的對比分析，Polas工具的分析精度和優化效果得到了充分驗證。
納芯微電子（NOVOSENSE Microelectronics）是一家高性能高可靠性模擬及混合信號芯片公司。公司采用Polas工具對模擬芯片設計進行了RDSon分析，并結合完整的封裝級仿真，一方面獲取與實測結果高度匹配的仿真數據，另一方面為Pillar、RDL及PCB設計提供了指導，優化了PCB走線電阻和芯片內部走線電阻。
Resistance MAP應用
在電源網絡設計領域，備受關注的IR-drop問題、電流密度（CD）等關鍵指標都與電源網絡的電阻特性密切相關。RMAP分析通過深入探究電阻的物理特性，細致分析當前電源網絡中的電阻分布，為用戶提供了版圖檢查和優化的有力工具。
臺灣Ekepower公司在其時鐘生成電路設計流程中引入了Polas工具，通過運用RMAP分析，便捷且迅速地洞察電源網絡的電阻分布圖。這不僅有助于用戶對電源網絡的物理布局進行全面審視，還能幫助用戶精準定位阻抗瓶頸點。
PowerMOS上下管切換導通電流檢查
PowerMOS場效應晶體管通過控制柵極電壓來調節源極和漏極之間的電流，從而實現開關功能。在其上下管切換過程中，需要特別關注存在導通電流的情況。因為一旦上下管同時處于導通狀態，可能會引起電源短路，嚴重損壞MOS管本身，還可能對整個電源系統造成破壞性影響。
一家致力于Audio Power設計的臺灣PMIC公司，使用Polas工具中的Cross Monitor分析功能，對死區時間設計進行了細致的合理性檢驗。該功能通過監控PowerMOS上下管在高低導通狀態切換過程中的電流變化，能夠判斷設計中的死區時間設置是否得當。這項分析為用戶提供了至關重要的反饋信息，指導他們對Power IC設計進行優化，從而提高了產品的可靠性和工作效率。
結語
華大九天推出的Empyrean Polas?工具是一款專為功率設計可靠性分析而設計的先進工具。它集成了一套系統化的分析方案，全面覆蓋RDSon、EM/IR-drop、Power Gate Timing、RMAP、P2PR/EM以及PDN網絡檢查
來源：華大九天
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