迎刃而解——华大九天Polas利器应对功率设计挑战

PyAether玩家

本文转载自华大九天微信公众号。


电源管理集成电路（PMIC）设计涉及电源转换、电压调节、电流管理等核心领域。随着技术节点的演进，功率器件面临着更大的电压差、更高的电流密度以及更为严苛的功率/热耗散要求；金属互联层的电阻在整体导通电阻中的占比越来越大；异形大金属图层以及功率器件拆分方式对参数提取的准确性造成了影响；封装对芯片内电气特性的影响亦愈发显著。这些因素共同对功率设计在电迁移（EM）、热性能（Thermal）和导通电阻（RDSon）等可靠性方面带来了新的挑战。此外，如何高效地驱动具有较大有效栅极宽度的PowerMOS，以及如何防止上下管开关切换过程中的穿通漏电现象，也成为功率设计领域的核心难题。

华大九天推出的Empyrean Polas®工具，凭借其先进的3D场求解器提取算法，成功突破了传统RC参数提取方法的瓶颈，特别是在处理PMIC设计中的电源版图特殊形状和大面积图形时，工具展现出卓越的质量和性能。依托其高精度的提取结果，Polas能够精准执行电源路径的EMIR和RDSon仿真分析。此外，Polas还支持针对电源分配网络（PDN）及关键信号路径全面分析，包括PDNEMIR/RMAP/P2PEM/P2PR等，覆盖了物理和电气特性，有助于用户深入理解物理设计，优化设计流程，提升产品性能和可靠性。

针对动态场景的需求，Polas提供了一套全面的分析功能体系。其中，Gate Delay分析能够精确监测到PowerMOS管的开启延迟分布；CrossMonitor分析则专注于解决上下管切换时可能出现的穿通漏电问题，为用户提供了优化PowerMOS管开关时序，解决相关问题的有力工具。作为一站式解决方案，Polas不仅能够有效提升设计质量，还有效避免因设计缺陷导致的返工问题，从而节省用户的宝贵时间和成本。

PowerMOS EMIR/RDSon应用

EMIR分析涵盖了电迁移（Electromigration）和IR降压（Voltage Drop）两大关键领域，旨在评估电路中电流密度及电压降对互连可靠性的影响。RDSon分析则专注于功率电子器件的导通电阻，尤其是涉及BCD和氮化镓（GaN）等功率器件，导通电阻是衡量功率器件效率和性能的核心指标。

美国芯源系统有限公司（Monolithic Power Systems, Inc.，简称MPS）是一家全球知名的高性能模拟和混合信号半导体企业。在其产品开发流程中，Polas工具已被广泛应用于实际项目中。通过EMIR和RDSon分析，Polas能够精准识别金属层（Metal layer）中电流密度过高的薄弱环节，协助用户对版图进行优化，从而有效降低RDSon导通电阻，提升功率器件的工作效率。通过与硅片实测（SILICON）结果的对比分析，Polas工具的分析精度和优化效果得到了充分验证。

纳芯微电子（NOVOSENSE Microelectronics）是一家高性能高可靠性模拟及混合信号芯片公司。公司采用Polas工具对模拟芯片设计进行了RDSon分析，并结合完整的封装级仿真，一方面获取与实测结果高度匹配的仿真数据，另一方面为Pillar、RDL及PCB设计提供了指导，优化了PCB走线电阻和芯片内部走线电阻。

Resistance MAP应用

在电源网络设计领域，备受关注的IR-drop问题、电流密度（CD）等关键指标都与电源网络的电阻特性密切相关。RMAP分析通过深入探究电阻的物理特性，细致分析当前电源网络中的电阻分布，为用户提供了版图检查和优化的有力工具。

**Ekepower公司在其时钟生成电路设计流程中引入了Polas工具，通过运用RMAP分析，便捷且迅速地洞察电源网络的电阻分布图。这不仅有助于用户对电源网络的物理布局进行全面审视，还能帮助用户精准定位阻抗瓶颈点。

PowerMOS上下管切换导通电流检查

PowerMOS场效应晶体管通过控制栅极电压来调节源极和漏极之间的电流，从而实现开关功能。在其上下管切换过程中，需要特别关注存在导通电流的情况。因为一旦上下管同时处于导通状态，可能会引起电源短路，严重损坏MOS管本身，还可能对整个电源系统造成破坏性影响。

一家致力于Audio Power设计的**PMIC公司，使用Polas工具中的Cross Monitor分析功能，对死区时间设计进行了细致的合理性检验。该功能通过监控PowerMOS上下管在高低导通状态切换过程中的电流变化，能够判断设计中的死区时间设置是否得当。这项分析为用户提供了至关重要的反馈信息，指导他们对Power IC设计进行优化，从而提高了产品的可靠性和工作效率。

结语

华大九天推出的Empyrean Polas®工具是一款专为功率设计可靠性分析而设计的先进工具。它集成了一套系统化的分析方案，全面覆盖RDSon、EM/IR-drop、Power Gate Timing、RMAP、P2PR/EM以及PDN网络检查等多个关键方面，全面剖析Power IC产品，为用户提供确保Power IC产品达到最终可靠性的坚实保障，并显著提升产品的良率。

Polas工具助力版图工程师在有限的芯片尺寸内设计出精确的RDSon，并进行版图验证与优化。同时，它还能帮助前端设计工程师直观地理解寄生效应对PowerMOS管开启延迟和动态切换的影响。作为一款被多家PMIC客户采纳的签核解决方案， Polas工具已经在行业中展现卓越价值。华大九天期待与更多客户携手合作，共同开创更加辉煌的未来。