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什麼是寄生參數萃取 (PEX)?

新思科技 編輯部

2020年9月17日 / 閱讀時間 3 分鐘

定義

在電子設計自動化(EDA)領域中,寄生效應分析(寄生參數萃取 ,簡稱 PEX)是指對電子電路中已設計元件及所需佈線互連所產生的寄生效應進行計算,包括寄生電容、寄生電阻和寄生電感,通常稱為寄生元件、寄生組件,或簡稱寄生效應。

寄生參數萃取 的主要目的在於建立該電路的精確類比模型,以便透過詳細的模擬來重現實際的數位與類比電路響應。數位電路響應通常用於建立資料庫,以進行訊號延遲與負載計算,例如: 

  • 時序分析
  • 功效分析
  • 電路模擬
  • 訊號完整性 分析

類比電路通常會在詳細的測試平台中進行測試,以確認即使提取了額外的寄生元件,所設計的電路是否仍能正常運作。

寄生參數萃取 圖 1  | 新思科技
寄生參數萃取 圖 2  | 新思科技

寄生效應的不同類別

在典型的半導體晶粒 中,您可以將寄生效應分為以下 3 類:

  1. 前端製程(FEOL):與半導體元件相關的寄生效應。
  2. 線路中段 (MEOL):與半導體元件接點相關的寄生效應。
  3. 線路後段(BEOL):與互連層相關的寄生效應。

寄生參數萃取 是如何運作的?

寄生參數萃取 可使用的引擎有兩種類型:

基於 Fields Solver

在此方法中,PEX 引擎透過求解麥克斯韋方程組來計算寄生電阻 R、電容 C、電感 L 或熱阻 K。此方法稱為「3D 萃取」。相較於基於規則的方法,此方法的精度更高,但亦需消耗更多處理能力,且不適用於全晶片萃取。 在場解算器類別中,可採用有限元素法或隨機漫步演算法——其取捨在於處理時間與精確度的平衡,其中有限元素法具有更高的精確度。

寄生參數萃取 圖 3  | 新思科技

基於規則的

在此方法中,PEX 引擎會利用查表來計算寄生電阻或電容。此方法稱為 2D 或2.5D 萃取。它可支援全晶片萃取。

寄生參數萃取 圖 4  | 新思科技

寄生參數萃取 以及 新思科技

新思科技 提供適用於數位與客製化設計環境的寄生參數萃取 解決方案:

  • StarRC™解決方案是EDA 產業中「寄生參數萃取 」的黃金標準。作為 新思科技 Design Platform 的關鍵組成部分,為 SoC、客製化數位、類比/混合訊號、記憶體 IC 及3D-IC 設計提供精準如矽片且高效能的萃取解決方案。StarRC 提供先進製程技術的物理效應建模,包括 16 nm、14 nm、10 nm、7 nm、5 nm 及更先進的FinFET 技術。 該解決方案與業界標準的數位及客製化實作系統、時序分析(訊號完整性 )、功耗分析、物理驗證(physical verification)以及設計驗證(電路模擬 )流程無縫整合,並具備除錯功能,能提供無與倫比的使用便利性與生產力,從而加速設計收斂與簽核驗證。StarRC 內建場解算器 Rapid3D™,可作為參考依據或提供更高精度的測量結果。此外,StarRC 亦支援2.5D 及 3D-IC 萃取。
  • QuickCap NX 是一款基於高精度 3D 場解算器(3D Field Solver)的黃金級萃取參考工具,非常適合用於先進的 14 奈米FinFET 及更先進的製程技術。內建的 3D 元件視覺化工具使其成為製程探索的理想選擇。高精度萃取、作為基於規則的萃取器的參考工具、標準單元特性分析、記憶體單元特性分析以及提升 PDK 品質,皆是QuickCap NX 所支援的關鍵應用。
  • Raphael 這是用於優化小型電晶體中多層互連結構晶片內寄生參數的黃金標準,兼具 2D 與 3D 電阻、電容及電感萃取功能。作為參考場解算器,Raphael 提供業界最精確的寄生模型。該工具深受各大晶圓代工廠信賴,由Raphael 生成的互連寄生參數已被納入其設計參考指南之中。

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