近日，南京大学电子科学与工程学院邱浩副教授/施毅教授团队在功率器件驱动领域的研究取得重要进展，相关成果于12月2日以“A Galvanic Isolator Achieving 117-Mb/s Forward Data Transfer in the Presence of 181-kV/μs Common Mode Transient Interference”为题在线发表于集成电路顶刊IEEE Journal of Solid-State Circuits (JSSC)。
氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）是用于开关和功率应用的重要器件，相比于硅晶体管具有更高的击穿、更快的开关速度和更低的导通电阻。但不容忽视的是，GaN 器件的高压特性与超高开关频率，堪称一把技术双刃剑：一方面，它是突破传统电源功率密度上限的关键推手；另一方面，其纳秒级的开关时间与高开关电压，使得 GaN 开关瞬态的 dV/dt 值远超传统开关器件，极易诱发剧烈的共模瞬态（Common mode transient, CMT）干扰。这种破坏性干扰会严重威胁驱动与控制电路的稳定运行，成为制约 GaN 器件相关技术规模化应用的关键挑战。
用于隔离式栅极驱动的数字隔离器因其能够有效抑制CMT干扰，成为GaN功率管隔离栅极驱动的重要研究方向。然而，在传统设计中存在两大问题：一、采用传统频移键控（FSK）解调器会引起数据符号持续时间不等，从而进一步导致功率器件直通电流或较大的反向导通损耗；二、传统测量中仅给出静态CMTI指标，即在测量的过程中假定传输速率为零，而面向真实场景的动态CMTI指标较为匮乏。
图1. GaN隔离栅极驱动器示意图
针对上述问题，研究团队提出了自适应跨导增强技术，能够实现针对正/负CMT事件的快速检测，进一步能够有效增强振荡器的跨导，提高了系统的抗CMT干扰能力；为了解决传统FSK解调器引入的码元时间不等问题，提出了一种补偿型FSK解调器，简单地在传统FSK解调器增加补偿路径，且不引起任何额外延迟，保证了通信数据解调后码元时间相等。
图2. 数字隔离器架构示意图
该芯片采用0.18 μm BCD工艺进行了流片验证，实测结果表明，该隔离系统具有高达299 kV/μs的静态CMTI；在181 kV/μs的严重干扰下，仍支持117 Mb/s的高通信速率，误码率低至10-8，支持ns级最小脉冲宽度，相关核心指标与学术界/工业界同类产品相比，均为国际最高水平，可用于机器人、激光器、数据中心供电等领域。
图3. 芯片照片
图4. (a) 动态CMTI实测结果; (b) 性能对比
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