由于GAN的高开关速度，寄生电感
与老化功率MOSFET相比，在较高的频率下使用GAN的能力使寄生电感在功率转化电路中的降解作用焦点[1]。这种电感阻碍了GAN额外的开关功能的全部利益，而EMI产生降低。对于大约80％的功率转换器中使用的半桥配置，寄生电感的两个主要来源是： （1）由两个电源开关设备以及高频总线电容器以及（2）由门驱动器，电源设备和高频门驱动电容器形成的高频开关设备形成的高频电动循环。公共源电感（CSI）是由栅极环和功率回路共有的回路电感部分定义的。它由图1中的箭头指示。
半桥功率阶段的示意图，显示了动力和栅极驱动环，并在虚线圆圈中显示的常见源电感
图1：半桥功率阶段的示意图，显示了动力和栅极驱动环，带有点虚线显示的常见源电感地减少寄生性电感
在考虑高速功率设备的布局时，所有寄生电感的化至关重要。不可能平等地降低所有电感的所有组件，因此，必须按重要性顺序解决，从共同的源电感开始，然后是功率回路电感，是栅极环电感。
对于高压PQFN（Power Quad Flat no Lead）MOSFET软件包，需要单独的返回源销的需求是众所周知的，并且在高压GAN PQFN结构中也实现了[2,3]。当这些单独的引脚可用时，栅极驱动环和电源循环在包装中分开，并且必须在外部连接的方式中格外小心。
公共源电感的降低是以牺牲外源电感为代价的，被推到门环外面。一旦去除公共源电感，该设备速度的提高，这种外部电感可能会导致地面弹跳增加[4]。
增强模式GAN晶体管以晶圆级碎片尺度套件（WLCSP）提供，终端中有陆地网格阵列（LGA）或球网格阵列（BGA）格式。这些设备中的某些设备没有提供单独的返回源引脚，而是如图2所示的许多非常低的电感连接。这些包装的总包装电感通常小于100 pH。这大大降低了所有电感的组成部分，从而减少了所有与电感相关的问题。这些LGA和BGA软件包可以通过分配接近门的源垫作为栅极循环和电源循环的“星”连接点，以与配备专用门返回引脚或条提供的方式处理。然后，将电流以相反或正交方向流动，如图2所示，将栅极和功率回路的布局分开。
LGA（A）和BGA（B）格式的GAN晶体管，显示了设备电流流的方向，可地减少通用源电感图2：LGA（A）和BGA（B）格式的GAN晶体管，显示了设备电流流动的方向，该方向可地减少通用源电感虽然地减少组成循环的各个元素的电感（即电容器ESL，设备铅电感和PCB互连电感）很重要，但设计人员还必须专注于化总环电感。由于循环的电感由存储在内部的磁能确定，因此可以通过使用相邻导体之间的耦合来进一步地降低整体环电感，从而诱导磁场自动化。
通过将设备一侧的排水管和源端子交织在一起，产生了许多具有相对电流的小环，可以通过磁场自我电流来降低整体电感。对于图3（a）所示的PCB痕迹，这不仅是正确的，而且对于垂直焊料连接和图3（b）中所示的垂直焊接连接vias也是如此。在形成多个小磁场环路的情况下，总磁能，因此电感显着降低[5]。
LGA GAN晶体管安装在PCB上，显示交替流动流量（a）顶视图（b）侧视图图3：安装在PCB上的LGA GAN晶体管显示交替流动流量（a）顶视图（b）侧视图通过从中心线将排水管和源电流带出并复制磁场取消效果，可以进一步降低部分环电感。这是通过降低每个导体中电流的作用，从而进一步降低了存储的能量，并且较短的电流路径会产生较低的电感。
常规电源循环设计
要查看如何在实际布局中实现功率循环电感化，提出了两种传统的电源循环方法以进行比较。这两种方法将分别称为“横向”和“垂直”。
横向循环设计
横向布局将输入电容器和设备与PCB的同一侧近距离接近，以地减少高频功率循环的面积。该设计的高频循环包含在PCB的同一侧，被认为是侧向功率循环，因为功率循环在单个PCB层上横向流动。使用LGA晶体管设计的横向布局的示例如图4所示。该图中突出了高频循环。
LGA GAN晶体管转换器的常规侧向电源循环：（a）顶视图（b）侧视图
图4：LGA GAN晶体管转换器的常规侧向电源循环：（a）顶视图（b）侧视图虽然将环的物理尺寸化对于降低寄生电感很重要，但内层的设计也很重要。对于横向循环设计，个内层用作“屏蔽层”。该层在屏蔽高频功率循环产生的场中的内部电路中起着至关重要的作用。功率回路生成一个磁场，该磁场在屏蔽层中诱导电流，该电流朝着与功率回路相反的方向流动。屏蔽层中的电流会产生一个磁场来抵消原始功率环的磁场。终结果是取消磁场，该磁场转化为寄生动力环电感的降低。
具有完整的屏蔽平面靠近功率循环，可为横向布局带来的功率循环电感。这种方法在很大程度上取决于从电源环到个内层中包含的屏蔽层的距离[6]。只要顶部两层近距离接近，高频环电感几乎没有对总板厚度的依赖。
垂直电源循环设计
图5所示的第二个常规布局将输入电容器和晶体管放置在PCB的相对侧，其电容器位于设备下方，以地减少物理环的尺寸。这称为垂直电源循环，因为使用VIA通过PCB垂直连接循环。图5的LGA晶体管设计具有突出显示的垂直功率循环。
基于LGA晶体管的转换器的常规垂直电源循环：（a）顶视图（b）底部视图（c）侧视图图5：基于LGA晶体管的转换器的常规垂直电源循环：（a）顶视图（b）底部视图（c）侧视图对于此设计，由于其垂直结构没有屏蔽层。垂直功率循环使用磁场自动化方法（电流朝相反的方向流动）来降低电感，而不是使用屏蔽平面。
对于PCB布局，板的厚度通常比板顶部和底部的痕迹的水平长度薄得多。随着板厚度的减小，与横向功率环相比，环的面积显着收缩，并且在顶部和底层的相对方向上流动的电流开始提供磁场自动化。为了使垂直电源循环有效，必须将板厚度化。
优化电源循环
一种改进的布局技术，可提供降低环大小的好处，具有磁场自动化，具有独立于板厚度的电感，是单面组件PCB设计，并且对多层结构的效率很高，是多层结构的高效率，如图6所示。设计利用了个内层，如图6（b）所示，作为功率回路返回路径。如图6（a）所示，此返回路径位于顶层的功率循环下方。这种定位实现了的物理环区域，并结合了磁场自我策略。侧视图如图6（c）所示，说明了在多层PCB结构中创建低调的磁场自我结合环的概念。
基于LGA晶体管的转换器的电源循环：（a）顶视图（b）内层1（c）侧视图的顶视图图6：基于LGA晶体管的转换器的功率循环：（a）顶视图（b）内部1（c）侧视图的顶视图这种改进的布局使输入电容器靠近顶部设备，正面输入电压端子位于顶部晶体管的排水连接旁边。 GAN设备位于布置中，如横向和垂直电源环外壳。交错的电感器节点和接地vias在同步整流器晶体管的底部重复。
这些交错的VIA提供了三个优点：?vias的交织随电流向相反方向流动可减少磁能的存储，并有助于产生磁场消除。这导致涡流和接近效应减少，从而减少了AC传导损失。 ?位于下部晶体管下方的VIA可在晶体管自由转速期间降低电阻和随附的传导损失。 ?VIA降低了热扩散电阻，从而提高了效率和功率处理。
表1中比较了常规设计和设计的特征。横向环垂直环路单面PCB能力是是是是是磁场自动化否是的，是的电感，独立于板厚度是否是板厚是否是盾牌层是否需要表1：常规和电源循环设计的特征整合对寄生虫的影响
为了进一步降低基于GAN晶体管设计的寄生电感，可以使用整体式的GAN功率级集成电路[7]。在图7中，显示了一个整体功率级gan IC的框图和实际芯片照片。图8中所示的该整体集成电路的实验测量效率与使用具有相同抗抗性的Egan晶体管进行比较，并由UPI半导体UP1966 Si Half-Bridge驱动器IC [7]在布局中进行比较。 GAN IC中降低的功率回路和栅极环电感的优势变得很清晰，因为在标准降压转换器中，集成的总体效率增益在1 MHz时显着。
整体功率阶段（a）和芯片照片（b）的框图图
图7：整体功率阶段（a）和芯片照片的框图（b）在1 MHz（实线）和2.5 MHz（虚线）中，整体式GAN功率阶段（绿色）与外部驱动的等效GAN晶体管（蓝色）溶液之间的效率比较。黑色“ X”是1 MHz的MOSFET性能。
图8：在1 MHz（实线）和2.5 MHz的48 V - 12 V BUCK转换器中，整体式GAN功率阶段（绿色）与外部驱动的等效GAN晶体管（蓝色）溶液之间的效率比较（蓝色）溶液（虚线） 。黑色“ X”是1 MHz的MOSFET性能。
概括
高效的电路布局将使PCB区域化，减少由于寄生电感限制的开关速度较慢而降低浪费功率耗散，并由于降低电压过冲而提高了系统可靠性。讨论使用GAN晶体管时很重要的布局寄生虫；即通用电感，高频功率环电感和栅极环电感。
从基本的单晶体管开始，通过完整的单片GAN功率阶段IC开始了几种地减少这些抑制寄生虫的性能抑制寄生虫的方法。在未来的文章中，将在本文中讨论的布局技术将构建，以展示的热管理系统设计以及如何使用现代芯片尺度的GAN晶体管和ICS创建低EMI系统。
