由于GAN的高開關速度，寄生電感與老化功率MOSFET相比，在較高的頻率下使用GAN的能力使寄生電感在功率轉(zhuǎn)化電路中的降解作用焦點[1]。這種電感阻礙了GAN額外的開關功能的全部利益，而EMI產(chǎn)生降低。對于大約80％的功率轉(zhuǎn)換器中使用的半橋配置，寄生電感的兩個主要來源是： （1）由兩個電源開關設備以及高頻總線電容器以及（2）由門驅(qū)動器，電源設備和高頻門驅(qū)動電容器形成的高頻開關設備形成的高頻電動循環(huán)。公共源電感（CSI）是由柵極環(huán)和功率回路共有的回路電感部分定義的。它由圖1中的箭頭指示。

半橋功率階段的示意圖，顯示了動力和柵極驅(qū)動環(huán)，并在虛線圓圈中顯示的常見源電感

圖1：半橋功率階段的示意圖，顯示了動力和柵極驅(qū)動環(huán)，帶有點虛線顯示的常見源電感地減少寄生性電感

在考慮高速功率設備的布局時，所有寄生電感的化至關重要。不可能平等地降低所有電感的所有組件，因此，必須按重要性順序解決，從共同的源電感開始，然后是功率回路電感，是柵極環(huán)電感。
對于高壓PQFN（Power Quad Flat no Lead）MOSFET軟件包，需要單獨的返回源銷的需求是眾所周知的，并且在高壓GAN PQFN結構中也實現(xiàn)了[2,3]。當這些單獨的引腳可用時，柵極驅(qū)動環(huán)和電源循環(huán)在包裝中分開，并且必須在外部連接的方式中格外小心。
公共源電感的降低是以犧牲外源電感為代價的，被推到門環(huán)外面。一旦去除公共源電感，該設備速度的提高，這種外部電感可能會導致地面彈跳增加[4]。

增強模式GAN晶體管以晶圓級碎片尺度套件（WLCSP）提供，終端中有陸地網(wǎng)格陣列（LGA）或球網(wǎng)格陣列（BGA）格式。這些設備中的某些設備沒有提供單獨的返回源引腳，而是如圖2所示的許多非常低的電感連接。這些包裝的總包裝電感通常小于100 pH。這大大降低了所有電感的組成部分，從而減少了所有與電感相關的問題。這些LGA和BGA軟件包可以通過分配接近門的源墊作為柵極循環(huán)和電源循環(huán)的“星”連接點，以與配備專用門返回引腳或條提供的方式處理。然后，將電流以相反或正交方向流動，如圖2所示，將柵極和功率回路的布局分開。

LGA（A）和BGA（B）格式的GAN晶體管，顯示了設備電流流的方向，可地減少通用源電感圖2：LGA（A）和BGA（B）格式的GAN晶體管，顯示了設備電流流動的方向，該方向可地減少通用源電感雖然地減少組成循環(huán)的各個元素的電感（即電容器ESL，設備鉛電感和PCB互連電感）很重要，但設計人員還必須專注于化總環(huán)電感。由于循環(huán)的電感由存儲在內(nèi)部的磁能確定，因此可以通過使用相鄰導體之間的耦合來進一步地降低整體環(huán)電感，從而誘導磁場自動化。

通過將設備一側的排水管和源端子交織在一起，產(chǎn)生了許多具有相對電流的小環(huán)，可以通過磁場自我電流來降低整體電感。對于圖3（a）所示的PCB痕跡，這不僅是正確的，而且對于垂直焊料連接和圖3（b）中所示的垂直焊接連接vias也是如此。在形成多個小磁場環(huán)路的情況下，總磁能，因此電感顯著降低[5]。

LGA GAN晶體管安裝在PCB上，顯示交替流動流量（a）頂視圖（b）側視圖圖3：安裝在PCB上的LGA GAN晶體管顯示交替流動流量（a）頂視圖（b）側視圖通過從中心線將排水管和源電流帶出并復制磁場取消效果，可以進一步降低部分環(huán)電感。這是通過降低每個導體中電流的作用，從而進一步降低了存儲的能量，并且較短的電流路徑會產(chǎn)生較低的電感。

常規(guī)電源循環(huán)設計
要查看如何在實際布局中實現(xiàn)功率循環(huán)電感化，提出了兩種傳統(tǒng)的電源循環(huán)方法以進行比較。這兩種方法將分別稱為“橫向”和“垂直”。
橫向循環(huán)設計

橫向布局將輸入電容器和設備與PCB的同一側近距離接近，以地減少高頻功率循環(huán)的面積。該設計的高頻循環(huán)包含在PCB的同一側，被認為是側向功率循環(huán)，因為功率循環(huán)在單個PCB層上橫向流動。使用LGA晶體管設計的橫向布局的示例如圖4所示。該圖中突出了高頻循環(huán)。

LGA GAN晶體管轉(zhuǎn)換器的常規(guī)側向電源循環(huán)：（a）頂視圖（b）側視圖 

圖4：LGA GAN晶體管轉(zhuǎn)換器的常規(guī)側向電源循環(huán)：（a）頂視圖（b）側視圖雖然將環(huán)的物理尺寸化對于降低寄生電感很重要，但內(nèi)層的設計也很重要。對于橫向循環(huán)設計，個內(nèi)層用作“屏蔽層”。該層在屏蔽高頻功率循環(huán)產(chǎn)生的場中的內(nèi)部電路中起著至關重要的作用。功率回路生成一個磁場，該磁場在屏蔽層中誘導電流，該電流朝著與功率回路相反的方向流動。屏蔽層中的電流會產(chǎn)生一個磁場來抵消原始功率環(huán)的磁場。終結果是取消磁場，該磁場轉(zhuǎn)化為寄生動力環(huán)電感的降低。

具有完整的屏蔽平面靠近功率循環(huán)，可為橫向布局帶來的功率循環(huán)電感。這種方法在很大程度上取決于從電源環(huán)到個內(nèi)層中包含的屏蔽層的距離[6]。只要頂部兩層近距離接近，高頻環(huán)電感幾乎沒有對總板厚度的依賴。

垂直電源循環(huán)設計

圖5所示的第二個常規(guī)布局將輸入電容器和晶體管放置在PCB的相對側，其電容器位于設備下方，以地減少物理環(huán)的尺寸。這稱為垂直電源循環(huán)，因為使用VIA通過PCB垂直連接循環(huán)。圖5的LGA晶體管設計具有突出顯示的垂直功率循環(huán)。
基于LGA晶體管的轉(zhuǎn)換器的常規(guī)垂直電源循環(huán)：（a）頂視圖（b）底部視圖（c）側視圖圖5：基于LGA晶體管的轉(zhuǎn)換器的常規(guī)垂直電源循環(huán)：（a）頂視圖（b）底部視圖（c）側視圖對于此設計，由于其垂直結構沒有屏蔽層。垂直功率循環(huán)使用磁場自動化方法（電流朝相反的方向流動）來降低電感，而不是使用屏蔽平面。
對于PCB布局，板的厚度通常比板頂部和底部的痕跡的水平長度薄得多。隨著板厚度的減小，與橫向功率環(huán)相比，環(huán)的面積顯著收縮，并且在頂部和底層的相對方向上流動的電流開始提供磁場自動化。為了使垂直電源循環(huán)有效，必須將板厚度化。

優(yōu)化電源循環(huán)
一種改進的布局技術，可提供降低環(huán)大小的好處，具有磁場自動化，具有獨立于板厚度的電感，是單面組件PCB設計，并且對多層結構的效率很高，是多層結構的高效率，如圖6所示。設計利用了個內(nèi)層，如圖6（b）所示，作為功率回路返回路徑。如圖6（a）所示，此返回路徑位于頂層的功率循環(huán)下方。這種定位實現(xiàn)了的物理環(huán)區(qū)域，并結合了磁場自我策略。側視圖如圖6（c）所示，說明了在多層PCB結構中創(chuàng)建低調(diào)的磁場自我結合環(huán)的概念。
基于LGA晶體管的轉(zhuǎn)換器的電源循環(huán)：（a）頂視圖（b）內(nèi)層1（c）側視圖的頂視圖圖6：基于LGA晶體管的轉(zhuǎn)換器的功率循環(huán)：（a）頂視圖（b）內(nèi)部1（c）側視圖的頂視圖這種改進的布局使輸入電容器靠近頂部設備，正面輸入電壓端子位于頂部晶體管的排水連接旁邊。 GAN設備位于布置中，如橫向和垂直電源環(huán)外殼。交錯的電感器節(jié)點和接地vias在同步整流器晶體管的底部重復。
這些交錯的VIA提供了三個優(yōu)點：vias的交織隨電流向相反方向流動可減少磁能的存儲，并有助于產(chǎn)生磁場消除。這導致渦流和接近效應減少，從而減少了AC傳導損失。位于下部晶體管下方的VIA可在晶體管自由轉(zhuǎn)速期間降低電阻和隨附的傳導損失。 VIA降低了熱擴散電阻，從而提高了效率和功率處理。
表1中比較了常規(guī)設計和設計的特征。橫向環(huán)垂直環(huán)路單面PCB能力是是是是是磁場自動化否是的，是的電感，獨立于板厚度是否是板厚是否是盾牌層是否需要表1：常規(guī)和電源循環(huán)設計的特征整合對寄生蟲的影響

為了進一步降低基于GAN晶體管設計的寄生電感，可以使用整體式的GAN功率級集成電路[7]。在圖7中，顯示了一個整體功率級gan IC的框圖和實際芯片照片。圖8中所示的該整體集成電路的實驗測量效率與使用具有相同抗抗性的Egan晶體管進行比較，并由UPI半導體UP1966 Si Half-Bridge驅(qū)動器IC [7]在布局中進行比較。 GAN IC中降低的功率回路和柵極環(huán)電感的優(yōu)勢變得很清晰，因為在標準降壓轉(zhuǎn)換器中，集成的總體效率增益在1 MHz時顯著。

整體功率階段（a）和芯片照片（b）的框圖圖

圖7：整體功率階段（a）和芯片照片的框圖（b）在1 MHz（實線）和2.5 MHz（虛線）中，整體式GAN功率階段（綠色）與外部驅(qū)動的等效GAN晶體管（藍色）溶液之間的效率比較。黑色“ X”是1 MHz的MOSFET性能。

圖8：在1 MHz（實線）和2.5 MHz的48 V - 12 V BUCK轉(zhuǎn)換器中，整體式GAN功率階段（綠色）與外部驅(qū)動的等效GAN晶體管（藍色）溶液之間的效率比較（藍色）溶液（虛線） 。黑色“ X”是1 MHz的MOSFET性能。

概括
高效的電路布局將使PCB區(qū)域化，減少由于寄生電感限制的開關速度較慢而降低浪費功率耗散，并由于降低電壓過沖而提高了系統(tǒng)可靠性。討論使用GAN晶體管時很重要的布局寄生蟲；即通用電感，高頻功率環(huán)電感和柵極環(huán)電感。
從基本的單晶體管開始，通過完整的單片GAN功率階段IC開始了幾種地減少這些抑制寄生蟲的性能抑制寄生蟲的方法。在未來的文章中，將在本文中討論的布局技術將構建，以展示的熱管理系統(tǒng)設計以及如何使用現(xiàn)代芯片尺度的GAN晶體管和ICS創(chuàng)建低EMI系統(tǒng)。