一种适用于氮化镓开关电源的新型亚纳秒延迟及200V/ns电源摆率容限浮动电压电平转换器设计技术

摘要： 用于开关电源的双输出栅极驱动器需要将低侧参考信号转换至开关节点电位。随着超高速开关氮化镓转换器的应用发展，业界需要实现超过100 V/ns的开关节点压摆率，但现有电平转换器无法同时满足所需的电源压摆抗扰度和亚纳秒级传播延迟。本文提出一种创新设计技术，首次实现了在同一电路中兼具100 V/ns以上压摆抗扰度与亚纳秒延迟的悬浮电压电平转换器。文中详细阐述了分步晶体管级设计方法。该技术应用于改进现有电平转换器，并通过180 nm高压CMOS工艺流片验证。最终实现的电平转换器具有零静态功耗特性，在整个工作范围内呈现亚纳秒级延迟，具备200 V/ns正电源轨压摆耐受能力和无限负压摆耐受能力。实测传播延迟从悬浮地电位-1.5 V时的722 ps降至45 V时的532 ps，45 V工作电压下每次转换功耗为30.3 pJ。其品质因数达到0.06 ns/(μmV)，较同类应用中次优报道电平转换器提升1.7倍。