電子科技大學集成電路學院張波、明鑫教授團隊在激光雷達GaN驅動芯片領域取得系列突破

2026-05-08 來源：電子科技大學

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激光雷達（LiDAR）正加速賦能高級駕駛輔助系統(tǒng)、機器人導航及無人機測繪等高精度三維感知要求極高的場景。傳統(tǒng)Si基功率器件面臨明顯瓶頸，而基于GaN的激光二極管驅動器（LDD）能夠充分發(fā)揮高開關速度優(yōu)勢，為高分辨率、遠探測距離LiDAR系統(tǒng)提供關鍵支撐。

近期，電子科技大學集成電路學院張波教授領銜的功率集成技術實驗室明鑫教授課題組長期專注于高速MHz單通道GaN驅動器設計，在領域國際權威期刊和頂級會議發(fā)表多篇論文。相關工作得到國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學基金、廣東基礎與應用基礎研究項目的支持，并與企業(yè)合作實現(xiàn)成果轉化，支撐相關公司推出高速GaN驅動量產芯片。

一、“單片GaN集成”方案：從根源抑制寄生效應

高頻（MHz級）窄脈寬（ns級）工作時，柵極驅動環(huán)路的寄生電感LG會限制MCTRL開關速度，引發(fā)柵壓振鈴，導致誤開啟或過壓風險。為解決這一根本問題，團隊探索將預驅動和MCTRL單片集成的全新路徑。

論文1：電源軌充電飽和自舉技術（PCSB）

提出嵌入式交叉耦合電荷泵（ECCP）+3VDD偏置級，顯著提升柵極壓擺率；集成過流保護電路，采用自動調零技術將GaN比較器失調電壓降低20倍以上。柵極上升/下降時間比僅1.28，短路保護響應時間43ns。通訊作者為明鑫教授，第一作者為秦堯博士。

論文2：3X自循環(huán)電荷泵技術（3X SCCP）

利用扇出結構，有效打破功耗與上拉能力之間的設計瓶頸，采用晶圓級芯片封裝，在20MHz開關頻率，10A驅動輸出電流條件下，實現(xiàn)435ps上升時間和259ps下降時間。通訊作者為明鑫教授，第一作者為博士生莊春旺。

論文3：預自舉和穩(wěn)健死區(qū)時間插入技術（PBRD）

利用信號鏈傳輸延時預先抬升驅動級自舉電壓，在不增加功耗前提下進一步提高驅動能力。在20MHz開關頻率、10A驅動輸出電流下，測得上升時間為319ps，下降時間為406ps。該技術由博士生莊春旺在ISPSD 2023上做口頭報告，通訊作者為明鑫教授。

論文4：低功耗增強上拉技術（LPEP）

將充電電流Ichar路徑和損耗電流Ileak路徑解耦，在較小的Ileak下，實現(xiàn)大的充電電流Ichar。20MHz開關頻率、10A驅動輸出電流下，開啟時間為710ps，關斷時間為660ps，單級反相器靜態(tài)損耗電流僅為28μA。該技術由博士生莊春旺在ISPSD 2024上做口頭報告，通訊作者為明鑫教授。

論文5：溫度補償有源鉗位技術（TCAC）

提出無電荷泵型GaN基驅動方案，摒棄常規(guī)電荷泵驅動所需的大面積自舉電容，顯著縮減芯片面積并實現(xiàn)超低傳輸延時（1.62ns）；且能可靠的工作在低頻工況。該技術由博士生陸毅在ISPSD 2025上做口頭報告，通訊作者為明鑫教授。

(a) (b)

(e) (f)

圖 1(a) 電源軌充電飽和自舉技術 (b) 3X自循環(huán)電荷泵技術 (c) 預自舉和穩(wěn)健死區(qū)時間插入技術 (d) 低功耗增強上拉技術 (e) 溫度補償有源鉗位技術 (f)高速GaN驅動測試波形

二、“Si基預驅動+GaN基MCTRL”方案

論文6 提出具有電荷轉移自舉（CTB）電路的雙NMOSFET輸出緩沖器。通過小電容Ccharge和電源軌VDD協(xié)同為自舉電容Cboot1補充因電荷分享造成的電荷損失，在不額外增加電源軌的情況下，增強預驅動器驅動能力，減小自舉電容面積。在100pF負載電容下，實現(xiàn)50MHz開關頻率，0.9ns最小輸出脈寬，2.41ns和2.56ns開啟和關斷延時，柵壓上升/下降時間分別為323ps和333ps。該技術由秦堯博士在ISPSD 2024上展示，通訊作者為明鑫教授。