激光雷达（LiDAR）正加速赋能高级驾驶辅助系统、机器人导航及无人机测绘等高精度三维感知要求极高的场景。传统Si基功率器件面临明显瓶颈，而基于GaN的激光二极管驱动器（LDD）能够充分发挥高开关速度优势，为高分辨率、远探测距离LiDAR系统提供关键支撑。
近期，集成电路学院张波教授领衔的功率集成技术实验室明鑫教授课题组长期专注于高速MHz单通道GaN驱动器设计，在领域国际权威期刊和顶级会议发表多篇论文。相关工作得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、广东基础与应用基础研究项目的支持，并与企业合作实现成果转化，支撑相关公司推出高速GaN驱动量产芯片。
序号 |
论文名称 |
发表权威期刊/会议 |
1 |
A Monolithic GaN Driver With Power-Rail Charging Saturation Bootstrap Technique Achieving Enhanced Slew Rate and Gate Rise/Fall Time Ratio of 1.28 |
IEEE JSSC |
2 |
A Monolithic GaN Laser Diode Driver with Steep Edge Driving Current for LiDAR Transmitters Using a 3× Self-Circulating Charge Pump |
IEEE TPE |
3 |
Monolithic FET-Controlled GaN Driver with Pre-Boosting and Robust Dead Time Control for DToF LiDAR Application |
IEEE ISPSD |
4 |
An Integrated Low-power Enhanced Pull-up GaN Driver Using SenseHEMT for Reliable and Fast Short-Circuit Protection |
5 |
A Monolithic GaN IC with Temperature Compensated Active Clamp Driver and Short-Circuit Protection for Wide Power Supply Range |
6 |
A High-Speed Dual-NMOSFETs Output Stage Buffer with Charge-Transferring Bootstrap Circuit for GaN-Based DToF LiDAR Application |
一、“单片GaN集成”方案：从根源抑制寄生效应
高频（MHz级）窄脉宽（ns级）工作时，栅极驱动环路的寄生电感LG会限制MCTRL开关速度，引发栅压振铃，导致误开启或过压风险。为解决这一根本问题，团队探索将预驱动和MCTRL单片集成的全新路径。
论文1： 电源轨充电饱和自举技术（PCSB）
提出嵌入式交叉耦合电荷泵（ECCP）+3VDD偏置级，显著提升栅极压摆率；集成过流保护电路，采用自动调零技术将GaN比较器失调电压降低20倍以上。栅极上升/下降时间比仅1.28，短路保护响应时间43ns。通讯作者为明鑫教授，第一作者为秦尧博士。
论文2：3X自循环电荷泵技术（3X SCCP）
利用扇出结构，有效打破功耗与上拉能力之间的设计瓶颈，采用晶圆级芯片封装，在20MHz开关频率，10A驱动输出电流条件下，实现435ps上升时间和259ps下降时间。通讯作者为明鑫教授，第一作者为博士生庄春旺。
论文3：预自举和稳健死区时间插入技术（PBRD）
利用信号链传输延时预先抬升驱动级自举电压，在不增加功耗前提下进一步提高驱动能力。在20MHz开关频率、10A驱动输出电流下，测得上升时间为319ps，下降时间为406ps。该技术由博士生庄春旺在ISPSD 2023上做口头报告，通讯作者为明鑫教授。
论文4：低功耗增强上拉技术（LPEP）
将充电电流Ichar路径和损耗电流Ileak路径解耦，在较小的Ileak下，实现大的充电电流Ichar。20MHz开关频率、10A驱动输出电流下，开启时间为710ps，关断时间为660ps，单级反相器静态损耗电流仅为28µA。该技术由博士生庄春旺在ISPSD 2024上做口头报告，通讯作者为明鑫教授。
论文5：温度补偿有源钳位技术（TCAC）
提出无电荷泵型GaN基驱动方案，摒弃常规电荷泵驱动所需的大面积自举电容，显著缩减芯片面积并实现超低传输延时（1.62ns）；且能可靠的工作在低频工况。该技术由博士生陆毅在ISPSD 2025上做口头报告，通讯作者为明鑫教授。
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
图 1(a) 电源轨充电饱和自举技术 (b) 3X自循环电荷泵技术 (c) 预自举和稳健死区时间插入技术 (d) 低功耗增强上拉技术 (e) 温度补偿有源钳位技术 (f)高速GaN驱动测试波形
二、“Si基预驱动+GaN基MCTRL”方案
论文6 提出具有电荷转移自举（CTB）电路的双NMOSFET输出缓冲器。通过小电容Ccharge和电源轨VDD协同为自举电容Cboot1补充因电荷分享造成的电荷损失，在不额外增加电源轨的情况下，增强预驱动器驱动能力，减小自举电容面积。在100pF负载电容下，实现50MHz开关频率，0.9ns最小输出脉宽，2.41ns和2.56ns开启和关断延时，栅压上升/下降时间分别为323ps和333ps。该技术由秦尧博士在ISPSD 2024上展示，通讯作者为明鑫教授。
图 SEQ图 \* ARABIC2具有电荷转移自举电路的双NMOSFET输出缓冲器
论文链接：
[1]https://ieeexplore.ieee.org/document/11153742
[2]https://ieeexplore.ieee.org/document/11214293
[3] https://ieeexplore.ieee.org/document/10147581
[4]https://ieeexplore.ieee.org/document/10579657
[5]https://ieeexplore.ieee.org/document/11117468
[6]https://ieeexplore.ieee.org/document/10579560
