SGND 是所有内部控制逻辑和数字输入接地。在内部，SGND 和 PGND 引脚相互隔离。PGND 用作低压侧栅极驱动和返回基准。

对于半桥电源拓扑或任何使用电流检测变压器的应用，NCP51820 SGND 和 PGND 应在 PCB 上连接在一起。在此类应用中，建议在 PCB 上通过一条低阻抗短走线将 SGND 和 PGND 引脚连接在一起，并且让它们尽可能靠近 NCP51820。NCP51820 正下方是建立 SGND 至 PGND 连接的理想位置，如图7所示。

图7. PGND 至 SGND，0 Ω 单点连接

对于低功耗应用，例如有源箝位反激式或正激式转换器，通常会在低压侧 GaN FET 源极支路中使用一个电流检测电阻 RCS。在此类应用中，NCP51820 PGND 和 SGND 引脚不得在 PCB 上连接，因为 RCS 会通过此连接短路。NCP51820 低压侧驱动电路能够承受 -3.5 V 至 +3.5 V 的共模电压。大多数电流检测电压信号小于 1 V，因此低压侧驱动级很容易“浮动”到电流检测所产生的电压 VRCS 以上。如图8所示，整个低压侧栅极驱动浮动到 VRCS 以上。这一点很重要，因为它确保栅极驱动幅度不会有损失，因此完整的 VDDL 电压会出现在低压侧 GaN FET 栅源端子。

按照上文所述布置电路时，连接到 NCP51820 HIN 和 LIN 的控制器 HO/LO 路径必须返回到控制器 GND 以形成完整电路。因此，NCP51820 SGND 和控制器 GND 必须相连。这是通过使用过孔将 NCP51820 SGND 和控制器 GND 连接到 SGND 平面来实现的，如图 14 所示。SGND 平面仅用于信号和信号侧 VDD 返回，也会充当信号的屏蔽层。VRCS 返回引脚还必须连接到控制器 GND，这应该使用单条低阻抗走线来完成，该走线应尽可能靠近 VRCS 走线（或位于其下方）。这会将功率级 PGND 单点连接到 SGND，并将功率级 PGND 上的高 dV/dt 和 di/dt 与 SGND 平面隔离开来。

图8. LS 栅极返回隔离和 VRCS 连接

在利用 NCP51820 驱动 GaNFET 的半桥功率级布局中使用了本文介绍的 PCB 设计技术。

图9. 650 V，18 A，HEMT，GaNFET，350 V，10 APK

图9显示了驱动两个 650 V、18 A、90 mΩ GaNFET 的稳态波形。通道 1（黄色）是高压侧栅源电压，通道 2（红色）是低压侧栅源电压，通道 3（蓝色）是开关节点电压（低压侧 GaN VDS），通道 4（绿色）是电感电流。高压侧栅源电压（通道 1，黄色）显示存在轻微过冲和欠冲，这是使用高压探针测量低压浮动信号（在栅极和功率开关节点之间测量）的附带结果。通道 2（红色）显示了栅源电压的“更真实”测量结果，其中低压侧 GaNFET 栅源电压在栅极和 PGND 之间测得。可以看到，栅极驱动边沿非常锐利且干净。同样，开关节点电压（通道 3，蓝色）没有振铃、过冲或欠冲。

图10. 600 V，26 A，HEMT，GIT，GaNFET，dV/dt = 75 V/ns，320 V，20 APK

图10所示波形是驱动两个 HEMT、GIT、600 V、26 A、56 mΩ GaNFET 的结果，其电流能力比图9中使用的器件要高。要实现高 dV/dt，需要相当大的漏极电流 ID。例如，所示测量是在 ID = 20 APK 下进行的，导致实测 VDS dV/dt = 75 V/ns。三角形峰值电感电流显示为纯直流，这是进行此测量所需的时基 (2 ns/div) 造成的。VSW 波形的 100 V 欠冲是用于显示高 dV/dt 的测量技术的结果，在开关节点上并不真正存在。

在高电压、高频率 PCB 设计中，为了成功运用宽禁带半导体，需要更好地了解寄生电感和电容的负面影响。透彻理解电气返回平面、屏蔽、电流分离、隔离和精心布线的重要性，对于充分发挥 GaN 技术的性能优势至关重要。本文重点说明在利用 NCP51820 驱动高速电源拓扑中使用的 GaN 功率开关设计中，实现成功设计必须采用的重要 PCB 设计准则。这些技术已通过实测波形得到了验证，表明其能够获得出色的结果。