Picotest如何使用eGaN FET设计突破性高速瞬态负载电流步进器——彻底改变数据中心、AI、EV、ASIC和服务器应用的电源系统测试
技术分享GaN技术杂谈 – Renee Yawger
2月 08, 2024
Picotest是电源完整性和电源系统测试方面的定制测试设备的知名厂商，它刚刚推出了一系列开创性的高速瞬态负载电流步进器，实现了前所未有的氮化镓（GaN）集成水平。这一最新创新将重新定义行业标准，特别是在要求苛刻的低电压、高电流应用中，如数据中心、人工智能（AI）、图形、电动汽车（EV）、ASIC测试和服务器。这些负载步进器提供的一系列功能可以解决电源完整性测试中的关键挑战。
为未来提供动力
稳压模块（VRM）和配电网（PDN）的验证对于启动、动态瞬态性能、稳定性和噪声评估至关重要，需要快速的负载电流转换、高峰值和平均功率以及适应性的外形尺寸。Picotest革命性的负载步进器利用GaN技术、创新的功率输出格式和先进的冷却机制满足了这些电源系统的严格要求。
Featured GaN FET
下图所示的GaN FET是采用2×2凸点BGA CSP的额定电压为100 V的EPC2036 ，其典型RDSon为62 mΩ。
解决的问题和突破性解决方案
- 关键电源完整性设计
良好的电源完整性设计对系统性能和产品的可靠性至关重要。负载步进器通过阻抗和负载步进瞬态性能测试来满足验证PDN的需求。
- 避免昂贵的损坏
这些负载步进器消除了动态负载瞬态损坏昂贵数字负载（如CPU、ASIC、FPGA和其他定制IC）的风险。它还可以对IC测试夹具至关重要的电源系统进行审查。
- 克服电子负载的局限性
传统的电子负载通常太慢，存在过大的电容，并且缺乏必要的边缘速率来解决PDN性能测试所需的带宽问题。负载步进器凭借其高带宽、高功率/电流能力和创新的外形尺寸克服了这些限制。
- 技术突破
为了实现这些突破，Picotest突破了GaN功率密度的界限，开发了定制电阻器，采用了先进的冷却技术，并集成了高速数字控制。而在施加载荷步的步进器和PCB之间的互连中，将电感降低到接近零是实现测试高带宽所需的边缘速率的关键。
为什么选择GaN？
极限速度
与硅相比，GaN的更高电子迁移率可以实现显著更快的开关速度。GaN的带隙比硅宽，这也有助于更快的开关速度，因为它可以在导通和截止状态之间更快转换。此外，与硅MOSFET相比，GaN FET表现出更低的寄生电容。减小的电容使开关过程中的充电和放电时间更短，从而实现更快的转换。
- 在用于VRM和PDN验证的高速瞬态负载步进器的应用中，GaN晶体管的极快开关能力有助于生成精确快速的瞬态负载条件，有助于工程师能够评估动态运行条件下电力输送系统的性能和稳定性。
高电流密度
与硅MOSFET相比，GaN FET表现出更低的单位面积导通电阻，允许更有效的电流传导，从而导致更小的功耗和承载更高电流的能力。GaN的更高电子迁移率允许更快的电荷传输，因此具有处理更高电流密度的能力。
- 在这个应用中，每个EPC2036GaN FET可以在0.9 mm×0.9 mm的微小占位面积内承载5 A。这使得GaN集成达到了前所未有的水平；2000 A负载板由512个负载单元组成，使用超快GaN开关，在100 mm×100 mm的占位面积内实现了高达2047 A的电流。每个负载单元约为2.5 mm×5.5 mm，比一粒米粒还小，每个单元的电流可达5 A。这有助于探针尖端的缩小。
采用GaN FET的电源系统测试突破性设计
Picotest的高速瞬态负载电流步进器标志着电源系统测试领域的一个变革时刻。通过克服现有的限制并引入前所未有的功能，包括从未有过的GaN集成水平，这些创新将重新定义行业标准，特别是在要求低电压、高电流的应用中，如数据中心、AI、图形、EV、ASIC和服务器。