基于第三代半导体的新型功率开关管与传统硅基功率开关管相比具有更优越的性能,正获得越来越广泛的应用。然而与此同时,新型功率开关管更小的寄生电容和更快的开关速率也会带来与传统硅基功率开关管相比更高的dV/dt瞬态电压,这要求用于隔离栅极驱动的隔离器具有更高的共模瞬态抑制能力。与基于光耦合和电容耦合的隔离器相比,基于片上变压器的磁耦合隔离器具有更好的可靠性和共模瞬态抑制能力。因此,本文从片上变压器的层面进行了磁耦合隔离器的共模瞬态抑制能力研究。本文首先对用于隔离式信号传输的片上变压器的基础知识进行了介绍,包括片上变压器的器件结构、片上变压器的物理等效电路模型及参数计算方法、片上变压器的差模信号传输简化电路模型和参数提取方法。之后,针对共模瞬态抑制能力的研究,本文建立了片上变压器的共模瞬态等效电路,并阐释了其共模瞬态失效机理。当片上变压器被加载上一个非常大的共模瞬态噪声时,两个线圈之间的寄生电容中产生的位移电流流入副边线圈,副边线圈两端就会形成一个噪声电压,这个噪声电压将会对电路产生干扰,从而使信号的传输出现错误。紧接着,本文通过仿真研究了片上变压器的物理参数对于片上变压器共模瞬态耐受能力以及其他电学性能参数的调控机理。仿真结果显示,易于增加屏蔽结构的overpass结构片上变压器的性能比使用广泛的underpass结构片上变压器略差,降低片上变压器隔离材料的介电常数及提高衬底材料的电阻率对共模瞬态耐受能力有较好的改善效果,同时对片上变压器的差模性能影响较小。隔离层厚度增大对片上变压器共模瞬态耐受能力有较明显的改善效果,但会削弱线圈之间的磁场耦合。这些结果为片上变压器在隔离栅极驱动应用中的优化设计提供了指导。最后,本文分析了接地屏蔽结构对片上变压器共模瞬态耐受能力的改善作用和工作机理。由于屏蔽层结构的内部端口与副边线圈的内部端口相连,屏蔽层将会与副边线圈接地端具有相同的电势,因此位移电流将通过屏蔽层结构直接流入地点,从而改善了片上变压器的共模瞬态耐受能力。实验结果显示,具有副边图形化接地屏蔽层的片上变压器相较于传统片上变压器共模增益最高可降低92%,并且基本不影响差模性能。但是,由于副边接地屏蔽层必须图形化来阻断涡旋电流,屏蔽层开槽会使得原边线圈和副边线圈之间仍然存在一定的直接电场耦合。此外,由于原边线圈的非对称设计,流过原边线圈的位移电流仍然可能使原边线圈产生磁场并耦合到副边线圈。因此,本文提出了具有双层图形化接地屏蔽层(PGS)的新型信号隔离片上变压器,并进行了仿真研究。仿真结果显示,双层PGS结构与副边侧单层PGS结构相比,在不降低片上变压器信号传输性能的同时,其共模增益最大可降低单层PGS结构片上变压器的62%。