(57)【要約】  信号の入出力ポートとなる第１〜第３のＣＰＷ線路と、第２のＣＰＷ線路の中心導体と第１のＣＰＷ線路の接地導体を中継し、第２のＣＰＷ線路の接地導体と第１のＣＰＷ線路の中心導体を中継する第１の差動型伝送線路と、第３のＣＰＷ線路の中心導体と第１のＣＰＷ線路の中心導体を中継し、第３のＣＰＷ線路の接地導体と第１のＣＰＷ線路の接地導体を中継する第２の差動型伝送線路と、第１〜第３のＣＰＷ線路の少なくとも二つの接地導体どうしを接続する接続部とを有する。差動型伝送線路は、基板上の誘電体層内に形成された第１の配線及びその下層に配置される第２の配線と、基板と第２の配線間に配置される固定電位の下層配線とを備える。
2008114646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号の入出力ポートとなる第１のＣＰＷ線路、第２のＣＰＷ線路及び第３のＣＰＷ線路と、
前記第２のＣＰＷ線路の中心導体と前記第１のＣＰＷ線路の接地導体とを中継し、前記第２のＣＰＷ線路の接地導体と前記第１のＣＰＷ線路の中心導体とを中継する第１の差動型伝送線路と、
前記第３のＣＰＷ線路の中心導体と前記第１のＣＰＷ線路の中心導体とを中継し、前記第３のＣＰＷ線路の接地導体と前記第１のＣＰＷ線路の接地導体とを中継する第２の差動型伝送線路と、
前記第１のＣＰＷ線路の接地導体、前記第２のＣＰＷ線路の接地導体及び前記第３のＣＰＷ線路の接地導体の少なくとも二つの接地導体どうしを接続する接続部と、
を有し、
前記第１の差動型伝送線路及び第２の差動型伝送線路は、
基板上の誘電体層内に形成される、第１の配線、及び前記第１の配線よりも前記基板側に形成され、前記第１の配線と電磁界結合する第２の配線と、
前記基板と前記第２の配線間に配置された固定電位と接続された下層配線と、
を備えるバラン回路。
【請求項２】
非差動型の伝送線路であるＦＣＰＷ線路と、
前記第１のＣＰＷ線路を前記ＦＣＰＷ線路に変換するＣＰＷ−ＦＣＰＷ線路変換部と、
前記ＦＣＰＷ線路を前記第１の差動型伝送線路及び前記第２の差動型伝送線路に変換する線路変換分岐部と、
前記第１の差動型伝送線路を前記第２のＣＰＷ線路に変換し、前記第２の差動型伝送線路を前記第３のＣＰＷ線路に変換する複数の線路変換部と、
を有する請求項１記載のバラン回路。
【請求項３】
信号の入出力ポートとなる第１のＣＰＷ線路、第２のＣＰＷ線路及び第３のＣＰＷ線路と、前記第２のＣＰＷ線路の中心導体と前記第１のＣＰＷ線路の中心導体とを中継し、前記第２のＣＰＷ線路の接地導体と前記第３のＣＰＷ線路の接地導体とを中継する第１の差動型伝送線路と、
前記第３のＣＰＷ線路の中心導体と前記第１のＣＰＷ線路の接地導体とを中継し、前記第３のＣＰＷ線路の接地導体と前記第２のＣＰＷ線路の接地導体とを中継する第２の差動型伝送線路と、
前記第１のＣＰＷ線路の接地導体、前記第２のＣＰＷ線路の接地導体及び前記第３のＣＰＷ線路の接地導体の少なくとも二つの接地導体どうしを接続する接続部と、
を有し、
前記第１の差動型伝送線路及び第２の差動型伝送線路は、
基板上の誘電体層内に形成される、第１の配線、及び前記第１の配線よりも前記基板側に形成され、前記第１の配線と電磁界結合する第２の配線と、
前記基板と前記第２の配線間に配置された固定電位と接続された下層配線と、
を備えるバラン回路。
【請求項４】
信号の入出力ポートとなる第１のＣＰＷ線路、第２のＣＰＷ線路及び第３のＣＰＷ線路と、
前記第２のＣＰＷ線路の中心導体と前記第３のＣＰＷ線路の中心導体とを中継し、前記第２のＣＰＷ線路の接地導体と前記第１のＣＰＷ線路の中心導体とを中継する第１の差動型伝送線路と、
前記第３のＣＰＷ線路の中心導体と前記第２のＣＰＷ線路の中心導体とを中継し、前記第３のＣＰＷ線路の接地導体と前記第１のＣＰＷ線路の接地導体とを中継する第２の差動型伝送線路と、
前記第１のＣＰＷ線路の接地導体、前記第２のＣＰＷ線路の接地導体及び前記第３のＣＰＷ線路の接地導体の少なくとも二つの接地導体どうしを接続する接続部と、
を有し、
前記第１の差動型伝送線路及び第２の差動型伝送線路は、
基板上の誘電体層内に形成される、第１の配線、及び前記第１の配線よりも前記基板側に形成され、前記第１の配線と電磁界結合する第２の配線と、
前記基板と前記第２の配線間に配置された固定電位と接続された下層配線と、
を備えるバラン回路。
【請求項５】
前記第１のＣＰＷ線路の中心導体と接地導体とに接続される第３の差動型伝送線路と、
前記第１のＣＰＷ線路を第３の差動型伝送線路に変換する線路変換部と、
前記第３の差動型伝送線路を前記第１の差動型伝送線路及び前記第２の差動型伝送線路に変換する分岐部と、
前記第１の差動型伝送線路を前記第２のＣＰＷ線路に変換し、前記第２の差動型伝送線路を前記第３のＣＰＷ線路に変換する複数の変換部と、
を有する請求項３または４記載のバラン回路。
【請求項６】
前記第１の差動型伝送線路と前記第２の差動型伝送線路の長さが異なる請求項１から５のいずれか１項記載のバラン回路。
【請求項７】
前記伝送線路と基板との間の配線層に形成された配線が接地電位あるいは電源電圧に接続されている請求項１から６のいずれか１項記載のバラン回路。
【請求項８】
前記第２のＣＰＷ線路と前記第３のＣＰＷ線路の長さが異なる請求項１から７のいずれか１項記載のバラン回路。
【請求項９】
前記第１のＣＰＷ線路、前記第２のＣＰＷ線路及び前記第３のＣＰＷ線路の少なくとも一つにＦＣＰＷ線路を用いる請求項１から８のいずれか１項記載のバラン回路。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項記載のバラン回路と、
前記バラン回路が有する前記第２のＣＰＷ線路及び前記第３のＣＰＷ線路に接続された複数の３端子能動素子と、
を有する集積回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は集積回路装置に用いて好適なバラン回路及び該バラン回路を備えた集積回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、無線通信装置では、比較的低い周波数である信号処理用のＩＦ（Intermediate  Frequency）信号から比較的高い周波数である通信用のＲＦ（Radio  Frequency）信号への周波数変換、あるいはＲＦ信号からＩＦ信号への周波数変換のためにミキサ回路が用いられる。【０００３】
図１は無線通信装置等で用いられるシングルバランス型ミキサ回路の構成を示す回路図である。【０００４】
図１に示すように、シングルバランス型ミキサ回路は、２つのミキサ素子５１と１８０度位相合成回路５２とを備えた構成である。ミキサ素子５１は、差動信号である逆相の２つのＩＦ信号と同相の２つの局部発振信号（以下、ＬＯ信号と称す）とをミキシングし、通信に必要な上側波帯信号と下側波帯信号を出力する。【０００５】
１８０度位相合成回路５２は、入力された２つの信号を１８０度の位相差を持たせて合成し、合成後の信号を出力する。したがって、ミキサ素子５１で生成した上側波帯信号及び下側波帯信号は１８０度位相合成回路５２によって同相で合成され、通信で使用するＲＦ信号として出力される。【０００６】
このとき、ミキサ素子５１からは通信で不要なＬＯ信号も出力されるが、ミキサ素子５１に同相で入力された２つのＬＯ信号は、そのまま同相で出力されるので、１８０度位相合成回路５２によって逆相で合成されることで相殺されて除去される。【０００７】
なお、図１に示した１８０度位相合成回路５２は、その出力ポート側（Ｏｕｔｐｕｔ）から信号を入力し、入力ポート側（０、１８０）から信号を取り出せば、１８０度位相分配器として利用することも可能である。その場合、ミキサ素子へＲＦ信号及びＬＯ信号を入力することで、位相が１８０度異なる２つのＩＦ信号を得ることができる。このような１８０度の位相差を持たせて信号を分配あるいは合成する回路は、差動信号から非差動信号あるいは非差動信号から差動信号へ変換する回路、複数の能動素子へ差動信号を分配する回路、差動信号を合成する回路等の様々な用途で使用される。そのため、近年、無線通信装置等に用いるマイクロ波ＩＣで上記１８０度位相合成回路（１８０度位相分配回路）を用いる要望が高まっている。なお、マイクロ波ＩＣでは、基板の裏面加工が不要なことから伝送線路としてＣＰＷ（Coplanar  Waveguide）線路が普及してきている。【０００８】
ところで、高周波信号を分配すると共に分配後の２つの信号に１８０度の位相差を持たせるためには、一般にラットレース回路が用いられる。ラットレース回路は、信号線路を２つに分岐することで信号を分配し、分岐後の２本の信号線路に、伝送対象となる信号周波数の１／２波長に相当する長さの差を設けることで、分配した２つの信号に１８０度の位相差を持たせる回路である。【０００９】
しかしながら、信号周波数の１／２波長に相当する線路長は、ＧＨｚを越える高周波信号であっても数ｍｍから数ｃｍ程度であり、大きな回路面積を必要とする。そのため、ラットレース回路をマイクロ波ＩＣに組み込むことは困難である。【００１０】
そこで、線路長の差で位相差を得るのではなく、上記ＣＰＷ線路やマイクロストリップ線路等の非差動型の伝送線路からスロット線路やＣＰＳ（Coplanar  Strips）線路等の差動型の伝送線路、あるいは差動型の伝送線路から非差動型の伝送線路へ変換するバラン回路を用いて１８０度の位相差を得る手法が、例えばYasuhiro  Hamada,  Kenichi  Maruhashi,  Masaharu  Ito,  Shuya  Kishimoto,  Takao  Morimoto,  and  Keiichi  Ohata,  “A  60-GHz-band  Compact  IQ  Modulator  MMIC  for  Ultra-high-speed  Wireless  Communication,”  2006  IEEE  MTT-S  International  Microwave  Symposium  Digest,  pp.1701-1704,  Jun.  2006．（以下、非特許文献１と称す）で提案されている。【００１１】
図２に示すように、非特許文献１に記載されたバラン回路は、信号の入出力ポートとなる第１のＣＰＷ線路６１、第２のＣＰＷ線路６２ａ及び第３のＣＰＷ線路６２ｂと、ＦＣＰＷ（Finite  Ground  Coplanar  Waveguide）線路６３と、差動型の伝送線路である第１のＣＰＳ線路６５ａ及び第２のＣＰＳ線路６５ｂと、第１のＣＰＷ線路６１をＦＣＰＷ線路６３に変換するＦＣＰＷ−ＣＰＷ変換部６４と、ＦＣＰＷ線路６３を第１のＣＰＳ線路６５ａ及び第２のＣＰＳ線路６５ｂへ変換するＦＣＰＷ−ＣＰＳ変換分岐部６６と、第１のＣＰＳ線路６５ａを第２のＣＰＷ線路６２ａへ変換する第１のＣＰＳ−ＣＰＷ変換部６７ａと、第２のＣＰＳ線路６５ｂを第３のＣＰＷ線路６２ｂへ変換する第２のＣＰＳ−ＣＰＷ変換部６７ｂとを備え、それらが基板６９上に形成された構成である。【００１２】
第１のＣＰＷ線路６１、第２のＣＰＷ線路６２ａ、第３のＣＰＷ線路６２ｂ及びＦＣＰＷ線路６３は、中心導体とその中心導体を挟むようにして配置された２つの接地導体とを備えた非差動型の伝送線路である。第１のＣＰＷ線路６１、第２のＣＰＷ線路６２ａ、第３のＣＰＷ線路６２ｂ及びＦＣＰＷ線路６３が有する２つの接地導体は、それぞれエアブリッジ６８によって接続されている。【００１３】
図２に示すバラン回路では、第１のＣＰＷ線路６１がＣＰＷ−ＦＣＰＷ変換部６４によりＦＣＰＷ線路６３に変換され、ＦＣＰＷ線路６３がＦＣＰＷ−ＣＰＳ変換分岐部６６によって分岐され、第１のＣＰＳ線路６５ａ及び第２のＣＰＳ線路６５ｂに変換される。また、第１のＣＰＳ線路６５ａが第１のＣＰＳ−ＣＰＷ変換部６７ａによって第２のＣＰＷ線路６２ａに変換され、第２のＣＰＳ線路６５ｂが第２のＣＰＳ−ＣＰＷ変換部６７ｂによって第３のＣＰＷ線路６２ｂに変換される。ここで、第２のＣＰＷ線路６２ａの中心導体はＦＣＰＷ線路６３の接地導体と接続され、第３のＣＰＷ線路６２ｂの中心導体はＦＣＰＷ線路６３の中心導体と接続されている。また、第２のＣＰＷ線路６２ａの接地導体はＦＣＰＷ線路６３の中心導体と接続され、第３のＣＰＷ線路６２ｂの接地導体はＦＣＰＷ線路６３の接地導体と接続されている。【００１４】
このように、ＦＣＰＷ線路６３の中心導体及び接地導体に対する第２のＣＰＷ線路６２ａの中心導体及び接地導体の接続と、ＦＣＰＷ線路６３の中心導体及び接地導体に対する第３のＣＰＷ線路６２ｂの中心導体及び接地導体の接続の関係を逆にすることで、第１のＣＰＷ線路６１から信号を入力すると、第２のＣＰＷ線路６２ａ及び第３のＣＰＷ線路６２ｂからは位相差が１８０度の差動信号が出力される。このような構成は、電気長によって１８０度の位相差を得る原理を用いていないため、ＣＰＳ線路の長さを適宜短くすることが可能であり、回路サイズを小さくすることが可能になる。また、各ＣＰＷ線路の接地導体どうしがそれぞれ接続されているため、各ＣＰＷ線路の接地電位が等しくなり、集積回路に適用することが容易である。接地導体を接続することにより、第２のＣＰＷ線路６２ａ及び第３のＣＰＷ線路６２ｂから出力される信号の位相差は必ずしも１８０度とならなくなるが、第１のＣＰＳ線路６５ａと第２のＣＰＳ線路６５ｂを異なる長さとすることで位相差のずれを補償することができる。【００１５】
しかしながら、上記非特許文献１に開示されたバラン回路には下記のような問題がある。【００１６】
第１の問題点は、シリコンに代表される導電性基板上に上記バラン回路を形成すると、バラン回路の挿入損失が大きくなることである。これは、基板損失に起因するものであり、ＣＰＷ線路、ＦＣＰＷ線路、ＣＰＳ線路において生じる電磁界が基板の内部に広がり、基板の抵抗成分によって信号が減衰してしまうからである。そこで、導電性基板上に形成される高周波配線では、一般にグラウンドシールドと呼ばれる導体層を下層に配置し、それを接地電位に接続することで電界を遮蔽し、基板による損失を防止している。但し、バラン回路にグラウンドシールドの適用を試みても電力は等しく分配されず、また位相差も１８０度にはならない。すなわち、バラン回路として動作させることは不可能である。【００１７】
この原因は、ＣＰＳ線路を構成する２本のストリップ状導体間の結合よりも、グラウンドシールドとそれぞれのストリップ状導体との結合が優位となり、主な伝送モードがマイクロストリップ線路モードとなることから、ＣＰＳ線路部が差動型伝送線路として動作しなくなるためである。【００１８】
第２の問題点は、回路サイズの縮小が困難なことである。【００１９】
この原因は、バラン回路のＣＰＳ線路に起因する。ＣＰＳ線路は、２本のストリップ状導体を並行に配置したものであるため、少なくとも導体間隔と２本分の導体幅とを加えた領域を占める。さらに、電磁界の横方向への広がりが大きく、接地導体を含む他の回路を遠ざける必要があるためである。
【発明の開示】
【００２０】
そこで、本発明は、１８０度の位相差を持つ信号の分配あるいは合成が可能であり、所望の回路性能を実現しつつ集積回路装置へ組み込むことが容易であり、さらに導電性基板を用いた場合でも損失の少ないバラン回路及びそれを備えた集積回路装置を提供することを目的とする。
【００２１】
上記目的を達成するため本発明のバラン回路は、信号の入出力ポートとなる第１のＣＰＷ線路、第２のＣＰＷ線路及び第３のＣＰＷ線路と、
前記第２のＣＰＷ線路の中心導体と前記第１のＣＰＷ線路の接地導体とを中継し、前記第２のＣＰＷ線路の接地導体と前記第１のＣＰＷ線路の中心導体とを中継する第１の差動型伝送線路と、
前記第３のＣＰＷ線路の中心導体と前記第１のＣＰＷ線路の中心導体とを中継し、前記第３のＣＰＷ線路の接地導体と前記第１のＣＰＷ線路の接地導体とを中継する第２の差動型伝送線路と、
前記第１のＣＰＷ線路の接地導体、前記第２のＣＰＷ線路の接地導体及び前記第３のＣＰＷ線路の接地導体の少なくとも二つの接地導体どうしを接続する接続部と、
を有し、
前記第１の差動型伝送線路及び第２の差動型伝送線路は、
基板上の誘電体層内に形成される、第１の配線、及び前記第１の配線よりも前記基板側に形成され、前記第１の配線と電磁界結合する第２の配線と、
前記基板と前記第２の配線間に配置された固定電位と接続された下層配線と、
を備える。
【００２２】
または、信号の入出力ポートとなる第１のＣＰＷ線路、第２のＣＰＷ線路及び第３のＣＰＷ線路と、前記第２のＣＰＷ線路の中心導体と前記第１のＣＰＷ線路の中心導体とを中継し、前記第２のＣＰＷ線路の接地導体と前記第３のＣＰＷ線路の接地導体とを中継する第１の差動型伝送線路と、
前記第３のＣＰＷ線路の中心導体と前記第１のＣＰＷ線路の接地導体とを中継し、前記第３のＣＰＷ線路の接地導体と前記第２のＣＰＷ線路の接地導体とを中継する第２の差動型伝送線路と、
前記第１のＣＰＷ線路の接地導体、前記第２のＣＰＷ線路の接地導体及び前記第３のＣＰＷ線路の接地導体の少なくとも二つの接地導体どうしを接続する接続部と、
を有し、
前記第１の差動型伝送線路及び第２の差動型伝送線路は、
基板上の誘電体層内に形成される、第１の配線、及び前記第１の配線よりも前記基板側に形成され、前記第１の配線と電磁界結合する第２の配線と、
前記基板と前記第２の配線間に配置された固定電位と接続された下層配線と、
を備える。
【００２３】
または、信号の入出力ポートとなる第１のＣＰＷ線路、第２のＣＰＷ線路及び第３のＣＰＷ線路と、
前記第２のＣＰＷ線路の中心導体と前記第３のＣＰＷ線路の中心導体とを中継し、前記第２のＣＰＷ線路の接地導体と前記第１のＣＰＷ線路の中心導体とを中継する第１の差動型伝送線路と、
前記第３のＣＰＷ線路の中心導体と前記第２のＣＰＷ線路の中心導体とを中継し、前記第３のＣＰＷ線路の接地導体と前記第１のＣＰＷ線路の接地導体とを中継する第２の差動型伝送線路と、
前記第１のＣＰＷ線路の接地導体、前記第２のＣＰＷ線路の接地導体及び前記第３のＣＰＷ線路の接地導体の少なくとも二つの接地導体どうしを接続する接続部と、
を有し、
前記第１の差動型伝送線路及び第２の差動型伝送線路は、
基板上の誘電体層内に形成される、第１の配線、及び前記第１の配線よりも前記基板側に形成され、前記第１の配線と電磁界結合する第２の配線と、
前記基板と前記第２の配線間に配置された固定電位と接続された下層配線と、
を備える。
【００２４】
上記のような構成では、第１の配線及び第２の配線の線路幅及び間隔を調整することでこれらの配線を強く電磁界結合させることが可能であるため、グラウンドシールドが存在する場合でも線路間の結合を大きくできる。そのため、固定電位に接続された下層導体と各ストリップ状導体間で発生するマイクロストリップモードではなく、第１の配線と第２の配線の結合が優位となり、主な伝送モードが差動伝送モードとなることから、ＣＰＳ線路部が差動型伝送線路として動作する。したがって、１８０度の位相差を持つ信号の分配あるいは合成が可能なバラン回路を実現できる。
【００２５】
また、固定電位に接続された下層配線は電界を遮蔽するため、第１の配線及び第２の配線から成る差動型伝送線路にて発生する電界は基板には到達しない。そのため、基板の抵抗成分による損失を受けることのない低損失なバラン回路が得られる。
【００２６】
さらに、上記差動型伝送線路は、同一平面上に２本の配線を配置して結合させるスロットラインやＣＰＳ線路のように広い配線領域を必要としないため、回路サイズを小さくできる。そのため、集積回路装置へ容易に組み込むことが可能であり、該バラン回路を備えた集積回路装置の回路サイズを小さくできる。
【００２７】
したがって、１８０度の位相差を持つ信号の分配あるいは合成が可能であり、所望の回路性能を実現しつつ集積回路装置へ組み込むことが容易であり、さらに導電性基板を用いた場合でも損失の少ないバラン回路及びそれを備えた集積回路装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、シングルバランス型ミキサ回路の構成を示す回路図である。
【図２】図２は、背景技術のバラン回路の構成を示す平面図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態のバラン回路の構成を示す平面図である。
【図４】図４は、第１の実施の形態のバラン回路の構成を示す断面図である。
【図５】図５は、第２の実施の形態のバラン回路の構成を示す平面図である。
【図６】図６は、第３の実施の形態のバラン回路の構成を示す平面図である。
【図７】図７は、図３に示したバラン回路を備える集積回路装置の一構成例を示す平面図である。
【図８】図８は、差動型伝送線路の他の構成例を示す断面図である。
【図９】図９は、差動型伝送線路の他の構成例を示す断面図である。
【図１０】図１０は、差動型伝送線路の他の構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
次に本発明について図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図３は第１の実施の形態のバラン回路の構成を示す平面図であり、図４は図３に示したバラン回路をＡ−Ａ’線に沿って切断した様子を示す断面図である。【００３０】
図３に示すように、第１の実施の形態のバラン回路は、信号の入出力ポートとなる第１のＣＰＷ線路１、第２のＣＰＷ線路２ａ及び第３のＣＰＷ線路２ｂと、非差動型の伝送線路であるＦＣＰＷ線路３と、第１のＣＰＷ線路１をＦＣＰＷ線路３へ変換するＣＰＷ−ＦＣＰＷ線路変換部４と、長さがＬ１の第１の差動型伝送線路５ａ、及び長さがＬ１＋Ｌ２の第２の差動型伝送線路５ｂと、ＦＣＰＷ線路３を第１の差動型伝送線路５ａ及び第２の差動型伝送線路５ｂに変換する線路変換分岐部６と、第１の差動型伝送線路５ａを第２のＣＰＷ線路２ａへ変換する第１の変換部７ａと、第２の差動型伝送線路５ｂを第３のＣＰＷ線路２ｂへ変換する第２の変換部７ｂと、接地電位に接続された下層導体８を備え、それらが基板９上に形成された構成である。【００３１】
第１のＣＰＷ線路１、第２のＣＰＷ線路２ａ及び第３のＣＰＷ線路２ｂの各接地導体は、基板９上に形成された各素子を囲むように配置されている。また、第１のＣＰＷ線路１の接地導体、第２のＣＰＷ線路２ａの接地導体、第３のＣＰＷ線路２ｂの接地導体及びＦＣＰＷ線路３の接地導体は、接地ビア１２によって下層導体８へ接続されている。【００３２】
第１の差動型伝送線路５ａと第２の差動型伝送線路５ｂとは、それぞれの一方の導体がストリップ状導体間ビア１３によって接続されて共通に用いられ、該共通な導体が、接地ビア１２により第２のＣＰＷ線路２ａの接地導体に接続され、さらに第３のＣＰＷ線路２ｂの中心導体と接続されている。【００３３】
また、共通な導体ではない第１の差動型伝送線路５ａの他方の導体は第２のＣＰＷ線路２ａの中心導体と接続され、第２の差動型伝送線路５ｂの他方の導体は接地ビア１２にて第３のＣＰＷ線路２ｂの接地導体と接続されている。線路変換分岐部６では、ＦＣＰＷ線路３の中心導体が２つに分岐し、一方はストリップ状導体間ビア１３を介して第１の差動型伝送線路５ａの第２のストリップ状導体１１ｂに接続され、他方は第２の差動型伝送線路５ｂの第１のストリップ状導体１１ａと接続されている。【００３４】
ＦＣＰＷ線路３の一方の接地導体は、接地ビア１２によって下層導体８に接続されると共に、第１の差動型伝送線路５ａの第１のストリップ状導体１１ａに接続されている。また、ＦＣＰＷ線路３の他方の接地導体は、接地ビア１２によって下層導体８に接続されると共に、第２の差動型伝送線路５ｂの第２のストリップ状導体１１ｂと接続されている。【００３５】
第１の差動型伝送線路５ａは、図４に示すように基板９上に形成された誘電体層１０内に配置される第１のストリップ状導体（第１の配線）１１ａ及び第１のストリップ状導体１１ａの下層に配置された第２のストリップ状導体（第２の配線）１１ｂと、基板９と第２のストリップ状導体間に配置された固定電位と接続された下層導体（下層配線）８とによって構成される。下層導体８は、誘電体層１０内の基板９に近い位置に設けられ、第１のストリップ状導体１１ａ及び第２のストリップ状導体１１ｂの双方を用いた伝送線路が形成されている。第２の差動型伝送線路５ｂも第１の差動型伝送線路５ａと同様の構成である。【００３６】
一般に、図４に示すような構成は、最表層に近づくほどシート抵抗が小さくなる多層配線プロセスを用いて形成されるため、各導体の抵抗による損失が等しくなるように、第１のストリップ状導体１１ａの線幅よりも、第１のストリップ状導体１１ａの下層に形成する第２のストリップ状導体１１ｂの線幅を広く形成している。【００３７】
ここで、図４に示す構造の差動型伝送線路にマイクロ波信号を入力すると、第１のストリップ状導体１１ａと下層導体８、及び第２のストリップ状導体１１ｂと下層導体８によってマイクロストリップモードが発生し、さらに第１のストリップ状導体１１ａと第２のストリップ状導体１１ｂとが電磁界結合する。【００３８】
非特許文献１に記載されたＣＰＳ線路では、マイクロストリップモードが支配的となるので差動伝送ができない。一方、図４に示す構造では、２本のストリップ状導体１１ａ及び１１ｂを上下に配置することで十分に電磁界結合し、マイクロストリップモードが混在した状態でも差動型の伝送線路として動作する。【００３９】
このとき、差動型伝送線路にて発生する電界及びマイクロストリップモードにおける電界は、下層導体８によって遮蔽され、基板９には到達しない。これにより伝送線路を通過する信号は基板９の抵抗成分の影響を受けないため、信号伝送時の損失が低減する。また、第１のＣＰＷ線路１、第２のＣＰＷ線路２ａ、第３のＣＰＷ線路２ｂ及びＦＣＰＷ線路３においても、それぞれの下方に下層導体８が配置されているため同様の効果が得られる。【００４０】
したがって、本実施形態のバラン回路によれば、下層導体８が存在すると差動モードで伝送しないＣＰＳ線路と違って、回路中の差動型伝送線路５ａ及び５ｂにて差動モードで信号が伝送される。そのため、第２のＣＰＷ線路２ａと第３のＣＰＷ線路２ｂから位相差が１８０度の差動信号を得ることができる。【００４１】
また、第２のＣＰＷ線路２ａと第３のＣＰＷ線路２ｂから出力される信号の位相差は、第１の差動型伝送線路５ａと第２の差動型伝送線路５ｂの長さの差であるＬ２を調節することで補償できる。【００４２】
また、第１のストリップ状導体１１ａと第２のストリップ状導体１１ｂとが重なるように配置されているため、第１の差動型伝送線路５ａ及び第２の差動型伝送線路５ｂを背景技術のＣＰＳ線路よりも小型に形成できる。さらに、差動型伝送線路をクランク状、メアンダ状あるいは螺旋状に配置することで、より小型に形成することも可能である。また、第１の差動型伝送線路５ａ及び第２の差動型伝送線路５ｂの長さＬ１はレイアウト面積が許容できる範囲内で自由に設定できる。【００４３】
したがって、バラン回路のサイズを小さくすることが可能であり、集積回路に容易に搭載することができる。【００４４】
また、信号の入出力ポートとなる第１のＣＰＷ線路１、第２のＣＰＷ線路２ａ及び第３のＣＰＷ線路２ｂの接地導体がそれぞれ同一電位となるため、第１のＣＰＷ線路１、第２のＣＰＷ線路２ａ及び第３のＣＰＷ線路２ｂへ３端子能動素子等を接続してもそれらが等しい条件で動作する。よって、所望の回路性能を実現できる。
（第２の実施の形態）
図５に示すように、第２の実施の形態のバラン回路は、信号の入出力ポートとなる第１のＣＰＷ線路２１、第２のＣＰＷ線路２２ａ及び第３のＣＰＷ線路２２ｂと、長さがＬ３の第１の差動型伝送線路２５ａ、及び長さがＬ３＋Ｌ４の第２の差動型伝送線路２５ｂと、第３の差動型伝送線路２３と、第１のＣＰＷ線路２１を第３の差動型伝送線路２３へ変換する線路変換部２７ｃと、第３の差動型伝送線路２３を第１の差動型伝送線路２５ａと第２の差動型伝送線路２５ｂに分岐する差動型伝送線路分岐部２４と、第１の差動型伝送線路２５ａを第２のＣＰＷ線路２２ａへ変換する第１の線路変換部２７ａと、第２の差動型伝送線路２５ｂを第３のＣＰＷ線路２２ｂへ変換する第２の変換部２７ｂと、接地電位に接続された下層導体２８を備え、それらが基板２９上に形成された構成である。【００４５】
第１の差動型伝送線路２５ａ及び第２の差動型伝送線路２５ｂは、それぞれの一方の導体が共通であり、該共通な導体が接地ビア１２により第２のＣＰＷ線路２２ａの接地導体及び第３のＣＰＷ線路２２ｂの接地導体と接続されている。【００４６】
また、共通な導体ではない第１の差動型伝送線路２５ａの他方の導体は第２のＣＰＷ線路２２ａの中心導体と接続され、第２の差動型伝送線路２５ｂの他方の導体は第３のＣＰＷ線路２２ｂの中心導体と接続されている。【００４７】
第１のＣＰＷ線路２１、第２のＣＰＷ線路２２ａ及び第３のＣＰＷ線路２２ｂの接地導体は、基板２９上に形成された各素子を囲むように配置されている。また、第１のＣＰＷ線路２１、第２のＣＰＷ線路２２ａ及び第３のＣＰＷ線路２２ｂは、それぞれの接地導体どうしが接地ビア１２によって下層導体２８と接続されている。【００４８】
第３の差動型伝送線路２３は、線路分岐部２４にて第１の差動型伝送線路２５ａと第２の差動型伝送線路２５ｂの２つに分岐される．すなわち、第３の差動型伝送線路２３の第１のストリップ状導体１１ａが第２の差動型伝送線路２５ｂの第１のストリップ状導体１１ａに接続され、第３の差動型伝送線路２３の第２のストリップ状導体１１ｂが第１の差動型伝送線路２５ａの第１のストリップ状導体１１ａとストリップ状導体間ビア１３により接続されている。【００４９】
第２の実施の形態の差動型伝送線路２５ａ、２５ｂ、２３は、第１の実施の形態の差動型伝送線路と同じ構造であり、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。【００５０】
差動型伝送線路を分岐させると、それぞれ逆相で分配されるため、第１の差動型伝送線路２５ａと第２の差動型伝送線路２５ｂには、逆相で、かつ等しい電力の信号が伝送される。このとき、第１の差動型伝送線路２５ａと第２の差動型伝送線路２５ｂの共通の導体は、第２のＣＰＷ線路２２ａ及び第３のＣＰＷ線路２２ｂにおいて接地導体と接続されるため、第１の差動型伝送線路２５ａと第２の差動型伝送線路２５ｂの長さが等しいとき（Ｌ４＝０）、第２のＣＰＷ線路２２ａと第３のＣＰＷ線路２２ｂからは位相差が１８０度の信号が出力されるはずである。【００５１】
しかしながら、第１のＣＰＷ線路２１を入力ポートとして用い、第２のＣＰＷ線路２２ａ及び第３のＣＰＷ線路２２ｂを出力ポートとして用いる場合、第１のＣＰＷ線路２１、第２のＣＰＷ線路２２ａ及び第３のＣＰＷ線路２２ｂの各接地導体を接続し、各ＣＰＷ線路に対してＣＰＷ線路等を備える他の集積回路装置を接続すると、第１の実施の形態と同様に、第２のＣＰＷ線路２２ａと第３のＣＰＷ線路２２ｂから出力される信号の位相差は１８０度にならず、かつ第１の差動型伝送線路２５ａと第２の差動型伝送線路２５ｂに等しい信号電力が分配されない場合がある。【００５２】
そのため、本実施形態では、第２のＣＰＷ線路２２ａと第３のＣＰＷ線路２２ｂから位相差が１８０度の信号が出力されるように、第１の差動型伝送線路２５ａの長さと第２の差動型伝送線路２５ｂの長さを変えることで位相差を補償する。本実施形態では、第２のＣＰＷ線路２２ａと第３のＣＰＷ線路２２ｂから出力される信号の位相差をＬ４の長さによって補償するため、Ｌ３の長さはレイアウト面積が許容できる範囲内で自由に設定できる。【００５３】
なお、第１の差動型伝送線路２５ａと第２の差動型伝送線路２５ｂに対する信号電力の分配比は、背景技術と同様に外周部に配置された接地導体の形状を最適化することで補正できる。【００５４】
図５では、第１の差動型伝送線路２５ａと第２の差動型伝送線路２５ｂの共通の導体を、第２のＣＰＷ線路２２ａと第３のＣＰＷ線路２２ｂの接地導体に接続した構成を示したが、第１の差動型伝送線路２５ａと第２の差動型伝送線路２５ｂの共通導体を、第２のＣＰＷ線路２２ａと第３のＣＰＷ線路２２ｂの中心導体に接続した構成でもよい。その場合、共通の導体ではない第１の差動型伝送線路２５ａの他方の導体を第２のＣＰＷ線路２２ａの接地導体と接続し、第２の差動型伝送線路２５ｂの他方の導体を第３のＣＰＷ線路２２ｂの接地導体と接続すればよい。【００５５】
第２の実施の形態のバラン回路によれば、第１の実施の形態と同様に、第１のＣＰＷ線路２１と第２のＣＰＷ線路２２ａを中継する第１の差動型伝送線路２５ａ、及び第１のＣＰＷ線路２１と第３のＣＰＷ線路２２ｂを中継する第２の差動型伝送線路２５ｂを有することで、第２のＣＰＷ線路２２ａと第３のＣＰＷ線路２２ｂから位相差が１８０度の差動信号を得ることができる。また、バラン回路の面積を小型化できるため、集積回路装置へ容易に組み込むことができる。【００５６】
さらに、信号の入出力ポートとなる第１のＣＰＷ線路２１、第２のＣＰＷ線路２２ａ及び第３のＣＰＷ線路２２ｂの接地導体が同一電位となるため、第１のＣＰＷ線路２１、第２のＣＰＷ線路２２ａ及び第３のＣＰＷ線路２２ｂへ３端子能動素子等を接続した場合でも、それらが等しい条件で動作する。したがって、所望の回路性能を実現できる。
（第３の実施の形態）
図６に示すように、第３の実施の形態のバラン回路は、第１の差動型伝送線路３５ａと第２の差動型伝送線路３５ｂの長さが等しく（Ｌ５）、第２のＣＰＷ線路３２ａと第３のＣＰＷ線路３２ｂの長さが異なる（差がＬ６）点で第１の実施の形態のバラン回路と異なっている。その他の構成は第１の実施の形態のバラン回路と同様であるため、その説明は省略する。【００５７】
第３の実施の形態のバラン回路では、第２のＣＰＷ線路３２ａと第３のＣＰＷ線路３２ｂから位相差が１８０度の信号が出力されるように、第２のＣＰＷ線路３２ａと第３のＣＰＷ線路３２ｂの長さを異なる値とすることで位相差を補償する。【００５８】
本実施形態では、第２のＣＰＷ線路３２ａと第３のＣＰＷ線路３２ｂから出力される信号の位相差をＬ６の値によって補償するため、第１の差動型伝送線路３５ａ及び第２の差動型伝送線路３５ｂの長さ（Ｌ５）をレイアウト面積が許容できる範囲内で自由に設定できる。【００５９】
すなわち、図６に示したバラン回路も第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様に、回路サイズを小さくすることが可能であり、集積回路装置へ容易に組み込むことができる。そのため、第３の実施の形態のバラン回路においても、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。【００６０】
なお、第３の実施の形態では、第２のＣＰＷ線路３２ａと第３のＣＰＷ線路３２ｂの長さを変えることで第２のＣＰＷ線路３２ａと第３のＣＰＷ線路３２ｂから出力される信号の位相差を補償できることを示した。そのため、第１の差動型伝送線路３５ａと第２の差動型伝送線路３５ｂの長さは必ずしも等しくする必要はなく、これらの線路の長さは異なっていてもよい。【００６１】
また、図６では、第１の実施の形態で示したバラン回路の第２のＣＰＷ線路と第３のＣＰＷ線路の長さを変えることで、第２のＣＰＷ線路と第３のＣＰＷ線路から出力される信号の位相差を補償する例を示したが、このような構成は第２の実施の形態のバラン回路にも適用可能である。すなわち、図５に示した第１の差動型伝送線路と第２の差動型伝送線路の長さを等しく設定し、第２のＣＰＷ線路と第３のＣＰＷ線路の長さを変えても、第２のＣＰＷ線路と第３のＣＰＷ線路から出力される信号の位相差を補償することが可能である。
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態は、第１の実施の形態のバラン回路を図１に示したシングルバランス型ミキサ回路の１８０度位相合成器として使用する例である。【００６２】
図７に示すように、本実施形態の集積回路装置は、図３に示したバラン回路と、ミキサ素子である２つのＦＥＴ４１ａ及び４１ｂと、ＦＥＴ４１ａに接続されるキャパシタ４２ａ及び４３ａ、ＦＥＴ４１ｂに接続されるキャパシタ４２ｂ及び４３ｂとを備えている。ＣＰＷ線路の分岐部では下層導体とＣＰＷ線路の接地導体とが接地ビアを用いて接続される。【００６３】
ミキサ素子であるＦＥＴ４１ａのソース電極は第１の実施の形態のバラン回路の第２のＣＰＷ線路の接地導体に接続され、ＦＥＴ４１ｂのソース電極は第１の実施形態のバラン回路の第３のＣＰＷ線路の接地導体と接続されている。ＦＥＴ４１ａ及び４１ｂのゲート電極は、第１の入力ポート４４ａ及び４４ｂによりＬＯ信号源とゲートバイアス源に接続されている。【００６４】
また、ＦＥＴ４１ａのドレイン電極はキャパシタ４２ａを介して第２のＣＰＷ線路の中心導体と接続され、ＦＥＴ４１ｂのドレイン電極はキャパシタ４２ｂを介して第３のＣＰＷ線路の中心導体と接続されている。さらに、ＦＥＴ４１ａのドレイン電極には他端が接地導体と接続されたキャパシタ４３ａ及び所定の長さのスタブが接続され、該スタブを介して第２の入力ポート４５ａよりＩＦ信号が供給される。【００６５】
同様に、ＦＥＴ４１ｂのドレイン電極には、他端が接地導体と接続されたキャパシタ４３ｂ及び所定の長さのスタブが接続され、該スタブを介して第２の入力ポート４５ｂより逆相のＩＦ信号が供給される。【００６６】
なお、キャパシタ４３ａ及び４３ｂの容量（インピーダンス）は、ＲＦ信号の周波数においてドレイン電極側からみてオープンであり、ＩＦ信号の周波数において挿入損失が最も少なくなる値に設定される。【００６７】
このような構成では、ミキサ素子であるＦＥＴ４１ａ及び４１ｂのドレイン電極から上側波帯信号、下側波帯信号及びＬＯ信号が出力され、上側波帯信号と下側波帯信号はバラン回路により同相で合成され、ＬＯ信号はバラン回路により逆相で合成される。【００６８】
本実施形態の集積回路装置では、ミキサ素子である２つのＦＥＴ４１ａ及び４１ｂのソース電極が接続部４６ａ及び４６ｂにて接地導体と接続されているが、第１の実施の形態で説明したように各接地導体の電位が等しいため、２つのＦＥＴ４１ａ及び４１ｂの動作条件が同一となり、ＦＥＴ４１ａ及び４１ｂから出力されるＬＯ信号の電力が等しくなる。【００６９】
したがって、２つのＦＥＴ４１ａ及び４１ｂから出力されたＬＯ信号は、図７に示したバラン回路によって逆相で合成されて相殺され、出力ポート４７における信号に含まれるＬＯ信号の電力が低減する。【００７０】
また、本実施形態によれば、バラン回路のサイズを小さくできるため、該バラン回路を備える集積回路装置のサイズを小さくできる。【００７１】
なお、第４の実施の形態では、第１の実施の形態のバラン回路をシングルバランス型ミキサ回路の１８０度位相合成器として利用する例を示したが、第２の実施の形態及び第３の実施の形態で示したバラン回路もシングルバランス型ミキサ回路の１８０度位相合成器として利用することが可能である。【００７２】
また、第１の実施の形態、第２の実施の形態及び第３の実施の形態で示したバラン回路は、本実施形態で示したシングルバランス型ミキサ回路に限らず、逓倍回路や差動増幅回路等のように、２つの信号に１８０度の位相差を持たせる必要がある回路であれば、どのような回路に使用することも可能である。第１の実施の形態、第２の実施の形態及び第３の実施の形態で示したバラン回路を用いれば、該バラン回路を含む集積回路装置全体の回路サイズを小さくできる。【００７３】
また、第１の実施の形態、第２の実施の形態、第３の実施の形態及び第４の実施の形態で示した差動型伝送線路において、第１のストリップ状導体１１ａと第２のストリップ状導体１１ｂの間隔及び導体幅を適宜調節することで差動型伝送線路の結合度を調節することができる。また、第１のストリップ状導体１１ａと第２のストリップ状導体１１ｂの中心位置をずらすことでも、差動型伝送線路の結合度を調節することができる。【００７４】
さらに、差動型伝送線路は、図４に示した構造に限らず図８から図１０に示す断面構造であってもよい。【００７５】
図８に示す差動型伝送線路は、２本の第１のストリップ状導体１１ａを配置し、その一方をストリップ状導体間ビア１３により第２のストリップ状導体１１ｂと接続することで実効的なシート抵抗をそれぞれ同一とした構造である。【００７６】
図９に示す差動型伝送線路は、図８に示した差動型伝送線路にさらに第２のストリップ状導体１１ｂを追加し、２組の第１のストリップ状導体１１ａ及び第２のストリップ状導体１１ｂを、各々ストリップ状導体間ビア１３により接続した構造である。図９に示す伝送線路は、図８に示した差動型伝送線路と同様の効果が得られるほか、下層導体８との結合が調整しやすくなる。【００７７】
図１０に示す差動型伝送線路は、第１のストリップ状導体１１ａの上層に第３のストリップ状導体１１ｃを配置し、ストリップ状導体間ビア１３を用いて第３のストリップ状導体１１ｃと第２のストリップ状導体１１ｂを接続した構造である。図１０に示す伝送線路は、図８及び図９に示した差動型伝送線路と同様の効果が得られるほか、ストリップ状導体間の結合が大きくなり、かつそれぞれの線路幅と間隔を調整することで所望の結合が得られるような設計が容易になる。【００７８】
なお、第１の実施の形態〜第３の実施の形態では、下層導体８を接地電位と接続する例を示したが、下層導体８は固定電位であればよく、例えば電源電圧に接続してもよい。【００７９】
また、第１の実施の形態〜第３の実施の形態で示したバラン回路が搭載される基板には、通常、誘電体基板や半導体基板等が用いられるが、基板の材料はこれらに限定されるものではなく、シリコンに代表される導電性基板であってもよく、砒化ガリウムに代表される半絶縁性基板であってもよく、絶縁性基板であってもよい。【００８０】
また、第１の実施の形態〜第３の実施の形態では、下層導体８に板状の導体を用いる例を示したが、下層導体８はストライプ状あるいは格子状の導体であってもよい。【００８１】
また、下層導体８は、電界を遮蔽するのに十分な大きさであれば、バラン回路の一部にだけ配置してもよく、基板損失を問題としない場合は配置しなくてもよい。【００８２】
また、第１の実施の形態〜第３の実施の形態で示したバラン回路では、接地ビアを用いて全てのＣＰＷ線路及びＦＣＰＷ線路の接地導体を下層導体８に接続し、下層導体８を介してそれぞれの線路の接地導体どうしを接続する例を示したが、このような接続はＣＰＷ線路における信号の伝送モードを安定させるためのものであり、信号が損失無く確実に伝送されるならば、全てのＣＰＷ線路及びＦＣＰＷ線路の接地導体どうしを接続する必要はない。また、各ＣＰＷ線路及びＦＣＰＷ線路の接地導体どうしの接続には、必ずしも接地ビアと下層導体を用いる必要はなく、エアブリッジ等を用いてもよい。【００８３】
さらに、第１の実施の形態〜第３の実施の形態では、信号の入出力ポートとしてＣＰＷ線路を用いる例を示したが、これらの少なくとも一つを接地導体幅が有限なＦＣＰＷ線路に置き換えることも可能である。【００８４】
また、第１の実施の形態〜第４の実施の形態では、第１のＣＰＷ線路の接地導体、第２のＣＰＷ線路の接地導体及び第３のＣＰＷ線路の接地導体が全て周囲導体で接続されているが、これらは少なくとも２つの接地導体どうしが接続されていればよい。【００８５】
この出願は、２００７年３月１６日に出願された特願２００７−０６８４２６号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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