(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のライン（３１）と、
前記第１のライン（３１）に、第１区間（４２）および第２区間（５３）で横型結合された第２のライン（３２）とを備える結合器であって、
前記第１のライン（３１）における前記第１のライン（３１）と前記第２のライン（３２）との間の単位長さ当りの静電容量は、前記第１区間（４２）の方が前記第２区間（５３）よりも大きく、
前記第１のライン（３１）と前記第２のライン（３２）とが第１の曲部（４０）を形成し、
前記結合器（１０）が、前記第１のライン（３１）と前記第２のライン（３２）との間に配置された誘電体層（８２）を備え、前記誘電体層（８２）は、前記第１区間（４２）で第１の厚さ（Ｔ１）を有し、かつ前記第２区間（５３）で第２の厚さ（Ｔ２）を有し、前記第２の厚さ（Ｔ２）が前記第１の厚さ（Ｔ１）より大きい結合器。
【請求項２】
前記第１区間（４２）が、少なくとも部分的に第１の曲部（４０）内に配置される請求項１に記載の結合器。
【請求項３】
前記結合器（１０）が、平行板キャパシタとして設計された第１のキャパシタ（２２）を備えて前記第１区間（４２）内に配置され、
前記第１のライン（３１）が前記第１のキャパシタ（２２）の第１の電極に電気的に接続されるか、または前記第１のライン（３１）の１つの区間が前記第１のキャパシタ（２２）の前記第１の電極を形成し、
前記第２のライン（３２）が前記第１のキャパシタ（２２）の第２の電極に電気的に接続されるか、または前記第２のライン（３２）の１つの区間が前記第１のキャパシタ（２２）の前記第２の電極を形成する請求項１または２に記載の結合器。
【請求項４】
前記結合器（１０）が、相互嵌合キャパシタ（９１）として設計された第１のキャパシタ（２２）を備えて前記第１区間（４２）内に配置され、
前記相互嵌合キャパシタ（９１）の第１の電極（９２）が前記第１のライン（３１）に電気的に接続され、前記相互嵌合キャパシタ（９１）の第２の電極（９３）が前記第２のライン（３２）に電気的に接続される請求項１または２に記載の結合器。
【請求項５】
前記結合器（１０）が第１の金属層（４３）および第２の金属層（４８）を備え、前記第１のライン（３１）が、前記第１の金属層（４８）において前記第１の曲部（４０）の半分超に配置され、前記第２のライン（３２）が、前記第２の金属層（４３）において前記第１の曲部（４０）の半分超に配置される請求項１から４のいずれか１項に記載の結合器。
【請求項６】
前記第１の曲部（４０）が第１の交差（４１）を備える請求項１から５のいずれか１項に記載の結合器。
【請求項７】
前記第１の交差（４１）がライン区間（７６、７７、７８）およびバイア（６５、６６、６７）を備え、前記ライン区間（７６、７７、７８）および前記バイア（６５、６６、６７）が、前記第１の交差（４０）を形成し、それぞれが、第１の金属層（４８）、第２の金属層（４３）、および前記第１の金属層（４３）と前記第２の金属層（４８）との間に配置される請求項６に記載の結合器。
【請求項８】
前記第１の交差（４１）が、水平の交差であって、第１のアーム（６１）と、第２のアーム（６２）と、前記第１のアーム（６１）に対して反対側の第３のアーム（６３）と、前記第２のアーム（６２）に対して反対側の第４のアーム（６４）とを有し、
前記第１のアーム（６１）において、前記第１のライン（３１）が前記第１の金属層（４８）に配置され、前記第２のライン（３２）が前記第２の金属層（４３）から前記第１の金属層（４８）へと変化し、
前記第２のアーム（６２）において、前記第１のライン（３１）が前記第１の金属層（４８）から前記第２の金属層（４３）へと変化し、前記第２のライン（３２）が前記第２の金属層（４３）に配置される請求項６または７に記載の結合器。
【請求項９】
前記第３のアーム（６３）において、前記第１のライン（３１）および前記第２のライン（３２）が、前記第１の金属層（４８）に配置され、
前記第４のアーム（６４）において、前記第２のライン（３２）が前記第２の金属層（４３）に配置され、前記第１のライン（３１）が前記第１の金属層（４８）から前記第２の金属層（４３）へと変化する請求項８に記載の結合器。
【請求項１０】
前記第１のライン（３１）および前記第２のライン（３２）が第２の曲部（４５）を形成し、
前記第２の曲部（４５）は、
前記第１の曲部（４０）の側方に配置され、
水平の交差である第２の交差（４６）を備える請求項１から９のいずれか１項に記載の結合器。
【請求項１１】
前記第２の曲部（４５）が第３区間（４７）を備え、前記第１のライン（３１）における単位長さ当りの前記第１のライン（３１）と前記第２のライン（３２）との間の静電容量は、前記第３区間（４７）の方が前記第２区間（５３）よりも大きい請求項１０に記載の結合器。
【請求項１２】
前記第１のライン（３１）が、前記第２の金属層（４３）において前記第２の曲部（４５）の半分超に配置され、前記第２のライン（３２）が、前記第１の金属層（４８）において前記第２の曲部（４５）の半分超に配置される請求項１０または１１に記載の結合器。
【請求項１３】
前記第１のライン（３１）が第１の端子（１１）および第４の端子（１４）を備え、前記第２のライン（３２）が第２の端子（１２）および第３の端子（１３）を備え、前記第１の端子（１１）が前記第２の端子（１２）に隣接しており、前記第３の端子（１３）が前記第４の端子（１４）に隣接しており、前記結合器（１０）が、電力結合器および電力分配器のうちの少なくとも１つとして実施される請求項１から１２のいずれか１項に記載の結合器。
【請求項１４】
増幅器機構（１００）であって、
入力端（１０３）と、
入力側が前記増幅器機構（１００）の前記入力端（１０３）に結合されている第１の結合器（１０１）と、
前記第１の結合器（１０１）に結合された入力端を有する第１の増幅器（１０４）と、
前記第１の結合器（１０１）に結合された入力端を有する第２の増幅器（１０５）と、
入力側が前記第１の増幅器（１０４）の出力端および前記第２の増幅器（１０５）の出力端に結合されている第２の結合器（１０２）と、
前記第２の結合器（１０２）に結合された出力端（１１０）とを備え、
前記第１の結合器（１０１）および前記第２の結合器（１０２）のうち少なくとも１つが、請求項１から１３のいずれか１項による結合器（１０）として実現される増幅器機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結合器および増幅器機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
結合器は１対の結合されたラインを備える。結合器には高周波信号が供給されることが多い。したがって、それらの２つのラインは、高周波信号の容量結合または誘導結合をもたらす。
【０００３】
文献（例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３参照）は、螺旋状の結合器を説明している。文献（例えば、特許文献４、特許文献５および特許文献６参照）は、ライン間で容量結合が達成される２つのラインを備える結合器を示している。これらの結合器は、基板上に大きな面積を必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願第２００２／０１７５７７５  Ａ１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，４０７，６４７  Ｂ１号明細書
【特許文献３】米国特許第６，６３９，４９０  Ｂ２号明細書
【特許文献４】米国特許第５，３１３，１７５号明細書
【特許文献５】米国特許第７，０３４，６３３  Ｂ２号明細書
【特許文献６】米国特許第７，３３６，１４２  Ｂ２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、基板上に小さな面積しか必要としない結合器および増幅器機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、請求項１に記載の結合器および請求項１４に記載の増幅器機構によって達成される。結合器の実施形態は、従属請求項で示される。
【０００７】
結合器は、第１のラインおよび第２のラインを備える。第１のラインと第２のラインは、第１区間および第２区間で横型結合される。第１のラインと第２のラインが第１の曲部を形成する。第１のラインの単位長さ当りの第１のラインと第２のラインとの間の静電容量は、第１区間の方が第２区間より大きい。
【０００８】
この結合器の利点は、基板上の小さな面積しか必要とせずに誘導結合と容量結合の両方が達成されることである。容量結合は、第２のラインに対する第１のラインの横型配向によってもたらされる。さらに、容量結合は、第１のラインと第２のラインの両区間で異なる。容量結合は、第１区間の方が第２区間より増加する。
【０００９】
一実施形態では、第２のラインに対する第１のラインの横型結合は、第２のラインに対する第１のラインの垂直方向の調節によって実現される。したがって、第１のラインの単位長さ当りの第１のラインと第２のラインとの間の静電容量は、第２のラインの単位長さ当りの第１のラインと第２のラインとの間の静電容量に等しい。
【００１０】
一実施形態では、第１区間は第１の曲部の内部に配置される。したがって、第１の曲部を形成する第１のライン区間は、第１区間または少なくとも第１区間の一部分を備える。第１の曲部の第１のラインと第２のラインの輪郭の内部で、増加した静電容量が有利に実現される。
【００１１】
一実施形態では、結合器は第１のキャパシタを備える。第１のキャパシタは、単位長さ当りの第１のラインと第２のラインとの間の静電容量が、第１区間の方が第２区間より増加する。第１のラインは、第１のキャパシタの第１の電極に電気的に接続され得る。第２のラインは、第１のキャパシタの第２の電極に電気的に接続され得る。第１のキャパシタは、平行板キャパシタまたは相互嵌合キャパシタとして実現することができる。
【００１２】
結合器は、第１のラインと第２のラインとの間に配置された誘電体層を備える。
【００１３】
一実施形態では、第１区間の誘電体層の厚さは、第２区間の誘電体層の厚さに等しい。第１のラインおよび第２のラインは、第１区間で第１の幅を有する。第１のラインおよび第２のラインは、第２区間でライン幅を有する。第１の幅は、ライン幅より大きくてよい。したがって、第１区間では、第１のラインと第２のラインの幅が第２区間のものと比較してより大きいことにより、第１のラインの単位長さ当りの静電容量が増加される。
【００１４】
代替実施形態では、誘電体層は、第１区間で第１の厚さを有し、第２区間で第２の厚さを有する。第２の厚さは第１の厚さより大きい。したがって、第１区間の誘電体層が第２区間の誘電体層より薄いことにより、第１のラインの単位長さ当りのより大きな静電容量が達成される。第１のキャパシタは、平行板キャパシタとして実現することができる。第１のライン層の区間は、第１のキャパシタの第１の電極を形成することができる。第２のラインの区間は、第１のキャパシタの第２の電極を形成することができる。あるいは、第１のラインと第２のラインの少なくとも１つが、接続ラインまたはバイアによって第１のキャパシタの対応する電極に接続される。
【００１５】
第１の曲部は、螺旋体または巻線として実施することができる。第１の曲部は、３６０度を超える角度を包含することができる。第１の曲部の第１のラインは、１次巻線として実施することができ、第１の曲部の第２のラインは２次巻線として実施することができる。１次巻線と２次巻線は結合され得る。１次巻線と２次巻線は、同相または非同相で結合されてよい。第１の曲部は第１の交差を備えることができる。
【００１６】
一実施形態では、結合器は、第１および第２の金属層を備える。第１のラインは、第１の交差を除けば第１の金属層に配置される。それに応じて、第２のラインは、第１の交差を除けば第２の金属層に配置される。したがって、第１のラインは、第１の金属層において第１の曲部の半分超に配置される。第２のラインは、第１の曲部の半分超が第２の金属層に配置される。
【００１７】
一実施形態では、第１の交差は、第１の金属層および第２の金属層に配置されたライン区間ならびに第１の金属層と第２の金属層との間に配置されたバイアを備える。
【００１８】
一実施形態では、ライン区間およびバイアが第１の交差を形成し、それぞれが、第１の金属層および第２の金属層に配置され、第１の金属層と第２の金属層との間にも配置される。第１の交差を形成する両ライン区間は、それぞれ第１の金属層と第２の金属層に配置され得る。第１の交差を形成するバイアは、第１の金属層と第２の金属層との間に配置される。
【００１９】
さらなる展開では、すべてのライン区間およびすべてのバイアが第１の交差を形成する必要があり、それぞれが、第１の金属層および第２の金属層に配置され、第１の金属層と第２の金属層との間にも配置される。有利には、第１の交差を形成するのに、第３の金属層または接合ワイヤが必要とされない。これは、第１の交差の、大きな資金効率でコンパクトな実現をもたらす。
【００２０】
第１の交差は水平の交差である。したがって、第１の交差は結合器の上面図に見られる。結合器は、基板の表面上に配置される。基板は担体でよい。第１の交差は、基板の表面に向かう突出部に見られる。第１の交差は、第１、第２、第３、および第４のアームを備える。第１、第２、第３および第４のアームは、基板の表面に向かう突出部に見られる。第３のアームは第１のアームの反対側にある。第４のアームは第２のアームの反対側にある。４つのアームのそれぞれが、第１のラインのライン区間および第２のラインのライン区間を備える。第１のアームと第２のアームは９０°の角度を成す。第１のアームと第４のアームも９０°の角度を成す。さらに、第２のアームと第３のアームは９０°の角度を成す。したがって、第３のアームと第４のアームは、基板の表面に向かう突出部において９０°の角度を成す。アームのそれぞれの長さは、第１の曲部の４分の１未満である。
【００２１】
一実施形態では、第１のアームの終端および第２のアームの終端で、第１のラインが第１の金属層に配置され、第２のラインが第２の金属層に配置される。第１のアームにおいて、第１のラインは第１の金属層に配置され、第２のラインは第２の金属層から第１の金属層へと変化する。それに反して、第２のアームでは、第１のラインが第１の金属層から第２の金属層へと変化し、第２のラインが第２の金属層に配置される。したがって、第１のラインのライン区間および第２のラインのライン区間は、交差の中心で第１の金属層に配置される。そのうえ、第１のラインのライン区間および第２のラインのライン区間は、第１の交差の中心で第２の金属層に配置される。
【００２２】
さらなる実施形態では、第１のラインと第２のラインが第２の曲部を形成する。第２の曲部は、第１の曲部から分離される。第２の曲部は、第１の曲部の下に配置される。第２の曲部は、基板の表面に向かう突出部において第１の曲部の側方に配置される。
【００２３】
第２の曲部は、第２の交差を有することができる。第２の交差は、基板の表面に向かう突出部における水平の交差でよい。
【００２４】
ある発展形では、第２の曲部は第３区間を有し、第１のラインの単位長さ当りの第１のラインと第２のラインとの間の静電容量は、第３区間の方が第２区間より大きい。第３区間は、第１区間のように実現することができる。第３区間によって第２のキャパシタが実現される。第１および第２のキャパシタは、オンチップキャパシタであり得る。
【００２５】
一実施形態では、第１のラインは、第２の金属層において第２の曲部の半分超に配置され、第２のラインは、第１の金属層において第２の曲部の半分超に配置される。
【００２６】
一実施形態では、増幅器機構は、第１および第２の結合器に加えて第１および第２の増幅器を備える。第１および第２の結合器のうち少なくとも１つが、前述の結合器として実施される。第１の結合器は、増幅器機構の入力端を第１の増幅器の入力端および第２の増幅器の入力端に結合する。第２の結合器は、第１の増幅器の出力端および第２の増幅器の出力端を増幅器機構の出力端に結合する。
【００２７】
本発明が、実施形態および関連する図面を参照することにより、さらに詳細に説明される。同じ効果を有するデバイスおよび構造体は、同じ参照数字で示される。以下の図面のそれぞれにおいて、別々の図面で同一の機能を有する回路またはデバイスまたは構造体の一部分は、説明を繰り返さないことにする。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】本発明による例示的結合器の回路図である。
【図１Ｂ】本発明による例示的結合器の回路図である。
【図１Ｃ】本発明による例示的結合器の回路図である。
【図１Ｄ】本発明による例示的結合器の回路図である。
【図２Ａ】本発明による例示的結合器の上面図である。
【図２Ｂ】本発明による例示的結合器の上面図である。
【図２Ｃ】本発明による例示的結合器の上面図である。
【図２Ｄ】本発明による例示的結合器の断面図である。
【図３Ａ】本発明による例示的結合器のキャパシタを示す図である。
【図３Ｂ】本発明による例示的結合器のキャパシタを示す図である。
【図４】本発明による例示的増幅器機構を示す図である。
【図５Ａ】本発明による結合器の例示的シミュレーション結果を示す図である。
【図５Ｂ】本発明による結合器の例示的シミュレーション結果を示す図である。
【図５Ｃ】本発明による結合器の例示的シミュレーション結果を示す図である。
【図５Ｄ】本発明による結合器の例示的シミュレーション結果を示す図である。
【図５Ｅ】本発明による結合器の例示的シミュレーション結果を示す図である。
【図５Ｆ】本発明による結合器の例示的シミュレーション結果を示す図である。
【図５Ｇ】本発明による結合器の例示的シミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１Ａは、電力結合器として使用される結合器の例示的回路図を示す。結合器１０は、第１の端子１１、第２の端子１２、第３の端子１３、および第４の端子１４を備える。端子は、ポートまたは終点として示すこともできる。第１の端子１１および第３の端子１３は、入力端子として実施される。第２の端子１２および第４の端子１４は、出力端子または絶縁された端子として実施される。第１の端子１１、第２の端子１２、第３の端子１３および第４の端子１４は、参照電位の端子１５に対して、それぞれ第１の特性インピーダンス１７、第２の特性インピーダンス１８、第３の特性インピーダンス１９、および第４の特性インピーダンス１６を有する。
【００３０】
第１の端子１１に第１の入力信号ＳＩＮ１が供給され、第３の端子１３に第２の入力信号ＳＩＮ２が与えられる。第２の入力信号ＳＩＮ２は、第１の入力信号ＳＩＮ１に対して９０°の位相関係を有するように設計される。出力信号ＳＯＵＴは、結合器１０によって第２の端子１２に生成される。
【００３１】
結合器１０は、４端子のハイブリッドとして実施される。結合器１０は、電力結合器または電力分配器として実現される。
【００３２】
図１Ｂは、電力分配器として使用される結合器のさらなる例示的回路図を示す。図１Ｂの結合器１０’は、図１Ａに示された結合器１０のさらなる発展形である。結合器１０’は、第１の端子１１、第２の端子１２、第３の端子１３、および第４の端子１４を備える。端子は、ポートまたは終点として示すこともできる。第１の端子１１および第３の端子１３は、出力端子として実施される。第２の端子１２および第４の端子１４は、入力端子または絶縁された端子として実施される。第１の端子１１、第２の端子１２、第３の端子１３および第４の端子１４は、参照電位の端子１５に対して、それぞれ第１の特性インピーダンス１７、第２の特性インピーダンス１８、第３の特性インピーダンス１９、および第４の特性インピーダンス１６を有する。
【００３３】
第２の端子１２に入力信号ＳＩＮが供給される。結合器１０’により、第１の出力信号ＳＯＵＴ１および第２の出力信号ＳＯＵＴ２が、第１の端子１１および第３の端子１３に生成される。テスト信号が、入力信号ＳＩＮとして第２の端子１２に与えられると、第１の出力信号ＳＯＵＴ１は第２の出力信号ＳＯＵＴ２に対して９０°の位相関係を有する。
【００３４】
図１Ｃは、図１Ａおよび図１Ｂに示された結合器１０のさらなる発展形である例示的結合器のさらなる回路図を示す。第１のインダクタ２０が、第１の端子１１を第４の端子１４に結合する。第２のインダクタ２１が、第２の端子１２を第３の端子１３に結合する。第１のインダクタ２０と第２のインダクタ２１は、大きな相互結合係数を有する集中インダクタとして実施される。第１のキャパシタ２２が、第１の端子１１を第２の端子１２に結合する。それに応じて、第２のキャパシタ２３が、第４の端子１４を第３の端子１３に結合する。第１のインダクタ２０のインダクタンス値は、第２のインダクタ２１のインダクタンス値に等しい。第１のキャパシタ２２の静電容量値は、第２のキャパシタ２３の静電容量値に等しい。第３のキャパシタ２４が、第１の端子１１を参照電位の端子１５に結合する。同様に、第４のキャパシタ２５、第５のキャパシタ２６、第６のキャパシタ２７が、それぞれ第２の端子１２、第３の端子１３、第４の端子１４を、参照電位の端子１５に結合する。第３のキャパシタ２４、第４のキャパシタ２５、第５のキャパシタ２６、および第６のキャパシタ２７の静電容量値は等しい。図１Ａおよび図１Ｂによれば、第１の端子１１および第３の端子１３は、入力端子または出力端子として実現される。第２の端子１２は、シングルエンド出力端子、シングルエンド入力端子または絶縁された端子を備えるグループからの端子として実現することができる。同様に、第４の端子１４は、シングルエンド出力端子、シングルエンド入力端子または絶縁された端子を備えるグループからの端子として実施することができる。結合器１０は、第１のインダクタ２０および第２のインダクタ２１を備え、第１のキャパシタ２２および第２のキャパシタ２３は、第１のライン３１と第２のライン３２によって実現される。第１のライン３１と第２のライン３２は横型結合される。第１のライン３１と第２のライン３２は、垂直に整列したラインである。第１のライン３１および第２のライン３２は、伝送ラインとして実現される。第１のライン３１と第２のライン３２は折り重ねられる。第１のライン３１が、第１の端子１１を第４の端子１４に結合する。第２のライン３２が、第２の端子１２を第３の端子１３に結合する。
【００３５】
結合器１０が密結合の構造体として実施されているので、低損失が有利に達成され得る。第１のインダクタ２０および第２のインダクタ２１のインダクタンス値Ｌ、第１のライン３１と第２のライン３２との間の相互インダクタンスＭ、第１のキャパシタ２２および第２のキャパシタ２３の静電容量値Ｃｃ、ならびに第３のキャパシタ２４、第４のキャパシタ２５、第５のキャパシタ２６、および第６のキャパシタ２７の静電容量値Ｃｐは、以下の式で計算することができる。
【００３６】
【数１】
0005518210.tif 000002
【００３７】
ここで、
【００３８】
【数２】
0005518210.tif 000003
は偶数モードのインピーダンスであり、
【００３９】
【数３】
0005518210.tif 000004
は奇数のモードのインピーダンスであり、ｆ0は設計周波数または中心周波数であり、θは望まれる位相シフトまたは設計位相シフトである。
【００４０】
図１Ｄは、図１Ａから図１Ｃに示された結合器１０のさらなる発展形である例示的結合器１０の回路図を示す。第１のライン３１および第２のライン３２は、ストリップラインとして実施される。したがって、第１のライン３１と第２のライン３２は、折り重ねられた横型結合ストリップラインである。したがって、相互誘導結合係数ｋ≒１の値を達成することができる。所望の位相シフトがθ＝９０°であれば、前述の式を次式に簡素化することができ、
【００４１】
【数４】
0005518210.tif 000005
Ｃp≒０
ここで、Ｚ0は特性インピーダンスまたはポートインピーダンスである。したがって、第１の特性インピーダンス１７、第２の特性インピーダンス１８、第３の特性インピーダンス１９、および第４の特性インピーダンス１６は、値Ｚ0を有する。結合器１０は、チップ技術によって実現される。結合器１０は、チップ上に集積化され得る。緊密に横型結合されたストリップラインを実現することができるのは、チップ技術の利点である。第１のインダクタ２０および第２のインダクタ２１は、１つの基板８０上に実現することができる。そのうえ、第１のキャパシタ２２および第２のキャパシタ２３は、ＭＩＭキャパシタと短縮される金属／絶縁体／金属のキャパシタとして実施することができる。ＭＩＭキャパシタの電極は、第１の金属層４３および第２の金属層４８によってもたらされる。あるいは、ＭＩＭキャパシタの電極は、第１の金属層４３と第２の金属層４８との間に配置される。インダクタ２０、２１およびキャパシタ２２、２３のこの機構は、基板８０上に小さな面積しか必要としない。
【００４２】
代替実施形態では、結合器１０は、第３のキャパシタ２４、第４のキャパシタ２５、第５のキャパシタ２６、および第６のキャパシタ２７を備えない。これら４つのキャパシタ２４から２７は、省略され、開回路で置換される。
【００４３】
図２Ａは、図１Ａから図１Ｄに示された結合器１０のさらなる発展形である例示的結合器の上面図を示す。第１のライン３１と第２のライン３２は、横型結合されている。図２Ａから図２Ｃにおいて、第３の端子１３および第４の端子１４は左側に位置しており、第１の端子１１および第２の端子１２は右側に位置している。図２Ａは、基板８０の表面に向かう突出部を示す。突出部には、第２の金属層４３が示されている。第１の金属層４８は、第２の金属層４３と基板８０の表面との間にある。第２の金属層４３は上側金属化層と表わすこともでき、第１の金属層４８は下側金属化層と表わすこともできる。したがって、第１のライン３１と第２のライン３２の上側のものが、図２Ａの上面図に見られる。結合器１０は、左側に第１の曲部４０を備える。第１の曲部４０は、第１の交差４１を備える。
【００４４】
さらに、第１のライン３１は、第１のキャパシタ２２を実現するための第１区間４２および第２区間５３を備える。第１区間４２は、第１の曲部４０によって構成される。第１の曲部４０は、３６０°より大きな角度を包含する。第２のライン３２は、第２の金属層４３において第１の曲部４０の大部分の中に配置される。第３の端子１３は、第２の金属層４３に配置される。第１の同調キャパシタ４４が、第３の端子１３を第４の端子１４に結合する。第１の同調キャパシタ４４は、第３の端子１３および第４の端子１４の近くに配置される。
【００４５】
さらに、結合器１０は第２の曲部４５を備える。第１の曲部４０に加えて、第２の曲部４５が配置される。図２Ａに示される基板８０の表面に向かう突出部では、第２の曲部４５と第１の曲部４０が並んで配置される。第２の曲部４５は、第２の交差４６を備える。第２の交差４６は、第１の交差４１に隣接して配置される。したがって、第１の交差４１と第２の交差４６が２重交差を形成する。第１のライン３１が、第２の曲部４５の大部分を形成する。結合器１０は、第２のキャパシタ２３を実現するための第３区間４７も備える。第３区間４７は、第２の曲部４５の内側に配置される。結合器１０は、第２の同調キャパシタ４９を備える。第２の同調キャパシタ４９は、第１の端子１１を第２の端子１２に結合する。第１のキャパシタ２２および第２のキャパシタ２３は、第２の金属層４３と第１の金属層４８との間に配置される。
【００４６】
また、結合器１０は、第３の同調キャパシタ５０を備える。結合器１０は、第１のバイア５１および第２のバイア５２を備える。第１のバイア５１は、第２の金属層４３を基板８０のさらなる面に接続する。さらなる面は、基板８０の裏面である。第２のバイア５２は、第１の金属層４８をさらなる面に接続する。第１のライン３１および第２のライン３２は、矩形のライン区間を備える。第１の曲部４０および第２の曲部４５には時計回りの回転を与える。
【００４７】
第２のライン３２はライン幅Ｄを有する。第１の曲部４０の第２のライン３２の別々のライン区間の間の距離ＤＤは、結合器１０を製造するための１組の設計ルールによる最小の距離である。したがって、第１の曲部４０が基板８０上に必要とするのは、小さなスペースのみである。有利には、結合器１０は、第１のキャパシタ２２および第２のキャパシタ２３を実現するための追加の領域を必要としない。
【００４８】
図示されていない代替実施形態では、第１のライン３１および第２のライン３２は、丸みの付いたライン区間を備える。
【００４９】
図示されていない代替実施形態では、第１の曲部４０および第２の曲部４５には、時計回りの回転は１回しかなく、第１の曲部４０および第２の曲部４５のさらなる回転は反時計回りのものである。あるいは、第１の曲部４０および第２の曲部４５は、反時計回りの回転を有する。
【００５０】
図２Ｂは、図２Ａに示された結合器１０の第１の金属層４８の上面図を示す。第１の曲部４０の半分超において、第１のライン３１は第１の金属層４８に配置される。第１の交差４１は、第１のアーム６１、第２のアーム６２、第３のアーム６３、および第４のアーム６４を有する。第３のアーム６３は第１のアーム６１の反対側にある。それに応じて、第４のアーム６４は第２のアーム６２の反対側にある。第３のアーム６３がｘ方向に延在するのに対して、第１のアーム６１は−ｘ方向に延在する。第２のアーム６２はｙ方向に延在し、第４のアーム６４は−ｙ方向に延在する。第１のアーム６１において、第１のライン３１は第１の金属層４８に配置され、第２のライン３２は第２の金属層４３から第１のバイア６５を経由して第１の金属層４８へと変化する。第２のアーム６２において、第１のライン３１は、第１の金属層４８から第２のバイア６６を経由して第２の金属層４３へと変化する。第３のアーム６３において、第１のライン３１および第２のライン３２は、第１の金属層４８に配置される。第４のアーム６４において、第１のライン３１は、第２の金属層４３から第３のバイア６７を経由して第１の金属層４８に変化する。
【００５１】
第２の交差４６は、４つのアーム６３、６９、７０、７１も備える。第２の交差４６の第１のアームは、第１の交差４０の第３のアーム６３に等しい。第２の交差４６の第３のアーム７０は、第２の交差４６の第１のアーム６３の反対側にある。第２の交差４６の第２のアーム６９は、第２の交差４６の第４のアーム７１の反対側にある。第２の交差４６の第１のアーム６３は、第２の交差４６から見て−ｘ方向に延在する。第３のアーム７０は、第２の交差４６のｘ方向に延在する。第２のアーム６９は第２の交差４６からｙ方向に延在し、第４のアーム７１は第２の交差４６から−ｙ方向に延在する。第２の交差４６の第１のアーム６３において、第１の金属ライン３１および第２の金属ライン３２は、第１の金属層４８に配置される。第２の交差４６の第３のアーム７０において、第１のライン３１は、第１の金属層４８から第４のバイア７２を経由して第２の金属層４３へと変化する。第２のライン３２は、第１の金属層４８において第２の交差４６の第３のアーム７０に配置される。第２の交差４６の第４のアーム７１において、第２のライン３２は、第１の金属層４８から第５のバイア７３を経由して第２の金属層４３へと変化する。第２の交差４６の第２のアーム６９において、第２のライン３２は、第２の金属層４３から第６のバイア７４を経由して第１の金属層４８へと変化する。左側では、第１のライン３１は、結合器１０の第４の端子１４を備える。右側では、第２のライン３２は、結合器１０の第２の端子１２を備える。
【００５２】
図２Ｃは、図２Ａおよび図２Ｂに示された結合器１０の第２の金属層４３を示す。第２のライン３２は、第２の金属層４３において第１の曲部４０の半分超に配置される。第１のライン３１は、第１の交差４０の第１のアーム６１の第７のバイア６８を有する。第２の金属層４３の第７のバイア６８に接続されるライン区間はない。第７のバイア６８によって、結合器１０のより優れた対称性が達成される。第１の曲部４０の第２のアーム６２および第４のアーム６４において、第２のライン３２が配置され、第１のライン３１は、第２のバイア６６および第３のバイア６７によって第１の金属層４８から第２の金属層４３に変化する。第１の曲部４０の第２のアーム６２および第４のアーム６４において、第１のライン３１は、第２の金属層４３に第３のライン区間７８を有する。第２のライン３２は、第１の曲部４０の半分超ならびに第１の曲部４０の第２のアーム６２および第４のアーム６４においてライン幅Ｄを有する。これに反して、第１のライン３１は、第２のアーム６２および第４のアーム６４において小さなライン幅ＤＳを有する。小さなライン幅ＤＳはライン幅Ｄより小さい。
【００５３】
第２の曲部４５の半分超において、第１のライン３１は第２の金属層４３に配置される。また、第１のライン３１は、第２の曲部４５の半分超においてライン幅Ｄを有する。第１のライン３１は、第２の交差４６の第２のアーム６９および第４のアーム７１においてライン幅Ｄを有する。第２の交差４５の第２のアーム６９および第４のアーム７１において、第１のライン３１が第２の金属層４３に配置され、第２のライン３２は第２の金属層４３に第４のライン区間７９を備える。第３のアーム７０において、第８のバイア７５が配置されて第２のライン３２によって接続される。第２の金属層４３の第８のバイア７５に接続されるライン区間はない。左側では、第２のライン３２は第３の端子１３を備える。右側では、第１のライン３１は第１の端子１１を備える。第１のライン３１と第２のライン３２は、第１の交差４１および第２の交差４６を除けば同一の折り重ね構造を有する。
【００５４】
第１の金属層４８および第２の金属層４３ならびに第１の金属層４８と第２の金属層４３との間の第１から第６のバイア６５、６６、６７、７２、７３、７４において、第１の交差４１および第２の交差４６がライン区間しか備えないことは、結合器１０の利点である。第１の交差４１および第２の交差４６を実現するのに、接合ワイヤは不要である。さらに、第１の交差４１および第２の交差４６を実施するのに、第３および第４の金属層は不要である。インダクタ２０、２１は、巻き線型コイルまたは空気コイルとしては実現されない。結合器１０は低損失である。
【００５５】
図示されていない代替実施形態では、結合器１０は、第２の曲部４５でなく第１の曲部４０を備える。あるいは、結合器１０は２つより多くの巻を備える。
【００５６】
図２Ｄは、図２ＡのラインＡＡ’における結合器１０の断面を示す。結合器１０は、基板８０上に配置される。基板８０は、半導体基板またはプリント回路基板またはセラミックである。セラミックは、薄膜セラミックまたは細線セラミックでよい。基板８０上に下側誘電体層８１が配置される。下側誘電体層８１上に第１の金属層４８が配置される。第１の金属層４８上に誘電体層８２が配置される。誘電体層８２上に第２の金属層４３が配置される。第２の金属層４３上に上側誘電体層８３が配置される。断面Ａ−Ａ’において、第１の金属層４８は第１のライン３１のライン区間を備え、第２の金属層４３は第２のライン３２のライン区間を備える。誘電体層８２は、第２区間５３において、第１の金属層４８と第２の金属層４３との間に第２の厚さＴ２を有する。第２の厚さＴ２は２００ｎｍでよい。第２区間５３は、第１区間４２と第３区間４７を除く第１のライン３１および第２のライン３２を備える。第１区間４２において、誘電体層８２は第１の厚さＴ１を有する。第１の厚さＴ１は、第２の厚さＴ２より小さい。第１の厚さＴ１は５０ｎｍでよい。誘電体層８２は、第１区間４２に二酸化シリコンを含んでよい。したがって、単位長さ当りの第１のライン３１と第２のライン３２との間の結合は、第１区間４２の方が第２区間５３より大きい。第３区間４７は、第１区間４２のように製作される。第２のキャパシタ２３は、第１のキャパシタ２２のように実現される。さらに、第１の同調キャパシタ４４、第２の同調キャパシタ４９、第３の同調キャパシタ５０も、誘電体層８２が第１の厚さＴ１を有する領域を用いて実施される。
【００５７】
第１のキャパシタ２２および第２のキャパシタ２３ならびに３つの同調キャパシタ４４、４９、５０は、第１のライン３１と第２のライン３２との間に、埋設のオンチップキャパシタとして有利に実現される。したがって、これらのキャパシタを実現するのに基板８０上のさらなるスペースが必要とされることはない。さらに、外部キャパシタに接続するための接触域も不要である。
【００５８】
図３Ａは、図１Ａから図１Ｄおよび図２Ａから図２Ｄに示された結合器１０に使用することができる第１のキャパシタ２２の例示的代替実施形態を示す。第２のキャパシタ２３ならびに第１の同調キャパシタ４４、第２の同調キャパシタ４９、および第３の同調キャパシタ５０も、図３Ａの第１のキャパシタ２２のように実施することができる。第１のキャパシタ２２は、相互嵌合キャパシタ９１として実現される。結合器１０は、第３の金属層９０を備える。相互嵌合キャパシタ９１は、第３の金属層９０に配置される。図３Ａは、第３の金属層９０の上面図および断面図を示す。相互嵌合キャパシタ９１は、第１のライン３１に接続され第１の数Ｎ個の第１の電極９２および第２のライン３２に接続された第２の数Ｍ個の第２の電極９３を備える。第１の電極９２から第１のライン３１への接続および第２の電極９３から第２のライン３２への接続には、バイアが使用される。第１の電極９１および第２の電極９３は、誘電体層によって第１のライン３１および第２のライン３２から分離される。第１の数Ｎ個の第１の電極９２は、第２の数Ｍ個の第２の電極９３と電気接触しない。第１の電極９２および第２の電極９３は、第１の数Ｎ個の第１の電極９２と第２の数Ｍ個の第２の電極９３との間に短絡が生じないようなやり方で実現される。相互嵌合キャパシタ９１は、埋設のオンチップキャパシタである。
【００５９】
図３Ｂは、図１Ａから図１Ｄおよび図２Ａから図２Ｄに示された結合器１０に使用することができる第１のキャパシタ２２のさらなる例示的実施形態を示す。第２のキャパシタ２３も、図３Ｂの第１のキャパシタ２２のように実施することができる。図３Ｂは上面図を示す。第１のキャパシタ２２は、平行板キャパシタとして実現される。第１のライン３１および第２のライン３２は、第１区間４２において第１の幅Ｄ１を有し、これは第２区間５３におけるライン幅Ｄより大きい。
【００６０】
図４は例示的増幅器機構１００を示す。増幅器機構１００は、第１の結合器１０１および第２の結合器１０２を備える。第１の結合器１０１は、図１Ｂの電力分配器として実現される。第２の結合器１０２は、図１Ａの電力結合器として実施される。第１の結合器１０１および第２の結合器１０２のうち少なくとも１つは、図１Ｃ、図１Ｄ、図２Ａから図２Ｄ、図３Ａおよび図３Ｂのうちの１つによる結合器として実現される。増幅器機構１００の入力端１０３は、第１の結合器１０１の第２の端子１２に接続される。第１の結合器１０１の第１の端子１１には第１の増幅器１０４が結合される。第１の結合器１０１の第３の端子１３は、第２の増幅器１０５に結合される。第１の増幅器１０４および第２の増幅器１０５は、電力増幅器として実現される。第１の整合回路１０６が、第１の結合器１０１の第１の端子１１を第１の増幅器１０４に接続する。第２の整合回路１０７が、第１の結合器１０１の第３の端子１３を第２の増幅器１０５に接続する。第１の整合回路１０６および第２の整合回路１０７は、少なくとも第１の曲部４０を有する前述の結合器を備えてよい。第１の結合器１０１の第４の端子１４は、入力キャパシタ１０８と入力抵抗１０９の直列回路を経由して参照電位の端子１５に結合される。第１の増幅器１０４の出力端は、第２の結合器１０２の第１の端子１１に結合される。第２の増幅器１０５の出力端は、第２の結合器１０２の第３の端子１３に結合される。第２の結合器１０２の第２の端子１２は、増幅器機構１００の出力端１１０に結合される。第２の結合器１０２の第４の端子１４は、出力キャパシタ１１１および出力抵抗１１２を経由して参照電位の端子１５に接続される。
【００６１】
増幅器機構１００の入力端１０３に、入力信号ＡＩＮが供給される。入力信号ＡＩＮは、第１の結合器１０１により、第１の増幅器１０４に供給される第１の入力信号Ａ１および第２の増幅器１０５に供給される第２の入力信号Ａ２に変換される。第１の増幅器１０４が第１の増幅器の出力信号Ａ３を生成し、第２の増幅器１０５が第２の増幅器の出力信号Ａ４を生成する。増幅器の出力信号Ａ３、Ａ４は、第２の結合器１０２に供給され、第２の結合器１０２によって増幅器の出力信号ＡＯＵＴに変換される。第１の結合器１０１による位相シフトは、第２の結合器１０２による位相シフトによって補償される。
【００６２】
図４の増幅器機構１００は、一連の増幅器機構の最終段である。増幅器機構１００は、クアドラチャ電力増幅器機構として実施される。この増幅器機構は平衡型である。増幅器機構１００は、基板８０の表面に集積される。第１の増幅器１０４および第２の増幅器１０５は、第１の金属層４３および第２の金属層４８ならびに基板８０によって実現される。基板８０は、シリコンまたは例えばガリウム砒素といったＩＩＩ〜Ｖ族の半導体などの半導体基板である。
【００６３】
図５Ａから図５Ｇは、図１Ａから図１Ｄおよび図２Ａから図２Ｄに示された結合器の例示的特性を示す。図５Ａは伝達関数を示し、図５Ｂはシングルエンド端子の場合の反射減衰量を示し、図５Ｃは差動端子の場合の反射減衰量を示し、図５Ｄは差動端子間の位相を示し、図５Ｅは絶縁端子の反射減衰量を示し、図５Ｆは差動モードの伝達関数を示し、図５Ｇは差動モードの反射減衰量を示す。端子は、ポートとしても示すことができる。諸信号および諸特性は、結合器１０で分岐された信号の周波数ｆに依存して示されている。
【符号の説明】
【００６４】
１０、１０’  結合器
１１  第１の端子
１２  第２の端子
１３  第３の端子
１４  第４の端子
１５  参照電位の端子
１６  第４の特性インピーダンス
１７  第１の特性インピーダンス
１８  第２の特性インピーダンス
１９  第３の特性インピーダンス
２０、２０’  第１のインダクタ
２１、２１’  第２のインダクタ
２２  第１のキャパシタ
２３  第２のキャパシタ
２４  第３のキャパシタ
２５  第４のキャパシタ
２６  第５のキャパシタ
２７  第６のキャパシタ
３１  第１のライン
３２  第２のライン
４０  第１の曲部
４１  第１の交差
４２  第１区間
４３  第２の金属層
４４  第１の同調キャパシタ
４５  第２の曲部
４６  第２の交差
４７  第３区間
４８  第１の金属層
４９  第２の同調キャパシタ
５０  第３の同調キャパシタ
５１  第１のバイア
５２  第２のバイア
５３  第２区間
６１  第１のアーム
６２  第２のアーム
６３  第３のアーム
６４  第４のアーム
６５  第１のバイア
６６  第２のバイア
６７  第３のバイア
６８  第７のバイア
６９  第２のアーム
７０  第３のアーム
７１  第４のアーム
７２  第４のバイア
７３  第５のバイア
７４  第６のバイア
７５  第８のバイア
７６  第１のライン区間
７７  第２のライン区間
７８  第３のライン区間
７９  第４のライン区間
８０  基板
８１  下側誘電体層
８２  誘電体層
８３  上側誘電体層
９０  第３の金属層
９１  相互嵌合キャパシタ
９２  第１の電極
９３  第２の電極
１００  増幅器機構
１０１  第１の結合器
１０２  第２の結合器
１０３  入力端
１０４  第１の増幅器
１０５  第２の増幅器
１０６  第１の整合回路
１０７  第２の整合回路
１０８  入力キャパシタ
１０９  入力抵抗
１１０  出力端
１１１  出力キャパシタ
１１２  出力抵抗
ＡＩＮ  入力信号
ＡＯＵＴ  出力信号
Ａ１  第１の増幅器の入力信号
Ａ２  第２の増幅器の入力信号
Ａ３  第１の増幅器の出力信号
Ａ４  第２の増幅器の出力信号
Ｄ  ライン幅
ＤＤ  距離
ＤＳ  小さなライン幅
Ｄ１  第１の幅
ＳＩＮ  入力信号
ＳＩＮ１  第１の入力信号
ＳＩＮ２  第２の入力信号
ＳＯＵＴ  出力信号
ＳＯＵＴ１  第１の出力信号
ＳＯＵＴ２  第２の出力信号
Ｔ１  第１の厚さ
Ｔ２  第２の厚さ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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