(57)【要約】【課題】広い帯域なイメージキャンセルミキサを提供する。【解決手段】同一のＭＭＩＣチップ内に周波数帯域の違うハイブリッド１５、１６を複数個内蔵し、所望の周波数に適したハイブリッドをチップ内ボンディングにより選択することにより、従来にない広い周波数帯を１種類のＭＭＩＣで対応可能に構成する。非常に広帯域なミキサを実現できる。また、広い周波数範囲に渡って部品の共通化が可能になり、部品の手配及び在庫管理等が容易になるとともに、装置の設計等が容易になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波帯、ミリ波帯におけるＭＭＩＣのイメージキャンセルミキサにおいて、
同一チップ上に周波数帯域の異なる複数のハイブリッドを有することを特徴とするイメージキャンセルミキサ。
【請求項２】
使用周波数に応じて前記複数のハイブリッドの何れかに選択的に接続可能なミキサを有することを特徴とする請求項１記載のイメージキャンセルミキサ。
【請求項３】
前記複数のハイブリッドにそれぞれ接続した複数のミキサを有することを特徴とする請求項１記載のイメージキャンセルミキサ。
【請求項４】
前記ミキサは、非線形素子と該非線形素子に接続された２つの入出力用のパッドと１つの入力用のパッドを有する一対のミキサ回路で構成され、前記複数のハイブリッドは、３つの入出力用のパッドを有することを特徴とする請求項２又は３記載のイメージキャンセルミキサ。
【請求項５】
各ミキサ回路の１つの入出力用のパッドと前記複数のハイブリッドの１つの入出力用のパッドは、それぞれ近接して配置されていることを特徴とする請求項４記載のイメージキャンセルミキサ。
【請求項６】
前記ミキサは、少なくとも非線形素子が異なるハイブリッドの間に配置されていることを特徴とする請求項４記載のイメージキャンセルミキサ。
【請求項７】
前記非線形素子は、アンチパラレルダイオードで構成されていることを特徴とする請求項４、５又は６記載のイメージキャンセルミキサ。
【請求項８】
前記非線形素子は、シングルダイオードで構成されていることを特徴とする請求項４、５又は６記載のイメージキャンセルミキサ。
【請求項９】
前記ハイブリッドは、終端抵抗が接続されたランゲカプラで構成したことを特徴とする請求項１〜８の何れかの請求項記載のイメージキャンセルミキサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はミキサ（Ｍｉｘｅｒ）に関し、特に、ガリウムひ素（ＧａＡｓ）等の半導体基板に能動・受動素子、機能回路等を一体的に製作したマイクロ波・ミリ波帯の高周波回路（ＭＭＩＣ）でなるイメージキャンセルミキサに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波帯、ミリ波帯の無線通信装置は、数ＧＨｚから６０ＧＨｚ位まで周波数は多岐にわたっており、生産台数、あるいは市場の需要台数は周波数により異なるが、生産台数にして年間数十台から数百台の装置も少なくない。この程度の生産台数の装置にＭＭＩＣを使用する場合、ＭＭＩＣの生産数量が問題となってくる。
【０００３】
ＭＭＩＣを製造する場合、通常その最小ロットはｗａｆｅｒ１枚となる。マイクロ波、ミリ波帯で現在多く使用されているＧａＡｓの場合、主流は４ｉｎｃｈｗａｆｅｒであるが、例えば１．８ｍｍ×０．５ｍｍのミキサでは４ｉｎｃｈｗａｆｅｒ１枚で理論収量約７０００個（ｐ）である。
【０００４】
従って、周波数の異なる３種類のミキサを１枚のｗａｆｅｒから同数製作した場合、理想的には各々約２３００ｐが製造可能である。この場合、３種類のミキサの所要量が均等であれば問題ないが、前述の通り周波数によって需要が異なるため、一般には各ミキサの所要量は同じにはならない。つまり、他の２種類のミキサが余っていても１種類のミキサが品切れになった場合、また３種類のミキサが製造されることになる。こうなると余剰在庫が増えてしまう。
【０００５】
１枚のｗａｆｅｒで１種類のＭＭＩＣを製造するという方法も考えられるが、１回に製造される数量が多いため、多くの余剰在庫を抱える可能性が出てくる。またＭＭＩＣの製造期間も通常約２ヶ月と長いため、在庫管理は更に難しくなる。
【０００６】
このように、周波数ごとに異なるＭＭＩＣを使用していてはＭＭＩＣの種類が増え、入手性、在庫管理等に支障が生じ、納期、価格に悪影響を与えてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のＭＭＩＣのイメージキャンセルミキサでは、その帯域は広くても１オクターブ程度であり、周波数が倍以上違うと、同じチップ部品を使用することが出来なかった。
【０００８】
このためＭＭＩＣのイメージキャンセルミキサにおいては周波数毎に異なる種類のＭＭＩＣが必要となり前述のようなマイクロ波帯、ミリ波帯の無線通信装置の問題が顕在化する。
【０００９】
もし、イメージキャンセルミキサの使用周波数が異なっていても、共通の部品で対応できるようになれば、生産も在庫管理も１種類で済み、前述のような問題は解決される。
【００１０】
（目的）
本発明の主な目的は、前述の課題を解決するものであり、使用周波数が異なっていても共通の部品で対応できるようにしたイメージキャンセルミキサを提供することにある。  
本発明の他の目的は、より広い帯域で使用可能なイメージキャンセルミキサを提供することにある。  
本発明の他の目的は、装置の設計が容易で融通性のあるイメージキャンセルミキサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、マイクロ波帯、ミリ波帯におけるＭＭＩＣのイメージキャンセルミキサとして、同一チップ上に周波数帯域の異なる複数のハイブリッドを有することを特徴とする。同一のＭＭＩＣチップ内に、周波数帯域の違うハイブリッドを複数個内蔵し、使用周波数（出力周波数）に適したハイブリッドをチップ内ボンディングにより選択することにより、従来にない広い周波数帯を１種類のＭＭＩＣで対応できるようにする。つまり、
本発明のイメージキャンセルミキサは、マイクロ波帯、ミリ波帯におけるＭＭＩＣのイメージキャンセルミキサであって、同一チップ上に周波数帯域の異なる複数のハイブリッド（例えば図１の１５、１６）を有することを特徴とし、更に、使用周波数（出力周波数）に応じて前記複数のハイブリッドの何れかに選択的に接続可能なミキサを有すること、又は前記複数のハイブリッドにそれぞれ接続した複数のミキサを有することを特徴とする。
【００１２】
また、前記ミキサは、非線形素子と該非線形素子に接続された２つの入出力のパッド（例えば図１の７、９、９’）と１つの入力用のパッド（例えば図１の１）を有する一対のミキサ回路で構成され、前記複数のハイブリッド（例えば図１の１５、１６）は、３つの入出力用のパッド（例えば図１の１１，１３、１２，１４）を有することを特徴とし、各ミキサ回路の１つの入出力用のパッド（例えば図１の７）と前記複数のハイブリッドの１つの入出力用のパッド（例えば図１の１１、１２）は、それぞれ近接して配置されていることを特徴とする。
【００１３】
更に、前記ミキサは、少なくとも非線形素子が異なるハイブリッドの間又は外側に配置され、前記非線形素子は、アンチパラレルダイオード、又はシングルダイオードで構成され、前記ハイブリッドは、終端抵抗が接続されたランゲカプラで構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、同一のＭＭＩＣチップ内に周波数帯域の違うハイブリッドを複数個内蔵させることにより、非常に広帯域なミキサを実現することが可能である。
【００１５】
従来では同一の部品を使用出来なかった広い周波数範囲に渡って部品の共通化が可能になり、部品の手配及び在庫管理等が容易である。
【００１６】
更に、装置の組み立て時にイメージキャンセルミキサのボンディングパッド間又はボンディングパッドと外部回路間の接続を選択することにより使用周波数に対応可能であるから装置の設計等が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のイメージキャンセルミキサの一実施の形態について詳細に説明する。  
（構成の説明）
図１は本発明のイメージキャンセルミキサの一実施の形態の構成を示す図である。  
１はボンディングパッド（「パッド」という。）であって、ローカル周波数（ＬＯ周波数）の信号（ＬＯ信号）を入力する入力用のパッド、２，４，６，１０はキャパシタ、３はパッド、５は非線形素子としてのアンチパラレルダイオード、８はマイクロストリップライン、７，９，９’，１１，１２，１３，１４は入出力用のパッドであって、９、９’は中間周波（ＩＦ周波数）の信号（ＩＦ信号）を入出力する入出力用のパッド、１３，１４は高周波（ＲＦ周波数）の信号（ＲＦ信号）の入出力用のパッド、１５，１６は３ｄＢハイブリッド、そして１７，１８は３ｄＢハイブリッドの４つの入出力ポートの内の１入出力ポートに接続したハイブリッドの終端抵抗、１９はグラウンドである。
【００１８】
図２は本実施の形態のイメージキャンセルミキサの等価回路を示す図である。  
本実施の形態のイメージキャンセルミキサは、１〜１０で構成されるミキサ回路の一対でなるミキサ、周波数帯域ｆ０〜２×ｆ０のハイブリッド１５、周波数帯域２×ｆ０〜４×ｆ０のハイブリッド１６とで構成されている。ミキサ回路は周波数ｆ０〜４×ｆ０で良好な特性が得られるようにキャパシタ２，４，６，１０の値、及びマイクロストリップライン８の長さと幅を選択してある。
【００１９】
本実施の形態のイメージキャンセルミキサの回路配置としては、チップの略外周を取り囲むようにコの字状の３ｄＢハイブリッド１５と直線状の３ｄＢハイブリッド１６とがそれぞれの終端抵抗１７及び１８、入出力用のパッド１３及び１４がそれぞれ接近する方向に配置し、ミキサを構成する一対のミキサ回路１〜１０は、キャパシタ１０とＩＦ信号の入出力用のパッド９、９’を除いて、３ｄＢハイブリッド１６と３ｄＢハイブリッド１５で囲まれた領域に、入力用のパッド１が互いに近接するように配置するとともに、各一対のミキサ回路１〜１０の各入出力用のパッド７は、３ｄＢハイブリッド１５、１６のそれぞれの各入出力用のパッド１１、１２と接近するように配置される。このような配置によりハイブリッドの結合線路の線路長の直線部分の形成と、その両端、ボンディングパッド間の接続及びミキサの配置のための領域の確保と設計の容易化を図っている。
【００２０】
なお、イメージキャンセルミキサの回路配置の構成は前記構成に限られるものではなく、図１に示す一対のミキサ回路１〜１０と直線状の３ｄＢハイブリッド１６とを上下に入れ替え、３ｄＢハイブリッド１５と１６が隣接し、ミキサ回路１〜１０が３ｄＢハイブリッド１５、１６の外側になるように配置する等、各種の配置変更によっても同様の領域の確保と設計の容易化を図ることが可能である。
【００２１】
イメージキャンセルミキサはチップ製造段階ではミキサとハイブリッドとは未接続状態とし、イメージキャンセルミキサの組み立て時に、使用周波数が周波数ｆ０〜２×ｆ０の時は入出力用のパッド７と１１を接続し、周波数２×ｆ０〜４×ｆ０の時は入出力用のパッド７と１２をボンディングワイヤで接続して、ミキサとハイブリッドを接続して使用することが可能である。  
本実施の形態の構成により１チップで周波数ｆ０〜４×ｆ０と２オクターブの帯域をカバーすることができる。
【００２２】
（動作の説明）
図２に示す等価回路を用いて、一例として、アップコンバータの場合の動作について説明する。ＬＯ周波数をｆＬＯ、ＩＦ周波数をｆＩＦ、ＲＦ周波数をｆＲＦとする。
【００２３】
アップコンバータの場合、入力用のパッド１から入力されたＬＯ信号と、入出力用のパッド９及び９’から入力されたＩＦ信号はアンチパラレルダイオード５の非線形特性により周波数変換される。入出力用のパッド９及び９’から入力されるＩＦ信号は同じパワーで位相が９０°ずれたものである。この時アンチパラレルダイオード５で生じ入出力用のパッド７に出力される周波数成分は理想的には（ｍ×ｆＬＯ＋ｎ×ｆＩＦ）（ｍ，ｎは整数、かつｍ＋ｎは奇数）となる。
【００２４】
図３は端子７での周波数関係を示す図である。この場合、ｍ＝２、ｎ＝±１の信号が所望の信号になる。使用する周波数がハイブリッド１５の帯域内の場合、入出力用のパッド７と１１をボンディングワイヤにより接続する。
【００２５】
この時、入出力用のパッド１３から出力される信号は上側波帯（ＵＳＢ）の場合、周波数（２×ｆＬＯ−ｆＩＦ）の信号はキャンセルされ、ｆＲＦ＝（２×ｆＬＯ＋ｆＩＦ）の信号が得られることになる。
【００２６】
所望の周波数がハイブリッド１５の周波数帯域よりも高く、ハイブリッド１６の周波数帯域内の場合、入出力用のパッド７と入出力用のパッド１２をボンディングワイヤで接続することにより、入出力用のパッド１４から所望の周波数の信号が得られる。
【００２７】
以上説明したイメージキャンセルミキサの動作は、ミキサ回路については入力用のパッド１をＬＯ信号の入力とし、入出力用のパッド９、９’をＩＦ信号の入力とし、入出力用のパッド７をその出力とし、ハイブリッド１５、１６については入出力用のパッド１１、１２を入力（入出力用のパッド７からの入力）とし、入出力用のパッド１３、１４をＲＦ信号の出力とするアップコンバータの動作であるが、同じイメージキャンセルミキサで、ハイブリッド１５、１６については入出力用のパッド１３、１４をＲＦ信号の入力とし、入出力用のパッド１１、１２をその出力とし、ミキサ回路については入力用のパッド１をＬＯ信号の入力とし、入出力用のパッド７は入力（入出力用のパッド１１、１２からの入力）とし、入出力用のパッド９、９’をＩＦ信号の出力とすることでダウンコンバータとしての動作が可能である。
【００２８】
（実施の形態２）
図４は本発明のイメージキャンセルミキサの他の実施の形態を示す図である。本例では、１つのハイブリッド回路に対しミキサを１つ設けるように構成したものである。本実施の形態２の場合の利点はチップ内ボンディングでミキサとハイブリッドを接続する手間がなくなることと、ミキサを共通化した実施の形態１の場合に比べミキサの周波数帯域を狭くできるので、実施の形態１より効率の良いミキサを構成できることにある。本実施の形態２の場合、実施の形態１に比べチップ面積が大きくなるが、その割合は２割程度に抑えられるので、価格よりも性能を重視する場合、実施の形態２の方法をとることが可能である。
【００２９】
１，５１はＬＯ信号を入力する入出力用のパッド、２，５２，４，５４，６，５６，１０，６０はキャパシタ、３，５３はパッド、５，５５は非線形素子としてのアンチパラレルダイオード、８，５８はマイクロストリップライン、９、５９、９’，５９’はＩＦ信号を入出力する入出力用のパッド、１３，１４はＲＦ信号を入出力する入出力用のパッド、１５，１６は３ｄＢハイブリッド、そして１７，１８は３ｄＢハイブリッドの４つの入出力ポートの内の１入出力ポートに接続したハイブリッドの終端抵抗、１９はグラウンドである。
【００３０】
本実施の形態２のイメージキャンセルミキサは、１〜６、８、１０で構成される第１の一対のミキサ回路（第１のミキサ）と所定の周波数帯域（例えばｆ０〜２×ｆ０）のハイブリッド１６、及び、５１〜５６、５８、６０で構成される第２の一対のミキサ回路（第２のミキサ）と所定の周波数帯域（例えば２×ｆ０〜４×ｆ０）のハイブリッド１５により構成されている。ここで第１及び第２のミキサは、それぞれの周波数で良好な特性が得られるように各キャパシタの値及びマイクロストリップラインの長さと幅を選択してある。
【００３１】
本実施の形態２では、ハイブリッドはチップの略外周を取り囲むようにコの字状の３ｄＢハイブリッド１５と直線状の３ｄＢハイブリッド１６とがそれぞれの終端抵抗１７及び１８、入出力用のパッド１３及び１４がそれぞれ接近する方向に配置されている。第１のミキサは、キャパシタ１０と入出力用のパッド９、９’を除いて、３ｄＢハイブリッド１６と３ｄＢハイブリッド１５で囲まれた領域に配置され、そのミキサの出力ポートとなるキャパシタ６の電極が３ｄＢハイブリッド１６の入出力用のパッドに接続されている。また、第２のミキサはキャパシタ６０、マイクロストリップライン５８と入出力用のパッド５９、５９’を除いて、３ｄＢハイブリッド１６と３ｄＢハイブリッド１５で囲まれた領域に配置され、そのミキサ回路の出力ポートとなるキャパシタ５６の電極が３ｄＢハイブリッド１６の入出力ポートに接続されている。
【００３２】
本実施の形態２では、第１及び第２のミキサのそれぞれの１つの入力用のパッド１、５１と、それぞれの２つの入出力用のパッド９，９’、５９，５９’についてボンディングワイヤ等による外部回路等との選択的な接続を行うことにより、使用周波数が異なっても１種類のＭＭＩＣで対応することが可能となる。
【００３３】
（他の実施の形態）
以上の実施の形態ではイメージキャンセルミキサの非線形素子としてダイオードを逆並列接続したアンチパラレルダイオードを使用して構成する例を示したが、アンチパラレルダイオードに代えて単一のダイオードを使用するシングルダイオードを用い、基本波ミキサとしても構成することが可能である。
【００３４】
また、前述の実施の形態１、２においてハイブリッドの配置数としては、３つ以上とすることにより更なる広帯域化を行うことが可能であり、また、ハイブリッド構成としては、マイクロ波信号、ミリ波信号を結合する複数の導体よりなる結合線路に４つの入出力ポートが接続されたランゲカプラを使用すると好適である。
【００３５】
更に、実施の形態２ではハイブリッドとミキサとを同数とする例を示したが、ミキサの個数をハイブリッドの個数より少ない数としてミキサとハイブリッドの接続を実施の形態１と同様に選択的な接続を可能に構成できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のイメージキャンセルミキサの一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】本実施の形態のイメージキャンセルミキサの等価回路を示す図である。
【図３】端子７での周波数関係を示す図である。
【図４】本発明のイメージキャンセルミキサの他の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  ＬＯ信号の入力用のパッド
２、４、６、１０  キャパシタ
３  ボンディングパッド
７、１１、１２  入出力用のパッド
５  アンチパラレルダイオード
８  マイクロストリップライン
９  ＩＦ信号の入出力用のパッド
１３、１４  ＲＦ信号の入出力用のパッド
１５、１６  ３ｄＢハイブリッド
１７、１８  ハイブリッドの終端抵抗
１９  グラウンド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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