(57)【要約】【課題】専有面積の小さいトランス素子を提供すること。【解決手段】トランス素子１は、半導体基板上において上下方向に平行な第１及び第２の配線層を使って形成され、第１のインダクタンス２及び第２のインダクタンス３を備える。第１及び第２のインダクタンス２及び３は、鉛直上方向及び鉛直下方向の一方から第１の配線層及び第２の配線層の一方に投影した時に、投影された外形線が予め定められた基準面を基準として対称な形状を有し、かつ投影された外形線が第１の配線層及び第２の配線層の一方上で交差し合う部分については、第１の配線層及び第２の配線層を使って交差しないよう構成される。【選択図】図１
2011035409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に平行な第１及び第２の配線層を使って形成される相互誘導回路であって、
前記第１の配線層に形成された第１のインダクタンスと、
前記第１のインダクタンスで発生した磁束が鎖交する位置であって前記第１の配線層に形成される第２のインダクタンスと、
前記第１のインダクタンスを鉛直上方から前記第２の配線層に投影したものと実質的に同じ形状を有している、前記第２の配線層に形成される第３のインダクタンスと、
前記第２のインダクタンスを鉛直上方から前記第２の配線層に投影したものと実質的に同じ形状を有している、前記第２の配線層に形成される第４のインダクタンスとを備え、
前記第１及び前記第２及び前記第３及び前記第４のインダクタンスは、鉛直上方向及び鉛直下方向の一方から前記第１の配線層及び前記第２の配線層の一方に投影した時に、投影された外形線が予め定められた第１の基準面を基準として対称な形状を有し、かつ前記第１及び第２のインダクタンスとの間、または前記第３及び第４のインダクタンスとの間において、前記投影された外形線が前記第１の配線層及び前記第２の配線層の一方上で交差し合う部分については、前記第１の配線層及び前記第２の配線層を使って交差しないように構成される、相互誘導回路。
【請求項２】
前記第１及び第３のインダクタンスは、複数のコンタクトを介して電気的に接続され、
前記第２及び第４のインダクタンスは、複数のコンタクトを介して電気的に接続される、請求項１に記載の相互誘導回路。
【請求項３】
上下方向に平行な第１及び第２の配線層を使って形成される相互誘導回路であって、
第１のインダクタンスと、
前記第１のインダクタンスで発生した磁束が鎖交する位置に形成される第２のインダクタンスとを備え、
前記第１及び前記第２のインダクタンスは、鉛直上方向及び鉛直下方向の一方から前記第１の配線層及び前記第２の配線層の一方に投影した時に、投影された外形線が予め定められた第１の基準面を基準として対称な形状を有し、かつ前記投影された外形線が前記第１の配線層及び前記第２の配線層の一方上で交差し合う部分については、前記第１の配線層及び前記第２の配線層を使って交差しないように構成され、
前記相互誘導回路はトランス素子であって、
前記第１のインダクタンスは、差動信号を構成する同相信号及び逆相信号が入力される第１及び第２の入力端子を含み、前記第１及び第２の入力端子に入力された同相信号及び逆相信号により磁束を発生し、
前記第２のインダクタンスは、前記第１のインダクタンスとの相互誘導作用により、変圧された同相信号及び逆相信号を出力する第１及び第２の出力端子を含み、
前記第１のインダクタンスは、
前記第１の基準面を基準にして互いに対称で互いに離れており、外周側から内周側に向かって、前記第１の配線層に形成される、複数組みの第１及び第２の部分環状線路と、
前記第１の部分環状線路の内、前記第１の基準面を基準として一方側であってかつ外周側に形成されるものと、前記第２の部分環状線路において、前記第１の部分環状線路よりも一周内側に形成されておりかつ前記第１の部分環状線路と前記第１の基準面を基準として逆側にあるものとを２個のコンタクトを介して接続し、かつ前記第２の配線層に形成される第１の接続線路と、
前記第１の部分環状線路の内、前記第１の基準面を基準として逆側であってかつ外周側に形成されるものと、前記第２の部分環状線路において、前記第１の部分環状線路よりも一周内側に形成されておりかつ前記第１の部分環状線路と前記第１の基準面を基準として一方側にあるものとを接続し、かつ、前記第１の配線層に形成される第２の接続線路とを備え、
前記第２のインダクタンスは、
前記第１の基準面を基準にして互いに対称で互いに離れており、外周側から内周側に向かって、前記第１の配線層において、前記第１のインダクタンスの第１及び第２の部分環状線路の隣に形成される複数組みの第１及び第２の部分環状線路と、
前記第１の部分環状線路の内、前記第１の基準面を基準として一方側であってかつ外周側に形成されるものと、前記第２の部分環状線路において、前記第１の部分環状線路よりも一周内側に形成されておりかつ前記第１の部分環状線路と前記第１の基準面を基準として逆側にあるものとを２個のコンタクトを介して接続し、かつ前記第１の配線層に形成される第１の接続線路と、
前記第１の部分環状線路の内、前記第１の基準面を基準として逆側であってかつ外周側に形成されるものと、前記第２の部分環状線路において、前記第１の部分環状線路よりも一周内側に形成されておりかつ前記第１の部分環状線路と前記第１の基準面を基準として一方側にあるものとを接続し、かつ、前記第２の配線層に形成される第２の接続線路とを備え、
前記第１のインダクタンスに入力された差動信号を構成する同相信号及び逆相信号が入力される第１及び第２の入力端子を有しており、入力同相信号及び入力逆相信号により磁束を発生する第３のインダクタンスと、
前記第１及び第３のインダクタンスで発生した磁束が鎖交する位置に形成され、前記第１のインダクタンスとの相互誘導作用により、変圧された同相信号及び逆相信号を第１及び第２の出力端子から出力する第４のインダクタンスとを備え、
前記第３及び前記第４のインダクタンスは、前記第１及び前記第２のインダクタンスを、鉛直上方向から前記第２の配線層の一方に投影したものと実質的に同じ形状を有しており、前記第２の配線層に形成され、
前記第１及び第３のインダクタンスは、複数のコンタクトを介して電気的に接続され、前記第２及び前記第４のインダクタンスは、複数のコンタクトを介して電気的に接続される、相互誘導回路。
【請求項４】
前記第１のインダクタンスの仮想中点と、前記第２のインダクタンスの仮想中点とを接続するための線路と、
前記第３のインダクタンスの仮想中点と、前記第２のインダクタンスの仮想中点とを接続するための線路とをさらに備える、請求項１または３に記載の相互誘導回路。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の相互誘導回路を有する発振回路。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の相互誘導回路を有する増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相互誘導回路に関し、より特定的には、上下方向に平行な第１及び第２の配線層を使って形成され、入力差動信号に基づいて動作する相互誘導回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話に代表される移動体通信端末装置の普及に伴い、近年、多くの無線回路が集積回路に集積されるようになってきた。このような流れの中で、無線回路に多用される相互誘導回路の一例としてのトランス素子もまた集積回路に集積されるようになってきた。以下、従来のトランス素子として、下記の３公報に開示されたものについて説明する。
【０００３】
図３２Ａは、特開平６−１２００４８号公報に開示されているトランス素子（以下、「従来の技術」欄において第１の相互誘導回路１００と称する。）の構造を模式的に示す上面図である。また、図３２Ｂは、図３２Ａに示す線Ｖ−Ｖに沿う第１の相互誘導回路１００の断面を矢印Ｗの方向から見たときの模式図である。図３２Ａ及び図３２Ｂにおいて、第１の相互誘導回路１００は、１次コイル１０１及び２次コイル１０２を備える。両コイル１０１及び１０２は絶縁層１０３の内部に形成され、１次コイル１０１は２次コイル１０２の直下に形成される。また、１次コイル１０１は大略的には、渦巻き形状を有しており、その一方端及び他方端に第１及び第２の入力端子Ａ１及びＡ２を有する。より具体的には、１次コイル１０１は、渦の略中心に配置される第１の入力端子Ａ１の周りに、大きくなる一続きの円を同一平面上に描くような形状を有する。第２の入力端子Ａ２は、このような渦巻き形状を有する１次コイル１０１の外周側の端に配置される。
【０００４】
２次コイル１０２は、１次コイル１０１と実質的に同じ形状を有し、１次コイル１０１を鉛直方向に所定量だけ平行移動させた位置に形成される。また、２次コイル１０２において、渦の中心側の端には第１の出力端子Ａ３が、外周側の端には第２の出力端子Ａ４が設けられる。
【０００５】
以上の第１の相互誘導回路１００では、第１の入力端子Ａ１及び第２の入力端子Ａ２に電気信号を与えると、第１の出力端子Ａ３及び第２の出力端子Ａ４から、１次コイル１０１及び２次コイル１０２の巻き数比に応じた電気信号が得られる。
【０００６】
図３３は、特開平１１−１７６６３９号公報に開示されているトランス素子（以下、「従来の技術」欄において第２の相互誘導回路２００と称する。）の構造を模式的に示す縦断面図である。図３３において、第２の相互誘導回路２００は、下部チップ２０１及び上部チップ２０２を備えている。下部チップ２０１は、半導体基板２０３上に積層された絶縁膜２０４上に形成されるコイル２０５を備えている。上部チップ２０２もまた、半導体基板２０６に積層された絶縁膜２０７上に形成されるコイル２０８を備える。以上の下部チップ２０１及び上部チップ２０２は、ポリイミド膜２０９を介して接着される。このとき、１次コイル２０８及び２次コイル２０５は、ポリイミド膜２０９内に仮想的に形成される基準平面ＲＰを基準として対称に配置される。
【０００７】
以上の第２の相互誘導回路２００では、コイル２０５及び２０８の一方に電気信号を与えると、コイル２０５及び２０８の他方から、それらの巻き数比に応じた電気信号が得られる。
【０００８】
図３４Ａは、特開平１１−３０７７２３号公報に開示されているトランス素子（以下、「従来の技術」欄において第３の相互誘導回路３００と称する。）の構造を模式的に示す上面図である。また、図３４Ｂは、図３４Ａに示す線Ｐ−Ｐに沿う第３の相互誘導回路３００の断面を矢印Ｑの方向から見たときの断面図である。図３４Ａ及び図３４Ｂにおいて、第３の相互誘導回路３００は、半導体基板３０１上に形成され、第１の平面渦状コイル３０２と、第２の平面渦状コイル３０３と、第３の平面渦状コイル３０４とを備えている。第２の平面渦状コイル３０３は、第１の絶縁膜３０５を介して、第１の平面渦状コイル３０２上に形成される。言い換えれば、第２の平面渦状コイル３０３は、第１の平面渦状コイル３０２上に形成される第１の絶縁膜３０５上に配置される。また、第３の平面渦状コイル３０４は、第２の絶縁膜３０６を介して、第２の平面渦状コイル３０３上に形成される。また、第１の平面渦状コイル３０２が有する渦中心側の端と、第２の平面渦状コイル３０３が有する渦中心側の端とが電気的に接続される。また、第２の平面渦状コイル３０３が有する渦外周側の端と、第３の平面渦状コイル３０４が有する渦外周側の端近傍とが電気的に接続される。
【０００９】
また、第１の平面渦状コイル３０２及び第２の平面渦状コイル３０３の接続部分からは、第１の入力端子３０７を構成するために、信号線が引き出される。さらに、第３の平面渦状コイル３０４における渦中心側の端からは、第２の入力端子３０８を構成するために、信号線が引き出される。また、第１の平面渦状コイル３０２における渦外周側の端は、第１の出力端子３０９を構成し、第３の平面渦状コイル３０４における渦外周側の端は、第２の出力端子３０９ａを構成する。
【００１０】
以上の第３の相互誘導回路３００では、第１の入力端子３０７を接地した状態で、第２の入力端子３０８に電気信号を与えると、第１の出力端子３０９及び第２の出力端子３０９ａの間に、変圧された電気信号が現れる。
【００１１】
また、相互誘導回路の他の例としての差動インダクタ素子も、トランス素子と同様に、集積回路に集積されるようになってきた。以下、従来の差動インダクタ素子として、下記の２公報に開示されたものについて説明する。
【００１２】
図３５は、特開２００２−１６４７０４号公報に開示されている差動スイッチ回路を示す回路図である。また、図３６は、特許第３１８８２７６号公報に開示されている差動分布型増幅回路の回路図である。図３５に示す差動スイッチ回路、及び図３６に示す差動分布型増幅回路のような差動回路に関しては、単相回路の場合と単純に比較して倍の数の素子が必要となる。特に、インダクタ素子は他の素子と比較して大きな面積を占有する。それ故、上記のような差動回路を集積化する場合、インダクタ素子は各種コストを増大させる要因となっていた。以上の問題点に対処するため、特開２００２−１６４７０４号公報には、以下のような差動インダクタ素子が開示されている。
【００１３】
図３７Ａ及び図３７Ｂは、特開２００２−１６４７０４号公報に開示されている差動インダクタ素子の構造を示す斜視図である。図３７Ａにおいて、差動インダクタ素子は、上下方向に配置される２個のスパイラルインダクタ素子からなる。各スパイラルインダクタには、互いに等振幅であるが互いに逆位相のバランス信号が入力され、各スパイラルインダクタからは、互いに等振幅であるが互いに逆位相のバランス信号が出力される。
【００１４】
より具体的には、第１のスパイラルインダクタは、入力配線６０４ａと、スパイラル形状に巻かれたスパイラル配線６０１ａと、信号を出力する出力配線６０５ａとを含む。第２のスパイラルインダクタも、入力配線６０４ｂと、スパイラル配線６０１ｂと、出力配線６０５ｂとを含む。以上のような第１及び第２のスパイラルインダクタにおいて、スパイラル配線６０１ａ及び６０１ｂは互いに逆方向に巻かれている。また、スパイラル配線６０１ａ及び６０１ｂは、絶縁層を介して上下層に重なり合うように形成される。
また、入力配線６０４ａ及び６０４ｂは、引き出し配線６０２ａ及び６０２ｂを介してスパイラル配線６０１ａ及び６０１ｂに接続される。引き出し配線６０２ａ及び６０２ｂのためには、スパイラル配線６０１ａ及び６０１ｂが形成される配線層よりも下側に位置する配線層が用いられる。互いに異なる配線層間の配線は、層間コンタクト６０３ａ−６０３ｄによって接続される。
【００１５】
また、図３７Ｂの差動インダクタ素子において、スパイラル配線６０１ａ及び６０１ｂは、互いに逆方向に巻かれており、交差配線部分６０６ａ−６０６ｃを除いて、同一の配線層に交互に平行するように形成されている。
以上のような図３７Ａ及び図３７Ｂに示す差動インダクタ素子により、ほぼ１個分のインダクタ素子が占有する面積で、差動インダクタ素子が実現されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平６−１２００４８号公報
【特許文献２】特開平１１−１７６６３９号公報
【特許文献３】特開平１１−３０７７２３号公報
【特許文献４】特開２００２−１６４７０４号公報
【特許文献５】特許第３１８８２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
半導体に集積される無線回路に代表されるような高周波回路は、コモンモードノイズを低減するために差動回路で実現される場合がある。しかしながら、従来の各トランス素子では、信号入力側から見たとき、各コイルは対称な形状になっていない。そのため、差動信号を構成する同相信号が一方の入力端子に与えられ、かつ逆相信号が他方の入力端子に与えられたとしても、２個の出力端子からは、位相が互いに反転した２信号が得られないという問題がある。
【００１８】
なお、従来の各トランス素子を偶数個使えば（図３２Ａ及び図３２Ｂを参照）、上述のような対称性を実現可能であるが、その結果、トランス素子が半導体集積回路において大きな面積を占有してしまうという別の問題が生じてしまう。
【００１９】
また、一般的に、トランス素子は、半導体基板の抵抗成分による損失を低減するため、できるだけ半導体基板から離れた配線層に形成される必要がある。しかしながら、従来のトランス素子は３層以上の配線層を必要とする。例えば、第１の相互誘導回路１００では、１次コイル１０１及び２次コイル１０２を形成するために１層ずつ必要になり、さらに、１次コイル１０１及び２次コイル１０２の一方の端子が渦の中心側にあるので、入力信号を与えるため、又は出力信号を取り出すための信号線用に配線層がさらに１層必要となる。また、第２の相互誘導回路２００も、上述の１次コイル１０１及び２次コイル１０２と同様の形状を有するコイル２０８及びコイル２０５を備えているため、配線層が３層必要となる。さらに、トランス素子３００に関しては、３個の平面渦状コイル３０２−３０４を形成するためだけに、配線層が３層必要となる。
【００２０】
以上から明らかな様に、従来のトランス素子を形成するのに多くの配線層が必要となり、さらには半導体プロセスの配線層の数には限界があることから、従来のトランス素子を半導体基板から離して形成すること、及び、半導体基板の抵抗成分による損失を低減することが難しいという問題点がある。
【００２１】
また、従来の差動インダクタ素子においても、２個のインダクタが対称な形状になっていない。そのため、差動信号を構成する同相信号が一方の入力端子に与えられ、かつ逆相信号が他方の入力端子に与えられたとしても、２個の出力端子からは、位相が互いに反転した２信号が得られないという問題がある。なお、従来の差動インダクタ素子も偶数個使えば、上述のような対称性を実現可能であるが、その結果、差動インダクタ素子が半導体集積回路において大きな面積を占有してしまうという別の問題が生じてしまう。
【００２２】
それ故に、本発明の第１の目的は、専有面積の小さい相互誘導回路を提供することを目的とする。また、本発明の第２の目的は、少ない配線層数で構成でき、かつ低損失な相互誘導回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記問題点を解決するために、本発明の一局面は、上下方向に平行な第１及び第２の配線層を使って形成される相互誘導回路であって、第１のインダクタンスと、第１のインダクタンスで発生した磁束が鎖交する位置に形成される第２のインダクタンスとを備え、第１及び第２のインダクタンスは、鉛直上方向及び鉛直下方向の一方から第１の配線層及び第２の配線層の一方に投影した時に、投影された外形線が予め定められた第１の基準面を基準として対称な形状を有し、かつ投影された外形線が第１の配線層及び第２の配線層の一方上で交差し合う部分については、第１の配線層及び第２の配線層を使って交差しないように構成される。
【００２４】
相互誘導回路は例示的にはトランス素子であって、第１のインダクタンスは、差動信号を構成する同相信号及び逆相信号が入力される第１及び第２の入力端子を含み、第１及び第２の入力端子に入力された同相信号及び逆相信号により磁束を発生する。また、第２のインダクタンスは、第１のインダクタンスとの相互誘導作用により、変圧された同相信号及び逆相信号を出力する第１及び第２の出力端子を含む。
【００２５】
第１のインダクタンス及び第２のインダクタンスのいずれか一方は好ましくは、第１の基準面を基準にして互いに対称で互いに離れており、かつ外周側から内周側に向かって、第１の配線層及び第２の配線層のいずれか一方に形成される、複数組みの第１及び第２の部分環状線路と、第１の部分環状線路の内、外周側に形成されるものと、第２の部分環状線路において、第１の部分環状線路よりも一周内側に形成されるものとを、第１及び第２の配線層の間に形成される２個のコンタクトを介して接続し、かつ、第１の配線層及び第２の配線層のいずれか他方に形成される少なくとも１つの接続線路とを備える。
【００２６】
第１のインダクタンスは好ましくは、第１の基準面を基準にして互いに対称で互いに離れており、外周側から内周側に向かって、第１の配線層に形成される、複数組みの第１及び第２の部分環状線路と、第１の部分環状線路の内、基準面を基準として一方側であってかつ外周側に形成されるものと、第２の部分環状線路において、第１の部分環状線路よりも一周内側に形成されておりかつ第１の部分環状線路と第１の基準面を基準として逆側にあるものとを２個のコンタクトを介して接続し、かつ第２の配線層に形成される第１の接続線路と、第１の部分環状線路の内、第１の基準面を基準として逆側であってかつ外周側に形成されるものと、第２の部分環状線路において、第１の部分環状線路よりも一周内側に形成されておりかつ第１の部分環状線路と第１の基準面を基準として一方側にあるものとを接続し、かつ、第１の配線層に形成される第２の接続線路とを備える。また、第２のインダクタンスは好ましくは、第１の基準面を基準にして互いに対称で互いに離れており、外周側から内周側に向かって、第２の配線層に形成される、複数組みの第１及び第２の部分環状線路と、第１の部分環状線路の内、第１の基準面を基準として一方側であってかつ外周側に形成されるものと、第２の部分環状線路において、第１の部分環状線路よりも一周内側に形成されておりかつ第１の部分環状線路と第１の基準面を基準として逆側にあるものとを２個のコンタクトを介して接続し、かつ第１の配線層に形成される第１の接続線路と、第１の部分環状線路の内、第１の基準面を基準として逆側であってかつ外周側に形成されるものと、第２の部分環状線路において、第１の部分環状線路よりも一周内側に形成されておりかつ第１の部分環状線路と第１の基準面を基準として一方側にあるものとを接続し、かつ、第２の配線層に形成される第２の接続線路とを備える。
【００２７】
第２のインダクタンスが備える第１及び第２の部分環状線路は好ましくは、第１のインダクタンスが備える第１及び第２の部分環状線路の鉛直方向真下又は真上に形成されない。
第１のインダクタンスの仮想中点と、第２の仮想中点とを電気的に接続するコンタクトをさらに備える。
【００２８】
第１のインダクタンスは好ましくは、第１の基準面を基準にして互いに対称で互いに離れており、外周側から内周側に向かって、第１の配線層に形成される、複数組みの第１及び第２の部分環状線路と、第１の部分環状線路の内、第１の基準面を基準として一方側であってかつ外周側に形成されるものと、第２の部分環状線路において、第１の部分環状線路よりも一周内側に形成されておりかつ第１の部分環状線路と第１の基準面を基準として逆側にあるものとを２個のコンタクトを介して接続し、かつ第２の配線層に形成される第１の接続線路と、第１の部分環状線路の内、第１の基準面を基準として逆側であってかつ外周側に形成されるものと、第２の部分環状線路において、第１の部分環状線路よりも一周内側に形成されておりかつ第１の部分環状線路と第１の基準面を基準として一方側にあるものとを接続し、かつ、第１の配線層に形成される第２の接続線路とを備える。また、第２のインダクタンスは好ましくは、第１の基準面を基準にして互いに対称で互いに離れており、外周側から内周側に向かって、第１の配線層において、第１のインダクタンスの第１及び第２の部分環状線路の隣に形成される複数組みの第１及び第２の部分環状線路と、第１の部分環状線路の内、第１の基準面を基準として一方側であってかつ外周側に形成されるものと、第２の部分環状線路において、第１の部分環状線路よりも一周内側に形成されておりかつ第１の部分環状線路と第１の基準面を基準として逆側にあるものとを２個のコンタクトを介して接続し、かつ第１の配線層に形成される第１の接続線路と、第１の部分環状線路の内、第１の基準面を基準として逆側であってかつ外周側に形成されるものと、第２の部分環状線路において、第１の部分環状線路よりも一周内側に形成されておりかつ第１の部分環状線路と第１の基準面を基準として一方側にあるものとを接続し、かつ、第２の配線層に形成される第２の接続線路とを備える。
【００２９】
第１及び第２のインダクタンスは例示的には、第１の基準面と垂直な第２の基準面に対して、互いに対称な形状を有する。
【００３０】
第１のインダクタンスは好ましくは、第１の基準面を基準にして互いに対称で互いに離れており、外周側から内周側に向かって、第１の配線層に形成される、複数組みの第１及び第２の部分環状線路と、第１の部分環状線路の内、第１の基準面を基準として一方側であってかつ外周側に形成されるものと、第２の部分環状線路において、第１の部分環状線路よりも一周内側に形成されておりかつ第１の部分環状線路と第１の基準面を基準として逆側にあるものとを２個のコンタクトを介して接続し、かつ第２の配線層に形成される第１の接続線路と、第１の部分環状線路の内、第１の基準面を基準として逆側であってかつ外周側に形成されるものと、第２の部分環状線路において、第１の部分環状線路よりも一周内側に形成されておりかつ第１の部分環状線路と第１の基準面を基準として一方側にあるものとを接続し、かつ、第１の配線層に形成される第２の接続線路とを備える。また、第２のインダクタンスは好ましくは、第１の基準面を基準にして互いに対称で互いに離れており、外周側から内周側に向かって、第１の配線層に複数組みの第１及び第２の部分環状線路と、第１の部分環状線路の内、第１の基準面を基準として一方側であってかつ外周側に形成されるものと、第２の部分環状線路において、第１の部分環状線路よりも一周内側に形成されておりかつ第１の部分環状線路と第１の基準面を基準として逆側にあるものとを２個のコンタクトを介して接続し、かつ第１の配線層に形成される第１の接続線路と、第１の部分環状線路の内、第１の基準面を基準として逆側であってかつ外周側に形成されるものと、第２の部分環状線路において、第１の部分環状線路よりも一周内側に形成されておりかつ第１の部分環状線路と第１の基準面を基準として一方側にあるものとを接続し、かつ、第２の配線層に形成される第２の接続線路とを備える。第２のインダクタンスにおいて、複数の第１の部分環状線路は、第１の配線層において互いに隣り合い、複数の第２の部分環状線路は、第１の配線層において互いに隣り合う。
【００３１】
相互誘導回路は好ましくは、第１のインダクタンスの仮想中点と、第２のインダクタンスの仮想中点とを接続するための線路をさらに備える。
相互誘導回路において、好ましくは、第１の配線層は第２の配線層よりも厚い。
【００３２】
また、好ましくは、第１及び第２の入力端子、並びに第１及び第２の出力端子は、第１のインダクタンスにおいて最外周を構成する線路の一方端及び他方端にある。
【００３３】
相互誘導回路は好ましくは、第１のインダクタンスに入力された差動信号を構成する同相信号及び逆相信号が入力される第１及び第２の入力端子を有しており、入力同相信号及び入力逆相信号により磁束を発生する第３のインダクタンスと、第１及び第３のインダクタンスで発生した磁束が鎖交する位置に形成され、第１のインダクタンスとの相互誘導作用により、変圧された同相信号及び逆相信号を第１及び第２の出力端子から出力する第４のインダクタンスとを備える。また、第３及び第４のインダクタンスは、第１及び第２のインダクタンスを、鉛直上方向から第２の配線層の一方に投影したものと実質的に同じ形状を有しており、第２の配線層に形成される。第１及び第３のインダクタンスは、複数のコンタクトを介して電気的に接続され、第２及び第４のインダクタンスは、複数のコンタクトを介して電気的に接続される。
【００３４】
相互誘導回路は好ましくは、第１のインダクタンスの仮想中点と、第２のインダクタンスの仮想中点とを接続するための線路と、第３のインダクタンスの仮想中点と、第２のインダクタンスの仮想中点とを接続するための線路とをさらに備える。
【００３５】
相互誘導回路において、好ましくは、第１及び第２の配線層は半導体基板上に形成される。また、相互誘導回路は、第１及び第２の配線層よりも半導体基板寄りの第３の配線層に形成されるシールドをさらに備え、シールドには、放射状のパターン又は放射状に配列された孔が形成される。
【００３６】
相互誘導回路において、好ましくは、第１及び第２の配線層は半導体基板上に形成される。また、相互誘導回路は、第１及び第２の配線層よりも半導体基板側に、放射状に配列されるトレンチをさらに備える。
相互誘導回路において、好ましくは、第１及び第２の配線層は誘電体積層基板上に形成される。
相互誘導回路において、第１及び第２の配線層は誘電体単層両面基板上に形成される。
【００３７】
相互誘導回路は例示的にはバランであって、第１及び第２の入力端子の一方、又は第１及び第２の出力端子の一方が接地される。
【００３８】
また、第１のインダクタンスは例示的には、差動信号を構成する同相信号の入力及び出力に用いられる第１の入力端子及び第１の出力端子とを含み、第１の入力端子に入力された同相信号により磁束を発生する。第２のインダクタンスは、差動信号を構成する逆相信号の入力及び出力に用いられる第２の入力端子及び第２の出力端子とを含み、第２の入力端子に入力された逆相信号により磁束を発生する。
【００３９】
また、本発明の第２の局面は、発振回路であって、予め定められた周波数を有する差動信号を生成する発振段と、発振段で生成された差動信号を変圧する相互誘導回路と、相互誘導回路で変圧された差動信号を増幅する増幅段とを備える。ここで、相互誘導回路は、トランス素子であって、半導体基板上において上下方向に平行な第１及び第２の配線層を使って形成され、発振段で生成された差動信号を構成する同相信号及び逆相信号が入力される第１及び第２の入力端子を有しており、入力同相信号及び入力逆相信号により磁束を発生する第１のインダクタンスと、第１のインダクタンスで発生した磁束が鎖交する位置に形成され、第１のインダクタンスとの相互誘導作用により、変圧された同相信号及び逆相信号を第１及び第２の出力端子から出力する第２のインダクタンスと、第１のインダクタンスの仮想中点と、第２の仮想中点とを電気的に接続するコンタクトとを含む。また、第１及び第２のインダクタンスは、鉛直上方向及び鉛直下方向の一方から第１の配線層及び第２の配線層の一方に投影した時に、投影された外形線が予め定められた基準面を基準として対称な形状を有し、かつ投影された外形線が第１の配線層及び第２の配線層の一方上で交差し合う部分については、第１の配線層及び第２の配線層を使って交差しないよう構成される。
また、好ましくは、発振回路は無線通信機器に組み込まれる。
【００４０】
また、本発明の第３の局面は、増幅回路であって、互いに直列に接続され、差動信号が入力される複数の第１の相互誘導回路と、複数の第１の相互誘導回路のうち、最後のものに接続され、少なくとも差動終端抵抗を含む第１の終端回路と、複数の第１の相互誘導回路のうち最後のもの以外から出力される差動信号を増幅する複数の増幅段と、少なくとも差動終端抵抗を含んでおり、各増幅段から出力された差動信号を終端する第２の終端回路と、互いに直列に接続される複数の第２の相互誘導回路とを備える。ここで、複数の第２の相互誘導回路のうち、いずれか１個は、第２の終端回路と接続され、残りのものは、複数の増幅段のいずれかと接続され、各第１及び各第２の相互誘導回路は、上下方向に平行な第１及び第２の配線層を使って形成されており、第１のインダクタンスと、第１のインダクタンスで発生した磁束が鎖交する位置に形成される第２のインダクタンスとを備える。第１及び第２のインダクタンスは、鉛直上方向及び鉛直下方向の一方から第１の配線層及び第２の配線層の一方に投影した時に、投影された外形線が予め定められた第１の基準面を基準として対称な形状を有し、かつ投影された外形線が第１の配線層及び第２の配線層の一方上で交差し合う部分については、第１の配線層及び第２の配線層を使って交差しないように構成される。
【発明の効果】
【００４１】
以上のように、本発明の第１〜第３の局面において、相互誘導回路は、それぞれが実質的に面対称に構成され、第１及び第２の配線層のみを使って形成される２個のインダクタンスを備える。その結果、１次側及び２次側のそれぞれに複数個のインダクタンスを備える必要がなくなる。これによって、専有面積の小さな相互誘導回路を実現することが可能となる。これによって、相互誘導回路を構成するための配線層数を少なくすることが可能となる。それに伴い、半導体基板から離して形成し、さらに、半導体基板の抵抗成分による損失を低減することが可能な相互誘導回路を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る相互誘導回路１の構造を示す斜視図
【図２】ＺＸ平面に平行な面Ｃ（図１参照）で、図１の相互誘導回路１を切断した時の断面図
【図３】ＸＹ平面に平行な面Ａ（図１参照）で、図１の相互誘導回路１を切断した時の断面図であって、図１に示す第１のインダクタンス２の構成要素を示す模式図
【図４】図１に示す面Ａ（図１参照）をＺ軸の負方向に距離Ｄ１だけ平行移動させかつ下層に含まれる面Ｂ（図１参照）で、図１の相互誘導回路１を切断した時の断面図であって、図１に示す第１のインダクタンス２の構成要素を示す模式図
【図５】ＸＹ平面に平行な面Ｂ（図１参照）で、図１の相互誘導回路１を切断した時の断面図であって、図１に示す第２のインダクタンス３の構成要素を示す模式図
【図６】面Ａ（図１参照）で、図１の相互誘導回路１を切断した時の断面図であって、図１に示す第２のインダクタンス３の構成要素を示す模式図
【図７Ａ】図１の相互誘導回路１に好ましい構成としてトランス素子１に備わるパターンシールド７の斜視図
【図７Ｂ】図１の相互誘導回路１に好ましい構成として相互誘導回路１に備わるパターンシールド７の上面図
【図８Ａ】図１に示す相互誘導回路１に付随的な半導体基板４の好ましい構成例を示す上面図
【図８Ｂ】図８Ａに示す面Ｄで同図に示す半導体基板４を切断した時の断面図
【図９】図１に示す第２のインダクタンス３の変型例に係る第２のインダクタンス３ａの構造を示す模式図
【図１０】図１に示す半導体基板４の代替例である誘電体多層基板９を示す模式図
【図１１】図１に示す半導体基板４の代替例である両面基板１１を示す模式図
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る相互誘導回路４１の構造を示す斜視図
【図１３】ＸＹ平面に平行な面Ａ（図１２参照）で、図１２に示す相互誘導回路４１を切断した時の断面図
【図１４】面Ａ（図１２参照）をＺ軸の負方向に距離Ｄ１だけ平行移動させかつ下層に含まれる面Ｂ（図１２参照）で、相互誘導回路４１を切断した時の断面図
【図１５】図１２に示す相互誘導回路４１の変型例に係る相互誘導回路４１ａの構造を示す斜視図
【図１６】ＸＹ平面に平行な面Ａ（図１５参照）で、図１５に示す相互誘導回路４１ａを切断した時の断面図
【図１７】面Ａ（図１５参照）をＺ軸の負方向に距離Ｄ１だけ平行移動させた面Ｂ（図１５参照）で、図１５に示す相互誘導回路４１ａを切断した時の断面図
【図１８】本発明の第２の実施形態に係る相互誘導回路５１の構造を示す斜視図
【図１９】図１８に示す相互誘導回路５１をＸＹ平面に平行な面Ａ（図１８参照）で切断した時の断面図
【図２０】面Ａ（図１８参照）をＺ軸の負方向に距離Ｄ１だけ平行移動させた、下層における面Ｂ（図１８参照）で、相互誘導回路５１を切断した時の断面図
【図２１】本発明の第４の実施形態に係る無線通信機器６１の全体構成を示すブロック図
【図２２】図２１に示す発振回路６６の詳細な構成を示すブロック図
【図２３】本発明の第５の実施形態に係る相互誘導回路７１の構造を示す斜視図
【図２４】図２３に示す相互誘導回路７１をＸＹ平面に平行な面Ａ（図２３参照）で切断した時の断面図
【図２５】面Ａ（図２３参照）をＺ軸の負方向に距離Ｄ１だけ平行移動させた、下層における面Ｂ（図２３参照）で、相互誘導回路７１を切断した時の断面図
【図２６】本発明の第６の実施形態に係る増幅回路８３ａの全体構成を示すブロック図
【図２７】図２６に示すバラン８５の構成例を示す斜視図
【図２８】本発明の第７の実施形態に係る相互誘導回路８１の構造を示す斜視図
【図２９】図２８に示す相互誘導回路８１をＸＹ平面に平行な面Ａ（図２８参照）で切断した時の断面図
【図３０】面Ａ（図２８参照）をＺ軸の負方向に距離Ｄ１だけ平行移動させた、下層における面Ｂ（図２８参照）で、相互誘導回路７１を切断した時の断面図
【図３１】本発明の第８の実施形態に係る増幅回路９１の全体構成を示す回路図
【図３２Ａ】特開平６−１２００４８号公報に開示されているトランス素子の構造を模式的に示す上面図
【図３２Ｂ】特開平６−１２００４８号公報に開示されているトランス素子の構造を模式的に示す断面図
【図３３】特開平１１−１７６６３９号公報に開示されているトランス素子の構造を模式的に示す縦断面図
【図３４Ａ】特開平１１−３０７７２３号公報に開示されているトランス素子の構造を模式的に示す上面図
【図３４Ｂ】特開平１１−３０７７２３号公報に開示されているトランス素子の構造を模式的に示す縦断面図
【図３５】特開２００２−１６４７０４号公報に開示されている差動スイッチ回路を示す模式図
【図３６】特許第３１８８２７６号公報に開示されている差動分布型増幅回路を示す模式図
【図３７Ａ】図３６に示す差動インダクタ素子の構造の一例を示す斜視図
【図３７Ｂ】図３６に示す差動インダクタ素子の構造の他の例を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００４３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る相互誘導回路１の一例としてのトランス素子の構造を示す斜視図である。なお、図１には説明の便宜のために、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる３次元座標系が示される。図２は、ＺＸ平面に平行な面Ｃ（図１参照）で、図１の相互誘導回路１を切断した時の断面図である。
【００４４】
図１及び図２に示すように、相互誘導回路１は、半導体基板４上の層間絶縁膜５内であってかつＺ軸の方向（上下方向）に配列された２つの配線層に形成される。ここで、以下の説明では、上側の配線層を上層と、下側の配線層を下層と、さらに両層の間を層間と称する。具体的には、相互誘導回路１は、導電性材料からなり、第１のインダクタンス２と、第２のインダクタンス３とを、本質的に備える。
【００４５】
図３は、上層においてＸＹ平面に平行な面Ａ（図１参照）で、図１の相互誘導回路１を切断した時の断面図であって、図１に示す第１のインダクタンス２の構成要素を示す模式図である。図４は、面Ａ（図１参照）をＺ軸の負方向に距離Ｄ１（図１参照）だけ平行移動させかつ下層に含まれる面Ｂ（図１参照）で、図１の相互誘導回路１を切断した時の断面図であって、第１のインダクタンス２の構成要素を示す模式図である。なお、図３及び図４では、第１のインダクタンス２において、面Ａ及び面Ｂに無い構成については全て点線で示されている。
【００４６】
第１のインダクタンス２は、導電性材料からなり、図１〜図４に示すように、大部分の構成を面Ａ上に有するが、残りの構成を面Ｂ上又は層間に有する。具体的には、第１のインダクタンス２は、第１及び第２の端子２１及び２２と、典型的にはマイクロストリップ線路からなる第１〜７の線路２３〜２９とを面Ａ上に備えている。
【００４７】
第１の端子２１及び第２の端子２２は、ＺＸ平面を基準として互いに対称な位置に形成される。なお、本実施形態では例示的に、第１の端子２１及び第２の端子２２は、第１の線路２３の一端及び第２の線路２４の一端である。
【００４８】
第１の線路２３は、第１のインダクタンス２における最外周の一部を構成する部分環状線路であり、第１の端子２１と、後述する第１のコンタクト２１０とを電気的に接続する。本実施形態では例示的に、下記の１０点Ｐ１〜Ｐ１０（図３参照）で規定される領域内に、第１の線路２３は形成される。点Ｐ１は、Ｘ座標値及びＹ座標値として、（Ｘ１，−Ｙ１）を有する。ここで、Ｘ１及びＹ１は、相互誘導回路１の仕様に応じて定められる正の値である。点Ｐ２は、第１の線路２３の幅をＷ１とすると、Ｙ軸の負方向にＷ１の距離だけ点Ｐ１を平行移動させた点である。点Ｐ３は、Ｗ１よりも大きい距離、点Ｐ１をＸ軸の正方向に平行移動させた点である。点Ｐ４は、Ｘ軸の負方向及びＹ軸の負方向の双方にＷ１の距離だけ点Ｐ３を平行移動させた点である。点Ｐ５及びＰ６は、Ｙ軸の負方向にＷ１以上の距離、点Ｐ３及びＰ４を平行移動させた点である。点Ｐ７は、Ｘ軸の正方向に距離Ｄ２だけ点Ｐ５を平行移動させた点である。Ｄ２は、相互誘導回路１の仕様に従って定められる正の値である。点Ｐ８は、Ｘ軸の正方向及びＹ軸の負方向の双方に、Ｗ１の距離だけ、点Ｐ７を平行移動させた点である。点Ｐ９は、点Ｐ７を、Ｙ軸の正方向に距離Ｄ３だけ平行移動させた点である。Ｄ３は、相互誘導回路１の仕様に従って定められるが、少なくとも点Ｐ７のＹ座標値よりも小さい正の値である。点Ｐ１０は、距離Ｗ１だけＸ軸の正方向に点Ｐ９を平行移動させた点である。
【００４９】
第２の線路２４は、第１のインダクタンス２における最外周の一部を構成する部分環状線路であり、第２の端子２２と、後述する第３の線路２５とを電気的に接続し、ＺＸ面を基準にして第１の線路２３と対称な位置に形成される。
【００５０】
第３の線路２５は、第２の線路２４と、後述する第４の線路２６とを電気的に接続し、本実施形態では例示的に、以下の４点Ｐ１１〜Ｐ１４（図３参照）を頂点とする平行四辺形内に形成される。点Ｐ１１及びＰ１２は、ＺＸ平面を基準として、上述の点Ｐ９及びＰ１０と対称な点である。点Ｐ１３は、距離Ｗ１＋Ｗ２より大きい距離、Ｘ軸の負方向に点Ｐ９を平行移動させた点である。ここで、Ｗ２は、後述する第５の線路３７の幅である。点Ｐ１４は、Ｗ１の距離だけ点Ｐ１３をＸ軸の正方向に平行移動させた点である。
【００５１】
第４の線路２６は、第３の線路２５と、後述する第３のコンタクト２１３とを電気的に接続し、第１のインダクタンス２において、最外周よりも１つ内側の周の一部を構成する部分環状線路である。本実施形態では例示的に、第４の線路２６は、以下の８点Ｐ１３〜Ｐ２０（図３参照）で規定される領域に形成される。なお、第４の線路２６の幅は、第１の線路２３と同様、Ｗ１とする。点Ｐ１３及びＰ１４については上述した通りである。点Ｐ１５は、Ｙ軸の負方向に、点Ｐ１３を距離Ｄ４だけ平行移動させた点である。Ｄ４は、相互誘導回路１の仕様に従って定められ、Ｄ３−Ｗ１よりも小さい正の値である。点Ｐ１６は、Ｘ軸の正方向及びＹ軸の負方向の双方に、距離Ｗ１だけ、点Ｐ１５を平行移動させた点である。点Ｐ１７は、Ｘ軸の負方向に距離Ｄ５だけ、点Ｐ１５を平行移動させた点である。Ｄ５は、相互誘導回路１の仕様に従って定められ、Ｄ２−（２×Ｗ１＋２×Ｗ２）よりも小さい正の値である。点Ｐ１８は、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれの負方向に、距離Ｗ１だけ、点Ｐ１７を平行移動させた点である。点Ｐ１９は、Ｙ軸の正方向に、点Ｐ１７を、距離Ｄ４だけ平行移動させた点である。点Ｐ２０は、Ｘ軸の負方向に距離Ｗ１だけ点Ｐ１９を平行移動させた点である。
【００５２】
第５の線路２７は、最外周よりも１つ内側の周の一部を構成する部分環状線路であって、それぞれが後述される第２のコンタクト２１２及び第６の線路２８とを電気的に接続し、ＺＸ面を基準にして第４の線路２６と対称な位置に形成される。
【００５３】
第６の線路２８は、第５の線路２７と、後述する第７の線路２９とを電気的に接続する。本実施形態では例示的に、第６の線路２８は、以下の４点Ｐ２１〜Ｐ２４（図３参照）を頂点とする平行四辺形で囲まれる領域内に形成される。点Ｐ２１及びＰ２２は、ＺＸ平面を基準として、上述の点Ｐ１９及びＰ２０と対称な点である。点Ｐ２３は、Ｘ軸の正方向に、Ｗ１＋Ｗ２よりも若干大きな距離だけ、点Ｐ１９を平行移動させた点である。点Ｐ２４は、Ｘ軸の負方向に、距離Ｗ１だけ、点Ｐ２３を平行移動させた点である。
【００５４】
第７の線路２９は、第６の線路２８と第４のコンタクト２１５とを電気的に接続し、第１のインダクタンス２の最内周を構成する部分環状線路である。なお、第７の線路２９の幅はＷ１とする。さらに、本実施形態では例示的に、第７の線路２９は、以下の１２点Ｐ２３〜Ｐ３４（図３参照）で規定される領域内に形成される。点Ｐ２３及びＰ２４については上述した通りである。点Ｐ２５は、Ｙ軸の負方向に距離Ｄ６だけ、点Ｐ２３を平行移動させた点である。Ｄ６は、相互誘導回路１の仕様に従って定められ、より具体的には、Ｄ４−Ｗ１よりも小さい正の値である。点Ｐ２６は、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれの負方向に距離Ｗ１だけ、点Ｐ２５を平行移動させた点である。点Ｐ２７は、Ｘ軸の正方向に、点Ｐ２５を距離Ｄ７だけ平行移動させた点である。Ｄ７は、Ｄ５−（２×Ｗ１＋Ｗ２）よりも小さい正の値である。また、点Ｐ２８は、Ｘ軸の正方向及びＹ軸の負方向の双方に、距離Ｗ１だけ、点Ｐ２７を平行移動させた点である。なお、点Ｐ２９〜Ｐ３４は、ＺＸ平面を基準にして、点Ｐ２３〜Ｐ２８と対称であるため、それらの詳細な説明を省略する。
【００５５】
さらに、第１のインダクタンス２は、第１のコンタクト２１０と、第８の線路２１１と、第２及び第３のコンタクト２１２及び２１３と、第９の線路２１４と、第４のコンタクト２１５とを、下層側の面Ｂ上、又は層間に備えている。
【００５６】
各コンタクト２１０、２１２、２１３及び２１５は層間に配される点で同じである。また、本実施形態では、便宜上、各コンタクト２１０、２１２、２１３及び２１５は、底面の各辺がＷ１で、高さがＤ１より若干小さい値を有する直方体であると仮定する。
【００５７】
第１のコンタクト２１０は、少なくとも、第１の線路２３の点Ｐ９及びＰ１０の近傍と、後述する第８の線路２１１における点Ｐ３５〜Ｐ３８（図４参照）で囲まれる領域とを電気的に接続する。
【００５８】
第８の線路２１１は、典型的にはマイクロストリップ線路であり、第１のコンタクト２１０と、後述する第２のコンタクト２１３とを電気的に接続するための線路である。本実施形態では例示的に、面Ｂ上における８点Ｐ３５〜Ｐ４２（図４参照）で規定される領域内に第８の線路２１１は形成される。４点Ｐ３７〜Ｐ４０は実質的に、ＺＸ平面を基準として前述の点Ｐ１１〜Ｐ１４に対称な各点を、鉛直上方向から面Ｂに投影したものである。次に、点Ｐ３５及びＰ３６は、Ｙ軸の負方向に距離Ｗ１だけ、点Ｐ３７及びＰ３８を平行移動させた点である。また、点Ｐ４１及びＰ４２は、Ｙ軸の正方向に距離Ｗ１だけ、点Ｐ３９及びＰ４０を平行移動させた点である。
【００５９】
第２のコンタクト２１２は、点Ｐ３９〜点Ｐ４２で囲まれる領域と、前述した第５の線路２７の点Ｐ２９及びＰ３０近傍とを電気的に接続する。
【００６０】
第３のコンタクト２１３は、前述した第４の線路２６の点Ｐ１９及びＰ２０近傍と、後述する第９の線路２１４の外形を規定する点Ｐ４３〜Ｐ４６とを電気的に接続する。
【００６１】
第９の線路２１４は、典型的にはマイクロストリップ線路であり、第３のコンタクト２１３と、後述する第４のコンタクト２１５とを電気的に接続するための線路である。また、第９の線路２１４の外形は、面Ｂ上における４点Ｐ４３〜Ｐ５０で規定される。まず、点Ｐ４５〜Ｐ４８は、ＺＸ平面を基準として前述の点Ｐ２１〜Ｐ２４に対称な各点を、鉛直上方向から面Ｂに投影したものである。次に、点Ｐ４３及びＰ４４は、点Ｐ４５及びＰ４６を、Ｙ軸の負方向に距離Ｗ１だけ平行移動させた点である。また、点Ｐ４９及びＰ５０は、点Ｐ４７及びＰ４８を、Ｙ軸の正方向に距離Ｗ１だけ平行移動させた点である。
【００６２】
第４のコンタクト２１５は、少なくとも第９の線路２１４における点Ｐ４７〜Ｐ５０で囲まれる領域と、前述した第７の線路２９の点Ｐ２９及びＰ３０の近傍とを電気的に接続する。
【００６３】
次に、第２のインダクタンス３について説明する。図５は、ＸＹ平面に平行な面Ｂ（図１参照）で、図１の相互誘導回路１を切断した時の断面図であって、図１に示す第２のインダクタンス３の構成要素を示す模式図である。図６は、面Ａ（図１参照）で、図１の相互誘導回路１を切断した時の断面図であって、第２のインダクタンス３の構成要素を示す模式図である。なお、図５及び図６では、第２のインダクタンス３において、面Ｂ及び面Ａに無い構成については全て点線で示されている。また、第１のインダクタンス２及び第２のインダクタンス３の配置関係を明確にするために、図５では、第１のインダクタンス２の外形線を、鉛直上方向から面Ｂに投影した線が一点鎖線で示され、図６では、第１のインダクタンス２の外形線を、鉛直下方向から面Ａに投影した線が一点鎖線で示される。
【００６４】
第２のインダクタンス３は、導電性材料からなり、図１、図５及び図６に示すように、大部分の構成を下層側の面Ｂ上に有するが、残りの構成を、上層側の面Ａ上に、又は層間に有する。具体的には、第２のインダクタンス３は、第１及び第２の端子３１及び３２と、典型的にはマイクロストリップ線路からなる第１〜第７の線路３３〜３９とを面Ｂ上に備えている。
【００６５】
第１の端子３１及び第２の端子３２は、ＺＸ平面を基準として互いに対称な位置に形成される。なお、本実施形態では例示的に、第１の端子３１及び第２の端子３２は、第１の線路３３の一端及び第２の線路３４の一端である。
【００６６】
第１の線路３３は、第１の端子３１と後述する第３の線路３５とを電気的に接続し、例示的に、下記の６点Ｑ１〜Ｑ６（図５参照）で規定される領域内に形成される。点Ｑ１は、Ｘ座標値及びＹ座標値として、（Ｘ２，−Ｙ２）を有する。ここで、Ｘ２及びＹ２は、相互誘導回路１の仕様に応じて定められる正の値であるが、本実施形態では、Ｙ２は前述のＹ１に等しいとする。点Ｑ２は、第１の線路３３の幅をＷ２とすると、Ｙ軸の負方向に距離Ｗ２だけ点Ｑ１を平行移動させた点である。Ｗ２は典型的には、前述のＷ１と同じ値であるが、異なる値であっても構わない。点Ｑ３は、相互誘導回路１の仕様に応じて定められる任意の距離だけ、Ｘ軸の負方向に点Ｑ１を平行移動させた点である。点Ｑ４は、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれの負方向に距離Ｗ２だけ点Ｑ３を平行移動させた点である。点Ｑ５は、Ｙ軸の正方向に距離Ｅ１だけ点Ｑ３を平行移動させた点である。Ｅ１は、相互誘導回路１の仕様に従って定められるが、少なくとも点Ｑ３のＹ座標値よりも小さい正の値である。点Ｑ６は、Ｘ軸の負方向に点Ｑ５を距離Ｗ２だけ平行移動させた点である。
【００６７】
第２の線路３４は、第２の端子３２及び後述する第１のコンタクト３１０を電気的に接続し、ＺＸ面を基準にして、第１の線路３３と対称な位置に形成される。
【００６８】
第３の線路３５は、第１の線路３３と、後述する第４の線路３６とを電気的に接続するために、面Ｂ上に形成される。本実施形態では例示的に、第３の線路３５は、以下の４点Ｑ５〜Ｑ８（図５参照）を頂点とする平行四辺形で囲まれる領域内に形成される。点Ｑ５及びＱ６については上述した通りである。点Ｑ７及びＱ８は、第１のインダクタンス２及び第２のインダクタンス３が不要な箇所で接触しないように、ＺＸ平面を基準として、点Ｑ５及びＱ６に対称な第１及び第２の点を、Ｗ１＋Ｗ２よりも若干大きな距離だけＸ軸の負方向に平行移動させた点である。
【００６９】
第４の線路３６は、第２のインダクタンス３における最外周の一部を構成する部分環状線路であり、第３の線路３５と第３のコンタクト３１３とを電気的に接続する。本実施形態では例示的に、面Ｂ上における８点Ｑ７〜Ｑ１４（図５参照）で規定される領域内に、第４の線路３６は形成される。なお、第４の線路３６の幅はＷ２とする。Ｑ７及びＱ８はそれぞれについては上述した通りである。点Ｑ９は、Ｙ軸の正方向に、Ｅ２＋Ｗ２の距離だけ点Ｑ７を平行移動させた点である。Ｅ２は、好ましくはＤ３に等しい。点Ｑ１０は、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれの負方向に、距離Ｗ２だけ、点Ｑ９を平行移動させた点である。点Ｑ１１は、Ｅ３＋２×Ｗ２の距離だけ、Ｘ軸の負方向に、点Ｑ９を平行移動させた点である。Ｅ３は、第１のインダクタンス２及び第２のインダクタンス３が不要な箇所で接触しないように、Ｄ２−２×Ｗ２よりも小さく、かつＤ５＋２×Ｗ１よりも大きい値に選ばれる。点Ｑ１２は、Ｘ軸の負方向に点Ｑ１０を距離Ｅ３だけ平行移動させた点である。点Ｑ１３は、Ｅ２＋Ｗ２の距離だけ、点Ｑ１１をＹ軸の負方向に平行移動させた点である。点Ｑ１４は、Ｙ軸の負方向に点Ｑ１２をＥ２の距離だけ平行移動させた点である。
【００７０】
第５の線路３７は、第２のインダクタンス３における最外周の一部を構成する部分環状線路であり、それぞれが後述される第２のコンタクト３１２及び第６の線路３８とを電気的に接続し、ＺＸ平面を基準として第４の線路３６と対称な位置に形成される。
【００７１】
第６の線路３８は、上述の第５の線路３７と、後述する第７の線路３９とを電気的に接続する。本実施形態では例示的に、第６の線路３８は、以下の４点Ｑ１５〜Ｑ１８（図５参照）を頂点とする平行四辺形の領域内に形成される。点Ｑ１５及び点Ｑ１６は、ＺＸ平面を基準として、上述の点Ｑ１３及びＱ１４と対称な点である。点Ｑ１７及びＱ１８は、第１のインダクタンス２及び第２のインダクタンス３が不要な箇所で接触しないように、点Ｑ１３及びＱ１４を、Ｗ１＋Ｗ２より若干大きい距離だけ、Ｘ軸の正方向に平行移動させた点である。
【００７２】
第７の線路３９は、第６の線路３８と後述する第４のコンタクト３１５とを電気的に接続し、第２のインダクタンス３の最外周よりも１つ内側の周（本実施形態では、最内周）を構成する部分環状線路である。本実施形態では例示的に、１２点Ｑ１７〜Ｑ２８（図５参照）で規定される領域内に、第７の線路３９は形成される。なお、第７の線路３９の幅はＷ２とする。点Ｑ１７及びＱ１８については上述した通りである。点Ｑ１９は、Ｅ１＋Ｗ２の距離だけ、Ｙ軸の正方向に点Ｑ１７を平行移動させた点である。また、点Ｑ２０は、Ｅ１の距離だけ、Ｙ軸の正方向に点Ｑ１８を平行移動させた点である。点Ｑ２１は、Ｅ４＋２×Ｗ２の距離だけ、Ｘ軸の正方向に点Ｑ１９を平行移動させた点である。Ｅ４は、第１のインダクタンス２及び第２のインダクタンス３が不要な箇所で接触しないように、Ｄ７＋Ｗ１より大きく、かつＤ５−Ｗ２よりも小さい値に選ばれる。点Ｑ２２は、Ｅ４の距離だけ、Ｘ軸の正方向に点Ｑ２０を平行移動させた点である。点Ｑ２３〜Ｑ２８は、ＺＸ平面を基準として、上述の点Ｑ１７〜Ｑ２２と対称な点である。
【００７３】
さらに、第２のインダクタンス３は、第１のコンタクト３１０と、第８の線路３１１と、第２及び第３のコンタクト３１２及び３１３と、第９の線路３１４と、第４のコンタクト３１５とを、上層側の面Ａ上、又は層間に備えている。
【００７４】
まず、各コンタクト３１０、３１２、３１３及び３１５は、層間に配される点で同じである。また、本実施形態では、便宜上、各コンタクト３１０、３１２、３１３及び３１５は、底面の各辺がＷ２で、高さがＤ１より若干小さい値を有する直方体であると仮定する。
【００７５】
第１のコンタクト３１０は、少なくとも、点Ｑ５及びＱ６とＺＸ平面を基準に対称で第２の線路３４に含まれる２点近傍と、後述する第８の線路３１１における点Ｑ２９〜Ｑ３２（図６参照）で囲まれる領域とを電気的に接続する。
【００７６】
第８の線路３１１は、典型的にはマイクロストリップ線路であって、第１のコンタクト３１０と、後述する第２のコンタクト３１２とを電気的に接続する線路である。本実施形態では例示的に、面Ａ上における８点Ｑ２９〜Ｑ３６（図６参照）で規定される領域内に、第８の線路３１１は形成される。まず、点Ｑ３１及びＱ３２は、ＺＸ平面を基準として点Ｑ５及びＱ６（図５参照）に対称な第１及び第２の点を、鉛直下方向から面Ａに投影した位置にある。また、点Ｑ２９及びＱ３０は、上述の点Ｑ３１及びＱ３２を、Ｙ軸の正方向にＷ２だけ平行移動させた位置にある。点Ｑ３３及びＱ３４は、ＺＸ平面を基準として点Ｑ７及び点Ｑ８（図５参照）に対称な第１及び第２の点を、鉛直下方向から面Ａに投影した位置にある。点Ｑ３５及びＱ３６は、上述の点Ｑ３３及びＱ３４を、Ｙ軸の負方向にＷ２だけ平行移動させた位置にある。
【００７７】
第２のコンタクト３１２は、上述の点Ｑ３３〜Ｑ３６で囲まれる領域と、ＺＸ平面を基準として点Ｑ７及び点Ｑ８に対称で第５の線路３７が有する第１及び第２の点の近傍とを電気的に接続する。
【００７８】
第３のコンタクト３１３は、前述の点Ｑ１３及びＱ１４の近傍と、後述する第９の線路３１４が有する点Ｑ３７〜Ｑ４０とを電気的に接続する。
【００７９】
第９の線路３１４は、第３のコンタクト３１３及び後述する第４のコンタクト３１５の上面同士を電気的に接続する線路である。また、第９の線路３１４の外形は、面Ｂ上における８点Ｑ３７〜Ｑ４４で規定される。まず、点Ｑ３９及びＱ４０は、前述した点Ｑ１３及びＱ１４を、鉛直下方向から面Ａに投影した位置にある。次に、点Ｑ３７及びＱ３８は、上述の点Ｑ３９及びＱ４０を、Ｗ２だけＹ軸の正方向に平行移動させた位置にある。また、点Ｑ４１及びＱ４２は、上述の点Ｑ２３及びＱ２４を、鉛直下方向から面Ａに投影した位置にある。さらに、点Ｑ４３及びＱ４４は、点Ｑ４１及びＱ４２を、Ｗ２だけＹ軸の負方向の平行移動させた位置にある。
【００８０】
第４のコンタクト３１５は、少なくとも第９の線路３１４における点Ｑ４１〜Ｑ４４で囲まれる領域と、前述した第７の線路３９の点Ｑ２３及びＱ２４の近傍とを電気的に接続する。
【００８１】
以上のように、第２のインダクタンス３は、第１のインダクタンス２の鉛直下方向に配置されるので、第１の端子２１及び第２の端子２２の間に電圧を加えると、第１のインダクタンス２には磁束が鎖交する。発生した磁束はさらに、下層側の第２のインダクタンス３にも鎖交するので、相互誘導により、第２のインダクタンス３における両端子３１及び３２の間には、第１のインダクタンス２及び第２のインダクタンス３の巻き数に応じた誘起起電力が発生する。以上の原理により、相互誘導回路１は、印加電圧を変圧する。
【００８２】
また、第１のインダクタンス２及び第２のインダクタンス３はそれぞれ、ＺＸ平面を境にしてほぼ対称な形状となる。それ故、第１の端子２１及び第２の端子２２の各入力インピーダンスは互いに同じとなり、さらに、第１の端子３１及び第２の端子３２の各入力インピーダンスも互いに同じとなる。その結果、両端子２１及び２２のいずれか一方に、差動信号を構成する同相信号を与え、いずれか他方に、同相信号と同振幅で逆位相の逆相信号を与えると、前述の相互誘導により、第２のインダクタンス３の両端子３１及び３２のいずれか一方に、変圧された同相信号が現れ、いずれか他方には、変圧された逆相信号が現れる。
【００８３】
以上のように、相互誘導回路１は、それぞれが実質的に面対称に構成される上層側のインダクタンス２及び下層側のインダクタンス３を備えることにより、入力差動信号から、変圧された差動信号を得ることが可能となる。つまり、相互誘導回路１は、１次側及び２次側のそれぞれに複数個のインダクタンスを備える必要がない。これによって、専有面積の小さな相互誘導回路１を実現することが可能となる。
【００８４】
また、相互誘導回路１によれば、第１のインダクタンス２及び第２のインダクタンス３は、２つの配線層だけを占有し、さらに、第１の端子２１及び第２の端子２２はそれぞれ、第１のインダクタンス２の最外周側よりも外側に配置可能であり、第１の端子３１及び第２の端子３２はそれぞれ、第２のインダクタンス３の最外周よりも外側に配置可能である。その結果、従来のように入力信号を与えるための、又は出力信号を取り出すための信号線用に配線層を形成する必要がなくなる。これによって、相互誘導回路１を構成するための配線層数を少なくすることが可能となる。それに伴い、半導体基板から離して形成し、さらに、半導体基板の抵抗成分による損失を低減することが可能な相互誘導回路１を実現することが可能となる。
【００８５】
なお、相互誘導回路１は、上述の本質的な構成以外にも、好ましい構成としてコンタクト６を備えている。コンタクト６は、導電性材料からなり、少なくとも、第１のインダクタンス２の仮想中点ＮＰ１（図３参照）及びその周辺と、第２のインダクタンス３の仮想中点ＮＰ２（図５参照）及びその周辺とを接続する。ここで、仮想中点ＮＰ１とは、前述の点Ｐ２８及びＰ３４を結ぶ線をＷ１／２だけＸ軸の負方向に平行移動させた線と、ＺＸ平面との交点である。また、仮想中点ＮＰ２とは、点Ｑ２１及びＱ２７を結ぶ線をＷ２／２だけＸ軸の負方向に平行移動させた線と、ＺＸ平面との交点である。
【００８６】
以上のような仮想中点ＮＰ１及びＮＰ２については、下記の理由で電気的に接続されても構わない。上述から明らかなように、第１のインダクタンス２はＺＸ平面を境にしてほぼ対称である。このような対称性と、コンタクト２１０、２１２、２１３及び２１５と、線路２１１及び２１４とにより、第１の端子２１及び第２の端子２２に同相信号及び逆相信号が入力された場合、入力同相信号及び入力逆相信号は、第１のインダクタンス２を構成する線路及びコンタクトを伝搬して、仮想中点ＮＰ１で合波される。しかしながら、第１の端子２１から仮想中点ＮＰ１への経路長と、第２の端子２２から仮想中点ＮＰ１への経路長は実質的に同じであるため、同相信号及び逆相信号が仮想中点ＮＰ１で合波されたとしても、合成信号の振幅値は実質的に０である。それゆえ、第１のインダクタンス２に差動信号が与えられる場合には、仮想中点ＮＰ１を交流に対する仮想的なグランドとみなすことが可能となる。このような仮想的なグランドの考え方は、第２のインダクタンス３についても同様である。そのため、第１のインダクタンス２及び第２のインダクタンス３の相互誘導のみにより生じた同相信号及び逆相信号が第１の端子３１及び第２の端子３２から出力される。以上のコンタクト６によって、相互誘導回路１を伝搬する各高周波信号の劣化を低減することができる。さらに、第１のインダクタンス２を流れる電流を第２のインダクタンス３側に与えることが可能となる。
【００８７】
なお、第１のインダクタンス２は、上記の形状に限られず、下記の２条件を満たす形状であれば、どのような形状のインダクタンスであっても良い。第１の条件は、第１のインダクタンス２の構成を鉛直下方向から面Ａに投影した時に、投影された外形線がＺＸ平面を基準として対称な形状を有することである。第２の条件は、上述の投影された外形線が交差し合う部分については、第１のインダクタンス２において重なり合わないように、コンタクト及び線路を使って面Ｂ側に迂回させることである。また、付随的な条件として、第３の条件は、第１の端子２１及び第２の端子２２を、第１のインダクタンス２の最外周より外側に配置することである。
【００８８】
第２のインダクタンス３も、下記の３条件を満たすのであれば、どのような形状を有していても良い。第１の条件は、第１のインダクタンス２で発生した磁束が鎖交することである。第２の条件は、第２のインダクタンス３の構成を鉛直上方向から面Ｂに投影した時に、投影された外形線がＺＸ平面を基準として対称な形状を有することである。第３の条件は、上述の投影された外形線が交差し合う部分については、第２のインダクタンス３において重なり合わないように、コンタクト及び線路を使って面Ａ側に迂回させることである。また、付随的な条件として、第４の条件は、第１の端子３１及び第２の端子３２を、第２のインダクタンス３の最外周より外側に配置することである。
【００８９】
また、以上の実施形態では、第１のインダクタンス２に差動信号を与え、変圧された差動信号を第２のインダクタンス３から得るとして説明した。しかし、これに限らず、第２のインダクタンス３に差動信号を与え、変圧された差動信号を第１のインダクタンス２から得るようにしても構わない。
【００９０】
また、以上の実施形態では、第１のインダクタンス２の巻き数は３で、第２のインダクタンス３の巻き数は２であったが、両者の巻き数は、どのような数でも構わない。
【００９１】
また、相互誘導回路１は、上述の本質的な構成以外にも、より好ましい構成として、図７Ａ及びＢに示すようなパターンシールド７を備えている。図７Ａ及びＢは、パターンシールド７の斜視図及び上面図である。なお、図７Ａには、相互誘導回路１との配置関係を明らかにするために、相互誘導回路１の外形線が二点鎖線で示されている。図７Ａ及び図７Ｂにおいて、パターンシールド７は、導電性材料で構成され、図１の半導体基板４と、下層側の配線層（面Ｂ）との間に形成される。図１に示すような相互誘導回路１の場合、パターンシールド７は好ましくは長方形形状を有する。より具体的には、パターンシールド７の一方の辺は、（点Ｑ１のＸ座標値）−（点Ｐ１のＸ座標値）の値以上の長さを有し、他方の辺は、（点Ｑ９のＹ座標値）−（点Ｐ８のＹ座標値）の値以上の長さを有する。このようなパターンシールド７には仮想的な中点ＮＰ３ができ、仮想中点ＮＰ３は交流信号に対するグランド電位となるため、相互誘導回路１と、半導体基板４とを電磁気的に分離することが可能になり、これによって、相互誘導回路１を伝搬する各高周波信号の劣化をさらに低減することができる。
【００９２】
また、パターンシールド７には、仮想中点ＮＰ３から略放射状で、かつ第１のインダクタンス２及び第２のインダクタンス３を流れる電流に対して垂直な複数のスリットが形成される。これによって、相互誘導回路１で発生する磁界に起因して、パターンシールド７上に渦電流が発生することを抑えることができる。これによって、相互誘導回路１を伝搬する各高周波信号の劣化をさらに低減することができる。
【００９３】
なお、パターンシールド７は、半導体基板４上に形成される場合がある高不純物濃度のポリシリコン層に形成されても良い。さらに、パターンシールド７は、スリットの代わりに、仮想中点ＮＰ３から放射状に配列される複数のスルーホールが形成されても良い。
【００９４】
また、相互誘導回路１は、上述の本質的な構成以外にも、より好ましい構成として、図８Ａ及び図８Ｂに示すような複数のトレンチ８（各格子状の部分を参照）による分離構造を備えている。ここで、図８Ａは、図１に示す半導体基板４の一例としてのシリコン基板を鉛直真上方向から見たときの上面図である。なお、図８Ａには、都合上、相互誘導回路１を図示していない。なお、図８Ａでは、便宜上、１個のトレンチにのみ参照符号としての「８」を付けている。また、図８Ｂは、図８Ａに示すシリコン基板を、ＺＸ平面に平行な面Ｄで、相互誘導回路１を切断した時の断面図である。
【００９５】
図８Ａ及び図８Ｂにおいて、トレンチ８とは、半導体基板４の一例としてのシリコン基板上に形成された溝を、酸化膜及びポリシリコンで埋めたものである。このようなトレンチ８は、複数の素子の横方向の分離に用いられる。図８では、シリコン基板で発生する渦電流に対して垂直に複数のトレンチ４が形成される。それ故、相互誘導回路１で発生する磁界に起因して、シリコン基板上に渦電流が発生することを抑えることができる。これによって、相互誘導回路１を伝搬する各高周波信号の劣化をさらに低減することができる。
【００９６】
また、図１、図５及び図６から明らかなように、第２のインダクタンス３において、第４の線路３６、第５の線路３７並びに第７の線路３９は部分的に、第１のインダクタンス２を構成する第２の線路２４、第１の線路２３、並びに第４の線路２６及び第５の線路２７の組み合わせの鉛直直下に位置する。その結果、第２の線路２４及び第４の線路３６の間、第１の線路２３及び第５の線路３７の間、並びに、第４の線路２６及び第５の線路２７と第７の線路３９との間には寄生容量が生じる場合がある。このような寄生容量は、第１のインダクタンス２及び第２のインダクタンス３の間の相互インダクタンスをうち消し、両インダクタンス２及び３の電磁的な結合を弱めてしまう。
【００９７】
以上の寄生容量を小さくするため、相互誘導回路１は、第２のインダクタンス３の代わりに、図９に示すような形状を有する第２のインダクタンス３ａを備えていても良い。図９において、第２のインダクタンス３ａは、図５及び図６のものと比較すると、第４の線路３６、第５の線路３７及び第７の線路３９の代わりに、第４の線路３６ａ、第５の線路３７ａ及び第７の線路３９ａを下層側に有する。それ以外に、第２のインダクタンス３ａ及び３の間には相違点は無い。それゆえ、図９において、図５及び図６に示す構成に相当するものには同一の参照符号と付け、それぞれの詳説を省略する。
【００９８】
第４の線路３６ａは、第３の線路３５と第３のコンタクト３１３とを電気的に接続し、第２のインダクタンス３ａにおける最外周の一部を構成する部分環状線路である。本実施形態では例示的に、面Ｂ上における８点Ｒ１〜Ｒ８（図９参照）で規定される領域内に、第４の線路３６ａは形成される。なお、第４の線路３６ａの幅は、第１の線路３１のそれと実質的に同じとする。点Ｒ１及びＲ２は、点Ｑ７及びＱ８と同じ位置を有する。点Ｒ３は、Ｙ軸の正方向に、Ｆ１の距離だけ点Ｒ１を平行移動させた点である。Ｆ１は、相互誘導回路１の仕様に応じて決められるが、好ましくはＤ３に実質的に等しい。点Ｒ４は、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれの負方向に、距離Ｗ２だけ、点Ｒ３を平行移動させた点である。点Ｒ５は、Ｅ３＋２×Ｗ２の距離だけ、Ｘ軸の負方向に、点Ｒ３を平行移動させた点である。Ｅ３は前述した通りの値を有する。点Ｒ６は、Ｘ軸の負方向に点Ｒ４を距離Ｅ３だけ平行移動させた点である。点Ｒ７は、Ｆ１の距離だけ、点Ｒ５をＹ軸の負方向に平行移動させた点である。点Ｒ８は、Ｙ軸の負方向に点Ｒ６をＦ１−Ｗ２の距離だけ平行移動させた点である。以上から明らかなように、点Ｒ３〜Ｒ６は、点Ｑ９〜Ｑ１２と比較して、Ｙ軸の負方向にずらされる。これによって、第４の線路３６ａは、第１のインダクタンス２を構成する第２の線路２４の鉛直方向真下から外れ、さらには、第２の線路２４よりも内周に位置する第５の線路２７の鉛直方向真下からも外れる。
【００９９】
また、第５の線路３７ａは、第２のインダクタンス３ａにおける最外周の一部を構成する部分環状線路であって、第２のコンタクト３１２と第６の線路３８とを電気的に接続し、ＺＸ平面を基準として、第４の線路３６ａと対称な位置に形成される。
【０１００】
第７の線路３９ａは、第６の線路３８と第４のコンタクト３１５とを電気的に接続し、第２のインダクタンス３の最外周よりも１つ内側の周（本実施形態では例示的に、最内周）を構成する部分環状線路である。本実施形態では例示的に、面Ｂ上における１２点Ｒ９〜Ｑ２０（図９を参照）で規定される領域内に形成される。なお、第７の線路３９ａの幅は、第１の線路３１と実質的に同じＷ２とする。点Ｒ９及びＲ１０は、点Ｑ１７及びＱ１８と実質的に同じ位置を有する。点Ｒ１１は、Ｆ２の距離だけ、Ｙ軸の正方向に点Ｒ９を平行移動させた点である。Ｆ２は、相互誘導回路１の仕様に応じて決められるが、好ましくはＤ４に実質的に等しい。また、点Ｒ１２は、Ｆ２−Ｗ２の距離だけ、Ｙ軸の正方向に点Ｒ１０を平行移動させた点である。点Ｒ１３は、Ｅ４＋２×Ｗ２の距離だけ、Ｘ軸の正方向に点Ｒ１１を平行移動させた点である。Ｅ４は、前述した通りである。点Ｒ１４は、Ｅ４の距離だけ、Ｘ軸の正方向に点Ｒ１２を平行移動させた点である。点Ｒ１５〜Ｒ２０は、ＺＸ平面を基準として、上述の点Ｒ９〜Ｒ１２と対称な点である。以上から明らかなように、点Ｒ１１〜Ｒ１６は、点Ｑ１９〜Ｑ２６と比較して、Ｘ軸に近づく方向にずらされる。これによって、第７の線路３９ａの多くの部分が、第１のインダクタンス２の鉛直直下から外れる。
【０１０１】
以上のような第２のインダクタンス３ａによれば、第４の線路３６ａ、第５の線路３７ａ並びに第７の線路３９ａの多くの部分が、第２の線路２４、第１の線路２３、並びに第４の線路２６及び第５の線路２７の組み合わせの鉛直直下に位置しない。その結果、第１のインダクタンス２と第２のインダクタンス３ａの間に発生しうる寄生容量を低減することが可能となる。
【０１０２】
また、以上の相互誘導回路１としてのトランス素子は、半導体基板４以外にも、図１０に示すような誘電体多層基板９に形成されても構わない。このように多層基板９の場合、トランス素子１の下に基板を介してグランド１０を設けることができる。つまり、誘電体多層基板９において、相互誘導回路１及びグランドの専有面積を小さくすることができる。
【０１０３】
また、本相互誘導回路１としてのトランス素子は、２つの配線層しか用いない。従って、図１１に示すような単層の両面基板１１の各面に、トランス素子の各インダクタンスを配置することができる。また、この場合、例えば両面基板１１の底面において、相互誘導回路１から離れた位置に、いくつかのグランド１２が形成される。これによって、相互誘導回路１及びグランドの高さを抑えることが可能となる。
【０１０４】
また、図４から明らかなように、第１のインダクタンス２を面Ｂに投影した場合、例えば、第３の線路２５及び第８の線路２１１のように、いくつかの線路は他の線路と交差する。以下、図４を参照して、第８の線路２１１とＹ軸との交差角度θについて好ましい値について検討する。図４において、一点鎖線の四角内に記載したように、Ｗは線路の幅であり、Ｓは、互いに隣接する線路間の間隔であり、第３の線路２５及び第８の線路２１１は、縦の辺の長さが（２×Ｗ＋Ｓ）で、横の辺の長さがｄの長方形内で互いに交差すると仮定する。
このような交差部分を設計する上で、第１及び第２のインダクタンス２及び３の
共振の鋭さ（Ｑ値）が、対象となる周波数帯域で良好な値になるように、Ｗは選ばれる。また、Ｓはデザインルールにおける最小値に選ばれる。
【０１０５】
それに対して、ｄの値は、寄生容量を最小化するため、以下の２つの観点から選ばれる。第１の観点は、交差する２線路の重なりを最小とすることである。第２の観点は、交差する２線路の幅及び長さを最適化することである。
【０１０６】
まず、第１の観点から、θの値を求める。まず、２線路が重なる面積ＳＡは、次式（１）で与えられる。
ＳＡ＝（２・Ｗ＋Ｓ−ｄ・ｔａｎθ）・（ｄ−Ｓ／ｔａｎθ）…（１）
ここで、ｔａｎθは、（Ｗ＋Ｓ）／ｄであるから、上式（１）は次式（２）で示すように変形される。
ＳＡ＝Ｗ2・ｄ／（Ｗ＋Ｓ）…（２）
上式（２）から面積ＳＡは、ｄが小さいほど狭くなることが分かる。一般的に、ｄの最小値は、Ｓと同じ値である。この場合、角度θは、次式（３）で表される。
【０１０７】
θ＝ｔａｎ-1（（Ｗ＋Ｓ）／Ｓ）…（３）
次に、第２の観点から、θの値を求める。まず、互いに交差する部分における２線路の幅Ｗ’は、次式（４）で表される。
Ｗ’＝Ｗ・ｃｏｓθ＝（Ｗ・ｄ）／√（（Ｗ＋Ｓ）2＋ｄ2）…（４）
交差する部分における２線路それぞれの長さＬ’は一意に導出することはできないが、近似的に、次式（５）で表される。
Ｌ’≒√（（Ｗ＋Ｓ）2＋ｄ2）…（５）
【０１０８】
ここで、線路のシート抵抗値（Ω／□）をρと仮定すると、交差部分における線路の抵抗値Ｒは、次式（６）で表される。
Ｒ＝ρ・Ｌ’／Ｗ’
＝ρ［｛（Ｗ＋Ｓ）2／（ｄ・Ｗ）｝＋（ｄ／Ｗ）］…（６）
ここで、Ｒが最小になるのは上式（６）において、右辺の第１項及び第２項が等しくなるときであるから、次式（７）が成立する。
（Ｗ＋Ｓ）2／（ｄ・Ｗ）＝（ｄ／Ｗ）…（７）
上式（７）をｄについて解くと、ｄ＝Ｗ＋Ｓとなる。このとき、寄生抵抗Ｒは２ρ（Ｗ＋Ｓ）／Ｗで最小となる。また、ｔａｎθ＝１となることから、θは４５度であることか好ましいことが分かる。
【０１０９】
（第２の実施形態）
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る相互誘導回路４１の一例としてのトランス素子の構造を示す斜視図である。なお、図１２には説明の便宜のために、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる３次元座標系が示される。図１２において、相互誘導回路４１は、相互誘導回路１と同様に、半導体基板４上の層間絶縁膜５内であってかつ上下２つの配線層に形成される。ここで、以下の説明では、上側の配線層を上層と、下側の配線層を下層と、さらに両層の間を層間と称する。具体的には、相互誘導回路４１は、導電性材料からなり、第１のインダクタンス４２と、第２のインダクタンス４３とを、本質的に備える。
【０１１０】
図１３は、上層においてＸＹ平面に平行な面Ａ（図１２参照）で、相互誘導回路４１を切断した時の断面図である。また、図１４は、面Ａ（図１２参照）をＺ軸の負方向に距離Ｄ１だけ平行移動させかつ下層に含まれる面Ｂ（図１２参照）で、相互誘導回路４１を切断した時の断面図である。図１２及び図１３では、面Ａ及び面Ｂに無い構成については全て点線で示されている。
【０１１１】
第１のインダクタンス４２は、図１２〜図１４に示すように、大部分の構成を面Ａ上に有するが、残りの構成を面Ｂ上に又は層間に有する。具体的には、第１のインダクタンス４２は、第１及び第２の端子４２１及び４２２と、典型的にはマイクロストリップ線路からなる第１〜４の線路４２３〜４２６とを面Ａ上に備えている。
【０１１２】
第１の端子４２１及び第２の端子４２２は、ＺＸ平面を基準として互いに対称な位置に形成される。なお、本実施形態では例示的に、第１の端子４２１及び第２の端子４２２は、第１の線路４２３及び第２の線路４２４の一端である。
【０１１３】
第１の線路４２３は、第１の端子４２１と後述する第３の線路４２５とを電気的に接続し、本実施形態では例示的に、以下の６点Ｓ１〜Ｓ６（図１３参照）で規定される領域内に形成される。点Ｓ１は、Ｘ座標値及びＹ座標値として、（Ｘ３，−Ｙ３）を有する。ここで、Ｘ３及びＹ３は、相互誘導回路４１の仕様に応じて定められる正の値である。点Ｓ２は、第１の線路４２３の幅をＷ３とすると、Ｙ軸の負方向にＷ３の距離だけ点Ｓ１を平行移動させた点である。点Ｓ３は、相互誘導回路４１の仕様に応じて定められる任意の距離だけ、点Ｓ１をＸ軸の正方向に平行移動させた点である。点Ｓ４は、Ｙ軸の負方向及びＸ軸の正方向の双方にＷ３の距離だけ、点Ｓ３を平行移動させた点である。点Ｓ５は、Ｙ軸の正方向に距離Ｇ１だけ、点Ｓ３を平行移動させた点である。ここで、Ｇ１は、相互誘導回路４１の仕様に応じて定められるが、ＺＸ平面から点Ｓ３までの距離よりも小さい。点Ｓ６は、Ｘ軸の正方向に、距離Ｗ３だけ、点Ｓ５を平行移動させた点である。
第２の線路４２４は、第２の端子４２２と後述する第５の線路４２８とを接続する線路であって、ＺＸ面を基準にして、第１の線路４２３と対称な位置に形成される。
【０１１４】
第３の線路４２５は、第１の線路４２３と、後述する第４の線路４２６とを電気的に接続する。本実施形態では例示的に、第３の線路４２５は、以下の４点Ｓ５〜Ｓ８（図１３参照）で囲まれる平行四辺形の領域内に形成される。点Ｓ５及びＳ６については上述した通りである。点Ｓ７及びＳ８は、ＺＸ平面を基準として、上述の点Ｓ５及びＳ６と対称な第１及び第２の点を、Ｘ軸の正方向に、Ｇ２の距離だけ平行移動した点である。ここで、Ｇ２は、第１のインダクタンス４２及び第２のインダクタンス４３の線路幅をＷ３と仮定し、さらに、第１のインダクタンス４２が有する線路と、第２のインダクタンス４３において隣接する線路の間の間隔をＨ１と仮定した場合、２×（Ｗ３＋Ｈ１）である。
【０１１５】
第４の線路４２６は、第１のインダクタンス４２において、磁束が鎖交する部分環状線路であって、本実施形態では例示的に、以下の１２点Ｓ７〜Ｓ１８（図１３参照）で規定される領域に形成される。なお、本実施形態では、第４の線路４２６の幅は、第１の線路４２３と同様、Ｗ３とする。点Ｓ７及びＳ８については上述した通りである。点Ｓ９は、Ｙ軸の正方向に、点Ｓ７を距離Ｇ３＋Ｗ３だけ平行移動させた点である。Ｇ３は、相互誘導回路１の仕様に従って定められ、Ｇ７＋Ｗ３よりも大きく、Ｇ５−Ｗ３よりも小さい正の値である。なお、Ｇ５及びＧ７については後述する。点Ｓ１０は、Ｙ軸の正方向に距離Ｇ３だけ点Ｓ８を平行移動させた点である。点Ｓ１１は、Ｘ軸の正方向に距離Ｇ４＋２×Ｗ３だけ、点Ｓ９を平行移動させた点である。Ｇ４は、相互誘導回路４１の仕様に従って定められ、Ｇ８＋２×Ｗ３よりも大きく、Ｇ６−２×Ｗ３よりも大きい正の値である。なお、Ｇ６及びＧ８については後述する。点Ｓ１２は、Ｘ軸の正方向に距離Ｇ４だけ点Ｓ１０を平行移動させた点である。また、点Ｓ１３〜Ｓ１８は、ＺＸ平面を基準として、点Ｓ７〜Ｓ１２に対称な点である。
【０１１６】
さらに、第１のインダクタンス４２は、第１のコンタクト４２７と、第５の線路４２８と、第２のコンタクト４２９とを、面Ｂ上又は層間に備えている。各コンタクト４２７及び４２９は層間に配される点で同じである。また、本実施形態では、便宜上、各コンタクト４２７及び４２９は、底面の各辺がＷ３で、高さがＤ１より若干小さい値を有する直方体であると仮定する。
第１のコンタクト４２７は、第４の線路４２６の点Ｓ１３及びＳ１４の近傍と、後述する第５の線路４２８における点Ｓ１９〜Ｓ２２（図１４参照）で囲まれる領域とを電気的に接続する。
【０１１７】
第５の線路４２８は、典型的にはマイクロストリップ線路で構成され、第１のコンタクト４２７と、後述する第２のコンタクト４２９とを電気的に接続する線路である。本実施形態では例示的に、面Ｂ上における８点Ｓ１９〜Ｓ２６（図１４参照）で規定される領域内に、第５の線路４２８は形成される。４点Ｓ２１〜Ｓ２４は、ＺＸ平面を基準として前述の点Ｓ５〜Ｓ８に対称な各点を、鉛直上方向から面Ｂに投影したものである。次に、点Ｓ１９及びＳ２０は、Ｙ軸の負方向に距離Ｗ３だけ、点Ｓ２１及びＳ２２を平行移動させた点である。また、点Ｓ２５及びＳ２６は、Ｙ軸の正方向に距離Ｗ３だけ、点Ｓ２３及びＳ２４を平行移動させた点である。
第２のコンタクト４２９は、点Ｓ２３〜Ｓ２６で囲まれる領域と、ＺＸ平面を基準として上述の点Ｓ５及びＳ６の対称で第２の線路４２４に含まれる２点近傍とを電気的に接続する。
【０１１８】
第２のインダクタンス４３もまた、第１のインダクタンス４２と同様、図１２〜図１４に示すように、大部分の構成を面Ａ上に有するが、残りの構成を面Ｂ上又は層間に有する。具体的には、第２のインダクタンス４３は、第１及び第２の端子４３１及び４３２と、典型的にはマイクロストリップ線路からなる第１〜７の線路４３３〜４３９とを面Ａ上に備えている。
第１の端子４３１及び第２の端子４３２は、ＺＸ平面を基準として互いに対称な位置に形成され、本実施形態では例示的に、第１の端子４３１及び第２の端子４３２は、第１の線路４３３の一端及び第２の線路４３４の一端である。
【０１１９】
第１の線路４３３は、第１の端子４３１と後述する第３の線路４３５とを電気的に接続する線路であって、例示的に、以下の６点Ｔ１〜Ｔ６（図１３参照）で囲まれる領域内に形成される。点Ｔ１は、Ｘ座標値及びＹ座標値として、（Ｘ４，−Ｙ４）を有する。ここで、Ｘ４及びＹ４は、相互誘導回路４１の仕様に応じて定められる正の値であるが、本実施形態では、Ｙ４は前述のＹ３に等しいとする。点Ｔ２は、第１の線路４３３の幅をＷ３とすると、Ｙ軸の負方向に距離Ｗ３だけ点Ｔ１を平行移動させた点である。点Ｔ３は、相互誘導回路４１の仕様に応じて定められる任意の距離だけ、Ｘ軸の負方向に点Ｔ１を平行移動させた点である。点Ｔ４は、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれの負方向に距離Ｗ３だけ点Ｔ３を平行移動させた点である。点Ｔ５は、Ｙ軸の正方向に距離Ｇ１だけ点Ｔ３を平行移動させた点である。点Ｔ６は、Ｘ軸の負方向に点Ｔ５を距離Ｗ３だけ平行移動させた点である。
【０１２０】
第２の線路４３４は、第２の端子４３２と後述する第１のコンタクト４３１０とを電気的に接続し、ＺＸ面を基準にして第１の線路４３３と対称な位置に形成される。
第３の線路４３５は、第１の線路４３３と、後述する第４の線路４３６とを電気的に接続する。本実施形態では例示的に、第３の線路４３５は、以下の４点Ｔ５〜Ｔ８（図１３参照）で囲まれる平行四辺形の領域内に形成される。点Ｔ５及びＴ６については上述した通りである。点Ｔ７及びＴ８は、ＺＸ平面を基準に、点Ｔ５及びＴ６に面対称な第１及び第２の点を、Ｗ３＋Ｈ１の距離だけＸ軸の負方向に平行移動させた点である。
【０１２１】
第４の線路４３６は、第２のインダクタンス４３における最外周の一部を構成する部分環状線路であり、本実施形態では例示的に、以下の８点Ｔ７〜Ｔ１４（図１３参照）で規定される領域内に形成される。なお、第４の線路４３６の幅もまたＷ３とする。点Ｔ７及びＴ８については上述した通りである。点Ｔ９は、Ｙ軸の正方向に、Ｇ５＋Ｗ３の距離だけ点Ｔ７を平行移動させた点である。Ｇ５は、Ｇ３＋Ｗ３よりも大きい。点Ｔ１０は、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれの負方向に距離Ｗ３だけ点Ｔ９を平行移動させた点である。点Ｔ１１は、Ｇ６＋２×Ｗ３の距離だけＸ軸の負方向に点Ｔ９を平行移動させた点である。Ｇ６は、Ｇ４＋２×Ｗ３よりも大きく、（点Ｓ４及び点Ｔ４の距離）−２×Ｗ３よりも小さい。点Ｔ１２は、Ｘ軸の負方向に点Ｔ１０を距離Ｇ６だけ平行移動させた点である。点Ｔ１３は、Ｇ５＋Ｗ３の距離だけ、点Ｔ１１をＹ軸の負方向に平行移動させた点である。点Ｔ１４は、Ｙ軸の負方向に点Ｔ１２をＧ５の距離だけ平行移動させた点である。
【０１２２】
第５の線路４３７は、第２のインダクタンス４３における最外周の一部を構成する部分環状線路であり、ＺＸ平面を基準として、第４の線路４３６と対称な位置に形成される。
第６の線路４３８は、上述の第５の線路４３７と、後述する第７の線路４３９とを電気的に接続し、本実施形態では例示的に、以下の４点Ｔ１５〜Ｔ１８（図１３参照）を頂点とする平行四辺形の領域内に形成される。点Ｔ１５〜Ｔ１８は、上述のＳ５〜Ｓ８を、Ｘ軸の正方向に、距離（Ｗ３＋Ｈ１）だけ平行移動させた点である。
【０１２３】
第７の線路４３９は、第２のインダクタンス４３の最外周よりも１つ内側の周（本実施形態では例示的に、最内周）を構成する部分環状線路であり、本実施形態では例示的に、以下の１２点Ｔ１７〜Ｔ２８（図１０参照）で規定される領域内に形成される。なお、第７の線路４３９の幅もまたＷ３とする。点Ｔ１７及びＴ１８については上述した通りである。点Ｔ１９は、Ｇ７＋Ｗ３の距離だけ、Ｙ軸の正方向に点Ｔ１７を平行移動させた点である。また、点Ｔ２０は、Ｇ７の距離だけ、Ｙ軸の正方向に点Ｔ１８を平行移動させた点である。Ｇ７は、Ｇ３−Ｗ３よりも小さい正の値である。点Ｔ２１は、Ｇ８＋２×Ｗ３の距離だけ、Ｘ軸の正方向に点Ｔ１９を平行移動させた点である。Ｇ８は、Ｇ４−２×Ｗ３よりも小さい正の値である。点Ｔ２２は、Ｇ８の距離だけ、Ｘ軸の正方向に点Ｔ２０を平行移動させた点である。点Ｔ２３〜Ｔ２８は、ＺＸ平面を基準として上述の点Ｔ１７〜Ｔ２２と対称な点である。
【０１２４】
さらに、第２のインダクタンス４３は、第１のコンタクト４３１０と、第８の線路４３１１と、第２及び第３のコンタクト４３１２及び４３１３と、第９の線路４３１４と、第４のコンタクト４３１５とを、面Ｂ上又は層間に備えている。各コンタクト４３１０、４３１２、４３１３及び４３１５は、層間に配される点で同じである。また、本実施形態では、便宜上、各コンタクト４３１０、４３１２、４３１３及び４３１５は、底面の各辺がＷ３で、高さがＤ１より若干小さい値を有する直方体であると仮定する。
【０１２５】
第１のコンタクト４３１０は、少なくとも、点Ｔ５及びＴ６とＺＸ平面を基準に対称で第２の線路４３４に含まれる２点近傍と、後述する第８の線路４３１１における点Ｔ２９〜Ｔ３２（図１４参照）で囲まれる領域とを電気的に接続する。
【０１２６】
第８の線路４３１１は、典型的にはマイクロストリップ線路であって、第１のコンタクト４３１０と、後述する第２のコンタクト４３１２とを電気的に接続する線路である。本実施形態では例示的に、面Ｂ上における８点Ｔ２９〜Ｔ３６（図１４参照）で規定される領域内に第８の線路４３１１は形成される。まず、点Ｔ３１〜Ｔ３４は、ＺＸ平面を基準として前述の点Ｔ５〜Ｔ８に対称な４点を、鉛直上方向から面Ｂに投影した位置にある。また、点Ｔ２９及びＴ３０は、上述の点Ｔ３１及びＴ３２を、Ｙ軸の正方向にＷ３だけ平行移動させた位置にある。点Ｔ３５及びＴ３６は、上述の点Ｔ３３及びＴ３６を、Ｙ軸の負方向にＷ３だけ平行移動させた位置にある。
【０１２７】
第２のコンタクト４３１２は、上述の第８の線路４３１１における点Ｔ３３〜Ｔ３６（図１４参照）で囲まれる領域と、点Ｔ７及びＴ８とＺＸ平面を基準に対称で第５の線路４３７に含まれる２点近傍とを電気的に接続する。
第３のコンタクト４３１３は、少なくとも、第４の線路４３６の点Ｔ１３及びＴ１４の近傍と、後述する第９の線路４３１４における点Ｔ４１〜Ｔ４４（図１４参照）で囲まれる領域とを電気的に接続する。
【０１２８】
第９の線路４３１４は、典型的にはマイクロストリップ線路であって、第３のコンタクト４３１３と、後述する第４のコンタクト４３１５とを電気的に接続する線路である。本実施形態では例示的に、面Ｂ上における８点Ｔ３７〜Ｔ４４（図１４参照）で規定される領域内に、第９の線路４３１４は形成される。点Ｔ３７〜Ｔ４４は、前述の点Ｓ１９〜Ｓ２６を、Ｗ３＋Ｈ１の距離だけ、Ｘ軸の正方向に平行移動した位置にある。
【０１２９】
第４のコンタクト４３１５は、上述の第９の線路４３１４における点Ｔ３７〜Ｔ４０（図１４参照）で囲まれる領域と、第６の線路４３９の点Ｔ２３及びＴ２４の近傍とを電気的に接続する。
【０１３０】
以上のように、第１のインダクタンス４２及び第２のインダクタンス４３は、上層及び下層の双方を使って形成される。さらに、第１のインダクタンス４２において環状形状を有する第４の線路４２６は、第２のインダクタンス４３の最外周及び最内周の間に配置される。以上の配置により、第１の端子４２１及び第２の端子４２２の間に電圧を加えると、第４の線路４２６には磁束が鎖交する。発生した磁束はさらに、第２のインダクタンス４３の最外周及び最内周にも鎖交するので、第１の実施形態で説明した原理により、相互誘導回路４１は、印加電圧を変圧することができる。
【０１３１】
また、第１のインダクタンス４２及び第２のインダクタンス４３はそれぞれ、ＺＸ平面を境にしてほぼ対称な形状となる。そのため、第１の実施形態に係る相互誘導回路１と同様に、両端子４２１及び４２２に差動信号を与えると、第２のインダクタンス４３の両端子４３１及び４３２からは、変圧された差動信号が現れる。以上のことから、相互誘導回路４１は、１次側及び２次側のそれぞれに複数個のインダクタンスを備える必要がない。これによって、専有面積の小さな相互誘導回路４１を実現することが可能となる。
【０１３２】
また、相互誘導回路４１によれば、第１のインダクタンス４２及び第２のインダクタンス４３は、２つの配線層だけを占有し、さらに、第１の端子４２１及び第２の端子４２２はそれぞれ、第１のインダクタンス４２の最外周側よりも外側に配置可能であり、第１の端子４３１及び第２の端子４３２はそれぞれ、第２のインダクタンス４３の最外周よりも外側に配置可能である。以上のことから、相互誘導回路４１を構成するための配線層数を少なくすることが可能となる。それに伴い、半導体基板から離して形成し、さらに、半導体基板の抵抗成分による損失を低減することが可能な相互誘導回路４１を実現することが可能となる。
【０１３３】
また、一般的に、膜厚の薄い配線層に形成されたトランス素子については損失が大きくなる。しかしながら、相互誘導回路４１の殆どの構成は上層に形成されるので、相互誘導回路４１は、低損失化の観点から、最も上の配線層が最も厚く、それより下の配線層が薄い半導体プロセスに特に好適である。
【０１３４】
なお、相互誘導回路４１は、上述の本質的な構成以外にも、好ましい構成として接続線路４４を備えている。接続線路４４は典型的にはマイクロストリップ線路からなり、少なくとも、第１のインダクタンス４２の仮想中点ＮＰ４及びその周辺と、第２のインダクタンス４３の仮想中点ＮＰ５及びその周辺とを接続する（図１３参照）。ここで、仮想中点ＮＰ４とは、第４の経路４２６における点Ｓ１２及びＳ１８の中点である。また、仮想中点ＮＰ５とは、点Ｔ２１及びＴ２７の中点である。以上のような仮想中点ＮＰ４及びＮＰ５については、第１の実施形態における仮想中点ＮＰ１及びＮＰ２の場合と同様の理由から接続されても構わない。
【０１３５】
なお、第１のインダクタンス４２は、上記の形状に限られず、第１のインダクタンス４２を構成するための３条件（第１の実施形態参照）を満たす形状であれば、どのような形状のインダクタンスであっても良い。また、第２のインダクタンス４３も、第２のインダクタンス４３を構成するための４条件（第１の実施形態参照）を満たすのであれば、どのような形状を有していても良い。
また、第２のインダクタンス４３に差動信号を与え、変圧された差動信号を第１のインダクタンス４２から得るようにしても構わない。
また、第１のインダクタンス４２及び第２のインダクタンス４３それぞれの巻き数はどのような数でも構わない。
【０１３６】
また、相互誘導回路４１は、より好ましい構成として、図７Ａ及びＢを参照して説明したパターンシールド７を備えていても構わない。他にも、相互誘導回路４１は、図８Ａ及び図８Ｂを参照して説明したトレンチ８が形成されたシリコン基板上に形成されても構わない。
また、以上の相互誘導回路４１としてのトランス素子は、半導体基板４以外にも、図１０に示すような誘電体多層基板９に形成されても構わないし、図１１に示すような単層の両面基板１１に形成されても構わない。
【０１３７】
ここで、図１５は、相互誘導回路４１の変型例に係る相互誘導回路４１ａの構造を示す斜視図である。なお、図１５には説明の便宜のために、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる３次元座標系が示される。また、図１６は、ＸＹ平面に平行な面Ａ（図１５参照）で、相互誘導回路４１ａを切断した時の断面図である。また、図１７は、面Ａ（図１５参照）をＺ軸の負方向に距離Ｄ１だけ平行移動させた面Ｂ（図１５参照）で、相互誘導回路４１ａを切断した時の断面図である。なお、図１６及び図１７では、面Ａ及び面Ｂに無い構成については全て点線で示されている。
【０１３８】
図１５〜図１７において、相互誘導回路４１ａは、相互誘導回路４１と比較すると、第３のインダクタンス４２ａと第４のインダクタンス４３ａとをさらに備える点で相違する。それ以外に両相互誘導回路４１及び４１ａの間に相違点は無いので、図１５において、図１２に示すものに相当する構成には同一の参照符号を付け、それぞれの説明を省略する。
第３のインダクタンス４２ａは、図１５〜図１７に示すように、第１及び第２の端子４２１ａ及び４２２ａと、典型的にはマイクロストリップ線路からなる第１、第２及び第３の線路４２３ａ、４２４ａ及び４２６ａと、第１及び第２のコンタクト４２７ａ及び４２９ａとを備えている。
【０１３９】
第１の端子４２１ａ及び第２の端子４２２ａは、前述の第１の端子４２１及び第２の端子４２２を鉛直上方向から面Ｂに投影した位置に形成される。
また、第１の線路４２３ａ及び第２の線路４２４ａは、前述の第１の線路４２３及び第２の線路４２４を鉛直上方向から面Ｂに投影した位置に形成される。また、第１の線路４２３ａは、第１の端子４２１ａと、後述する第２のコンタクト４２９ａとを電気的に接続する。また、第２の線路４２４ａは、第２の端子４２２ａと、第２のコンタクト４２９とを電気的に接続する。
【０１４０】
第３の線路４２６ａは、前述の第４の線路４２６を、鉛直上方向から面Ｂに投影した位置に形成され、第３のインダクタンス４２ａの最外周を構成する部分環状線路である。
第１のコンタクト４２７ａは、ＺＸ平面を基準として、前述の第１のコンタクト４２７と対称な位置に形成され、前述の第４の線路４２６と、上述の第３の線路４２６ａとを電気的に接続する。
また、第２のコンタクト４２９ａは、ＺＸ平面を基準として前述の第２のコンタクト４２９と対称な位置に形成され、前述の第１の線路４２３と、上述の第１の線路４２３ａとを電気的に接続する。
【０１４１】
また、第４のインダクタンス４３ａは、図１５〜図１７に示すように、第１及び第２の端子４３１ａ及び４３２ａと、典型的にはマイクロストリップ線路からなる第１、第２、第３、第４及び第５の線路４３３ａ、４３４ａ、４３６ａ、４３７ａ及び４３９ａと、第１、第２、第３及び第４のコンタクト４３１０ａ、４３１２ａ、４３１３ａ及び４３１５ａとを備えている。
第１の端子４３１ａ及び第２の端子４３２ａは、前述の第１の端子４３１及び第２の端子４３２を鉛直上方向から面Ｂに投影した位置に形成される。
【０１４２】
また、第１の線路４３３ａ及び第２の線路４３４ａは、前述の第１の線路４３３及び第２の線路４３４を鉛直上方向から面Ｂに投影した位置に形成される。また、第１の線路４３３ａは、第１の端子４３１ａと、後述する第１のコンタクト４３１０ａとを電気的に接続する。また、第２の線路４３４ａは、第２の端子４３２ａと、第１のコンタクト４３１０と電気的に接続する。
【０１４３】
第３の線路４３６ａは、前述の第４の線路４３６を、鉛直上方向から面Ｂに投影した位置に形成される。また、第３の線路４３６ａは、第４のインダクタンス４３ａにおける最外周の一部を構成する部分環状線路であって、前述の第３のコンタクト４３１３と、後述する第２のコンタクト４３１２ａとを電気的に接続する。
第４の線路４３７ａは、ＺＸ平面を基準として、第３の線路４３６ａに対称な位置に形成される。また、第４の線路４３７ａは、第４のインダクタンス４３ａにおける最外周の一部を構成する部分環状線路であって、前述の第２のコンタクト４３１２と、後述する第３のコンタクト４３１３ａとを電気的に接続する。
【０１４４】
第５の線路４３９ａは、前述の第７の線路４３９を、鉛直上方向から面Ｂに投影した位置に形成される。また、第５の線路４３９ａは、第４のインダクタンス４３ａの最内周を構成する部分環状線路であって、前述の第４のコンタクト４３１５と、後述の第４のコンタクト４３１５ａとを電気的に接続する。
第１のコンタクト４３１０ａは、ＺＸ平面を基準として、前述の第１のコンタクト４３１０と対称な位置に形成され、第１の線路４３３ａと、前述の第１の線路４３３とを電気的に接続する。
【０１４５】
第２のコンタクト４３１２ａは、ＺＸ平面を基準として、前述の第２のコンタクト４３１２と対称な位置に形成され、前述の第４の線路４３６と、上述の第３の線路４３６ａとを電気的に接続する。
第３のコンタクト４３１３ａは、ＺＸ平面を基準として、前述の第３のコンタクト４３１３と対称な位置に形成され、前述の第５の線路４３７と、上述の第４の線路４３７ａとを電気的に接続する。
【０１４６】
第４のコンタクト４３１５ａは、ＺＸ平面を基準として、前述の第４のコンタクト４３１５と対称な位置に形成され、前述の第７の線路４３９と、上述の第４の線路４３９ａとを電気的に接続する。
また、相互誘導回路４１ａは、上層側に接続線路４４が形成される場合には、接続線路４４を鉛直上方向から面Ｂに投影した領域に接続線路４４ａをさらに備える。
【０１４７】
以上のように、相互誘導回路４１ａは、第１のインダクタンス４２及び第２のインダクタンス４３の主たる構成要素を鉛直上方向から面Ｂに投影した形状を有する第３のインダクタンス４２ａ及び第４のインダクタンス４３ａを備えており、これら第３のインダクタンス４２ａ及び第４のインダクタンス４３ａは、いくつかのコンタクトを使って、第１のインダクタンス４２及び第２のインダクタンス４３と電気的に接続される。ここで、第１のインダクタンス４２及び第３のインダクタンス４２ａは、ＺＸ平面を基準にして互いに対称な位置で接続される。以上の構成により、端子４２１及び４２１ａの対、及び端子４２２及び４２２ａの対のいずれか一方に、差動信号を構成する同相信号を与え、いずれか他方に、同相信号と同振幅で逆位相の逆相信号を与えると、前述の相互誘導により、端子４３１及び４３１ａの対、及び端子４３２及び４３２ａの対のいずれか一方に、変圧された同相信号が現れ、いずれか他方には、変圧された逆相信号が現れる。ここで、以上の形状を有する相互誘導回路４１ａは、等価的に見ると、２個の抵抗を並列に接続したような回路になる。そのため、相互誘導回路４１ａの損失は、並列接続された２抵抗の合成抵抗とみなせる。以上のことから、上層側の配線層の膜厚が薄くなったとしても、低損失な相互誘導回路４１ａを実現することが可能となる。
【０１４８】
（第３の実施形態）
図１８は、本発明の第３の実施形態に係る相互誘導回路５１の一例としてのトランス素子の構造を示す斜視図である。なお、図１８には説明の便宜のために、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる３次元座標系が示される。
【０１４９】
図１８に示すように、相互誘導回路５１は、相互誘導回路１と同様に、半導体基板４上の層間絶縁膜５内であってかつＺ軸の方向（上下方向）に配列された２つの配線層に形成される。ここで、以下の説明では、上側の配線層を上層と、下側の配線層を下層と、さらに両層の間を層間と称する。具体的には、相互誘導回路５１は導電性材料からなり、本質的には、第１のインダクタンス５２と、第２のインダクタンス５３とを備える。
【０１５０】
図１９は、上層においてＸＹ平面に平行な面Ａ（図１８参照）で、相互誘導回路５１を切断した時の断面図である。また、図２０は、面Ａ（図１８参照）をＺ軸の負方向に距離Ｄ１だけ平行移動させた、下層における面Ｂ（図１８参照）で、相互誘導回路５１を切断した時の断面図である。図１９及び図２０では、面Ａ及び面Ｂに無い構成については全て点線で示されている。
【０１５１】
第１のインダクタンス５２は、導電性材料からなり、図１８〜図２０に示すように、大部分の構成を面Ａ上に有するが、残りの構成を面Ｂ上又は層間に有する。具体的には、第１のインダクタンス５２は、第１及び第２の端子５２１及び５２２と、典型的にはマイクロストリップ線路からなる第１〜４の線路５２３〜５２６とを面Ａ上に備えている。
【０１５２】
第１の端子５２１及び第２の端子５２２は、ＺＸ平面を基準として互いに対称な位置に形成される。本実施形態では例示的に、第１の端子５２１及び第２の端子５２２は、第１の線路５２３の一端及び第２の線路５２４の一端である。
第１の線路５２３は、第１の端子５２１と後述する第３の線路５２５とを接続するための線路であって、本実施形態では例示的に、以下の６点Ｕ１〜Ｕ６（図１９参照）で規定される領域内に形成される。
【０１５３】
点Ｕ１は、Ｘ座標値及びＹ座標値として、（Ｘ５，−Ｙ５）を有する。ここで、Ｘ５及びＹ５は、相互誘導回路５１の仕様に応じて定められる正の値である。点Ｕ２は、第１の線路５２３の幅をＷ４とすると、Ｙ軸の負方向にＷ４の距離だけ点Ｕ１を平行移動させた点である。点Ｕ３は、相互誘導回路５１の仕様に応じて定められる任意の距離だけ、点Ｕ１をＸ軸の正方向に平行移動させた点である。点Ｕ４は、Ｙ軸の負方向及びＸ軸の正方向の双方にＷ４の距離だけ、点Ｕ３を平行移動させた点である。点Ｕ５は、Ｙ軸の正方向に距離Ｊ１だけ、点Ｕ３を平行移動させた点である。Ｊ１は、ＺＸ平面から点Ｕ３までの距離よりも小さい。点Ｕ６は、Ｘ軸の正方向に距離Ｗ４だけ点Ｕ５を平行移動させた点である。
第２の線路５２４は、第２の端子５２２と後述する第５の線路５２８とを接続する線路であって、ＺＸ面を基準にして、第１の線路５２３と対称な形状を有する。
【０１５４】
第３の線路５２５は、第１の線路５２３と、後述する第４の線路５２６とを電気的に接続する。本実施形態では例示的に、第３の線路５２５は、以下の４点Ｕ５〜Ｕ８（図１９参照）を頂点とする平行四辺形で囲まれる領域内に形成される。点Ｕ５及びＵ６については上述した通りである。点Ｕ７及びＵ８は、ＺＸ平面を基準として、上述の点Ｕ５及びＵ６と面対称な第１及び第２の点を、Ｘ軸の正方向に、Ｊ２の距離だけ平行移動した点である。ここで、第１のインダクタンス５２及び第２のインダクタンス５３の線路幅をＷ４と仮定し、さらに、第１のインダクタンス５２が有する線路と、第２のインダクタンス５３において隣接する線路の間の間隔をＨ２と仮定した場合、Ｊ２はＷ４＋Ｈ２である。
【０１５５】
第４の線路５２６は、第１のインダクタンス５２の一周を構成する部分環状線路であって、本実施形態では例示的に、以下の１２点Ｕ７〜Ｕ１８（図１９参照）で規定される領域に形成される。なお、本実施形態では、第４の線路５２６の幅は、第１の線路５２３と同様、Ｗ４とする。点Ｕ７及びＵ８については上述した通りである。点Ｕ９は、Ｙ軸の正方向に、点Ｕ７を距離Ｊ３＋Ｗ４だけ平行移動させた点である。Ｊ３は、Ｊ５＋Ｗ４よりも大きい正の値である。なお、Ｊ５については後述する。点Ｕ１０は、Ｙ軸の正方向に、距離Ｊ３だけ、点Ｕ８を平行移動させた点である。点Ｕ１１は、Ｘ軸の正方向に距離（Ｊ４＋２×Ｗ４）だけ、点Ｕ９を平行移動させた点である。Ｊ４は、Ｊ６＋２×Ｗ４よりも大きく、かつ（点Ｕ４及び点Ｖ４間の距離）−２×Ｗ４よりも小さい正の値である。なお、Ｊ６については後述する。点Ｕ１２は、Ｘ軸の正方向に、距離Ｊ４だけ、点Ｕ１０を平行移動させた点である。また、点Ｕ１３〜Ｕ１８は、ＺＸ平面を基準として、点Ｕ７〜Ｕ１２に対称な点である。
さらに、第１のインダクタンス５２は、第１のコンタクト５２７と、第５の線路５２８と、第２のコンタクト５２９とを、面Ｂ上又は層間に備えている。
【０１５６】
各コンタクト５２７及び５２９は層間に配される点で同じである。また、本実施形態では、便宜上、各コンタクト５２７及び５２９は、底面の各辺がＷ４で、高さがＤ１より若干小さい値を有する直方体であると仮定する。
第１のコンタクト５２７は、少なくとも、第４の線路５２６の点Ｕ１３及びＵ１４の近傍と、後述する第５の線路５２８における点Ｕ１９〜Ｕ２２（図２０参照）で囲まれる領域とを電気的に接続する。
【０１５７】
第５の線路５２８は、典型的にはマイクロストリップ線路で構成され、第１のコンタクト５２７と、後述する第２のコンタクト５２９とを電気的に接続する線路である。本実施形態では例示的に、面Ｂ上における８点Ｕ１９〜Ｕ２６（図２０参照）で規定される領域内に、第５の線路５２８は形成される。４点Ｕ２１〜Ｕ２４は実質的に、ＺＸ平面を基準として前述の点Ｕ５〜Ｕ８に対称な各点を、相互誘導回路５１の真上、つまり鉛直上方向から面Ｂに投影したものである。次に、点Ｕ１９及びＵ２０は、Ｙ軸の負方向に距離Ｗ４だけ、点Ｕ２１及びＵ２２を平行移動させた点である。また、点Ｕ２５及びＵ２６は、Ｙ軸の正方向に距離Ｗ４だけ、点Ｕ２３及びＵ２４を平行移動させた点である。
【０１５８】
第２のコンタクト５２９は、点Ｕ２３〜Ｕ２６で囲まれる領域と、ＺＸ平面を基準として上述の点Ｕ５及びＵ６の対称で第２の線路５２４に含まれる２点近傍とを電気的に接続する。
第２のインダクタンス５３もまた、第１のインダクタンス５２と同様、大部分の構成を面Ａ上に有するが、残りの構成を面Ｂ上又は層間に有する。具体的には、第２のインダクタンス５３は、第１及び第２の端子５３１及び５３２と、典型的にはマイクロストリップ線路からなる第１〜６の線路５３３〜５３８とを面Ａ上に備えている。
【０１５９】
第１の端子５３１及び第２の端子５３２は、ＺＸ平面を基準として互いに対称な位置に形成される。本実施形態では例示的に、第１の端子５３１及び第２の端子５３２は、第１の線路５３３の一端及び第２の線路５３４の一端である。
【０１６０】
第１の線路５３３は、第１の端子５３１と後述する第１のコンタクト５３９とを電気的に接続し、本実施形態では例示的に、面Ａ上における６点Ｖ１〜Ｖ６（図１９参照）で囲まれる領域内に形成される。点Ｖ１は、Ｘ座標値及びＹ座標値として、（Ｘ６，−Ｙ６）を有する。ここで、Ｘ６及びＹ６は、相互誘導回路５１の仕様に応じて定められる正の値であるが、本実施形態では、Ｙ６は前述のＹ５に等しいとする。点Ｖ２は、第１の線路５３３の幅をＷ４とすると、Ｙ軸の負方向に距離Ｗ４だけ点Ｖ１を平行移動させた点である。点Ｖ３は、相互誘導回路５１の仕様に応じて定められる任意の距離だけ、Ｘ軸の負方向に点Ｖ１を平行移動させた点である。点Ｖ４は、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれの負方向に距離Ｗ４だけ点Ｖ３を平行移動させた点である。点Ｖ５は、Ｙ軸の正方向に距離Ｊ１だけ点Ｖ３を平行移動させた点である。点Ｖ６は、Ｘ軸の負方向に点Ｖ５を距離Ｗ４だけ平行移動させた点である。
第２の線路５３４は、第２の端子５３２と後述する第２のコンタクト５３１０とを電気的に接続し、ＺＸ面を基準にして第１の線路５３３と対称な位置に形成される。
【０１６１】
第３の線路５３５は、後述する第３のコンタクト５３１３と、後述する第５の線路５３７とを電気的に接続し、第２のインダクタンス５３の最外周の一部を構成する部分環状線路である。本実施形態では例示的に、第３の線路５３５は、面Ａ上における８点Ｖ７〜Ｖ１４（図１９参照）で規定される領域内に、第３の線路５３５は形成される。点Ｖ７及びＶ８は、前述のＶ５及びＶ６を、Ｘ軸の負方向に、２×（Ｗ４＋Ｈ２）よりも若干大きい距離だけ平行移動した点である。また、点Ｖ９は、Ｙ軸の負方向に距離Ｊ５＋Ｗ４だけ、点Ｖ７を平行移動させた点である。Ｊ５は、Ｊ３−Ｗ４よりも小さく、Ｊ７＋Ｗ４よりも大きい正の値である。なお、Ｊ７については後述する。点Ｖ１０は、Ｙ軸の負方向に距離Ｊ５だけ点Ｖ８を平行移動した点である。点Ｖ１１は、Ｘ軸の負方向に距離Ｊ６＋２×Ｗ４だけ、点Ｖ９を平行移動した点である。Ｊ６は、前述のＪ４−２×Ｗ４より小さく、Ｊ８＋２×Ｗ４よりも大きい正の値である。なお、Ｊ８については後述する。点Ｖ１２は、Ｘ軸の負方向に距離Ｊ６だけ、点Ｖ１０を平行移動した点である。点Ｖ１３は、Ｙ軸の正方向に距離Ｊ５＋Ｗ４だけ、点Ｖ１１を平行移動した点である。点Ｖ１４は、Ｙ軸の正方向に距離Ｊ５だけ、点Ｖ１２を平行移動した点である。
【０１６２】
第４の線路５３６は、後述する第４のコンタクト５３１４と、後述する第６のコンタクト５３１７とを電気的に接続し、第２のインダクタンス５３の最外周の一部を構成する部分環状線路である。以上の第４の線路５３６は、ＺＸ平面を基準として、第３の線路５３５と対称な位置に形成される。
【０１６３】
第５の線路５３７は、上述の第３の線路５３５と、後述する第６の線路５３８とを接続し、本実施形態では例示的に、４点Ｖ１３〜Ｖ１６（図１９参照）を頂点とする平行四辺形で囲まれる領域内に形成される。点Ｖ１３及びＶ１４については上述した通りである。また、点Ｖ１５及びＶ１６は、ＺＸ平面を基準として点Ｖ１３及びＶ１４に対称な第１及び第２の点を、Ｘ軸の正方向に距離Ｗ４＋Ｈ２だけ平行移動した点である。
【０１６４】
第６の線路５３８は、第２のインダクタンス５３の最外周よりも１つ内側の周（本実施形態では、最内周）を構成する部分環状線路であって、本実施形態では例示的に、１２点Ｖ１５〜Ｖ２６（図１９参照）で規定される領域内に形成される。なお、本実施形態では、第６の線路５３８の幅もまたＷ４とする。点Ｖ１５及びＶ１６については上述した通りである。点Ｖ１７は、Ｊ７＋Ｗ４の距離だけ、Ｙ軸の正方向に点Ｖ１５を平行移動させた点である。また、点Ｖ１８は、Ｊ７の距離だけ、Ｙ軸の正方向に点Ｖ１６を平行移動させた点である。ここで、Ｊ７は、Ｊ５−Ｗ４よりも小さい正の値である。点Ｖ１９は、Ｊ８＋２×Ｗ４の距離だけ、Ｘ軸の正方向に点Ｖ１７を平行移動させた点である。Ｊ８は、Ｊ６−２×Ｗ４よりも小さい正の値である。点Ｖ２０は、Ｊ８の距離だけ、Ｘ軸の正方向に点Ｖ１８を平行移動させた点である。点Ｖ２１〜Ｖ２６は、ＺＸ平面を基準として、上述の点Ｖ１５〜Ｖ２０と対称な点である。
【０１６５】
さらに、第２のインダクタンス５３は、第１及び第２のコンタクト５３９及び５３１０と、第７及び第８の線路５３１１及び５３１２と、第３〜第５のコンタクト５３１３〜５３１５と、第９の線路５３１６と、第６のコンタクト５３１７とを、面Ｂ上又は層間に備えている。
【０１６６】
まず、各コンタクト５３９、５３１０、５３１３〜５３１５及び５３１７は、層間に配される点で同じである。また、本実施形態では、便宜上、これらコンタクトは、底面の各辺がＷ４で、高さがＤ１より若干小さい値を有する直方体であると仮定する。
【０１６７】
第１のコンタクト５３９は、少なくとも、第１の線路５３３における点Ｖ５及びＶ６の近傍と、後述する第７の線路５３１１における点Ｖ２７及びＶ２９（図２０参照）の近傍とを電気的に接続する。
第２のコンタクト５３１０は、ＺＸ平面を基準にして第１のコンタクト５３９と対称な位置に形成され、第２の線路５３４において上述の点Ｖ５及びＶ６に対称な２点の近傍と、後述する第８の線路５３１２において点Ｖ２７及びＶ２９に対称な２点の近傍とを電気的に接続する。
【０１６８】
第７の線路５３１１は、上述の第１のコンタクト５３９と、後述する第３のコンタクト５３１３とを電気的に接続する線路であって、本実施形態は例示的に、面Ｂ上における４点Ｖ２７〜Ｖ３０（図２０参照）で囲まれる領域内に形成される。点Ｖ２７は、上述の点Ｖ５を鉛直上方向から面Ｂに投影した点である。また、点Ｖ２８は、Ｘ軸の負方向に距離３×Ｗ４＋２×Ｈ２だけ、点Ｖ２７を平行移動した点である。点Ｖ２９及びＶ３０は、点Ｖ２７及びＶ２８を、Ｙ軸の負方向に距離Ｗ４だけ平行移動した点である。
【０１６９】
第８の線路５３１２は、上述の第２のコンタクト５３１０と、後述する第４のコンタクト５３１４とを電気的に接続し、ＺＸ平面を基準にして第７の線路５３１１に対称な位置に形成される。
第３のコンタクト５３１３は、少なくとも、第７の線路５３１１における点Ｖ２８及びＶ３０の近傍と、前述した第３の線路５３５における点Ｖ７及びＶ８（図１９参照）の近傍とを電気的に接続する。
【０１７０】
第４のコンタクト５３１４は、ＺＸ平面を基準にして第３のコンタクト５３１３に対称な位置に形成され、第８の線路５３１２において上述の点Ｖ２８及びＶ３０に対称な２点の近傍と、前述した第４の線路５３１４において点Ｖ７及びＶ８に対称な２点の近傍とを電気的に接続する。
第５のコンタクト５３１５は、少なくとも、前述した第６の線路５３８における点Ｖ２１及びＶ２２の近傍と、後述する第９の線路５３１６において点Ｖ２１及びＶ２２を面Ｂに投影した２点の近傍とを電気的に接続する。
【０１７１】
第９の線路５３１６は、第５のコンタクト５３１５と、後述する第６のコンタクト５３１７とを電気的に接続する線路であって、本実施形態では例示的に、面Ｂ上における８点Ｖ３１〜Ｖ３８（図２０参照）で規定される領域内に形成される。まず、点Ｖ３３〜Ｖ３６は、ＺＸ平面を基準として前述の点Ｖ１３〜Ｖ１６に対称な４点を、鉛直上方向から面Ｂに投影した点である。次に、点Ｖ３１及びＶ３２は、Ｙ軸の正方向に点Ｖ３３及びＶ３４を距離Ｗ４だけ平行移動した点である。また、点Ｖ３７及びＶ３８は、Ｙ軸の負方向に点Ｖ３５及びＶ３６を距離Ｗ４だけ平行移動した点である。
【０１７２】
第６のコンタクト５３１７は、少なくとも、前述した第９の線路５３１６における点Ｖ３３及びＶ３４の近傍と、前述した第４の線路５３６において点Ｖ１３及びＶ１４に対称な２点の近傍とを電気的に接続する。
【０１７３】
以上のように、相互誘導回路５１は、細かな形状は相違するが、第２の実施形態で説明した第１のインダクタンス４２及び第２のインダクタンス４３を構成する必須条件を満たす形状を有する第１のインダクタンス５２及び第２のインダクタンス５３を備えている。これによって、相互誘導回路４１と同様の技術的効果、つまり、相互誘導回路５１の専有面積を小さくでき、さらに、半導体基板の抵抗成分による損失を低減することができる。また、相互誘導回路４１の場合と同様に、相互誘導回路５１は、最も上の配線層が最も厚く、それより下の配線層が薄い半導体プロセスに特に好適である。
【０１７４】
なお、相互誘導回路５１は、上述の本質的な構成以外にも、好ましい構成として接続線路５４を備えている。接続線路５４は典型的にはマイクロストリップ線路からなり、少なくとも、第１のインダクタンス５２の仮想中点ＮＰ６及びその周辺と、第２のインダクタンス５３の仮想中点ＮＰ７及びその周辺とを接続する。仮想中点ＮＰ６は点Ｕ１２及びＵ１８の中点であり、仮想中点ＮＰ７は点Ｖ１９及びＶ２５の中点である。以上のような仮想中点ＮＰ６及びＮＰ７については、第１の実施形態における仮想中点ＮＰ１及びＮＰ２の場合と同様の理由から接続されても構わない。
また、第２のインダクタンス５３に差動信号を与え、変圧された差動信号を第１のインダクタンス５２から得るようにしても構わない。
また、第１のインダクタンス５２及び第２のインダクタンス５３それぞれの巻き数はどのような数でも構わない。
【０１７５】
また、相互誘導回路５１は、より好ましい構成として、図７Ａ及びＢを参照して説明したパターンシールド７を備えていても構わない。他にも、相互誘導回路５１は、図８Ａ及び図８Ｂを参照して説明したトレンチ８が形成されたシリコン基板上に形成されても構わない。
【０１７６】
また、以上の相互誘導回路５１としてのトランス素子は、半導体基板４以外にも、図１０に示すような誘電体多層基板９に形成されても構わないし、図１１に示すような単層の両面基板１１に形成されても構わない。
【０１７７】
（第４の実施形態）
図２１は、本発明の第４の実施形態に係る無線通信機器６１の全体構成を示すブロック図である。図２１において、無線通信機器６１は、受信信号のダウンコンバート用の構成として、典型的には、アンテナ６２と、デュプレクサ６３と、ローノイズアンプ（以下、ＬＮＡ（Ｌｏｗ  Ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）と称す）６４と、フィルタ６５と、発振回路６６と、ローカルアンプ６７と、ミキサ６８とを備えている。
【０１７８】
アンテナ６２は、外部から送られてくる信号を受信する。アンテナ６２の受信信号はデュプレクサ６３に送られる。デュプレクサ６３は、アンテナ６２から入力された信号をＬＮＡ６４に出力する。ＬＮＡ６４は、デュプレクサ６３から入力された信号を増幅して、フィルタ６５に出力する。フィルタ６５は、ＬＮＡ６４から入力された信号から、必要な周波数帯域に含まれる信号成分のみを通過させる。
【０１７９】
発振回路６６は、フィルタ６５の出力信号をダウンコンバートするのに必要で、予め定められた周波数を有する局部発振出力を生成し出力する。ここで、図２２は、発振回路６６の詳細な構成を示すブロック図である。図２２において、発振回路６６は大略的に、差動発振段６９と、相互誘導回路１、４１、４１ａ及び５１の内のいずれかと、差動増幅段６１０とを備えている。これら、差動発振段６９、相互誘導回路１、４１、４１ａ及び５１の内のいずれか、及び差動増幅段６１０の順番で、これらは電気的に接続される。
【０１８０】
差動発振段６９は、発振用の第１及び第２のＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）６１１及び６１２と、定電流源６１３と、好ましくはそれぞれの容量が可変である共振用の第１及び第２のキャパシタンス６１４及び６１５とを含んでいる。
【０１８１】
差動増幅段６１０は、バッファアンプ用の第３及び第４のトランジスタ６１６及び６１７と、第１及び第２のチョークインダクタンス６１８及び６１９と、直流成分カット用の第１及び第２のキャパシタンス６２０及び６２１と、第１及び第２の出力端子６２２及び６２３とを備えている。
【０１８２】
発振回路６６には、Ｖｃｃ端子を介して、差動増幅段６１０の第１及び第２のチョークインダクタンス６１８及び６１９に直流電流が与えられる。与えられた直流電流は、第３及び第４のトランジスタ６１６及び６１７を通じて、相互誘導回路１、４１、４１ａ並びに５１のいずれかの出力側の端子に与えられる。ここで、前述したように、相互誘導回路１、４１、４１ａ並びに５１はいずれも、コンタクト６、接続線路４４、接続線路４４及び４４ａ、並びに接続線路５４により、２個のインダクタンスの内、一方から他方へと直流電流を与えることが可能な構成となっている。そのため、相互誘導回路１、４１、４１ａ及び５１のいずれかの入力側の２端子から、差動発振段６９に直流電流を与えることが可能である。以上の入力電流は、第１及び第２のＦＥＴ６１１及び６１２に与えられた後、定電流源６１３を通じてグランドに流れる。これによって、第１及び第２のＦＥＴ６１１及び６１２は動作する。
【０１８３】
第１及び第２のＦＥＴ６１１及び６１２は、正帰還がかかるよう接続されており、第１及び第２のキャパシタンス６１４及び６１５と、相互誘導回路１、４１、４１ａ並びに５１はいずれかとの共振周波数に依存する発振周波数を有する差動信号を生成し、同相信号及び逆相信号を、相互誘導回路１、４１、４１ａ及び５１のいずれかに与える。
【０１８４】
相互誘導回路１、４１、４１ａ及び５１のいずれかは、前述したように、入力差動信号を変圧して、差動増幅段６１０に与える。
【０１８５】
差動増幅段６１０において、第３及び第４のトランジスタ６１６及び６１７はそれぞれ、ベース接地の増幅器として動作し、入力差動信号を構成する同相信号及び逆相信号を増幅する。増幅された差動信号は、第１及び第２のキャパシタンス６２０及び６２１により、直流成分が除去された後に、第１及び第２の出力端子６２２及び６２３から出力される。
【０１８６】
以上の第１及び第２の出力端子６２２及び６２３の一方から出力された同相信号又は逆相信号が局部発振信号としてローカルアンプ６７で増幅された後に、ミキサ６８に与えられる。ミキサ６８は、フィルタ６５の出力信号を、ローカルアンプ６７からの出力局部発振信号とを周波数混合して出力する。
【０１８７】
以上のように、相互誘導回路１、４１、４１ａ及び５１のいずれかを発振回路６６に組み込むことにより、差動増幅段６１０に直流電流を与えるだけで、差動発振段６９も動作する。つまり、差動増幅段６１０及び差動発振段６９のそれぞれに直流電流を与える必要性が無くなるので、発振回路６６及び無線通信機器６１の消費電力を抑えることが可能となる。
【０１８８】
さらに、以上の構成により、第３及び第４のトランジスタ６１６及び６１７を、ミラー容量の小さいベース接地型の増幅器として使うことができるので、負荷変動に強い発振回路６６を実現することが可能となる。
【０１８９】
（第５の実施形態）
第２の実施形態に係る相互誘導回路４１では、図１３から明らかなように、第１のインダクタンス４２及び第２のインダクタンス４３が、Ｙ軸を基準として互いに非対称な形状を有するため、両者の巻き数比を１：１にすることができない。そこで、第５の実施形態では、巻き数比を１：１にすることが可能な相互誘導回路７１について説明する。
【０１９０】
図２３は、相互誘導回路７１の一例としてのトランス素子の構造を示す斜視図である。なお、図２３には説明の便宜のため、他の実施形態と同様の３次元座標系が示される。図２３において、相互誘導回路７１は、相互誘導回路１と同様に、半導体基板４上の層間絶縁膜５内であってかつ上下２つの配線層に形成される。ここで、以下の説明では、上側の配線層を上層と、下側の配線層を下層と、さらに両層の間を層間と称する。具体的には、相互誘導回路７１は、導電性材料からなり、第１のインダクタンス７２と、第２のインダクタンス７３とを、本質的に備える。
【０１９１】
図２４は、上層においてＸＹ平面に平行な面Ａ（図２３参照）で、相互誘導回路７１を切断した時の断面図である。また、図２５は、面Ａ（図２３参照）をＺ軸の負方向に距離Ｄ１だけ平行移動させかつ下層に含まれる面Ｂ（図２３参照）で、相互誘導回路７１を切断した時の断面図である。図２４及び図２５では、面Ａ及び面Ｂに無い構成については全て点線で示されている。また、図２３〜図２５において、面Ｃは、ＺＸ平面に平行であって、相互誘導回路７１の中心を通る基準面であり、面Ｄは、ＹＺ平面に平行であって相互誘導回路７１の中心を通る基準面である。
【０１９２】
第１のインダクタンス７２は、図２３〜図２５に示すように、大部分の構成を面Ａ上に有するが、残りの構成を面Ｂ上に又は層間に有する。具体的には、第１のインダクタンス７２は、第１の端子７２１と、第１の線路７２２と、第１の接続線路７２３と、第２の線路７２４と、第２の接続線路７２５と、第３の線路７２６と、第３の接続線路７２７と、第４の線路７２８と、第１のコンタクト７２９と、第４の接続線路７３０と、第２のコンタクト７３１と、第５の線路７３２と、第３のコンタクト７３３と、第５の接続線路７３４と、第４のコンタクト７３５と、第６の線路７３６と、第５のコンタクト７３７と、第６の接続線路７３８と、第６のコンタクト７３９と、第７の線路７４０と、第２の端子７４１とを含む。
【０１９３】
以上の構成のうち大部分は、上層つまり面Ａに配置される。具体的には、図２４に示すように、面Ａに配置されるのは、第１の端子７２１と、第１の線路７２２と、第１の接続線路７２３と、第２の線路７２４と、第２の接続線路７２５と、第３の線路７２６と、第３の接続線路７２７，第４の線路７２８と、第５の線路７３２と、第６の線路７３６と、第７の線路７４０と、第２の端子７４１とである。
また、残りの構成のうち、第４の接続線路７３０と、第５の接続線路７３４と、第６の接続線路７３８とは、図２５に示すように、下層つまり面Ｂに配置される。
また、図２３に示すように、第１のコンタクト７２９と、第２のコンタクト７３１と、第３のコンタクト７３３と、第４のコンタクト７３５と、第５のコンタクト７３７と、第６のコンタクト７３９とは層間に形成される。
【０１９４】
第１の端子７２１は、本実施形態では例示的に、第１の線路７２２の一端である。
第１の線路７２２は、典型的にはマイクロストリップラインであり、第１の端子７２１と後述する第１の接続線路７２３とを電気的に接続する。本実施形態では例示的に、以下の４点Ｍ１〜Ｍ４（図２４参照）で規定される領域内に、第１の線路７２２は形成される。点Ｍ１は、Ｘ座標値及びＹ座標値として、（Ｘ１，−Ｙ１）を有する。ここで、Ｘ１及びＹ１は、相互誘導回路７１の仕様に応じて定められる正の値である。点Ｍ２は、第１の線路７２２の幅をＷ３とすると、Ｙ軸の正方向にＷ３の距離だけ点Ｍ１を平行移動させた点である。点Ｍ３は、相互誘導回路７１の仕様に応じて定められる任意の距離Ｌ１だけ、点Ｍ１をＸ軸の正方向に平行移動させた点である。点Ｍ４は、Ｙ軸の正方向にＷ３の距離だけ、点Ｍ３を平行移動させた点である。
【０１９５】
第１の接続線路７２３は、典型的にはマイクロストリップラインであり、上述の第１の線路７２２と後述の第２の線路７２４とを電気的に接続する。本実施形態では例示的に、点Ｍ３〜点Ｍ６（図２４を参照）で規定される領域内に、第１の接続線路７２３は形成される。点Ｍ３及び点Ｍ４については前述の通りである。点Ｍ５は、Ｘ軸の正方向にＬ２だけ、さらにＹ軸の正方向にＬ３だけ、点Ｍ３を移動させた点である。点Ｍ６は、Ｘ軸の正方向にＬ２だけ、さらにＹ軸の正方向にＬ３だけ、点Ｍ４を移動させた点である。ここで、図２４において、Ｌ２及びＬ３は、相互誘導回路７１の仕様に応じて定められる任意の数であるが、Ｌ３は、Ｗ３よりも大きい値に選ばれる。
【０１９６】
第２の線路７２４は、典型的にはマイクロストリップラインであって、第１の接続線路７２３と、後述する第２の接続線路７２５とを電気的に接続する。本実施形態では例示的に、第２の線路７２４は、以下の６点Ｍ５〜Ｍ１０（図２４を参照）で囲まれる領域内に形成される。点Ｍ５及び点Ｍ６は上述の通りである。点Ｍ７は、Ｘ軸の正方向に点Ｍ５をＬ４の距離だけ平行移動させた点である。また、点Ｍ８は、Ｘ軸の正方向に点Ｍ６を（Ｌ４−Ｗ３）の距離だけ平行移動させた点である。ここで、Ｌ４は、本相互誘導回路７１の仕様に応じて定められるが、Ｌ１よりも小さい値である。また、点Ｍ９は、Ｙ軸の正方向に点Ｍ７をＬ５の距離だけ移動させた点であり、点Ｍ１０は、Ｙ軸の正方向に点Ｍ８を（Ｌ５−Ｗ３）の距離だけ平行移動させた点である。
【０１９７】
第２の接続線路７２５は、典型的にはマイクロストリップラインであって、第２の線路７２４と後述の第３の線路７２６とを電気的に接続する。本実施形態では例示的に、第２の接続線路７２５は、以下の４点Ｍ９〜Ｍ１２（図２４を参照）で囲まれる平行四辺形の領域内に形成される。点Ｍ９及びＭ１０は上述した通りである。点Ｍ１１及びＭ１２は、Ｙ軸の正方向にＬ２、Ｘ軸の負方向にＬ３だけ、点Ｍ９及びＭ１０を平行移動させた点である。
【０１９８】
第３の線路７２６は、典型的にはマイクロストリップラインであって、第２の接続線路７２５及び第３の接続線路７２７を電気的に接続する。本実施形態では例示的に、第３の線路７２６は、以下の６点Ｍ１１〜Ｍ１６（図２４を参照）で囲まれる領域内に形成される。点Ｍ１１及び点Ｍ１２は上述した通りである。点Ｍ１３は、Ｙ軸の正方向にＬ６の距離だけ点Ｍ１１を平行移動させた点である。また、点Ｍ１４は、Ｙ軸の正方向に（Ｌ６−Ｗ３）だけ、点Ｍ１２を平行移動させた点である。ここで、Ｌ６は、本相互誘導回路７１の仕様に応じて定められる値であるが、（Ｌ５−Ｗ３）よりも小さい値である。また、点Ｍ１５は、Ｘ軸の負方向にＬ７の距離だけ点Ｍ１３を平行移動させた点であり、点Ｍ１６は、Ｘ軸の負方向に（Ｌ７−Ｗ３）の距離だけ点Ｍ１４を平行移動させた点である。
【０１９９】
第３の接続線路７２７は、典型的にはマイクロストリップラインであって、第３の線路７２６と後述の第４の線路７２８とを電気的に接続する。本実施形態では例示的に、第３の接続線路７２７は、以下の４点Ｍ１５〜Ｍ１８（図２４を参照）で囲まれる平行四辺形の領域内に形成される。点Ｍ１５及びＭ１６は上述した通りである。点Ｍ１７及びＭ１８は、Ｙ軸の負方向にＬ３、Ｘ軸の負方向にＬ２だけ、点Ｍ１５及びＭ１６を平行移動させた点である。
【０２００】
第４の線路７２８は、典型的にはマイクロストリップラインであって、第３の接続線路７２７及び第１のコンタクト７２９を電気的に接続する。本実施形態では例示的に、第４の線路７２８は、以下の８点Ｍ１７〜Ｍ２４（図２４を参照）で囲まれる領域内に形成される。点Ｍ１７及び点Ｍ１８は上述した通りである。点Ｍ１９は、Ｘ軸の負方向にＬ８の距離だけ点Ｍ１７を平行移動させた点である。また、点Ｍ２０は、Ｘ軸の負方向に（Ｌ８−Ｗ３）だけ、点Ｍ１８を平行移動させた点である。ここで、Ｌ８は、本相互誘導回路７１の仕様に応じて定められる値であるが、（Ｌ７−Ｗ３）よりも小さい値である。また、点Ｍ２１及び点Ｍ２２は、面Ｃを基準として、点Ｍ１９及び点Ｍ２０と対称な位置にある。点Ｍ２３及び点Ｍ２４は、面Ｃを基準として、点Ｍ１７及び点Ｍ１８と対称な位置にある。
【０２０１】
第１のコンタクト７２９は、第４の線路７２８の点Ｍ２３及びＭ２４と、後述する第４の接続線路７３０における点Ｍ２５及びＭ２６とを電気的に接続する。
第４の接続線路７３０は、典型的にはマイクロストリップラインであって、第１のコンタクト７２９と、後述する第２のコンタクト７３１とを電気的に接続する。本実施形態では例示的に、第４の接続線路７３０は、以下の４点Ｍ２５〜Ｍ２８（図２５を参照）で囲まれる平行四辺形の領域内に形成される。点Ｍ２５及び点Ｍ２６は、点Ｍ２３及び点Ｍ２４を、Ｚ軸の負方向に距離Ｄ１（図２３を参照）だけ平行移動させた点である。また、点Ｍ２７及び点Ｍ２８は、点Ｍ２５及び点Ｍ２６を、Ｘ軸の正方向にＬ２、さらにＹ軸の負方向にＬ３だけ平行移動させた点である。
【０２０２】
第２のコンタクト７３１は、第４の接続線路７３０の点Ｍ２７及び点Ｍ２８と、後述する第５の線路７３２とを電気的に接続する。
【０２０３】
第５の線路７３２は、典型的にはマイクロストリップラインであって、第２のコンタクト７３１と第３のコンタクト７３３とを電気的に接続する。このような第５の線路７３２は、面Ｃを基準として、第３の線路７２６と対称な位置に形成される。
【０２０４】
第３のコンタクト７３３は、第５の線路７３２と後述の第５の接続線路７３４とを電気的に接続する。
【０２０５】
第５の接続線路７３４は、典型的にはマイクロストリップラインであって、第３のコンタクト７３３と、後述する第４のコンタクト７３５とを電気的に接続する。本実施形態では例示的に、第５の接続線路７３４は、面Ｃを基準として前述の第２の接続線路７２５と対称で、Ｚ軸の負方向に距離Ｄ１だけ平行移動させた平行四辺形の領域内（つまり、点Ｍ２９〜Ｍ３２で囲まれる領域内）に形成される。
第４のコンタクト７３５は、第５の接続線路７３４と後述の第６の線路７３６とを電気的に接続する。
【０２０６】
第６の線路７３６は、典型的にはマイクロストリップラインであって、第４のコンタクト７３５と後述の第５のコンタクト７３７とを電気的に接続する。また、第６の線路７３６は、面Ｃを基準として前述の第２の線路７２４と対称な位置に形成される。
第５のコンタクト７３７は、第６の線路７３６と後述の第６の接続線路７３８とを電気的に接続する。
【０２０７】
第６の接続線路７３８は、典型的にはマイクロストリップラインであって、本実施形態では、面Ｃを基準として前述の第１の接続線路７２３と対称で、Ｚ軸の負方向に距離Ｄ１だけ平行移動させた平行四辺形の領域内に形成される。
【０２０８】
第６のコンタクト７３９は、第６の接続線路７３８と後述の第７の線路７４０とを電気的に接続する。
第７の線路７４０は、典型的にはマイクロストリップラインであって、本実施形態では、面Ｃを基準として前述の第１の線路７２２と対称な領域内に形成される。
第２の端子７４１は、面Ｃを基準として、前述の第１の端子７２１と対称な位置に形成される。
【０２０９】
また、第２のインダクタンス７３は、典型的にはマイクロストリップラインとコンタクトから構成され、面Ｃ及び面Ｄの交線Ｅを中心として、第１のインダクタンス７２を１８０度回転移動させた形状を有する。
【０２１０】
以上のように、第１のインダクタンス７２及び第２のインダクタンス７３は、上層及び下層の双方を使って形成される。また、第２のインダクタンス７３は、面Ｃ及び面Ｄを基準にして、第１のインダクタンス７２と実質的に対称な形状を有する。それ故、両者の巻き数比を１：１にすることができる。
【０２１１】
また、相互誘導回路７１によれば、相互誘導回路１の特徴を全て備えているので、相互誘導回路１と同様の技術的効果を得ることができる。
【０２１２】
また、相互誘導回路７１は、より好ましい構成として、図７Ａ及びＢを参照して説明したパターンシールド７を備えていても構わない。他にも、相互誘導回路７１は、図８Ａ及び図８Ｂを参照して説明したトレンチ８が形成されたシリコン基板上に形成されても構わない。相互誘導回路７１は、半導体基板４以外にも、図１０に示すような誘電体多層基板９に形成されても構わないし、図１１に示すような単層の両面基板１１に形成されても構わない。
【０２１３】
（第６の実施形態）
ところで、図２１の無線通信機器６１では、アンテナ６２に単相信号が入力されるのに対し、ミキサ６８は集積回路に集積されるため、差動回路がよく用いられる。そこで、第６の実施形態では、単相入力で差動出力の増幅回路８３ａについて説明する。
【０２１４】
図２６は、増幅回路８３ａの全体構成を示すブロック図である。図２６において、増幅回路８３ａは典型的には、ローノイズアンプ（例えば、図２１に示すＬＮＡ６４）として用いられ、前置アンプ８４と、バラン８５と、差動アンプ８６とを備えている。
前置アンプ８４は、例えばアンテナにより受信された単相信号を増幅する。
【０２１５】
バラン８５は、Ｂａｌａｎｃｅ−Ｕｎｂａｌａｎｃｅの略で、単相／差動変換回路である。以上のバラン８５は、前置アンプ８４で増幅された単相信号を、差動信号に変換する。ここで、図２７は、図２６に示すバラン８５の一構成例を示す斜視図である。図２７において、バラン８５は、図１の相互誘導回路１と比較すると、第２の端子２２が接地されている点でのみ相違する。それ以外に両回路の間に相違点は無いので、図２７において、図１の構成に相当するものには同一の参照符号を付け、それぞれの説明を省略する。
【０２１６】
以上のような構成により、バラン８５において、前置アンプ８４から出力された単相信号が第１の端子２１入力されると、第２のインダクタンス３の第１の端子３１及び第２の端子３２からは、差動信号を構成する同相信号及び逆相信号が出力される。
差動アンプ８６は、バラン８５から出力された差動信号を増幅する。
以上のような構成の増幅回路８３ａは、上述のようなバラン８５が組み込まれるので、単相信号から、同相信号及び逆相信号の位相差が極めて小さい差動信号を生成することができるバラン８５を実現することが可能となる。
【０２１７】
なお、図２７に示すバラン８５では、相互誘導回路１が応用されたが、これに限らず、相互誘導回路４１（図１２を参照）、相互誘導回路５１（図１８を参照）及び相互誘導回路７１（図２３を参照）のいずれかが、バラン８５に応用されても構わない。
【０２１８】
（第７の実施形態）
図２８は、本発明の第７の実施形態に係る相互誘導回路８１の一例としてのコモンモードチョークの構造を示す斜視図である。なお、図２８には説明の便宜のため、他の実施形態と同様の３次元座標系が示される。図２８において、相互誘導回路８１は、相互誘導回路１と同様に、半導体基板４上の層間絶縁膜５内であってかつ上下２つの配線層に形成される。ここで、以下の説明では、上側の配線層を上層と、下側の配線層を下層と、さらに両層の間を層間と称する。具体的には、相互誘導回路８１は、導電性材料からなり、第１のインダクタンス８２と、第２のインダクタンス８３とを、本質的に備える。
【０２１９】
図２９は、上層においてＸＹ平面に平行な面Ａ（図２８参照）で、相互誘導回路８１を切断した時の断面図である。また、図３０は、面Ａ（図２８参照）をＺ軸の負方向に距離Ｄ１だけ平行移動させかつ下層に含まれる面Ｂ（図２８参照）で、相互誘導回路８１を切断した時の断面図である。図２９及び図３０では、面Ａ及び面Ｂに無い構成については全て点線で示されている。また、図２８〜図３０において、面Ｃは、ＺＸ平面に平行であって、相互誘導回路８１の中心を通る基準面であり、面Ｄは、ＹＺ平面に平行であって相互誘導回路８１の中心を通る基準面である。
【０２２０】
第１のインダクタンス８２は、図２８〜図３０に示すように、大部分の構成を面Ａ上に有するが、残りの構成を面Ｂ上に又は層間に有する。具体的には、第１のインダクタンス８２は、第１の入力端子８２１と、第１の線路８２２と、第１の接続線路８２３と、第２の線路８２４と、第２の接続線路８２５と、第３の線路８２６と、第１のコンタクト８２７と、第３の接続線路８２８と、第２のコンタクト８２９と、第４の線路８３０と、第３のコンタクト８３１と、第４の接続線路８３２と、第４のコンタクト８３３と、第５の線路８３４と、第１の出力端子８３５とを含む。
【０２２１】
以上の構成のうち大部分は、上層つまり面Ａに配置される。具体的には、図２９に示すように、面Ａに配置されるのは、第１の入力端子８２１と、第１の線路８２２と、第１の接続線路８２３と、第２の線路８２４と、第２の接続線路８２５と、第３の線路８２６と、第４の線路８３０と、第５の線路８３４と、第１の出力端子８３５とである。
【０２２２】
また、残りの構成のうち、第３の接続線路８２８と、第４の接続線路８３２と、図３０に示すように、下層つまり面Ｂに配置される。
また、図３０に示すように、第１のコンタクト８２７と、第２のコンタクト８２９と、第３のコンタクト８３１と、第４のコンタクト８３３とは層間に形成される。
第１の入力端子８２１は、本実施形態では例示的に、第１の線路８２２の一端である。
【０２２３】
第１の線路８２２は、典型的にはマイクロストリップラインであり、第１の入力端子８２１と後述する第１の接続線路８２３とを電気的に接続する。本実施形態では例示的に、以下の８点Ｎ１〜Ｎ８（図２９参照）で規定される領域内に、第１の線路８２２は形成される。点Ｎ１は、Ｘ座標値及びＹ座標値として、（Ｘ１，−Ｙ１）を有する。ここで、Ｘ１及びＹ１は、相互誘導回路８１の仕様に応じて定められる正の値である。点Ｎ２は、第１の線路８２２の幅をＷ３とすると、Ｙ軸の正方向にＷ３の距離だけ点Ｎ１を平行移動させた点である。点Ｎ３は、距離Ｌ１だけ、点Ｎ１をＸ軸の正方向に平行移動させた点である。点Ｎ４は、Ｘ軸の正方向に（Ｌ１＋Ｗ３）の距離だけ、点Ｎ２を平行移動させた点である。また、点Ｎ５及びＮ６は、Ｙ軸の負方向に、Ｌ２の距離だけ、点Ｎ３及びＮ４を平行移動させた点である。点Ｎ７は、Ｘ軸の正方向にＬ３の距離だけ、点Ｎ５を平行移動させた点であり、点Ｎ８は、Ｘ軸の正方向に（Ｌ３−Ｗ３）の距離だけ、点Ｎ６を平行移動させた点である。ここで、Ｌ１〜Ｌ３は、相互誘導回路８１の仕様に応じて定められる値であるが、Ｌ２及びＬ３は、第１のインダクタンス８２の巻き数に関連して定められる。本実施形態では、巻き数は１と仮定され、さらに、相互誘導回路８１の対称性を確保するために、Ｌ２及びＬ３は、（２×Ｗ３）及び（３×Ｗ３）よりも大きな値に選ばれる。
【０２２４】
第１の接続線路８２３は、典型的にはマイクロストリップラインであり、上述の第１の線路８２２と後述の第２の線路８２４とを電気的に接続する。本実施形態では例示的に、４点Ｎ７〜点Ｎ１０（図２９を参照）で規定される平行四辺形の領域内に、第１の接続線路８２３は形成される。点Ｎ７及びＮ８については前述の通りである。点Ｎ９及びＮ１０は、Ｘ軸の正方向にＬ４だけ、さらにＹ軸の正方向にＬ５だけ、点Ｎ７及びＮ８を移動させた点である。ここで、図２９において、Ｌ４及びＬ５は、相互誘導回路８１の仕様に応じて定められる任意の数であるが、Ｌ５は、Ｗ３よりも大きい値に選ばれる。
【０２２５】
第２の線路８２４は、典型的にはマイクロストリップラインであって、第１の接続線路８２３と、後述する第２の接続線路８２５とを電気的に接続する。本実施形態では例示的に、第２の線路８２４は、以下の６点Ｎ９〜Ｎ１４（図２９を参照）で囲まれる領域内に形成される。点Ｎ９及び点Ｎ１０は上述の通りである。点Ｎ１１は、Ｘ軸の正方向に点Ｎ９をＬ６の距離だけ平行移動させた点である。また、点Ｎ１２は、Ｘ軸の正方向に点Ｎ１０を（Ｌ６−Ｗ３）の距離だけ平行移動させた点である。ここで、Ｌ６は、本相互誘導回路８１の仕様に応じて定められるが、（２×Ｗ３）よりも大きな値に選ばれる。また、点Ｎ１３は、Ｙ軸の正方向に点Ｎ１１をＬ７の距離だけ移動させた点であり、点Ｎ１４は、Ｙ軸の正方向に点Ｎ１２を（Ｌ７−Ｗ３）の距離だけ平行移動させた点である。ここで、Ｌ７は、本相互誘導回路８１の仕様に応じて定められるが、（２×Ｗ２）よりも大きな値に選ばれる。
【０２２６】
第２の接続線路８２５は、典型的にはマイクロストリップラインであって、第２の線路８２４と後述の第３の線路８２６とを電気的に接続する。本実施形態では例示的に、第２の接続線路８２５は、以下の４点Ｎ１３〜Ｎ１６（図２９を参照）で囲まれる平行四辺形の領域内に形成される。点Ｎ１３及びＮ１４は上述した通りである。点Ｎ１５及びＮ１６は、Ｙ軸の正方向にＬ５、Ｘ軸の負方向にＬ４だけ、点Ｎ１３及びＮ１４を平行移動させた点である。
【０２２７】
第３の線路８２６は、典型的にはマイクロストリップラインであって、第２の接続線路８２５及び後述する第１のコンタクト８２７とを電気的に接続する。本実施形態では例示的に、第３の線路８２６は、以下の８点Ｎ１５〜Ｎ２２（図２９を参照）で囲まれる領域内に形成される。点Ｎ１５及びＮ１６は上述した通りである。点Ｎ１７は、Ｙ軸の正方向にＬ８の距離だけ点Ｎ１５を平行移動させた点である。また、点Ｎ１８は、Ｙ軸の正方向に（Ｌ８−Ｗ３）だけ、点Ｎ１６を平行移動させた点である。ここで、Ｌ８は、本相互誘導回路８１の仕様に応じて定められる値であるが、Ｗ３よりも大きい値に選ばれる。また、点Ｎ１９及び点Ｎ２０は、面Ｄを基準として、点Ｎ１７及びＮ１８と対称な位置にあり、点Ｎ２１及び点Ｎ２２は、面Ｄを基準として、点Ｎ１５及び点Ｎ１６と対称な位置にある。
【０２２８】
第１のコンタクト８２７は、第３の線路８２６の点Ｎ２１及びＮ２２と、後述する第３の接続線路８２８の点Ｎ２３及び点Ｎ２４とを電気的に接続する。
第３の接続線路８２８は、典型的にはマイクロストリップラインであって、面Ｄを基準として前述の第２の接続線路８２５と対称であって、Ｚ軸の負方向にＤ１の距離だけ平行移動させた平行四辺形（つまり、４点Ｎ２３〜Ｎ２６（図３０を参照））で囲まれる領域に形成される。
【０２２９】
第２のコンタクト８２９は、前述の第１のコンタクト８２７を、Ｙ軸の負方向にＬ５、Ｘ軸の負方向にＬ４だけ、平行移動させた位置に形成され、少なくとも、第３の接続線路８２８の点Ｎ２５及び点Ｎ２６と、第４の線路８３０（後述）の点Ｎ２７及び点Ｎ２８とを電気的に接続する。
【０２３０】
第４の線路８３０は、典型的にはマイクロストリップラインであって、面Ｄを基準として前述の第２の線路８２４と対称な領域（つまり、点Ｎ２７〜Ｎ３２で囲まれる領域）に形成される。
第３のコンタクト８３１は、第４の線路８３０の点Ｎ３１及びＮ３２と、後述する第４の接続線路８３２の点Ｎ３３及び点Ｎ３４とを電気的に接続する。
【０２３１】
第４の接続線路８３２は、典型的にはマイクロストリップラインであって、面Ｄを基準として前述の第１の接続線路８２３と対称であって、Ｚ軸の負方向にＤ１の距離だけ平行移動させた平行四辺形（つまり、４点Ｎ３３〜Ｎ３６（図３０を参照））で囲まれる領域に形成される。
第４のコンタクト８３３は、前述の第３のコンタクト８３１を、Ｙ軸の負方向にＬ５、Ｘ軸の正方向にＬ４だけ、平行移動させた位置に形成され、少なくとも、第４の接続線路８３２の点Ｎ３５及び点Ｎ３６と、後述の第５の線路８３４の点Ｎ３７及び点Ｎ３８とを電気的に接続する。
【０２３２】
第５の線路８３４は、典型的にはマイクロストリップラインであって、面Ｄを基準として、前述の第１の線路８２２と対称な領域（つまり、点Ｎ３７〜Ｎ４４で囲まれる領域）に形成される。
第１の出力端子８３５は、面Ｄを基準として、前述の第１の入力端子８２１と対称な位置に形成される。
【０２３３】
次に、第２のインダクタンス８３について説明する。第２のインダクタンス８３は、面Ｃ及び面Ｄとの交線を中心として、上述の第１のインダクタンス８２を１８０度回転させた形状を有する。これにより、第１のインダクタンス８２及び第２のインダクタンス８３は、面Ｃ又は面Ｄを基準として互いに略対称な形状を有することになる。
【０２３４】
以上のような第１のインダクタンス８２が有する第１の入力端子８２１には、差動信号を構成する同相信号が入力される。その結果、第１のインダクタンス８２には電流ループが形成されるので、磁束が発生する。その後、入力された同相信号は第１の出力端子８３５から出力される。また、第２のインダクタンス８３において、上述の第１の入力端子８２１とＹ軸方向に沿って並ぶ第２の入力端子には、差動信号の構成する逆相信号が入力される。その結果、第２のインダクタンス８３にも電流ループが形成されるので、磁束が発生する。ここで、第２のインダクタンス８３は、第１のインダクタンス８２で発生した磁束が鎖交する位置に形成されており、さらには、電流ループの向きが同方向になるため、相互誘導作用により、入力同相信号及び入力逆相信号は互いに強め合って出力される。
【０２３５】
以上のような相互誘導回路８１は、相互誘導回路１の特徴を全て備えているので、相互誘導回路１と同様の技術的効果を得ることができる。また、第１のインダクタンス８２及び第２のインダクタンス８３の入出力端子は最外周に位置する。それ故、各インダクタンス８２及び８３から引き出し線を接続しやすくなり、さらには、各引き出し線は、各インダクタンス８２及び８３におけるループ部分から離しやすくなる。それによって、たとえ各引き出し線に電流が流れたとしても、それによって発生する電磁界は、ループ電流に悪影響を与えにくくなる。
【０２３６】
なお、本相互誘導回路８１を、相互誘導回路５１（図１８を参照）と同様に、上層及び下層の２層で１つのインダクタンスを形成するようにしてもよい。
【０２３７】
（第８の実施形態）
図３１は、本発明の第８の実施形態に係る増幅回路９１の全体構成を示す回路図である。図３１において、増幅回路９１は、差動入力端子９２と、複数の入力側相互誘導回路９３（図示は３個）と、入力側差動終端回路９４と、複数の増幅段９５（図示は２個）と、複数の出力側相互誘導回路９６（図示は３個）と、出力側差動終端回路９７と、差動出力端子９８とを備えている。
【０２３８】
差動入力端子９２には、差動信号が入力される。
各相互誘導回路９３は、前述の相互誘導回路８１であって、それぞれは互いに直列に接続され、入力差動信号に重畳されうるコモンモードノイズを反射する。
入力側差動終端回路９４は、差動終端抵抗を含んでおり、前段の相互誘導回路９３から出力される差動信号を終端する。
【０２３９】
また、各増幅段９５において、差動入力側は、いずれかの相互誘導回路９３の出力側と接続されており、差動出力側は、いずれか１個の相互誘導回路９６の入力側と接続される。このような各増幅段９５は入力差動信号を増幅して出力する。
各相互誘導回路９６は、前述の相互誘導回路８１であって、出力側差動終端回路９７及び差動出力端子９８の間に直列に接続され、入力差動信号に重畳されうるコモンモードノイズを反射する。
出力側差動終端回路９７は、差動終端抵抗を含んでおり、前段の相互誘導回路９６から出力される差動信号を終端する。
また、差動出力端子９８は、各増幅段９５により増幅された差動信号を出力する。
【０２４０】
以上のように、本増幅回路９１によれば、いくつかの相互誘導回路８１が組み込まれるので、非常に広帯域に渡って利得を平坦にすることが可能となる。また、相互誘導回路８１がコモンモードチョークとして組み込まれることにより、コモンモードノイズの影響の小さい増幅装置を実現できる。また、チップ占有面積の小さい増幅回路を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０２４１】
本発明に係る相互誘導回路は、コンパクトさと低損失とが要求される電子機器等に応用できる。
【符号の説明】
【０２４２】
１，４１，４１ａ，５１，７１，８１    相互誘導回路
２，４２，５２，７２，８２    第１のインダクタンス
３，３ａ，４３，５３，７３，８３    第２のインダクタンス
４２ａ    第３のインダクタンス
４３ａ    第４のインダクタンス
６１    無線通信機器
６２    アンテナ
６３    デュプレクサ
６４    ローノイズアンプ
６５    フィルタ
６６    発振回路
６９    発振段
６１０    増幅段
６７    ローカルアンプ
６８    ミキサ
８３ａ    増幅回路
８４    前置アンプ
８５    バラン
８６    差動アンプ
９１    増幅回路
９２    差動入力端子
９３，９６    相互誘導回路
９４，９７    終端回路
９５    増幅段
９８    差動出力端子
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２Ａ】
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【図３２Ｂ】
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【図３３】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７Ａ】
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【図３７Ｂ】
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