(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に形成され不平衡入力信号が入力される入力端子と、
前記基板に形成され、レベルが異なる雑音信号を生成する雑音源と、
前記基板に形成され、前記不平衡入力信号が供給される第１のポートと、前記雑音信号が供給される第２のポートと、前記不平衡入力信号および前記雑音信号がそれぞれ平衡信号として出力される第３及び第４のポートとを有するバランと、
前記基板に形成され、前記第３及び第４のポートに出力される平衡信号を増幅して、不平衡出力信号を生成する差動増幅器と、
前記基板に形成され、前記不平衡出力信号を出力する出力端子とを有する
増幅器。
【請求項２】
請求項１に記載の増幅器において、
前記雑音源がレベルの異なる前記雑音信号を別々に生成し、前記差動増幅器が前記バランを介して供給される前記雑音信号を増幅する第１のモードと、
前記差動増幅器が、前記入力端子に入力され前記バランを介して供給される前記不平衡入力信号を増幅する第２のモードとで動作することを
特徴とする増幅器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の増幅器において、
前記バランは、
前記第１のポートを形成する入力ポートと、前記第２のポートを形成するアイソレーションポートと、前記第３のポートを形成し前記入力ポートに入力される前記不平衡入力信号に応答して第１の出力信号を出力する第１の出力ポートと、前記不平衡入力信号に応答して前記第１の出力信号より位相が遅れた第２の出力信号を出力する第２の出力ポートとを有する９０°ハイブリッドカプラと、
前記第２の出力ポートに接続された一端と、前記第４のポートを形成する他端とを有し、前記９０°ハイブリッドカプラの前記第１の出力信号と前記第２の出力信号が逆相になるように、前記第２の出力信号を遅延させる遅延線路とを有することを
特徴とする増幅器。
【請求項４】
請求項３に記載の増幅器において、
前記９０°ハイブリッドカプラは、前記入力ポートを形成する第１の端部と前記第２の出力ポートを形成する第２の端部とを有する第１の１／４波長伝送線路と、絶縁膜を挟んで前記第１の端部に対向し前記第１の出力ポートを形成する第３の端部と前記絶縁膜を挟んで前記第２の端部に対向し前記アイソレーションポートを形成する第４の端部とを有する第２の１／４波長伝送線路とを有し、
前記遅延線路は、前記第１の１／４波長伝送線路に沿って延在する第３の１／４波長伝送線路であり、
前記雑音源と前記差動増幅器は、前記バランの前記遅延線側に配置され、
前記入力端子は、前記バランの前記９０°ハイブリッドカプラ側に配置されることを
特徴とする増幅器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の増幅器において、
さらに、レベルが異なる前記雑音信号が生成される複数の期間それぞれにおいて、前記雑音源を前記バランに整合させるインピーダンス整合器を有することを、
特徴とする増幅器。
【請求項６】
基板に形成された雑音源により第１の雑音信号を生成し、前記基板に形成されたバランの第２のポートに入力する工程と、
前記バランの第３及び第４のポートから平衡信号として出力される前記第１の雑音信号を、前記基板に形成された差動増幅器により増幅する工程と、
前記差動増幅器により増幅された前記第１の雑音信号の第１の雑音レベルを測定する工程と、
前記第１の雑音信号とは異なるレベルの第２の雑音信号を前記雑音源により生成し、前記バランの第２のポートに入力する工程と、
前記バランの第３及び第４のポートから平衡信号として出力される前記第２の雑音信号を、前記差動増幅器により増幅する工程と、
前記差動増幅器により増幅された前記第２の雑音信号の第２の雑音レベルを測定する工程と、
前記１の雑音レベルの測定値と前記第２の雑音レベルの測定値に基づいて、前記差動増幅器の雑音指数を算出する工程とを有する
雑音指数の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅器および雑音指数の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
低雑音増幅器の雑音指数は、個々の増幅器に分割される前のウエハ上で測定される。雑音指数の測定後ウエハは、個々の低雑音増幅器に分割される。分割された低雑音増幅器は雑音指数に基づいて選別され、良品がパッケージに格納される。
【０００３】
雑音指数の測定には、Ｙファクタ法が広く用いられている。Ｙファクタ法では、増幅器に接続された雑音源がＯＮの時の出力パワー（Ｎ１）と、ＯＦＦの時の出力パワー（Ｎ２）が測定される。この２つの出力パワーの比Ｙ（＝Ｎ１／Ｎ２）に基づいて、雑音指数が算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５７２４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高周波帯（特に、マイクロ波帯およびミリ波帯）における雑音指数の測定では、まず雑音源が高周波用の専用プローブヘッドを介して増幅器に接続される。その後、雑音源により生成される雑音信号が増幅器により増幅され、増幅器の出力パワーが測定される。
【０００６】
この時、増幅器の入力端子と専用プローブヘッドの接触が不完全だと、雑音信号が反射されて測定誤差が生じる。したがって専用プローブヘッドと入力端子の接続は、時間をかけて慎重に行われる。
【０００７】
このため増幅器の雑音指数測定は、スループットが低いという問題を有している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の問題を解決するために、本装置の一観点によれば、基板と、前記基板に形成され不平衡入力信号が入力される入力端子と、前記基板に形成されレベルが異なる雑音信号を生成する雑音源と、前記基板に形成され前記不平衡入力信号が供給される第１のポートと前記雑音信号が供給される第２のポートと前記不平衡入力信号および前記雑音信号がそれぞれ平衡信号として出力される第３及び第４のポートとを有するバランと、前記基板に形成され前記第３及び第４のポートに出力される平衡信号を増幅して不平衡出力信号を生成する差動増幅器と、前記基板に形成され前記不平衡出力信号を出力する出力端子とを有する増幅器が提供される。 
【発明の効果】
【０００９】
本装置によれば、増幅器の雑音指数測定のスループットが高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１の増幅器のブロック図である。
【図２】第１のモードを説明するシグナルフロー図である。
【図３】雑音指数測定器における雑音指数の測定手順を説明するフローチャートである。
【図４】雑音源の過剰雑音比の測定手順を説明するシグナルフロー図である。
【図５】雑音指数測定器における過剰雑音比の測定手順を説明するフローチャートである。
【図６】第２のモードを説明するシグナルフロー図である。
【図７】図１の増幅器とは別の雑音源付き増幅器のブロック図である。
【図８】図１及び７の増幅器とは別の雑音源付き増幅器のブロック図である。
【図９】単相増幅器が出力する雑音信号のパワー密度とノイズ増幅器の利得の関係を示す図である。
【図１０】図１の増幅器におけるノイズ増幅器の利得と出力雑音レベルの関係を示す図である。
【図１１】実施の形態２のバランの概略図である。
【図１２】図１１のバランが有する増幅器の一例である。
【図１３】図１２のXIII-XIII線に沿った断面図である。
【図１４】バランの斜視図である。
【図１５】ラットレイスカプラによりバランが形成された増幅器の構成図である。
【図１６】実施の形態３の増幅器の回路図の一部である。
【図１７】実施の形態４の増幅器のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。尚、図面が異なっても対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の増幅器２のブロック図である。
【００１３】
図１に示すように、増幅器２は、基板（例えば、Ｓｉ基板）４と、入力端子６と、雑音源８と、バラン１０と、差動増幅器１２と、出力端子１４と、第１の電源端子１６とを有している。
【００１４】
増幅器２の各コンポーネント（入力端子６、雑音源８、バラン１０、差動増幅器１２、出力端子１４、第１の電源端子１６等）は、基板４に形成されている。
【００１５】
入力端子６には、例えばアンテナが接続され不平衡信号（１本の信号線とグラウンドの間を伝搬する信号）が入力される。入力端子６に入力される不平衡信号は、以後、不平衡入力信号と呼ばれる。
【００１６】
雑音源８は、例えば図１に示すように、一端がグラウンドＧＮＤに接続された抵抗１８と、抵抗１８の他端が入力端に接続された増幅器２０と、増幅器２０に接続され増幅器２０の電源電圧が供給される第２の電源端子２２とを有している。増幅器２０は、例えば、段間容量付きの単相増幅器である。
【００１７】
第２の電源端子２２に電源電圧が供給されると、増幅器８は、抵抗１８の熱雑音を増幅して高いレベルの雑音信号を出力する。一方、電源電圧の供給が停止されると、増幅器８は熱雑音の増幅を停止し、熱雑音程度の低いレベルの雑音信号を出力する。これらの雑音信号は、不平衡信号である。すなわち、増幅器２０（以下、ノイズ増幅器と呼ぶ）は、レベル（パワー密度）が異なる雑音信号を不平衡信号として生成する。
【００１８】
ノイズ増幅器２０は、例えば１０〜８０ＧＨｚ内の周波数を有する信号を増幅する。ノイズ増幅器２０の利得は、例えば１０〜２０ｄＢである。
【００１９】
バラン１０は、第１のポートＰ１と、第２のポートＰ２と、第３のポートＰ３と、第４のポートＰ４とを有している。バラン１０は、例えば実施の形態２に示すように、９０°ハイブリッドカプラと遅延線とを有する四端子回路である。
【００２０】
第１のポートＰ１は、入力端子６に接続され、平衡入力信号が入力される。第２のポートＰ２は、雑音源８の出力端が接続され、雑音源８により生成される雑音信号が入力される。第３及び第４のポート（差動出力ポート）からは、第１のポートＰ１に入力される不平衡入力信号が、平衡信号（２本の信号線の間を伝搬する信号）として出力される。同様に、第３及び第４のポートからは、第２のポートＰ２に入力される雑音信号が、平衡信号として出力される。
【００２１】
差動増幅器１２は、例えば低雑音差動増幅器である。差動増幅器１２の第１の入力端ＩＮ１にはバラン１０の第３のポートＰ３が接続され、差動増幅器１２の第２の入力端ＩＮ２にはバラン１０の第４のポートＰ４が接続される。
【００２２】
差動増幅器１２は、バラン１０により第３のポートＰ３および第４のポートＰ４に出力される平衡信号を増幅して、不平衡信号（以下、不平衡出力信号と呼ぶ）を生成する。差動増幅器１２は、例えば１０〜８０ＧＨｚ内の周波数を有する信号を増幅する。差動増幅器１２の利得は、例えば１０〜２５ｄＢである。
【００２３】
増幅器２の出力端子１４は、差動増幅器１２の出力端に接続され、差動増幅器１２により生成される不平衡出力信号を出力する。
【００２４】
第１の電源端子１６には差動増幅器１２が接続され、差動増幅器１２の電源電圧が供給される。
【００２５】
（２）動作
増幅器２は、雑音指数が測定される第１のモードと、平衡入力信号が増幅される第２のモードで動作する。
【００２６】
―第１のモード―
増幅器２は、ウエハ（例えば、Ｓｉウエハ）上に一体形成される。第１のモードは、この状態で実行される。図２は、第１のモードを説明するシグナルフロー図である。
【００２７】
―雑音指数の測定― 
第１のモードでは、図２に示すように、入力端子６にアンテナ１９が接続される。出力端子１４には、雑音指数測定器２１の入力端子が接続される。雑音指数測定器２１は、雑音指数をＹファクタ法により測定する装置である。
【００２８】
第１の電源端子１６には、差動増幅器１２の電源２３が接続される。第２の電源端子２２には、雑音指測定器２１の制御出力端子が接続される。
【００２９】
まず差動増幅器１２に電源２３から電源電圧が供給されその後、雑音指数測定器２１により雑音指数が測定される。
【００３０】
図３は、雑音指数測定器２１における雑音指数の測定手順を説明するフローチャートである。
【００３１】
雑音指数測定器２１は、まず測定周波数（例えば、５０ＧＨｚ）が入力される（Ｓ２）。
【００３２】
次に雑音指数測定器２１は、第２の電源端子２２を介してノイズ増幅器２０にハイレベル（例えば、１．２Ｖ）の制御信号２４ａを供給する。ノイズ増幅器２０は、この制御信号２４ａによりＯＮされる（Ｓ４）。
【００３３】
するとノイズ増幅器２０は抵抗１８が発生する熱雑音を増幅して、第１の雑音信号２６ａを出力する。第１の雑音信号２６ａは、バラン１０を介して差動増幅器１２に供給される。差動増幅器１２は、第１の雑音信号２６ａを増幅する。増幅された第１の雑音信号２６ｂは、雑音指数測定器２１に供給される。雑音指数測定器２１は、増幅された第１の雑音信号２６ｂのパワー密度（以下、第１の出力パワーＮ１と呼ぶ）を測定する（Ｓ６）。測定周波数は、ステップ２で入力された周波数である（以下、同様）。
【００３４】
次に、雑音指数測定器２１は、第２の電源端子２２を介してノイズ増幅器２０にローレベル（例えば、０Ｖ）の制御信号２４ｂを供給する。この制御信号２４ｂにより、ノイズ増幅器２０はＯＦＦされる（Ｓ８）。
【００３５】
するとノイズ増幅器２０は熱雑音の増幅を停止し、第１の雑音信号２６ａより低いレベルの第２の雑音信号２８ａを出力する。第２の雑音信号２８ａのレベルは、熱雑音程度である。
【００３６】
第２の雑音信号２８ａは、バラン１０を介して差動増幅器１２に供給される。差動増幅器１２は、第２の雑音信号２８ａを増幅する。増幅された第２の雑音信号２８ｂは、雑音指数測定器２１に供給される。雑音指数測定器２１は、増幅された第２の雑音信号２８ｂのパワー密度（以下、第２の出力パワーＮ２と呼ぶ）を測定する（Ｓ１０）。
【００３７】
雑音指数測定器２１は、第１の出力パワーＮ１と第２の出力パワーＮ２の比すなわちＹファクタ（＝Ｎ１／Ｎ２）と雑音源８の過剰雑音比に基づいて、増幅器２の雑音指数を算出する（Ｓ１２）。過剰雑音比の測定方法については、後述する。
【００３８】
このように増幅器２の雑音指数は、増幅器２に内蔵された雑音源８を用いて測定される。したがって、専用プローブヘッドにより外部雑音源が入力端子６に接続されることはない。したがって増幅器２によれば、雑音指数測定のスループットは高くなる。
【００３９】
―雑音源の過剰雑音比―
図４は、雑音源８の過剰雑音比の測定手順を説明するシグナルフロー図である。図４に示すように、過剰雑音比は、校正用雑音源８ａと雑音指数測定器２１により測定される。雑音指数測定器２１は、雑音指数の測定に用いられる測定器である。
【００４０】
校正用雑音源８ａは、増幅器２の雑音源８（図１参照）と略同じ構造を有している。したがって校正用雑音源８ａは、雑音源８と略同じ過剰雑音比を有している。
【００４１】
校正用雑音源８ａは、抵抗１８ａと、ノイズ増幅器２０ａと、出力端子１４ａと、電源端子２２ａとを有している。抵抗１８ａおよびノイズ増幅器２０ａは、増幅器２の抵抗１８およびノイズ増幅器２０と略同じ構造（抵抗値等の素子パラメータを含む）を有している。校正用雑音源８ａは、例えば増幅器２が形成されるウエハ上に形成される。
【００４２】
図５は、雑音指数測定器２１における過剰雑音比の測定手順を説明するフローチャートである。図５に示すように、雑音指数と過剰雑音比の測定手順は類似している。したがって、共通する部分については、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
【００４３】
まず、雑音指数測定器２１に測定周波数が入力される（Ｓ２）。入力される周波数は、上述した雑音指数の測定周波数である。
【００４４】
雑音指数測定器２１は、電源端子２２ａを介して、ノイズ増幅器２０ａをＯＮ／ＯＦＦする制御信号２４ａ,２４ｂを校正用雑音源８ａに供給する（Ｓ４、Ｓ８）。
【００４５】
雑音指数測定器２１は、ノイズ増幅器２０ａがＯＮされると、校正用雑音源８ａの出力２７ａのパワー密度（以下、第３の出力パワーＮ３と呼ぶ）を測定する（Ｓ６ａ）。同様に、雑音指数測定器２１は、ノイズ増幅器２０ａがＯＦＦされると、校正用雑音源８ａの出力２７ｂのパワー密度（以下、第４の出力パワーＮ４と呼ぶ）を測定する（Ｓ１０ａ）。
【００４６】
その後、雑音指数測定器２１は、第３の出力パワーＮ３と第４の出力パワーＮ４の比（Ｎ３／Ｎ４）を、雑音源８ａの過剰雑音比として算出する（Ｓ１２ａ）。
【００４７】
以上の例では、校正用雑音源８ａの過剰雑音比が測定される。しかし、増幅器２の雑音源８にノイズ増幅器２０の出力端子１４ａを設けて、増幅器２に内蔵された雑音源８の過剰雑音比を直接測定してもよい。
【００４８】
また以上の例では、増幅器２（および、校正用雑音源８ａ）の出力パワーを一つの測定周波数で測定することで、一周波数における雑音指数を測定する。しかし、増幅器２（および、校正用雑音源８ａ）の出力パワーのスペクトルを測定することで、雑音指数のスペクトルを測定してもよい。
【００４９】
―第２のモード―
雑音指数の測定後、増幅器２が形成されたウエハはダイシングされ個々の増幅器に分割される。分割された増幅器２は雑音指数に基づいて選別され、良品がパッケージに格納される。
【００５０】
パッケージされた増幅器２は例えば通信機に組み込まれ、第２のモードで動作する。図６は、第２のモードを説明するシグナルフロー図である。
【００５１】
第２のモードでは、図６に示すように、入力端子６にアンテナ１９が接続される。出力端子１４には、例えば復調器３０が接続される。第１の電源端子１６には、差動増幅器１２の電源２３が接続される。第２の電源端子２２は例えば短絡され、０Ｖが供給される。
【００５２】
差動増幅器１２は電源２３から電源電圧が供給されて、入力信号の増幅が可能な状態（ＯＮ状態）になる。雑音源８は電源電圧が供給されないので、熱雑音程度の微弱な雑音を発生する。
【００５３】
この状態でアンテナ１９に無線信号が入射すると、アンテナ１９により不平衡入力信号３２が生成される。
【００５４】
不平衡入力信号３２は入力端子６を介してバラン１０に供給され、第３のポートＰ３および第４のポートＰ４から平衡信号３４として出力される。平衡信号３４は差動増幅器１２により増幅され、不平衡信号３６として出力される。出力された不平衡信号３６は、出力端子１４を介して復調器３０に供給される。
【００５５】
（３）別の増幅器
図７は、図１の増幅器２とは別の雑音源付き増幅器２ａのブロック図である。
【００５６】
増幅器２ａは、図７に示すように、バラン１０の代わりにスイッチ３８を有している。スイッチ３８は、例えばＳＰＤ（Sigle pole double throw）スイッチである。また増幅器２ａは、差動増幅器１２の代わりに単相増幅器４０を有している。
【００５７】
第１のモードでは、単相増幅器４０はスイッチ３８により雑音源８に接続され、増幅器２ａの雑音指数が測定される。一方、第２のモードでは、単相増幅器４０はスイッチ３８により入力端子６に接続され、入力信号を増幅する。
【００５８】
雑音源８が内蔵されているので、外部の雑音源が、専用プローブヘッドにより入力端子６に接続されることはない。したがって、増幅器２ａの雑音指数測定のスループットは、図１の増幅器２と同様に高い。
【００５９】
しかしスイッチ３８の挿入損失により、入力信号が減衰する（例えば、１〜３ｄＢ程度）。その結果、利得の低下や雑音指数の増加が招かれる。図１の増幅器２には、このような問題はない。
【００６０】
図８は、図１及び７の増幅器とは別の雑音源付き増幅器２ｂのブロック図である。
【００６１】
増幅器２ｂは、図７に示すように、バラン１０の代わりに一端が抵抗により終端された電力結合器（例えば、方向性結合器）４２を有している。電力結合器４２の結合度は、例えば−２０ｄＢである。また増幅器２ｂは、差動増幅器１２の代わりに単相増幅器４０を有している。
【００６２】
第１のモードでは、電力結合器４２を介して雑音信号が単相増幅器４０に供給され、増幅器２ｂの雑音指数が測定される。一方、第２のモードでは、電力結合器４２を介して入力信号が単相増幅器４０に供給され増幅される。
【００６３】
図１の増幅器２と同様、雑音源８が内蔵されているので、外部の雑音源が、専用プローブヘッドにより入力端子６に接続されることはない。したがって、増幅器２ｂの雑音指数測定のスループットも高い。
【００６４】
また、電力結合器４２の結合度が小さければ、入力信号の損失は無視できる。例えば、電力結合器４２の結合度が−１０ｄＢの場合、入力信号の損失は０．４ｄＢである。電力結合器４２の結合度が−２０ｄＢの場合、入力信号の損失は０．０４ｄＢである。
【００６５】
図１の増幅器２と同様、雑音指数を測定する際には、入力端子６にアンテナが接続され、出力端子１４と第２の電源端子２２には雑音指数測定器が接続される。
【００６６】
図９は、単相増幅器４０が出力する雑音信号のパワー密度（以下、出力雑音レベルと呼ぶ）とノイズ増幅器２０の利得の関係を示す図である。横軸は、ノイズ増幅器２０の利得である。縦軸は、出力雑音レベルである。
【００６７】
図９の関係は、シミュレーションにより求められる。このシミュレーションでは、抵抗１８は−１７４ｄＢｍ／Ｈｚの雑音を発生する。このパワー密度は、室温（２９０Ｋ）における熱雑音のパワー密度である。ノイズ増幅器２０の雑音指数は、１０ｄＢとする。アンテナの雑音温度は、室温（２９０Ｋ）とする。電力結合器の結合度は、‐２０ｄＢとする。単相増幅器４０の利得は、２０ｄＢとする。単相増幅器４０の雑音指数は、６ｄＢとする。
【００６８】
雑音源８が生成する雑音信号のパワー密度Ｐは、式（１）で与えられる。
【００６９】
【数１】
0005794188.tif 000002
式（１）の右辺第１項は、抵抗１８の熱雑音に対応している。右辺第２項のＧは、ノイズ増幅器２０の利得である。右辺第３項は、ノイズ増幅器２０の雑音指数である。
【００７０】
雑音源８が生成する雑音信号は、電力結合器４２を介して単相増幅器４０に供給される。したがって、単相増幅器４０に入力する雑音信号のパワー密度は、式（１）のパワー密度より、電力結合器４２の結合度（‐２０ｄＢ）だけ小さくなる。
【００７１】
このためノイズ増幅器２０の利得が１０ｄＢ以下の場合、単相増幅器４０に供給される雑音信号のレベル[＝（−１７４+Ｇ+１０）−２０]は、アンテナが供給する雑音信号のレベル（−１７４ｄＢ／Ｈｚ）より小さくなる。このため図９に示すように、ノイズ増幅器２０の利得Ｇが１０ｄＢ以下の領域では、増幅器２ｂの出力雑音レベルは殆ど増加しない。
【００７２】
ところで、雑音源の出力レベルが高い状態はホットと呼ばれ、雑音源の出力レベルが低い状態はコールドとよばれる。Ｙファクタ法では、雑音源８がホットの時の増幅器２の出力雑音レベルと雑音源８がコールドの時の増幅器２の出力雑音レベルとの違いに基づいて、雑音指数が算出される。
【００７３】
したがって、ホット状態における出力雑音レベルとコールド状態における出力雑音レベルの差が小さいと、雑音指数が正確に測定されない。例えば、出力雑音レベルの差が１０ｄＢ以下の場合、６ｄＢの雑音指数を正確に測定することは困難である。
【００７４】
ノイズ増幅器２０の利得Ｇは、高々２０ｄＢ程度である。利得Ｇの上限２０ｄＢに対応する出力雑音レベルは−１４１．７ｄＢである。一方、利得Ｇが０ｄＢの場合の出力雑音レベルは−１４７．９ｄＢである。その差は、僅か６．２ｄＢである。したがって、図８の増幅器２ｂにより、雑音指数を正確に測定することは困難である。
【００７５】
図１０は、図１の増幅器２におけるノイズ増幅器２０の利得Ｇと出力雑音レベルの関係を示す図である。図１の増幅器２では、雑音源８が生成する雑音信号が、バラン１０により減衰されずに差動増幅器１２に供給される。したがって図１０に示すように、ノイズ増幅器２０の利得Ｇが１０ｄＢ以下の領域でも、増幅器２の出力雑音レベルは利得Ｇとともに増加する。
【００７６】
利得Ｇが２０ｄＢの場合の増幅器２の出力雑音レベルは−１５１．２ｄｄＢであり、利得Ｇが０ｄＢの場合の出力雑音レベルは−１３７．１ｄＢである。その差は、１４，１ｄＢである。したがって、実施の形態１の増幅器２によれば、雑音指数が正確に測定される。
【００７７】
（実施の形態２）
実施の形態２の増幅器は、バラン１０が９０°ハイブリッドカプラと遅延線路で形成されていること以外は、実施の形態１の増幅器２と略同じ構造を有している。したがって、実施の形態１と共通する部分の説明は省略する。
【００７８】
図１１は、実施の形態２のバラン１０ａの概略図である。図１１に示すように、バラ１０ａは、９０°ハイブリッドカプラ４４と遅延線路４６とを有している。
【００７９】
９０°ハイブリッドカプラ４４は、入力ポート４８ａと、アイソレーションポート４８ｂと、第１の出力ポート４８ｃと、第２の出力ポート４８ｄとを有している。
【００８０】
入力ポート４８ａは、バラン１０の第１のポートＰ１を形成（構成）する。アイソレーションポート４８ｂは、バラン１０の第２のポートＰ２を形成する。第１の出力ポート４８ｃは、バラン１０の第３のポートＰ３を形成する。
【００８１】
遅延線路４６は、９０°ハイブリッドカプラ４４の第２の出力ポート４８ｄに接続された一端と、第４のポートＰ４を形成する他端とを有する伝送線路である。
【００８２】
９０°ハイブリッドカプラ４４は、入力ポート４８ａに入力される不平衡入力信号７４に応答して、入力信号の略１／２のパワーを有する第１の出力信号７６ａを第１の出力ポート４８ｃから出力する。さらに９０°ハイブリッドカプラ４４は、不平衡入力信号７４に応答して、第１の出力信号７６ａより位相が略９０°遅れ不平衡入力信号７４の略１／２のパワーを有する第２の出力信号７６ｂを第２の出力ポート４８ｄから出力する。
【００８３】
遅延線路４６は、入力信号の位相を略９０°遅らせて出力する伝送線路である。したがって、第２の出力信号７６ｂは遅延線路４６により、第１の出力信号７６ｂに対して逆相（位相差１８０°）になるように遅延させられる。
【００８４】
これにより、第１のポートＰ１（すなわち、入力ポート４８ａ）に供給される不平衡入力信号７４は、第３のポートＰ３（第１の出力ポート４８ｃ）と第４のポートＰ４から平衡信号として出力される。
【００８５】
９０°ハイブリッドカプラ４４は、アイソレーションポート４８ｂに不平衡信号が入力されると、入力ポート４８ａに不平衡入力信号が入力される場合と同様、位相が９０°異なり不平衡入力信号の１／２のパワーを有する信号を第１及び第２の出力ポート４８ｃ,４８ｄから出力する。したがって、第２のポートＰ２（アイソレーションポート４８ｂ）に入力される不平衡入力信号も、第３のポートＰ３（第１の出力ポート４８ｃ）と第４のポートＰ４（第２の出力ポート４８ｄ）から平衡信号として出力される。
【００８６】
すなわち９０°ハイブリッドカプラ４４と遅延線路４６により、バラン１０ａが形成される。
【００８７】
図１２は、図１１のバラン１０ａが有する増幅器２ｃの一例である。図１２には、増幅器２ｃの配線層の平面図が示されている。図１２には、増幅器２ｃのデバイス層の素子（差動増幅器１２、ノイズ増幅器２０、抵抗１８）が回路記号で示されている。
【００８８】
図１３は、図１２のXIII-XIII線に沿った断面図である。図１３に示すように、配線層５０はデバイス層５２の上に形成される。
【００８９】
図１３に示すように、配線層５０は、層間絶縁膜５４ａと、層間絶縁膜５４ａに形成された配線５６とを有している。配線５６は、後述するグラウンド面に対向する伝送線路（マイクロストリップライン）である。この配線５６により、９０°ハイブリッドカプラ４４と遅延線路４６（図１２参照）は形成される。また配線層５０は、入力端子６等を形成する電極パッド５８を有している。
【００９０】
デバイス層５２は、基板４と、基板４に形成されたトランジスタ６０とを有している。またデバイス層５２は、層間絶縁膜５４ｂと、層間絶縁膜５４ｂに形成されたグラウンド面６２と、層間絶縁膜５４ｂに形成された抵抗１８（図１２参照）とを有している。さらにデバイス層５２は、トランジスタ６０や抵抗などの素子の間を接続するデバイス間配線（ビアを含む）６４と、トランジスタ６０に接続された電源ライン（図示せず）とを有している。電源ラインは、例えばデバイス層５２の最上層の絶縁膜５４ｃに形成される。
【００９１】
これらのコンポーネントにより、雑音源８と差動増幅器１２が形成される。デバイス層５２の素子と配線層５０の配線５６は、ビア６６により接続される。
【００９２】
図１４は、バラン１０ａの斜視図である。図１４には、バラン１０ａに接続される線路（ビア６６ａを含む）６８やデバイス層の素子も示されている。
【００９３】
上述したようにバラン１０ａは、９０°ハイブリッドカプラ４４と遅延線路４６とを有している。９０°ハイブリッドカプラ４４は、図１４に示すように、第１の１／４波長伝送線路７０ａと、層間絶縁膜（図１３参照）５４ａを挟んで第１の１／４波長伝送線路７０ａに対向する第２の１／４波長伝送線路７０ｂとを有している。
【００９４】
第１の１／４波長伝送線路７０ａは、９０°ハイブリッドカプラ４４の入力ポート４８ａ（図１１参照）を形成（構成）する第１の端部７２ａと、第２の出力ポート４８ｄを形成する第２の端部７２ｂとを有している。
【００９５】
第２の１／４波長伝送線路７０ｂは、層間絶縁膜５４ａ（図１３参照）を挟んで第１の端部７２ａに対向し第１の出力ポート（図１１参照）４８ｃを形成する第３の端部７２ｃと、層間絶縁膜５４ａを挟んで第２の端部７２ｂに対向しアイソレーションポート４８ｂを形成する第４の端部７２ｄとを有している。
【００９６】
図１４の９０°ハイブリッドカプラ４４は、方向性結合器である。この方向性結合器の結合度は、層間絶縁膜５４ａの厚さにより、−３ｄＢに調整されている。
【００９７】
遅延線路４６は、第１の伝送線路７０ａに沿って延在する第３の１／４波長伝送線路７０ｃである。
【００９８】
図１４のバラン１０ａによれば、図１２に示すように、雑音源８と差動増幅器１２と出力端子１４は、バラン１０ａの遅延線４６側に配置される。一方、入力端子６は、バラン１０ａの９０°ハイブリッドカプラ４４側に配置される。したがって、増幅器２ｃのレイアウトは容易である。
【００９９】
上述したように９０°ハイブリッドカプラ４４は、方向性結合器である。しかし９０°ハイブリッドカプラ４４は、方向性結合器には限られない。例えば９０°ハイブリッドカプラ４４は、ブランチラインカプラ（branch-line coupler）であってもよい。
【０１００】
ところでバラン１０ａを、不平衡信号が入力され位相が１８０°異なる平衡信号を出力するラットレイスカプラで形成することも考えられる。
【０１０１】
図１５は、ラットレイスカプラ７８によりバラン１０ａが形成された増幅器２ｄの構成図である。図１５には、増幅器２ｄの配線層の平面図が示されている。図１５には、デバイス層の素子（差動増幅器１２、ノイズ雑音源８）も回路記号で示されている。
【０１０２】
ラットレイスカプラ７８のアイソレーションポート８０は、第１の出力ポート８２ａと第２の出力ポート８２ｂに挟まれている。このため図１５に示すように、ノイズ増幅器２０と第２の電源端子２２を接続する電源ライン８４が、層間絶縁膜５４ａ（図１３参照）を介して、ラットレイスカプラ７８と差動増幅器１２を接続する伝送線路８６に交差する。
【０１０３】
このため伝送線路８６に電源ラインのノイズが流入し、増幅器２ｄの雑音指数が大きくなる。一方、図１２の増幅器２ｃには、このような問題はない。
【０１０４】
（実施の形態３）
実施の形態３の増幅器２ｅは、インピーダンス整合器を有すること以外は、実施の形態２の増幅器２ｃと略同じ構造を有している。したがって、実施の形態２と共通する部分の説明は省略する。
【０１０５】
９０°ハイブリッドカプラ４４は、各ポートの特性インピーダンスとそのポートに接続されるデバイスのインピーダンスが整合した場合に、本来の性能を発揮する。したがって、各ポートとそこに接続されるデバイスのインピーダンスが不整合だと、第１の信号７６ａ（図１１参照）と第２の信号７６ｂの電力比や位相差が本来の値からずれる。
【０１０６】
ところで差動増幅器（図１２参照）１２には、第１のモードおよび第２のモードを通して一定の電源電圧が供給される。このため差動増幅器１２の動作状態は一定であり、その出力インピーダンスも略一定である。
【０１０７】
一方、ノイズ増幅器２０の電源電圧は、第１のモードでは０Ｖと所定の駆動電圧（例えば、１．２Ｖ）の間で変化し、第１のモードでは０Ｖである。この電源電圧の変化によりノイズ増幅器２０はＯＮ／ＯＦＦされ、ノイズ増幅器２０の出力インピーダンスは変化する。
【０１０８】
このためノイズ増幅器２０の出力インピーダンを、９０°ハイブリッドカプラ４４の特性インピーダンスに一致させることができない。その結果、９０°ハイブリッドカプラ４４の特性が本来の特性からずれ、第１のモードにおける雑音指数の測定値や第２のモードにおける増幅器２ｃの利得等に誤差が生じる。
【０１０９】
そこで実施の形態３では、インピーダンス整合器により、雑音源８がＯＮ（すなわちホット）の時およびＯＦＦの時（すなわちコールド）の双方で、ノイズ増幅器２０（すなわち雑音源８）を、アイソレーションポート４８ｂの特性インピーダンスに整合させる。
【０１１０】
図１６は、実施の形態３の増幅器２ｅの回路図の一部である。図１６に示されていな部分の構成は、図１又は１２の構成と同じである。図１６には、雑音源８の電源８８およびインピーダンス整合器９０のバイアス電源９２も示されている。
【０１１１】
図１６に示すようにインピーダンス整合器９０は、雑音源８の出力端とグラウンドＧＮＤ間に接続される。
【０１１２】
雑音源８は、図１６に示すように、例えば段間容量付き増幅器２０と抵抗１８を有している。
【０１１３】
インピーダンス整合器９０は、図１６に示すように、例えば一端がグランドＧＮＤに接続されたバラクタ（可変容量ダイオード）９４と、一端がバラクタ９４に接続され他端が雑音源８の出力端に接続された伝送線路９６とを有している。伝送線路９６は、所定の電気長を有している。
【０１１４】
伝送線路９６により、バラクタ９４の容量はコンダクタ成分とサセプタ成分を有するアドミタンスに変換される。バラクタ９４の容量は、バイアス電源９２の電圧により変化する。したがって、インピーダンス変換器９０のアドミタンスは可変である。
【０１１５】
ここでノイズ増幅器２０は、雑音源８がホットの時、９０°ハイブリッドカプラ４４に略整合するように形成されているとする。
【０１１６】
バイアス電源９２は、雑音源８がホットの時には、大きな逆バイアス電圧をバラクタ９４に印加する。するとバラクタ９４の容量は小さくなり、インピーダンス整合器９０のアドミッタンスも小さくなる。この時、インピーダンス整合器９０のアドミッタンスは、ノイズ増幅器２０の出力アドミッタンスに比べ無視できる程度に小さくなるとする。するとノイズ増幅器２０（すなわち、雑音源８）は、その出力アドミッタンスにより９０°ハイブリッドカプラ４４に整合する。
【０１１７】
一方、第２の電源端子２２を０Ｖにして雑音源８をコールドにすると、ノイズ増幅器２０の出力アドミタンスは小さくなる（すなわち、出力インピーダンスが大きくなる）。このためノイズ増幅器２０と９０°ハイブリッドカプラ４４は、整合しなくなる。この時バイアス電源９２は、小さな逆バイアス電圧または０Ｖをバラクタ９４に印加する。すると、インピーダンス整合器９０のアドミッタンスが増加する。このアドミッタンスにより、ノイズ増幅器２０の出力アドミッタンスの減少が補償されて、ノイズ増幅器２０（すなわち、雑音源８）と９０°ハイブリッドカプラ４４が整合する。
【０１１８】
このように増幅器２ｅは、レベルが異なる雑音信号が生成される複数の期間それぞれにおいて、雑音源８を９０°ハイブリッドカプラ４４（すなわち、バラン１０,１０ａ）に整合させるインピーダンス整合器９０を有している。したがって、雑音指数の測定値や増幅器の利得等に誤差が生じ難くい。
【０１１９】
（実施の形態４）
実施の形態４の増幅器は、雑音源以外は、実施の形態１の増幅器２と略同じ構造を有している。したがって、実施の形態１と共通する部分の説明は省略する。
【０１２０】
図１７は、実施の形態４の増幅器２ｄのブロック図である。
【０１２１】
図１７に示すように、増幅器２ｄの雑音源８ａは、アバランシェ・ダイオード９８と、一端がアバランシェ・ダイオード９８のアノードに接続され他端が接地された第１のチョークインダクタ１００ａとを有している。また雑音源８ａは、一端がアバランシェ・ダイオード９８のカソードに接続され他端が接地されたコンデンサ１０４を有している。さらに雑音源８ａは、一端がアバランシェ・ダイオード９８のカソードに接続され他端がバイアス端子１０２に接続された第２のチョークインダクタ１００ｂを有している。
【０１２２】
第１のチョークインダクタ１００ａは、アバランシェ・ダイオード９８を直流的に接地する。アバランシェ・ダイオード９８は、バイアス端子１０２に大きな逆バイアス電圧が印加されると、アバランシェ・ブレークダウンを起こして、高レベルの雑音信号を発生する。これにより、雑音源８ａはホットになる。
【０１２３】
この時、第２のチョークインダクタ１００ｂは、雑音信号を遮断する。一方、コンデンサ１０４は、雑音信号をグラウンドに流す。
【０１２４】
一方、バイアス端子１０２に小さな逆バイアス電圧（例えば、０Ｖ）が印加されると、アバランシェ・ブレークダウンは停止する。これにより雑音源８ａは、コールドになる。
【０１２５】
このようにアバランシェ・ダイオード９８に印加する電圧を増減することで、実施の形態１と同様の手順により、雑音指数が測定される。
【０１２６】
以上の例では、増幅器２〜２ｄは、アンテナに接続される低雑音増幅器である。しかし増幅器２〜２ｄは、このような増幅器に限られない。例えば、多段増幅システムの２段目以降の増幅器であってもよい。
【０１２７】
以上の実施の形態１〜４に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１２８】
（付記１）
基板と、
前記基板に形成され不平衡入力信号が入力される入力端子と、
前記基板に形成され、レベルが異なる雑音信号を生成する雑音源と、
前記基板に形成され、前記不平衡入力信号が供給される第１のポートと、前記雑音信号が供給される第２のポートと、前記不平衡入力信号および前記雑音信号が平衡信号として出力される第３及び第４のポートとを有するバランと、
前記基板に形成され、前記第３及び第４のポートに出力される平衡信号を増幅して、不平衡出力信号を生成する差動増幅器と、
前記基板に形成され、前記不平衡出力信号を出力する出力端子とを有する
増幅器。        
【０１２９】
（付記２）
付記１に記載の増幅器において、
前記雑音源がレベルの異なる前記雑音信号を別々に生成し、前記差動増幅器が前記バランを介して供給される前記雑音信号を増幅する第１のモードと、
前記差動増幅器が、前記入力端子に入力され前記バランを介して供給される前記不平衡入力信号を増幅する第２のモードとで動作することを
特徴とする増幅器。        
【０１３０】
（付記３）
付記１又は２に記載の増幅器において、
前記バランは、
前記第１のポートを形成する入力ポートと、前記第２のポートを形成するアイソレーションポートと、前記第３のポートを形成し前記入力ポートに入力される前記不平衡入力信号に応答して第１の出力信号を出力する第１の出力ポートと、前記不平衡入力信号に応答して前記第１の出力信号より位相が遅れた第２の出力信号を出力する第２の出力ポートとを有する９０°ハイブリッドカプラと、
前記第２の出力ポートに接続された一端と、前記第４のポートを形成する他端とを有し、前記９０°ハイブリッドカプラの前記第１の出力信号と前記第２の出力信号が逆相になるように、前記第２の出力信号を遅延させる遅延線路とを有することを
特徴とする増幅器。        
【０１３１】
（付記４）
付記３に記載の増幅器において、
前記９０°ハイブリッドカプラは、前記入力ポートを形成する第１の端部と前記第２の出力ポートを形成する第２の端部とを有する第１の１／４波長伝送線路と、絶縁膜を挟んで前記第１の端部に対向し前記第１の出力ポートを形成する第３の端部と前記絶縁膜を挟んで前記第２の端部に対向し前記アイソレーションポートを形成する第４の端部とを有する第２の１／４波長伝送線路とを有し、
前記遅延線路は、前記第１の１／４波長伝送線路に沿って延在する第３の１／４波長伝送線路であり、
前記雑音源と前記差動増幅器は、前記バランの前記遅延線側に配置され、
前記入力端子は、前記バランの前記９０°ハイブリッドカプラ側に配置されることを
特徴とする増幅器。        
【０１３２】
（付記５）
付記３に記載の増幅器において、
前記９０°ハイブリッドカプラは、ブランチラインカプラであることを
特徴とする増幅器。
【０１３３】
（付記６）
付記１乃至５のいずれか１項に記載の増幅器において、
さらに、レベルが異なる前記雑音信号が生成される複数の期間それぞれにおいて、前記雑音源を前記バランに整合させるインピーダンス整合器を有することを、
特徴とする増幅器。        
【０１３４】
（付記７）
付記１乃至６のいずれか１項に記載の増幅器において、
前記雑音源は、抵抗の熱雑音を増幅して前記雑音信号を生成する増幅器またはアバランシェ・ブレークダウンにより雑音を生成するアバランシェ・ダイオードを有することを
特徴とする増幅器。
【０１３５】
（付記８）
基板に形成された雑音源により第１の雑音信号を生成し、前記基板に形成されたバランの第２のポートに入力する工程と、
前記バランの第３及び第４のポートから平衡信号として出力される前記第１の雑音信号を、前記基板に形成された差動増幅器により増幅する工程と、
前記差動増幅器により増幅された前記第１の雑音信号の第１の雑音レベルを測定する工程と、
前記第１の雑音信号とは異なるレベルの第２の雑音信号を前記雑音源により生成し、前記バランの第２のポートに入力する工程と、
前記バランの第３及び第４のポートから平衡信号として出力される前記第２の雑音信号を、前記差動増幅器により増幅する工程と、
前記差動増幅器により増幅された前記第２の雑音信号の第２の雑音レベルを測定する工程と、
前記１の雑音レベルの測定値と前記第２の雑音レベルの測定値に基づいて、前記差動増幅器の雑音指数を算出する工程とを有する
雑音指数の測定方法。        
【符号の説明】
【０１３６】
２・・・増幅器
４・・・基板  
６・・・入力端子
８・・・雑音源
１０・・・バラン
１２・・・差動増幅器
１４・・・出力端子
１８・・・抵抗
２０・・・増幅器
４４・・・９０°ハイブリッドカプラ
４６・・・遅延線路
４８ａ・・・入力ポート
４８ｂ・・・アイソレーションポート
４８ｃ・・・第１の出力ポート
４８ｄ・・・第２の出力ポート
７０ａ・・・第１の１／４波長伝送線路
７０ｂ・・・第２の１／４波長伝送線路
７２ａ・・・第１の端部
７２ｂ・・・第２の端部
７２ｃ・・・第３の端部
７２ｄ・・・第４の端部
９０・・・インピーダンス整合器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【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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