(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に隣り合う第１の領域および第２の領域を有し、前記第１の領域に第１のバイポーラトランジスタを有し、前記第２の領域に第２のバイポーラトランジスタを有し、前記第１のバイポーラトランジスタは、前記第１の領域に形成されたベース電極端子、エミッタ電極端子、コレクタ電極端子にそれぞれ接続され、前記第２のバイポーラトランジスタは、前記第２の領域に形成されたベース電極端子、エミッタ電極端子、コレクタ電極端子にそれぞれ接続され、前記第１のバイポーラトランジスタおよび前記第２のバイポーラトランジスタは、前記第１のバイポーラトランジスタに接続されたエミッタ電極端子および前記第２のバイポーラトランジスタに接続されたエミッタ電極端子との間に挟まれ、前記第１のバイポーラトランジスタのベース電極、エミッタ電極、コレクタ電極の長手方向および前記第２のバイポーラトランジスタのベース電極、エミッタ電極、コレクタ電極の長手方向が前記第１の領域と前記第２の領域との境界線に対して垂直であることを特徴とする差動増幅装置。
【請求項２】
前記第１のバイポーラトランジスタのベース電極と、前記第１のバイポーラトランジスタに接続されたベース電極端子とは、前記境界線に平行な配線によって接続されていることを特徴とする請求項１記載の差動増幅装置。
【請求項３】
前記第１のバイポーラトランジスタのコレクタ電極と、前記第１のバイポーラトランジスタに接続されたコレクタ電極端子とは、前記境界線に平行な配線によって接続されていることを特徴とする請求項１記載の差動増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路、特に、ギルバートセル型ダブルバランスミキサ、差動増幅回路装置、エミッタフォロワ回路装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高性能高周波回路としてギルバートセル型ダブルバランスミキサ回路が使用されている。このダブルバランスミキサの回路図は、図２に示されるように局部発信信号（以下LO信号と呼ぶ）を入力する４個のトランジスタ45〜48とミキシングする信号（一般にダウンミキサの場合RF信号：以下RF信号と呼ぶ）を入力する２個のトランジスタ41,42とが縦型に接続されることによって形成されている。トランジスタ41,42はエミッタ端子E1,E2を直接接続するか、抵抗49b,49cを介して接続し、さらに定電流源49aに接続される。トランジスタ41と42はギルバートセル型ダブルバランスミキサの構成要素であるが基本はエミッタに所定の素子を介して接続する形式の差動アンプと同じである。
【０００３】
図３には、図２のダブルバランスミキサのトランジスタ41,42の半導体基板上に形成された電極配線の平面配置の一例が示されている。この例によると、トランジスタ41,42はそれぞれのエミッタ電極41e,42e、ベース電極41b,42b、コレクタ電極41c,42cが平行になるように形成され、コレクタ電極からは配線43a,44aを介してC1,C2端子とされ、ベース電極からは配線43c,44cを介してB1端子とされ、エミッタ電極からは配線43d,44dを介してE1,E2端子とされ、他のブロック配線と接続されている。
【０００４】
次に従来の差動アンプとエミッタフォロワ回路が接続された回路について図４と図６を使用して説明する。図４は、一般的なエミッタフォロワ回路に接続された差動アンプの回路図を示したものである。トランジスタ61,62が差動アンプであり、それぞれトランジスタ63,64に接続されている。トランジスタ65が差動アンプの定電流源、トランジスタ66,67がエミッタフォロワ回路の定電流源である。それぞれの回路の動作電流は抵抗69c,69d,69eの値とバイアス1の電位によって決定される。図６には、図４の回路の半導体基板上に形成された電極配線の平面配置の一例が示されている。この例によるとVccラインとGNDラインの間に立て積みされたトランジスタがそれぞれ配線されており、IN1,2から入力された信号はトランジスタ61のベース61b、トランジスタ62のベース62ｂに入力されそれぞれのコレクタ端子61c,62cより配線68b,68cを介してトランジスタ63のベース63b、トランジスタ64のベース64bに入力される。そしてエミッタ63e,64eより配線68e,68fを介して出力される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
差動増幅回路装置、エミッタフォロワ回路装置、ダブルバランスミキサを高周波で動作させる場合にはトランジスタのレイアウトを考慮しなければそれぞれのトランジスタ間での対称性、寄生容量の増加、アンバランス差が生じ、特性の劣化が起こる。
【０００６】
図３の差動増幅回路装置で一般に用いられているトランジスタのレイアウトを例にして説明する。まず１点目の問題点はトランジスタサイズを大きくする場合に現れる。一般にサイズを大きくする場合は電極の長辺方向を長くする方法とフィンガー数を増やす方法があるが、図７に示したように電極の長辺方向を長くするとトランジスタの高周波性能が劣化するためにある程度の長さ以上は長くできない（一例では30μ程度）。そこで、フィンガー数を増やす必要になるが図３のレイアウトの場合、２つのトランジスタの間（中心）から離れる方向になり、左右の各トランジスタにおける対称性が変わってきてしまう。また半導体基板上でトランジスタを形成する場合に発生するトランジスタの特性ばらつきはトランジスタ間の距離が離れるほど大きくなることから、トランジスタを増やすほどバランスが崩れることになる。
【０００７】
差動アンプでは左右のトランジスタのエミッタに抵抗などの利得を調整する素子を介して接続している。図２の抵抗49b,49cが利得を調整し入力ダイナミックレンジを上げるために使われる。しかしながら実際にはトランジスタのエミッタ間には寄生の容量がついている。図２におけるコンデンサ49dがこの寄生容量の等価回路である。そして前記図３の従来のレイアウトにおいてはエミッタ間の寄生容量49dが高周波になると無視できなくなり、所定の抵抗よりも仮想の寄生コンデンサ値49dが支配的になってしまいゲインの調整ができなくなる。これが２点目の問題点である。
【０００８】
次に、一般的なエミッタフォロワ−レイアウトと差動増幅回路装置のレイアウトの問題点について図６を使って説明する。
【０００９】
図６において第１の問題点は入出力線路が色々な場所でクロスしてしまうことである。図６においては71a,71b,71c,71d,71eにおいて配線が交差しバランス回路においてアンバランス、ゲイン劣化を発生する。また図３で説明した様にレイアウトの対称性がほとんどない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の差動増幅装置は、基板上に隣り合う第１の領域および第２の領域を有し、前記第１の領域に第１のバイポーラトランジスタを有し、前記第２の領域に第２のバイポーラトランジスタを有し、前記第１のバイポーラトランジスタは、前記第１の領域に形成されたベース電極端子、エミッタ電極端子、コレクタ電極端子にそれぞれ接続され、前記第２のバイポーラトランジスタは、前記第２の領域に形成されたベース電極端子、エミッタ電極端子、コレクタ電極端子にそれぞれ接続され、前記第１のバイポーラトランジスタおよび前記第２のバイポーラトランジスタは、前記第１のバイポーラトランジスタに接続されたエミッタ電極端子および前記第２のバイポーラトランジスタに接続されたエミッタ電極端子との間に挟まれているものである。
【００１１】
本発明により、第１のエミッタ電極端子と第２のエミッタ電極端子との間の寄生容量が低減される。
【００１２】
本発明のギルバートセル型ダブルバランスミキサは、請求項１記載の差動増幅装置を有するものである。
【００１３】
本発明のエミッタフォロワ回路装置は、基板上に形成され、定電位電源配線と、前記基板上に形成され、前記電源配線を挟むように形成された第１のバイポーラトランジスタおよび第２のバイポーラトランジスタとを有し、前記第１のバイポーラトランジスタのエミッタ電極に第３のバイポーラトランジスタのコレクタ電極が接続され、前記第２のバイポーラトランジスタのエミッタ電極に第４のバイポーラトランジスタのコレクタ電極が接続されているものである。
【００１４】
本発明により、各バイポーラトランジスタ間の配線を交差させずに済むので、配線同士が電磁的に干渉し合うことがない。したがって、ゲイン劣化等の問題が少なくなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１から８にかかる発明は、実施の形態１において説明し、本発明の請求項９から１２にかかる発明は、実施の形態２において説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
以下本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態１における差動増幅装置の回路レイアウトを示すものである。図１に示すように、基板上の仮想の境界線５ａに対して図面左側の第１の領域５ｂおよび右側の第２の領域５ｃが存在し、第１の領域５ｂに第１のバイポーラトランジスタ１が形成され、第１の領域５ｃに第２のバイポーラトランジスタ２が形成され、第１のバイポーラトランジスタは、第１の領域５ｂに形成されたベース電極端子Ｂ１、エミッタ電極端子Ｅ１、コレクタ電極端子Ｃ１にそれぞれ接続され、第２のバイポーラトランジスタ２は、第２の領域５ｃに形成されたベース電極端子Ｂ２、エミッタ電極端子Ｅ２、コレクタ電極端子Ｃ２にそれぞれ接続され、第１のバイポーラトランジスタ１および第２のバイポーラトランジスタ２は、エミッタ電極端子Ｅ１とエミッタ電極端子Ｅ２との間に挟まれている。また、境界線５ａに対して垂直方向に第１のバイポーラトランジスタ１と第２のバイポーラトランジスタ２のベース電極、コレクタ電極、エミッタ電極の各電極の長辺方向を配置している。
【００１８】
このように配置することによって全てのトランジスタの電極が左右対称になる。またトランジスタのフィンガーを増やすことによってトランジスタサイズを大きくする場合においても境界線５ａと平行に並べていくことが可能であり、またその場合においても左右のトランジスタの対称性が失われることはない。さらに、第１のバイポーラトランジスタ１および第２のバイポーラトランジスタ２は、エミッタ電極端子Ｅ１とエミッタ電極端子Ｅ２との間に挟まれているため、エミッタ電極端子Ｅ１とエミッタ電極端子Ｅ２とは互いに離れて形成されていることになり、エミッタ電極端子間の容量結合を小さくできる。
【００１９】
図２は、本発明のダブルバランスミキサの回路図を示すものである。図２に示すように、基板上に、第３のバイポーラトランジスタ45、第４のバイポーラトランジスタ46、第５のバイポーラトランジスタ47、第６のバイポーラトランジスタ48とを有し、第３のバイポーラトランジスタ45、第４のバイポーラトランジスタ46のコレクタ側に第１のバイポーラトランジスタ41が接続され、第５のバイポーラトランジスタ47、第６のバイポーラトランジスタ48のコレクタ側に第２のバイポーラトランジスタ42が接続されている。
【００２０】
第１のバイポーラトランジスタ41、第２のバイポーラトランジスタ42は、それぞれ、図１に示した第１のバイポーラトランジスタ1、第２のバイポーラトランジスタ2にそれぞれ相当する。
【００２１】
つまり、図２に示したダブルバランスミキサ回路において第１のバイポーラトランジスタ1と第２のバイポーラトランジスタ2を図２のC1を図１のC1、図２のC2を図１のC2と接続するように構成することによって前記記述の特徴を持ったギルバートセル型ダブルバランスミキサを形成することが可能である。
【００２２】
ここで、本実施の形態における回路のレイアウトに似たレイアウトを有する回路装置（公開特許公報:平4-125941号）との違いについて図８を参照して説明する。
【００２３】
図８は高周波特性を考慮した従来の単体トランジスタのレイアウトを示したものであり、図８中の13aのソースを本発明の図１中のエミッタ端子であるE1ならびにE2、図８中の11aのゲートを本発明の図１中のベース端子であるB1ならびにB2、図８中の12aのドレインを本発明の図１中のコレクタ端子であるC1ならびにC2に対応させ、さらに図８のコレクタ端子およびコレクタ配線を中央で分割することによって本発明と同じレイアウトになる。しかしながら参考文献の目的であるトランジスタの高性能化と本発明の目的である差動アンプの高性能化とは大きく異なる。従来の単体トランジスタの場合、ドレイン（コレクタ）−ゲート（ベース）間の寄生容量が最小になるように設計する必要があるが、一方、本発明の差動アンプにおける目的は単体トランジスタの高周波特性の改善と同時に２対のトランジスタの対称性、トランジスタ間の寄生容量の問題などが存在していることから目的と手段が異なっている。
【００２４】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について図面を参照しながら説明する。図５は本発明における実施の形態２におけるエミッタフォロワ回路を示すものであり、図４は、先に述べたとおり、一般的なエミッタフォロワ回路装置の平面図であり、図５の回路に対応する等価回路図になる。図４、図５の図面上の記号は一対一に対応している。例えば、図５においてトランジスタ63およびトランジスタ64が本発明のエミッタフォロワ回路であり、図４におけるトランジスタ63、とトランジスタ64に相当する。なお、請求項９〜１２における第１〜第７のバイポーラトランジスタは、それぞれ順に、図５におけるバイポーラトランジスタ63,64,66,67,61,62,65によってそれぞれ説明される。
【００２５】
すなわち、このエミッタフォロワ回路は、基板（図示せず）上に形成され、定電位電源配線である電源電極端子Ｖｃｃと、基板上に形成され、電源電極端子Ｖｃｃを挟むように形成されたバイポーラトランジスタ63,64を有し、バイポーラトランジスタ63のエミッタ電極にバイポーラトランジスタ66のコレクタ電極が接続され、バイポーラトランジスタ64のエミッタ電極にバイポーラトランジスタ67のコレクタ電極が接続されている。
【００２６】
また、バイポーラトランジスタ63のベース電極がバイポーラトランジスタ61のコレクタ電極に接続され、バイポーラトランジスタ64のベース電極がバイポーラトランジスタ62のコレクタ電極に接続され、バイポーラトランジスタ61のコレクタ電極とバイポーラトランジスタ62のコレクタ電極とは、電源電極端子Ｖｃｃに接続され、バイポーラトランジスタ61のエミッタ電極とバイポーラトランジスタ62のエミッタ電極とは、バイポーラトランジスタ65のコレクタ電極に接続されている。
【００２７】
本実施の形態における回路の特徴は電源電極端子Ｖｃｃを中心として左右対称にエミッタフォロワ用のバイポーラトラトランジスタ63,64を配置していることであり、さらにバイポーラトラトランジスタ63,64のコレクタ電極の長手方向を定電位電源配線と平行に配置している。本発明の配置にすることによりエミッタフォロワ回路装置の入力端子であるバイポーラトラトランジスタ63,64のベース電極と出力端子になるバイポーラトラトランジスタ63,64のエミッタ電極が交差することなく前段および後段に接続することが可能となっている。
【００２８】
さらに、エミッタフォロワ回路装置の前段側に組み合わせて差動増幅器を配置した場合の本発明のレイアウトについて説明する。図４において差動増幅回路装置を形成するトランジスタ61とトランジスタ62を図５に示したトランジスタ61、トランジスタ62のように配置する。すなわちバイポーラトランジスタ61,62を電源電極端子Ｖｃｃを中心とした左右対称に配置し、さらにバイポーラトランジスタ61,62のコレクタ電極の長辺方向をVcc配線と平行にして配置している。またバイポーラトランジスタ61,62のコレクタ電極とバイポーラトランジスタ63,64のベース電極とを中心とした場合の同じ距離に配置すればバイポーラトランジスタ61のコレクタとトランジスタ63のベース電極を同一ラインにすることができ、バイポーラトランジスタ61の出力端子からバイポーラトランジスタ63の入力端子までの距離を最短距離にすることができる。その結果、従来のレイアウトに比べて大幅に接続配線距離が短いレイアウトが可能となり、回路の性能向上が可能となる。
【００２９】
なお、実施の形態１および２においては、使用するトランジスタを全てバイポーラトランジスタとして説明したが、これらのバイポーラトランジスタの一部または全てを電界効果トランジスタによって構成しても、本発明の効果が得られる。なお、この場合において、実施の形態における「バイポーラトランジスタ」は、「電界効果トランジスタ」と、「エミッタ」は、「ソース」と、「コレクタ」は、「ドレイン」とそれぞれ読み替えて説明されるものとする。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は上記した方法によって、レイアウトを高周波回路に適したように配置することにより、高周波においても特性劣化が小さい差動アンプ、ダブルバランスミキサ、エミッタフォロワ−半導体集積回路が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるギルバートセル型ダブルバランスミキサの差動増幅回路部分の平面図
【図２】従来または本発明の実施の形態１におけるギルバートセル型ダブルバランスミキサの等価回路図
【図３】従来のギルバートセル型ダブルバランスミキサの差動増幅回路部分の平面図
【図４】従来または本発明の実施の形態２における差動増幅回路とギルバートセル型エミッタフォロワ回路とを示す等価回路図
【図５】本発明の実施の形態２における差動増幅回路とギルバートセル型エミッタフォロワ回路の平面図
【図６】従来の差動増幅回路とギルバートセル型エミッタフォロワ回路の平面図
【図７】バイポーラトランジスタのエミッタ電極幅に対するFtmax（トランジスタの遮断周波数の最大値）の関係を示すグラフ
【図８】従来の単体トランジスタのレイアウトを示す図
【符号の説明】
1,2,41,42,45,46,47,48  バイポーラトランジスタ
1a,1g,2a,2g,41c,42c  コレクタ電極
1b,1d,1f,2b,2d,2f,41b,42b  ベース電極
1c,1e,2c,2e,41e,42e  エミッタ電極
3a,3d,4a,4d,43a,43d,44a,44d  第１層接続配線
3c,4c,43c,44c  第２層接続配線
E1,E2 エミッタ電極端子
B1,B2  ベース電極端子
C1,C2  コレクタ電極端子
71a,71b,71c,71d,71e  配線クロス部分
【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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