(57)【要約】【課題】レイアウト面積が小さな分布型増幅器を提供する。【解決手段】この分布型増幅器は、互いに平行に配置され、各々がスラブ型トランスの１次側を構成する複数の第１の線路１と、複数の第１の線路１と平行に交互に配置され、各々がスラブ型トランスの２次側を構成する複数の第２の線路２と、出力端子６に対して複数の第２の線路２を直列接続する接続配線５と、各第１の線路１に対応して設けられ、差動入力信号＋Ｖｉｎ，−Ｖｉｎを増幅して対応の第１の線路１に与えるＮ型トランジスタ３，４とを備える。したがって、複数のスラブ型トランスを平行に配置したので、レイアウト面積が小さくて済む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を増幅して出力端子に出力する分布型増幅器であって、
互いに平行に配置され、各々がスラブ型トランスの１次側を構成する複数の第１の線路と、
前記複数の第１の線路と平行に交互に配置され、各々がスラブ型トランスの２次側を構成する複数の第２の線路と、
前記出力端子に対して前記複数の第２の線路を直列接続する接続配線と、
各第１の線路に対応して設けられ、前記入力信号を増幅して対応の第１の線路に与える増幅回路とを備える、分布型増幅器。
【請求項２】
前記分布型増幅器は基板上に形成され、
前記基板の表面には複数の導電層が積層され、
前記第１および第２の線路は前記複数の導電層のうちの第１の導電層で形成され、
前記接続配線は、前記複数の導電層のうちの前記第１の導電層と異なる第２の導電層で形成されている、請求項１に記載の分布型増幅器。
【請求項３】
前記接続配線のうちの少なくとも一部は前記第１および第２の線路に対して斜めに配置されている、請求項２に記載の分布型増幅器。
【請求項４】
前記接続配線のうちの少なくとも一部は前記第１および第２の線路に対して直角に配置されている、請求項２または請求項３に記載の分布型増幅器。
【請求項５】
さらに、前記第１および第２の線路と前記接続配線との間に設けられたシールド層を備え、
前記シールド層は、前記複数の導電層のうちの前記第１および第２の導電層の間の第３の導電層で形成されている、請求項２から請求項４までのいずれかに記載の分布型増幅器。
【請求項６】
前記増幅回路は、
対応の第１の線路の一方端と基準電圧のラインとの間に接続され、そのゲートが前記入力信号を受ける第１のトランジスタと、
対応の第１の線路の他方端と前記基準電圧のラインとの間に接続され、そのゲートが前記入力信号と逆位相の信号を受ける第２のトランジスタとを含む、請求項１から請求項５までのいずれかに記載の分布型増幅器。
【請求項７】
前記増幅回路の電源電圧は各第１の線路の中央部に印加される、請求項６に記載の分布型増幅器。
【請求項８】
さらに、前記増幅回路の電源電圧を前記第１のトランジスタのドレインに印加する第１のチョークインダクタと、
前記増幅回路の電源電圧を前記第２のトランジスタのドレインに印加する第２のチョークインダクタとを備える、請求項６に記載の分布型増幅器。
【請求項９】
入力信号を増幅して出力端子に出力する分布型増幅器であって、
互いに平行に配置され、各々がスラブ型トランスの１次側を構成する複数の第１の線路を備え、
前記複数の第１の線路は、予め２本ずつグループ化されて複数の第１の線路グループを構成し、各第１の線路グループに属する２本の第１の線路の一方端は互いに接続され、
さらに、前記複数の第１の線路グループと平行に交互に配置され、各々がスラブ型トランスの２次側を構成する複数の第２の線路と、
前記出力端子に対して前記複数の第２の線路を直列接続する接続配線と、
各第１の線路グループに対応して設けられ、前記入力信号を増幅して対応の２本の第１の線路の他方端間に与える増幅回路とを備える、分布型増幅器。
【請求項１０】
さらに、各第１の線路グループに対応して設けられ、対応の２本の第１の線路の間に配置されたシールド層を備える、請求項９に記載の分布型増幅器。
【請求項１１】
前記増幅回路は、
対応の２本の第１の線路のうちの一方の第１の線路に対応して設けられ、対応の第１の線路の他方端と基準電圧のラインとの間に接続され、そのゲートが前記入力信号を受ける第１のトランジスタと、
対応の２本の第１の線路のうちの他方の第１の線路に対応して設けられ、対応第１の線路の他方端と前記基準電圧のラインとの間に接続され、そのゲートが前記入力信号と逆位相の信号を受ける第２のトランジスタとを含み、
前記増幅回路の電源電圧は、対応の２本の第１の線路の他方端に印加される、請求項９または請求項１０に記載の分布型増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は分布型増幅器に関し、特に、複数のスラブ型トランスを直列に接続して電力合成を行なう分布型増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ドレイン耐圧の低いＣＭＯＳトランジスタを用いた高出力増幅器として分布型増幅器が注目されている。たとえば特許文献１には、４段の差動増幅器の出力を環状に配置された４つのスラブ型トランスを用いて電力合成する分布型増幅器が開示されている。
【０００３】
このような分布型増幅器の高出力化を図る方法としては、各段の差動増幅器の出力を大きくする第１の方法と、差動増幅器の段数を増やす第２の方法がある。第１の方法は、差動増幅器に含まれるＣＭＯＳトランジスタの耐圧によって律速され、上限がある。差動増幅器にカスコード接続を適用してＣＭＯＳトランジスタへの印加電圧を低減させた例もあるが、ＩＣでは電源電圧に制限があるため高出力化には限りがある。したがって、分布型増幅器の高出力化には、差動増幅器の段数を増やす第２の方法が最も有効である。
【特許文献１】特表２００５−５０３６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の分布型増幅器では、複数のスラブ型トランスを環状に配置するので、差動増幅器の段数を増やすと、レイアウト面積が増大するという問題があった。レイアウト面積の増大を抑制する方法として、スラブ型トランスの寸法を小さくすることも考えられるが、スラブ型トランスの長さは１次側から２次側への電力伝送効率に関係するため、一定以上の長さが必要である。
【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、レイアウト面積が小さな分布型増幅器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る分布型増幅器は、入力信号を増幅して出力端子に出力する分布型増幅器であって、複数の第１の線路と、複数の第２の線路と、接続配線と、増幅回路とを備える。複数の第１の線路は、互いに平行に配置され、各々がスラブ型トランスの１次側を構成する。複数の第２の線路は、複数の第１の線路と平行に交互に配置され、各々がスラブ型トランスの２次側を構成する。接続配線は、出力端子に対して複数の第２の線路を直列接続する。増幅回路は、各第１の線路に対応して設けられ、入力信号を増幅して対応の第１の線路に与える。
【０００７】
また、この発明に係る他の分布型増幅器は、入力信号を増幅して出力端子に出力する分布型増幅器であって、複数の第１の線路と、複数の第２の線路と、接続配線と、増幅回路とを備える。複数の第１の線路は、互いに平行に配置され、各々がスラブ型トランスの１次側を構成する。複数の第１の線路は、予め２本ずつグループ化されて複数の第１の線路グループを構成し、各第１の線路グループに属する２本の第１の線路の一方端は互いに接続されている。複数の第２の線路は、複数の第１の線路グループと平行に交互に配置され、各々がスラブ型トランスの２次側を構成する。接続配線は、出力端子に対して複数の第２の線路を直列接続する。増幅回路は、各第１の線路グループに対応して設けられ、入力信号を増幅して対応の２本の第１の線路の他方端間に与える。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る分布型増幅器では、複数のスラブ型トランスの第１および第２の線路の全てが平行に配置されているので、複数のスラブ型トランスが環状に配置されていた従来に比べ、レイアウト面積の低減化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
[実施の形態１]
図１は、この発明の実施の形態１による分布型増幅器のレイアウトを示す上面図である。図１において、この分布型増幅器は、基板（図示せず）上に形成された複数（図では４本）の第１の線路１と複数（図では５本）の第２の線路２とを備える。基板の表面には、複数の導電層が互い絶縁されて積層されている。複数の第１の線路１と複数の第２の線路２は、複数の導電層のうちの第１の導電層で形成され、互いに平行に配置され、かつ交互に配置されている。第１および第２の線路１，２の各々は、分布定数型線路である。第１の線路１はスラブ型トランスの１次側を構成し、第２の線路２はスラブ型トランスの２次側を構成する。したがって、１本の第１の線路１と、それに隣接する２本の第２の線路２とは、１つのスラブ型トランスを構成する。このように２本の第２の線路２で１本の第１の線路１を挟み込むことにより、第１の線路１から第２の線路２へ電力が効率的に伝達される。
【００１０】
各第１の線路１には、増幅回路となるＮ型ＭＯＳトランジスタ３，４が設けられている。Ｎ型ＭＯＳトランジスタ３は、第１の線路１の一方端と接地電圧ＧＮＤのラインとの間に接続され、そのゲートは入力信号＋Ｖｉｎを受ける。Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４は、第１の線路１の他方端と接地電圧ＧＮＤのラインとの間に接続され、そのゲートは入力信号＋Ｖｉｎと逆位相の信号−Ｖｉｎを受ける。つまり、スラブ型トランスの両端には差動信号が入力される。なお、この増幅回路は、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ３，４に限定されるものではない。信号＋Ｖｉｎは、たとえば、周波数が９００Ｍ〜５ＧＨｚ程度の正弦波信号が規格に従って変調されたものである。
【００１１】
各第１の線路１の中央部には、電源電圧Ｖｄが印加されている。第１の線路１の中央部にボンディングワイヤの一方端を接続し、ボンディングワイヤの他方端から電源電圧Ｖｄを印加するとよい。あるいは、第１の線路１を構成する第１の導電層と異なる導電層で電源配線を形成し、電源配線と第１の線路１の中央部との間をスルーホールで接続し、電源配線から電源電圧Ｖｄを印加してもよい。
【００１２】
複数の第２の線路２は、出力端子６と接地電圧ＧＮＤのラインとの間に接続配線５によって直列接続されている。具体的には、図１中の左端の第２の線路２の下端が接地電圧ＧＮＤのラインに接続され、各第２の線路２の上端が図１中の右側の第２の線路２の下端に接続され、図１中の右端の第２の線路２の上端が出力端子６に接続される。接続配線５は、複数の導電層のうちの第１の導電層と異なる第２の導電層で形成される。
【００１３】
このように第１および第２の線路１，２と接続配線５とを別の導電層で形成するのは、互いに異なる方向の成分を持つ電流が流れる第２の線路２と接続配線５を同じ導電層で形成すると、第１の線路１から第２の線路２に伝達された信号が減衰し、増幅率が低下してしまうからである。したがって、第２の線路２と接続配線５が直角になる領域では、必ずしも第２の線路２と接続配線５を別の導電層で形成する必要は無い。また、接続配線５が形成されている第２の導電層が第２の線路２が形成されている第１の導電層から離れている方が、第２の線路２における信号の減衰は生じにくい。
【００１４】
この分布型増幅器では、接続配線５の第２の線路２に対する影響をさらに低減させるために、接続配線５と第１および第２の線路１，２の間にシールド層７を配置している。シールド層７は、一定の電位に固定される。これにより、シールド層７の遮蔽効果が向上する。このシールド層７は、基板上の複数の導電層のうちの第１および第２の導電層の間の第３の導電層で形成される。第１および第２の線路１，２と接続配線５との相互干渉を十分に防止するためには、シールド層７の大きさを、第１および第２の線路１，２が配置されている領域および接続配線５が配置されている領域のいずれの領域よりも大きくすることが必要である。なお、シールド層７をメッシュ状に形成してもよいし、シールド層７に複数のスリットを形成してもよい。
【００１５】
次に、この分布型増幅器の動作について説明する。信号＋Ｖｉｎを各Ｎ型ＭＯＳトランジスタ３のゲートに入力するとともに、信号＋Ｖｉｎと逆相の信号−Ｖｉｎを各Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４のゲートに入力すると、各第１の線路１はスラブ型トランスの１次側として機能し、各第１の線路１の両端間には差動信号２Ｖｉｎを増幅した信号が発生する。第１の線路１の信号は、スラブ型トランスの２次側として機能する第２の線路２に伝達される。複数の第２の線路２は、接続配線５によって出力端子６と接地電圧ＧＮＤのラインとの間に直列接続されているので、出力端子６には、複数の第２の線路２に発生した信号を合成した信号Ｖｏｕｔが出力される。
【００１６】
この実施の形態１では、複数のスラブ型トランスの第１および第２の線路１，２の全てが平行に配置されているので、複数のスラブ型トランスが環状に配置されていた従来に比べ、レイアウト面積の低減化を図ることができる。
【００１７】
なお、段間にキャパシタを接続する場合は、２つの導電層を用いてＭＩＭ構造のキャパシタを形成するか、あるいは基板内の接合容量を用いてキャパシタを形成すればよい。また、キャパシタは、図１の分布型増幅器で使用した導電層とは異なる導電層を使用して段間に容易に接続することができる。
【００１８】
また、この実施の形態１では、４段構成の分布型増幅器について説明したが、第１および第２の線路１，２とＮ型ＭＯＳトランジスタ３，４からなる基本ユニットの数を増やすことにより、５段構成以上の分布型増幅器を容易に構成できる。以下、実施の形態１の種々の変更例について説明する。
【００１９】
図２の変更例１では、各Ｎ型ＭＯＳトランジスタ３に対応してチョークインダクタ８が設けられ、各Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４に対応してチョークインダクタ９が設けられる。各チョークインダクタ８の一方端子は電源電圧Ｖｄを受け、その他方端子は対応のＮ型ＭＯＳトランジスタ３のドレインに接続される。各チョークインダクタ９の一方端子は電源電圧Ｖｄを受け、その他方端子は対応のＮ型ＭＯＳトランジスタ４のドレインに接続される。
【００２０】
すなわち、実施の形態１では、ボンディングワイヤなどを介して電源電圧Ｖｄを第１の線路１の中央部に供給したのに対し、この変更例では、チョークインダクタ８，９を介して電源電圧ＶｄをＮ型ＭＯＳトランジスタ３，４のドレインに供給する。したがって、この変更例では、ボンディングワイヤを接続するためのパッドを第１の線路１上に形成する必要がないので、第１の線路１の線幅を狭くすることができ、レイアウト面積をさらに低減化することができる。
【００２１】
また、図３の変更例では、全Ｎ型ＭＯＳトランジスタ３のドレインが共通接続され、１つのチョークインダクタ８が全Ｎ型ＭＯＳトランジスタ３に共通に設けられる。チョークインダクタ８の一方端子に電源電圧Ｖｄが印加され、その他方端子８が全Ｎ型ＭＯＳトランジスタ３のドレインに接続される。また、全Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４のドレインが共通接続され、１つのチョークインダクタ９が全Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４に共通に設けられる。チョークインダクタ９の一方端子に電源電圧Ｖｄが印加され、その他方端子９が全Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４のドレインに接続される。この変更例では、図２の変更例に比べて、チョークインダクタ８，９の数が少なくて済む。したがって、チョークインダクタ８，９をオンチップで形成する場合には、チップ面積の削減が可能となる。また、チョークインダクタ８，９を外付け部品にする場合は、部品点数の削減が可能となる。
【００２２】
また、図４の変更例では、接続配線５のうちの、各第２の線路２の図中の上端と、その右側の第２の線路２の下端とを接続する部分が、第１および第２の線路１，２に対して斜めに配置される。接続配線５と第１および第２の線路１，２との間の角度が９０度に近いほど、第１および第２の線路１，２に対する接続配線５の影響が軽減される。
【００２３】
また、図５の変更例では、接続配線５のうちの、各第２の線路２の図中の上端と、その右側の第２の線路２の下端とを接続する部分が、直角配線部５ａと斜め配線部５ｂ，５ｃで構成される。直角配線部５ａは、第１の線路１の中央部に対して直角に配置される。斜め配線部５ｂは、左側の第２の線路２の上端と直角配線部５ａの右端との間に接続される。斜め配線部５ｃは、直角配線部５ａの左端と左側の第２の線路２の下端との間に接続される。このように直角配線部５ａを設けることにより、斜め配線部５ｂ，５ｃと第１および第２の線路１，２との間の角度を９０度に近付けることができ、第１および第２の線路１，２に対する接続配線５の影響を小さくすることができる。
【００２４】
なお、第１の線路１の長さ方向に複数の直角配線部５ａを配列し、左側の第２の線路２の上端と右側の第２の線路２の下端との間を複数の直角配線部５ａを介してジグザグに接続してもよい。直角配線部５ａの数が多いほど、斜め配線部と第１および第２の線路１，２との間の角度が９０度に近付く。
【００２５】
[実施の形態２]
図６は、この発明の実施の形態２による分布型増幅器のレイアウトを示す上面図である。図６において、この分布型増幅器は、基板（図示せず）上に形成された複数（図では４本）の第１の線路１と複数（図では３本）の第２の線路２とを備える。複数の第１の線路１と複数の第２の線路２は、基板表面の導電層で形成され、互いに平行に配置されている。第１および第２の線路１，２の各々は、分布定数型線路である。複数の第１の線路１は、予め２本ずつグループ化されて複数（図では２つ）の第１の線路グループを構成している。複数の第１の線路グループと複数の第２の線路２は交互に配置される。図６では、３本の第２の線路２の間に２つの第１の線路グループが配置されている。
【００２６】
第１の線路１はスラブ型トランスの１次側を構成し、第２の線路２はスラブ型トランスの２次側を構成する。したがって、第１の線路１と、それに隣接する第２の線路２とは、１つのスラブ型トランスを構成する。同じ第１の線路グループに属する２本の第１の線路１の間の領域には、第２の線路２を設けない。同じ第１の線路グループの２本の第１の線路１の間隔は、第１の線路１に供給する電力に応じて定められ、大電力の場合には広く設定され、微小電力の場合には狭く設定される。これは、同じ第１の線路グループの２本の第１の線路１には異なる方向の電流が流れるため、第２の線路２に伝達する電力を互いに弱め合うからである。
【００２７】
各第１の線路グループの２本の第１の線路１の一方端は、接続配線１０によって互いに接続されるとともに、電源電圧Ｖｄを受ける。また、各第１の線路グループの２本の第１の線路１の他方端には、増幅回路となるＮ型ＭＯＳトランジスタ３，４が設けられている。Ｎ型ＭＯＳトランジスタ３は、２本の第１の線路１のうちの一方（図では右側）の第１の線路１の他方端と接地電圧ＧＮＤのラインとの間に接続され、そのゲートは入力信号＋Ｖｉｎを受ける。Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４は、２本の第１の線路１のうちの他方（図では左側）の第１の線路１の他方端と接地電圧ＧＮＤのラインとの間に接続され、そのゲートは入力信号＋Ｖｉｎと逆位相の信号−Ｖｉｎを受ける。
【００２８】
複数の第２の線路２は、出力端子６と接地電圧ＧＮＤのラインとの間に接続配線１１によって直列接続されている。具体的には、図６中の左端の第２の線路２の下端が接地電圧ＧＮＤのラインに接続され、その第２の線路２の上端が図６中の中央の第２の線路２の上端に接続される。中央の第２の線路２の下端は、図６中の右端の第２の線路２の下端に接続され、その上端が出力端子６に接続される。したがって、出力端子６には、複数の第２の線路２に発生した信号を合成した信号Ｖｏｕｔが出力される。
【００２９】
この実施の形態２でも、実施の形態１と同じ効果が得られる。
また、この実施の形態２では、２本の第１の線路１を用いて１段の増幅器を構成しているので、第１および第２の線路１，２の長さを短くすることも可能である。しかし、面積削減の効果は実施の形態１に比べると若干劣る。一方、２本の第２の線路２の一方端同士、または２本の第２の線路２の他方端同士を接続すればよいので、接続配線１１を短くすることができる。また、電源電圧Ｖｄの供給を容易に行なうことができる。
【００３０】
図７の変更例では、各第１の線路グループの２本の第１の線路１の間にシールド層１２が設けられる。シールド層１２は、第１および第２の線路１，２と同じ導電層で形成され、一定電位に固定される。この変更例では、シールド層１２により、各第１の線路グループの２本の第１の線路１の間の相互干渉を低減することができる。
【００３１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の実施の形態１による分布型増幅器のレイアウトを示す上面図である。
【図２】実施の形態１の変更例を示す図である。
【図３】実施の形態１の他の変更例を示す図である。
【図４】実施の形態１のさらに他の変更例を示す図である。
【図５】実施の形態１のさらに他の変更例を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２による分布型増幅器のレイアウトを示す上面図である。
【図７】実施の形態２の変更例を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  第１の線路、２  第２の線路、３，４  Ｎ型ＭＯＳトランジスタ、５，１０，１１  接続配線、５ａ  直角配線部、５ｂ，５ｃ  斜め配線部、６  出力端子、７，１２  シールド層、８，９  チョークインダクタ。
【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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