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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024066674
(43)【公開日】2024-05-16
(54)【発明の名称】平衡不平衡変換回路及び高周波増幅器
(51)【国際特許分類】
H01P 5/10 20060101AFI20240509BHJP
H01P 5/02 20060101ALI20240509BHJP
【ＦＩ】
H01P5/10 C
H01P5/02 603A
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022176241
(22)【出願日】2022-11-02
(71)【出願人】
【識別番号】000006231
【氏名又は名称】株式会社村田製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100105887
【弁理士】
【氏名又は名称】来山 幹雄
(74)【代理人】
【識別番号】100145023
【弁理士】
【氏名又は名称】川本 学
(72)【発明者】
【氏名】長谷 昌俊
(72)【発明者】
【氏名】杉山 幸大
(72)【発明者】
【氏名】徳田 勝利
(72)【発明者】
【氏名】祢津 誠晃
(57)【要約】 （修正有）
【課題】平衡インピーダンスを不平衡インピーダンス以上にする平衡不平衡変換回路を提供する。
【解決手段】入力、出力信号が共に不平衡信号な第１伝送線路トランス１０がインピーダンス変換を行い、第２伝送線路トランス２０が平衡不平衡変換を行う回路であって、第１伝送線路トランスは、第１主線路１１と第１副線路１２とを含む。第１主線路と第１副線路は、第１主線路の一方の端部である第１端Ｅ１から他方の端部である第２端Ｅ２に向かう向きが、第１副線路の一方の端部である第３端Ｅ３から他方の端部である第４端Ｅ４に向かう向きと同一の向きに結合する。第２伝送線路トランスは、第２主線路２１と第２副線路２２とを含む。第２主線路と第２副線路は、第２主線路の一方の端部である第５端Ｅ５から他方の端部である第６端Ｅ６に向かう向きが、第２副線路の一方の端部である第７端Ｅ７から他方の端部である第８端Ｅ８に向かう向きと同一の向きに結合する。
【選択図】図１
【解決手段】入力、出力信号が共に不平衡信号な第１伝送線路トランス１０がインピーダンス変換を行い、第２伝送線路トランス２０が平衡不平衡変換を行う回路であって、第１伝送線路トランスは、第１主線路１１と第１副線路１２とを含む。第１主線路と第１副線路は、第１主線路の一方の端部である第１端Ｅ１から他方の端部である第２端Ｅ２に向かう向きが、第１副線路の一方の端部である第３端Ｅ３から他方の端部である第４端Ｅ４に向かう向きと同一の向きに結合する。第２伝送線路トランスは、第２主線路２１と第２副線路２２とを含む。第２主線路と第２副線路は、第２主線路の一方の端部である第５端Ｅ５から他方の端部である第６端Ｅ６に向かう向きが、第２副線路の一方の端部である第７端Ｅ７から他方の端部である第８端Ｅ８に向かう向きと同一の向きに結合する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
入力信号及び出力信号が共に不平衡信号であり、インピーダンス変換を行う第１伝送線路トランスと、
平衡不平衡変換を行う第２伝送線路トランスと、
不平衡信号入出力ノードと、
一対の平衡信号入出力ノードと
を備え、
前記第１伝送線路トランスは、第１主線路と第１副線路とを含み、前記第１主線路と前記第１副線路とは、前記第１主線路の一方の端部である第１端から他方の端部である第２端に向かう向きが、前記第１副線路の一方の端部である第３端から他方の端部である第４端に向かう向きと同一の向きになるように結合しており、前記第４端が前記第１端に接続され、前記第３端がグランドに接続され、前記第１端が前記不平衡信号入出力ノードに接続されており、
前記第２伝送線路トランスは、第２主線路と第２副線路とを含み、前記第２主線路と前記第２副線路とは、前記第２主線路の一方の端部である第５端から他方の端部である第６端に向かう向きが、前記第２副線路の一方の端部である第７端から他方の端部である第８端に向かう向きと同一の向きになるように結合しており、前記第５端は前記第２端に接続されており、前記第６端及び前記第７端はグランドに接続されており、前記第５端及び前記第８端が、それぞれ前記一対の平衡信号入出力ノードに接続されている平衡不平衡変換回路。
平衡不平衡変換を行う第２伝送線路トランスと、
不平衡信号入出力ノードと、
一対の平衡信号入出力ノードと
を備え、
前記第１伝送線路トランスは、第１主線路と第１副線路とを含み、前記第１主線路と前記第１副線路とは、前記第１主線路の一方の端部である第１端から他方の端部である第２端に向かう向きが、前記第１副線路の一方の端部である第３端から他方の端部である第４端に向かう向きと同一の向きになるように結合しており、前記第４端が前記第１端に接続され、前記第３端がグランドに接続され、前記第１端が前記不平衡信号入出力ノードに接続されており、
前記第２伝送線路トランスは、第２主線路と第２副線路とを含み、前記第２主線路と前記第２副線路とは、前記第２主線路の一方の端部である第５端から他方の端部である第６端に向かう向きが、前記第２副線路の一方の端部である第７端から他方の端部である第８端に向かう向きと同一の向きになるように結合しており、前記第５端は前記第２端に接続されており、前記第６端及び前記第７端はグランドに接続されており、前記第５端及び前記第８端が、それぞれ前記一対の平衡信号入出力ノードに接続されている平衡不平衡変換回路。
【請求項2】
前記第１主線路、前記第１副線路、前記第２主線路、及び前記第２副線路は、共通の基板に配置されたスパイラル状の導体パターンで構成されており、平面視において、前記第１主線路及び前記第１副線路を含む前記第１伝送線路トランス、及び前記第２主線路及び前記第２副線路を含む前記第２伝送線路トランスの一方が他方を取り囲んでいる請求項１に記載の平衡不平衡変換回路。
【請求項3】
前記第１主線路、前記第１副線路、前記第２主線路、及び前記第２副線路のそれぞれは、前記基板に設けられた多層配線層内の導体パターンで構成されており、前記第１主線路と前記第１副線路とは、相互に異なる配線層に配置されており、前記第２主線路と前記第２副線路とは、相互に異なる配線層に配置されている請求項２に記載の平衡不平衡変換回路。
【請求項4】
前記第１主線路と前記第２主線路とは、同一の配線層のひと続きの導体パターンで構成されている請求項２または３に記載の平衡不平衡変換回路。
【請求項5】
前記第１主線路の少なくとも一部分と前記第１副線路の少なくとも一部分とが、平面視において相互に重なっており、
前記第２主線路の少なくとも一部分と前記第２副線路の少なくとも一部分とが、平面視において相互に重なっている請求項３に記載の平衡不平衡変換回路。
前記第２主線路の少なくとも一部分と前記第２副線路の少なくとも一部分とが、平面視において相互に重なっている請求項３に記載の平衡不平衡変換回路。
【請求項6】
前記第１主線路の幅方向の少なくとも一部分と前記第１副線路の幅方向の少なくとも一部分とが、平面視において相互に重なっており、
前記第２主線路の幅方向の少なくとも一部分と前記第２副線路の幅方向の少なくとも一部分とが、平面視において相互に重なっている請求項５に記載の平衡不平衡変換回路。
前記第２主線路の幅方向の少なくとも一部分と前記第２副線路の幅方向の少なくとも一部分とが、平面視において相互に重なっている請求項５に記載の平衡不平衡変換回路。
【請求項7】
前記第１主線路、前記第１副線路、前記第２主線路、及び前記第２副線路のそれぞれは、前記基板に設けられた多層配線層内の導体パターンで構成されており、前記第１主線路と前記第１副線路とが同一の配線層に配置されており、前記第２主線路と前記第２副線路とが同一の配線層に配置されている請求項２に記載の平衡不平衡変換回路。
【請求項8】
前記基板に設けられた平衡信号用の第１外部接続端子及び第２外部接続端子と、
前記第１外部接続端子を前記第５端に接続する第１配線と、
前記第２外部接続端子を前記第８端に接続する第２配線と
を、さらに備え、
前記第２伝送線路トランスが前記第１伝送線路トランスを、平面視において取り囲んでおり、
前記第１外部接続端子及び前記第２外部接続端子は、平面視において、前記第２伝送線路トランスで囲まれた領域の外側に、スパイラル状の前記第２主線路及び前記第２副線路の周方向に並んで配置されており、
前記第１配線は、前記第５端から、前記第２伝送線路トランスで囲まれた領域の外側に向かって、前記第２主線路と直交する方向に延び、
前記第２配線は、前記第８端から、前記第２伝送線路トランスで囲まれた領域の外側に向かって、前記第２副線路と直交する方向に延びる請求項２または３に記載の平衡不平衡変換回路。
前記第１外部接続端子を前記第５端に接続する第１配線と、
前記第２外部接続端子を前記第８端に接続する第２配線と
を、さらに備え、
前記第２伝送線路トランスが前記第１伝送線路トランスを、平面視において取り囲んでおり、
前記第１外部接続端子及び前記第２外部接続端子は、平面視において、前記第２伝送線路トランスで囲まれた領域の外側に、スパイラル状の前記第２主線路及び前記第２副線路の周方向に並んで配置されており、
前記第１配線は、前記第５端から、前記第２伝送線路トランスで囲まれた領域の外側に向かって、前記第２主線路と直交する方向に延び、
前記第２配線は、前記第８端から、前記第２伝送線路トランスで囲まれた領域の外側に向かって、前記第２副線路と直交する方向に延びる請求項２または３に記載の平衡不平衡変換回路。
【請求項9】
さらに、前記第１端と前記不平衡信号入出力ノードとの間、及び前記第３端とグランドとの間に接続された第１インピーダンス整合回路を備えている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の平衡不平衡変換回路。
【請求項10】
さらに、前記第２端及び前記第８端と、前記一対の平衡信号入出力ノードとの間に接続された第２インピーダンス整合回路を備えている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の平衡不平衡変換回路。
【請求項11】
一対の入力ノード及び一対の出力ノードを含む差動増幅器と、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の１つまたは２つの平衡不平衡変換回路と
を備え、
前記平衡不平衡変換回路の１つである第１平衡不平衡変換回路の前記一対の平衡信号入出力ノードが、前記差動増幅器の前記一対の入力ノード及び前記一対の出力ノードの一方に接続されている高周波増幅器。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の１つまたは２つの平衡不平衡変換回路と
を備え、
前記平衡不平衡変換回路の１つである第１平衡不平衡変換回路の前記一対の平衡信号入出力ノードが、前記差動増幅器の前記一対の入力ノード及び前記一対の出力ノードの一方に接続されている高周波増幅器。
【請求項12】
前記平衡不平衡変換回路は、前記第１平衡不平衡変換回路の他に第２平衡不平衡変換回路を含み、
前記第２平衡不平衡変換回路の前記一対の平衡信号入出力ノードが、前記差動増幅器の前記一対の入力ノード及び前記一対の出力ノードのうち前記第１平衡不平衡変換回路が接続されていない方のノードに接続されている請求項１１に記載の高周波増幅器。
前記第２平衡不平衡変換回路の前記一対の平衡信号入出力ノードが、前記差動増幅器の前記一対の入力ノード及び前記一対の出力ノードのうち前記第１平衡不平衡変換回路が接続されていない方のノードに接続されている請求項１１に記載の高周波増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、平衡不平衡変換回路及び高周波増幅器に関する。
【背景技術】
【0002】
ルスロフ型伝送線路トランスを用いて不平衡信号のインピーダンス変換を行うインピーダンス変換回路と、ルスロフ型伝送線路トランスを用いた平衡不平衡変換回路（バラン）とを縦続接続してインピーダンス変換と平衡不平衡変換とを行うバランが公知である（非特許文献１）。インピーダンス変換回路及び平衡不平衡変換回路の各々は、相互に電磁界結合した伝送線路である主線路と副線路とを含む。
【0003】
インピーダンス変換回路の主線路及び平衡不平衡変換回路の主線路は、同一の配線層に配置され、一続きの金属パターンで構成されている。インピーダンス変換回路の副線路及び平衡不平衡変換回路の副線路も、同一の配線層に配置され、一続きの金属パターンで構成されている。主線路と副線路とは、異なる配線層に配置されており、平面視において重なっている。入出力側でインピーダンスが整合しているとき、不平衡ポートから平衡ポート側を見たインピーダンス（不平衡インピーダンス）が、平衡ポートから不平衡ポート側を見たインピーダンス（平衡インピーダンス）以上になる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】Hua-Yen Chung, et. Al. “Design of Step-Down Broadband and Low-Loss Ruthroff-Type Baluns Using IPD Technology”, IEEE TRANSACTIONS ON COMPONENTS, PACKAGING AND MANUFACTURING TECHNOLOGY, VOL. 4, NO. 6, pp. 967-974, 2014
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
平衡インピーダンスを不平衡インピーダンスの４倍より大きくしたい場合がある。非特許文献１に開示されたインピーダンス変換回路と平衡不平衡変換回路とを従属接続した構成では、この要請を実現することができない。本発明の目的は、平衡インピーダンスを不平衡インピーダンスの４倍より大きくすることが可能な平衡不平衡変換回路を提供することである。本発明の他の目的は、この平衡不平衡変換回路を含む高周波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】
本発明の一観点によると、
入力信号及び出力信号が共に不平衡信号であり、インピーダンス変換を行う第１伝送線路トランスと、
平衡不平衡変換を行う第２伝送線路トランスと、
不平衡信号入出力ノードと、
一対の平衡信号入出力ノードと
を備え、
前記第１伝送線路トランスは、第１主線路と第１副線路とを含み、前記第１主線路と前記第１副線路とは、前記第１主線路の一方の端部である第１端から他方の端部である第２端に向かう向きが、前記第１副線路の一方の端部である第３端から他方の端部である第４端に向かう向きと同一の向きになるように結合しており、前記第４端が前記第１端に接続され、前記第３端がグランドに接続され、前記第１端が前記不平衡信号入出力ノードに接続されており、
前記第２伝送線路トランスは、第２主線路と第２副線路とを含み、前記第２主線路と前記第２副線路とは、前記第２主線路の一方の端部である第５端から他方の端部である第６端に向かう向きが、前記第２副線路の一方の端部である第７端から他方の端部である第８端に向かう向きと同一の向きになるように結合しており、前記第５端は前記第２端に接続されており、前記第６端及び前記第７端はグランドに接続されており、前記第５端及び前記第８端が、それぞれ前記一対の平衡信号入出力ノードに接続されている平衡不平衡変換回路が提供される。
入力信号及び出力信号が共に不平衡信号であり、インピーダンス変換を行う第１伝送線路トランスと、
平衡不平衡変換を行う第２伝送線路トランスと、
不平衡信号入出力ノードと、
一対の平衡信号入出力ノードと
を備え、
前記第１伝送線路トランスは、第１主線路と第１副線路とを含み、前記第１主線路と前記第１副線路とは、前記第１主線路の一方の端部である第１端から他方の端部である第２端に向かう向きが、前記第１副線路の一方の端部である第３端から他方の端部である第４端に向かう向きと同一の向きになるように結合しており、前記第４端が前記第１端に接続され、前記第３端がグランドに接続され、前記第１端が前記不平衡信号入出力ノードに接続されており、
前記第２伝送線路トランスは、第２主線路と第２副線路とを含み、前記第２主線路と前記第２副線路とは、前記第２主線路の一方の端部である第５端から他方の端部である第６端に向かう向きが、前記第２副線路の一方の端部である第７端から他方の端部である第８端に向かう向きと同一の向きになるように結合しており、前記第５端は前記第２端に接続されており、前記第６端及び前記第７端はグランドに接続されており、前記第５端及び前記第８端が、それぞれ前記一対の平衡信号入出力ノードに接続されている平衡不平衡変換回路が提供される。
【0007】
本発明の他の観点によると、
一対の入力ノード及び一対の出力ノードを含む差動増幅器と、
１つまたは２つの前記平衡不平衡変換回路と
を備え、
前記平衡不平衡変換回路の１つである第１平衡不平衡変換回路の前記一対の平衡信号入出力ノードが、前記差動増幅器の前記一対の入力ノード及び前記一対の出力ノードの一方に接続されている高周波増幅器が提供される。
一対の入力ノード及び一対の出力ノードを含む差動増幅器と、
１つまたは２つの前記平衡不平衡変換回路と
を備え、
前記平衡不平衡変換回路の１つである第１平衡不平衡変換回路の前記一対の平衡信号入出力ノードが、前記差動増幅器の前記一対の入力ノード及び前記一対の出力ノードの一方に接続されている高周波増幅器が提供される。
【発明の効果】
【0008】
上記構成により、平衡インピーダンスを不平衡インピーダンス以上にすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
【0011】
図１は、第１実施例による平衡不平衡変換回路の等価回路図である。第１実施例による平衡不平衡変換回路は、相互に従属接続された第１伝送線路トランス１０及び第２伝送線路トランス２０を含む。第１伝送線路トランス１０及び第２伝送線路トランス２０は、共にルスロフ型伝送線路トランスである。第１伝送線路トランス１０は、相互に電磁界結合した一対の伝送線路である第１主線路１１及び第１副線路１２を含む。第２伝送線路トランス２０は、相互に電磁界結合（以下、単に「結合」という。）した一対の伝送線路である第２主線路２１及び第２副線路２２を含む。図１において、第１主線路１１及び第２主線路２１を、中空の細長い長方形で表し、第１副線路１２及び第２副線路２２を、ハッチングが付された細長い長方形で表す。
【0012】
第１実施例による平衡不平衡変換回路は、さらに、不平衡信号の入出力用の不平衡信号入出力ノードＳＧＬ、平衡信号の入出力用の一対の平衡信号入出力ノードＤｉｆｆ１、Ｄｉｆｆ２、及びグランド電位が与えられるグランドノードＧＮＤを含む。一例として、不平衡信号入出力ノードＳＧＬは、不平衡信号用の外部接続端子４１を構成し、グランドノードＧＮＤはグランド用外部接続端子４０を構成する。平衡信号入出力ノードＤｉｆｆ１、Ｄｉｆｆ２は、それぞれ平衡信号用の第１外部接続端子４２、第２外部接続端子４３を構成する。本明細書で、外部と接続するための「ノード」を「外部接続端子」という。「外部接続端子」は、外部の回路と接続するためのノードでもあるともいえる。
【0013】
第１伝送線路トランス１０の第１主線路１１と第１副線路１２とは、第１主線路１１の一方の端部である第１端Ｅ１から他方の端部である第２端Ｅ２に向かう向きが、第１副線路１２の一方の端部である第３端Ｅ３から他方の端部である第４端Ｅ４に向かう向きと同一の向きになるように結合している。第４端Ｅ４が第１端Ｅ１に接続され、第３端Ｅ３がグランドノードＧＮＤに接続され、第１端Ｅ１が不平衡信号入出力ノードＳＧＬに接続されている。
【0014】
第２伝送線路トランス２０の第２主線路２１と第２副線路２２とは、第２主線路２１の一方の端部である第５端Ｅ５から他方の端部である第６端Ｅ６に向かう向きが、第２副線路２２の一方の端部である第７端Ｅ７から他方の端部である第８端Ｅ８に向かう向きと同一の向きになるように結合している。第５端Ｅ５は第１伝送線路トランス１０の第１主線路１１の第２端Ｅ２に接続されている。第６端Ｅ６及び第７端Ｅ７はグランドノードＧＮＤに接続されている。第５端Ｅ５及び第８端Ｅ８が、それぞれ前記一対の平衡信号入出力ノードＤｉｆｆ１、Ｄｉｆｆ２に接続されている。
【0015】
次に、第１伝送線路トランス１０の機能について説明する。第１主線路１１の線路長は、第１副線路１２の線路長と等しい。第１主線路１１に高周波電流が流れると、第１副線路１２に、大きさが同一のオッドモードの高周波電流が流れる。図１に示すように、第１主線路１１の第１端Ｅ１から第２端Ｅ２に向かう大きさがＩの高周波電流が流れると、第１副線路１２には、第４端Ｅ４から第３端Ｅ３に向かう大きさがＩの高周波電流が流れる。このとき、不平衡信号入出力ノードＳＧＬから第１伝送線路トランス１０に流入する高周波電流の大きさは２Ｉになる。
【0016】
不平衡信号入出力ノードＳＧＬの電位をＶと標記する。第１端Ｅ１及び第４端Ｅ４の電位もＶである。第３端Ｅ３はグランドノードＧＮＤに接続されているため、第３端Ｅ３の電位は０である。第１主線路１１と第１副線路１２との線路長が等しいため、第１端Ｅ１と第２端Ｅ２との間の電位差は、第３端Ｅ３と第４端Ｅ４との間の電位差と等しい。したがって、第２端Ｅ２の電位は２Ｖになる。
【0017】
不平衡信号入出力ノードＳＧＬを入力ポート、第２端Ｅ２を出力ポートとするインピーダンス変換回路において、出力ポートの電圧は入力ポートの電圧の２倍になり、出力ポートの電流は入力ポートの電流の１／２倍になる。したがって、第１伝送線路トランス１０は、入力信号及び出力信号が共に不平衡信号であって、インピーダンス変換比が４のインピーダンス変換回路として機能する。
【0018】
次に、第２伝送線路トランス２０の機能について説明する。第２主線路２１の線路長は、第２副線路２２の線路長と等しい。第２主線路２１に高周波電流が流れると、第２副線路２２に、大きさが同一のオッドモードの高周波電流が流れる。第２主線路２１を流れる電流と第２副線路２２を流れる電流との大きさが等しく、向きが逆であるから、第１伝送線路トランス１０の第２端Ｅ２から第２伝送線路トランス２０に流入する高周波電流は、第５端Ｅ５と平衡信号入出力ノードＤｉｆｆ１とに等分に分岐される。第１伝送線路トランス１０の第２端Ｅ２から第２伝送線路トランス２０に流入する電流の大きさがＩであるとき、平衡信号入出力ノードＤｉｆｆ１、Ｄｉｆｆ２に流れる電流の大きさは（１／２）Ｉになる。
【0019】
第２主線路２１の第５端Ｅ５の電位は、第１伝送線路トランス１０の第２端Ｅ２の電位２Ｖと等しい。第６端Ｅ６の電位は０であるから、第２主線路２１の第５端Ｅ５と第６端Ｅ６との間の電位差は２Ｖである。第２主線路２１と第２副線路２２との線路長が等しいため、第５端Ｅ５と第６端Ｅ６との間の電位差は、第７端Ｅ７と第８端Ｅ８との間の電位差と等しい。したがって、第７端Ｅ７と第８端Ｅ８との間の電位差も２Ｖである。第７端Ｅ７の電位が０であるため、第８端Ｅ８の電位は－２Ｖになる。
【0020】
第８端Ｅ８の電位と等しい平衡信号入出力ノードＤｉｆｆ２の電位は－２Ｖになる。また、他方の平衡信号入出力ノードＤｉｆｆ１の電位は、第１伝送線路トランス１０の第２端Ｅ２の電位２Ｖと等しい。このため、一対の平衡信号入出力ノードＤｉｆｆ１、Ｄｉｆｆ２の間の電圧は４Ｖになる。
【0021】
第１伝送線路トランス１０の第２端Ｅ２を入力ポート、平衡信号入出力ノードＤｉｆｆ１、Ｄｉｆｆ２を出力ポートとする平衡不平衡変換路において、出力ポートの電圧は入力ポートの電圧の２倍になり、出力ポートの電流は入力ポートの電流の１／２倍になる。したがって、第２伝送線路トランス２０は平衡インピーダンスが不平衡インピーダンスの４倍になる平衡不平衡変換回路として機能する。
【0022】
次に、第１伝送線路トランス１０と第２伝送線路トランス２０とを含む平衡不平衡変換回路のインピーダンス変換機能について説明する。平衡信号入出力ノードＤｉｆｆ１とＤｉｆｆ２の間に負荷インピーダンスＺＬが接続されていると仮定する。不平衡信号入出力ノードＳＧＬの電位は、平衡信号入出力ノードＤｉｆｆ１とＤｉｆｆ２との間の電位差の１／４倍であり、不平衡信号入出力ノードＳＧＬを流れる電流は負荷を流れる電流の４倍である。このため、平衡インピーダンスが不平衡インピーダンスの１６倍になる。
【0023】
図２Ａは、第１実施例による平衡不平衡変換回路の平面図である。第１実施例による平衡不平衡変換回路は、共通の基板に配置された多層配線層内の導体パターン、及び配線層間を接続するビアを含む。このような平衡不平衡変換回路は、集積化受動デバイス（ＩＰＤ）プロセスを用いて製造することができる。図２Ａにおいて、最も上の第１配線層の導体パターンを相対的に太い輪郭線で表す。２層目の第２配線層及び３層目の第３配線層の導体パターンに、それぞれ相対的に淡い右下がりのハッチング及び相対的に濃い右上がりのハッチングを付している。また、ビアが配置されている箇所に最も濃いハッチングを付している。
【0024】
図３は、第１実施例による平衡不平衡変換回路の伝送線路の平面視における形状を模式的に表した図である。図３において、第１配線層の導体パターンを相対的に太い実線で表し、第２配線層の導体パターンを相対的に細い実線で表し、第３配線層の導体パターンを破線で表している。ビアが配置された箇所に黒丸記号を付している。
【0025】
第１配線層に、グランド配線３０、第１配線３１、及び第２配線３２が配置されている。グランド配線３０はグランド用外部接続端子４０に接続され、第１配線３１及び第２配線３２は、それぞれ平衡信号用の第１外部接続端子４２及び第２外部接続端子４３に接続されている。
【0026】
第１伝送線路トランス１０の第１主線路１１、第１副線路１２、第２伝送線路トランス２０の第２主線路２１、第２副線路２２は、それぞれスパイラル状の導体パターンで構成されている。第１主線路１１及び第２主線路２１が、第２配線層に配置されており、第１副線路１２及び第２副線路２２が、第３配線層に配置されている。
【0027】
平面視において、第１主線路１１と第１副線路１２とが、二重のスパイラル形状を成しており、第２主線路２１と第２副線路２２とが、二重のスパイラル形状を成している。第２主線路２１及び第２副線路２２を含む第２伝送線路トランス２０が、第１主線路１１及び第１副線路１２を含む第１伝送線路トランス１０を取り囲んでいる。第２主線路２１及び第２副線路２２は、平面視において正方形または長方形の外周線に沿って配置されており、第１主線路１１及び第１副線路１２も、平面視において正方形または長方形の外周線に沿って配置されている。
【0028】
図２Ａに示すように、第１主線路１１及び第１副線路１２は、第２主線路２１及び第２副線路２２によって囲まれたほぼ正方形または長方形の領域の１つの頂点（以下、「第１伝送線路トランス１０が偏在している頂点」という。）の側に偏って配置されている。
【0029】
第１主線路１１は、内周側の端部（第１端Ｅ１）において不平衡信号用の外部接続端子４１に接続され、外周側の端部（第２端Ｅ２）において、第１配線３１に接続されている。第１副線路１２は、内周側の端部（第４端Ｅ４）において不平衡信号用の外部接続端子４１に接続され、外周側の端部（第３端Ｅ３）において、第１配線層に配置されたグランド配線３０に接続されている。第１主線路１１の第１端Ｅ１と第１副線路１２の第４端Ｅ４とは、ビアを介して相互に接続されている。
【0030】
図２Ａに示すように、第１主線路１１は、内周側の第１端Ｅ１から外周側の第２端Ｅ２に向かって反時計回りに周回しながら延び、第１副線路１２は、内周側の第４端Ｅ４から外周側の第３端Ｅ３に向かって時計回りに周回しながら延びている。すなわち、第１主線路１１の第１端Ｅ１から第２端Ｅ２に向かう向きと、第１副線路１２の第３端Ｅ３から第４端Ｅ４に向かう向きとが、同一の向きになるように両者が結合している。第１主線路１１及び第１副線路１２の巻き数は約３である。なお、図３に示すように、第１主線路１１が、内周側の第１端Ｅ１から外周側の第２端Ｅ２に向かって時計回りに周回しながら延び、第１副線路１２が、内周側の第４端Ｅ４から外周側の第３端Ｅ３に向かって反時計回りに周回しながら延びるようにしてもよい。
【0031】
第２主線路２１は、内周側の端部（第５端Ｅ５）において、第１配線３１に接続され、外周側の端部（第６端Ｅ６）においてグランド配線３０に接続されている。また、第２主線路２１は、第５端Ｅ５において第１主線路１１の第２端Ｅ２に接続されている。第１主線路１１と第２主線路２１とは、同一の配線層内のひと続きの導体パターンで構成されている。
【0032】
第２副線路２２は、内周側の端部（第８端Ｅ８）において第２配線３２に接続され、外周側の端部（第７端Ｅ７）においてグランド配線３０に接続されている。第２主線路２１の第６端Ｅ６と第２副線路２２の第７端Ｅ７とは、ビアを介して相互に接続されている。
【0033】
図２Ａに示すように、第２主線路２１は、内周側の第５端Ｅ５から外周側の第６端Ｅ６に向かって反時計回りに周回しながら延び、第２副線路２２は、内周側の第８端Ｅ８から外周側の第７端Ｅ７に向かって時計回りに周回しながら延びている。すなわち、第２主線路２１の第５端Ｅ５から第６端Ｅ６に向かう向きと、第２副線路２２の第７端Ｅ７から第８端Ｅ８に向かう向きとが、同一の向きになるように両者が結合している。第２主線路２１及び第２副線路２２の巻き数は約２である。なお、図３に示すように、第２主線路２１が、内周側の第５端Ｅ５から外周側の第６端Ｅ６に向かって時計回りに周回しながら延び、第２副線路２２が、内周側の第８端Ｅ８から外周側の第７端Ｅ７に向かって反時計回りに周回しながら延びるようにしてもよい。
【0034】
第１端Ｅ１から第８端Ｅ８までの８個の端部は、第１伝送線路トランス１０が偏在している頂点（図２Ａにおいて左上の頂点）の近傍に位置する。平面視において、第２伝送線路トランス２０で囲まれた領域の外側に、グランド用外部接続端子４０、第１外部接続端子４２、及び第２外部接続端子４３が配置されている。グランド用外部接続端子４０、第１外部接続端子４２、及び第２外部接続端子４３、スパイラル状の第２主線路２１及び第２副線路２２の周方向に並んで配置されている。第１伝送線路トランス１０によって囲まれた領域に、不平衡信号用の外部接続端子４１が配置されている。
【0035】
第１外部接続端子４２は、第１配線３１を介して第２端Ｅ２及び第５端Ｅ５に接続されている。第１配線３１は、第２主線路２１の第５端Ｅ５から、第２伝送線路トランス２０で囲まれた領域の外側に向かって、第２主線路２１に対して直交する方向に延びる。第２外部接続端子４３は、第２配線３２を介して第８端Ｅ８に接続されている。第２配線３２は、第２副線路２２の第８端Ｅ８から、第２伝送線路トランス２０で囲まれた領域の外側に向かって、第２副線路２２に対して直交する方向に延びる。
【0036】
図３に示すように、第１外部接続端子４２及び第２外部接続端子４３は、それぞれ差動増幅器６０の一対の入力ポートに接続される。不平衡信号入出力ノードＳＧＬに入力された不平衡信号が、第１伝送線路トランス１０及び第２伝送線路トランス２０を経由して平衡信号に変換され、差動増幅器６０に入力される。このとき、インピーダンス変換が行われる。
【0037】
図２Ｂは、第１実施例による平衡不平衡変換回路の一部分の断面図である。基板５０内に多層配線構造が設けられている。最上層の第１配線層に第１配線３１が配置されており、２層目の第２配線層に第２主線路２１が配置されており、３層目の第３配線層に第２副線路２２が配置されている。さらに、基板５０にグランド導体５１が配置されている。第２主線路２１の第５端Ｅ５が、ビア３５を介して第１配線３１に接続されている。一例として、第２主線路２１及び第２副線路２２のそれぞれの幅は５μｍ以上１０μｍ以下であり、厚さは約３μｍである。
【0038】
基板５０には、例えば磁性絶縁体または誘電体を用いることができる。誘電体からなる基板の例として、樹脂基板やセラミック基板が挙げられる。また、半導体基板上に形成された絶縁体層を、基板５０として利用することも可能である。
【0039】
次に、第１実施例の優れた効果について説明する。
第１実施例では、図１を参照して説明したように、平衡インピーダンスが不平衡インピーダンスの１６倍になる。平衡インピーダンスを不平衡インピーダンス以上にすることが可能である。
第１実施例では、図１を参照して説明したように、平衡インピーダンスが不平衡インピーダンスの１６倍になる。平衡インピーダンスを不平衡インピーダンス以上にすることが可能である。
【0040】
図２Ａ及び図３に示したように、平面視において第１伝送線路トランス１０が第２伝送線路トランス２０に取り囲まれている。このため、第１伝送線路トランス１０と第２伝送線路トランス２０とを、基板５０の面内に並べて配置する構成と比べて、第１伝送線路トランス１０及び第２伝送線路トランス２０が占める領域の面積を小さくすることができる。これにより、平衡不平衡変換回路の小型化を図ることが可能になる。
【0041】
図２Ａに示したように、第１主線路１１と第２主線路２１とを、同一の配線層内のひと続きの導体パターンで構成している。このため、ビアの個数を削減することができる。
【0042】
図２Ａに示したように、第１配線３１が、第２端Ｅ２及び第５端Ｅ５から、第２伝送線路トランス２０で囲まれた領域の外側に向かって、第２主線路２１に対して直交する方向（スパイラル形状の周方向に対して直交する方向）に延びているため、第２端Ｅ２及び第５端Ｅ５から第１外部接続端子４２までの第１配線３１の配線長を短くすることができる。同様に、第８端Ｅ８から第２外部接続端子４３までの第２配線３２の配線長を短くすることができる。
【0043】
さらに、第２端Ｅ２、第５端Ｅ５、及び第８端Ｅ８を、第１伝送線路トランス１０が偏在している頂点の近傍に配置しているため、第１伝送線路トランス１０の幾何中心を、第２伝送線路トランス２０の幾何中心に一致させた構成と比べて、第１配線３１及び第２配線３２の配線長を短くすることができる。ここで、「第２端Ｅ２が、第１伝送線路トランス１０が偏在している頂点の近傍に配置されている」とは、第２伝送線路トランス２０の第２主線路２１及び第２副線路２２のうち最も外周側に位置する伝送線路が沿う正方形または長方形の４つの頂点のそれぞれから第２端Ｅ２までの距離のうち、第１伝送線路トランス１０が偏在している頂点から第２端Ｅ２までの距離が最も短いことを意味する。
【0044】
次に、図４Ａから図４Ｄまでの比較例と比較して、第１実施例の優れた効果について説明する。図４Ａから図４Ｄまでの図面は、比較例による平衡不平衡変換回路の第１伝送線路トランス１０と第２伝送線路トランス２０との平面視における位置関係を模式的に示す図である。いずれの比較例においても、第１伝送線路トランス１０が第２伝送線路トランス２０の外側に配置されている。第１伝送線路トランス１０、第２伝送線路トランス２０、及び他の構成要素の位置関係の理解を容易にするために、ｘｙ直交座標系を定義する。図４Ａから図４Ｄまでの図面において、図３と同様に、第１配線層の導体パターンを相対的に太い実線で表し、第２配線層の導体パターンを相対的に細い実線で表し、第３配線層の導体パターンを破線で表している。
【0045】
図４Ａに示す比較例では、第１伝送線路トランス１０と第２伝送線路トランス２０とがｘ方向に並んで配置されている。差動増幅器６０及びグランド用外部接続端子４０が、第２伝送線路トランス２０に対してｙ軸の正の側に配置されている。第１伝送線路トランス１０及び第２伝送線路トランス２０の各伝送線路の端部は、ｙ軸の正の側に配置されている。
【0046】
この配置では、第２伝送線路トランス２０から差動増幅器６０及びグランド用外部接続端子４０までの配線長を短くすることができるが、第１伝送線路トランス１０から差動増幅器６０及びグランド用外部接続端子４０までの配線長が長くなってしまう。
【0047】
図４Ｂに示す比較例では、差動増幅器６０とグランド用外部接続端子４０、第２伝送線路トランス２０、及び第１伝送線路トランス１０が、この順番にｙ方向に並んで配置されている。この構成では、第１伝送線路トランス１０から差動増幅器６０及びグランド用外部接続端子４０までの配線が、第２伝送線路トランス２０を跨ぐことになる。このため、これらの配線の配線長が長くなってしまう。
【0048】
図４Ｃに示した比較例では、差動増幅器６０、第１伝送線路トランス１０、グランド用外部接続端子４０、及び第２伝送線路トランス２０が、この順番にｙ方向に並んで配置されている。この構成では、第２伝送線路トランス２０と差動増幅器６０とを接続する配線が、第１伝送線路トランス１０を跨ぐか迂回するようになる。このため、これらの配線の配線長が長くなってしまう。
【0049】
図４Ｄに示した比較例では、第１伝送線路トランス１０、グランド用外部接続端子４０、及び第２伝送線路トランス２０が、この順番にｙ方向に並んで配置されている。差動増幅器６０が、グランド用外部接続端子４０に対してｘ軸の正の側に配置されている。この構成では、第１伝送線路トランス１０及び第２伝送線路トランス２０から差動増幅器６０までの配線長が長くなってしまう。
【0050】
図４Ａから図４Ｄまでの図面に示したいずれの比較例においても、差動増幅器６０に接続される配線の配線長が長くなってしまう。第１実施例では、図３に示したように、第２伝送線路トランス２０で囲まれた領域に第１伝送線路トランス１０を配置しているため、差動増幅器６０に接続する配線の長大化を抑制することができる。
【0051】
次に、図５を参照して第１実施例の変形例による平衡不平衡変換回路について説明する。図５は、第１実施例の変形例による平衡不平衡変換回路の伝送線路の平面視における形状を模式的に表した図である。図５において、第１配線層の導体パターンを実線で表し、第２配線層の導体パターンを破線で表す。
【0052】
図５に示した第１実施例の変形例においては、第１主線路１１、第１副線路１２、第２主線路２１、及び第２副線路２２のそれぞれの巻き数が約１である。本変形例では、第２端Ｅ２及び第５端Ｅ５と、第１外部接続端子４２とを接続する第１配線３１を、第１主線路１１及び第２主線路２１と同じ第１配線層に配置することができる。第３端Ｅ３、第６端Ｅ６、第７端Ｅ７、及びグランド用外部接続端子４０を相互に接続するグランド配線３０を、第１副線路１２及び第２副線路２２と同じ第２配線層に配置することができる。第８端Ｅ８と第２外部接続端子４３とを接続する第２配線３２を、第２主線路２１の配線層と同じ第１配線層に配置することができる。
【0053】
このように、図５に示した第１実施例の変形例のように、第１主線路１１、第１副線路１２、第２主線路２１、及び第２副線路２２のそれぞれの巻き数が約１の場合、２層の配線層で平衡不平衡変換回路を実現することができる。
【0054】
第１主線路１１、第１副線路１２、第２主線路２１、第２副線路２２の好ましい線路長は、設計周波数によって決まる。これらの伝送線路の線路長が決まったら、その線路長に基づいて、伝送線路の巻き数を決定するとよい。巻き数を多くすると、第１伝送線路トランス１０及び第２伝送線路トランス２０が占める領域の面積が狭くるため、巻き数を多くする構成は、平衡不平衡変換回路の小型化の観点で有利である。伝送線路の巻き数を１にする構成は、配線層の層数削減の観点で有利である。
【0055】
次に、第１実施例の他の変形例による平衡不平衡変換回路について説明する。第１実施例（図２Ａ）では、平面視において、第２伝送線路トランス２０が第１伝送線路トランス１０を取り囲んでいる。その逆に、第１伝送線路トランス１０が第２伝送線路トランス２０を取り囲むようにしてもよい。
【0056】
第１実施例（図２Ａ）では、平衡信号入出力ノードＤｉｆｆ１、Ｄｕｆｆ２が、それぞれ第１外部接続端子４２及び第２外部接続端子４３を構成しているが、平衡信号入出力ノードＤｉｆｆ１と第１外部接続端子４２との間、及び平衡信号入出力ノードＤｉｆｆ２と第２外部接続端子４３との間に、基板５０（図２Ｂ）に設けられた受動素子を接続してもよい。また、基板５０として半導体基板上に設けられた絶縁膜を用いる場合は、平衡信号入出力ノードＤｉｆｆ１と第１外部接続端子４２との間、及び平衡信号入出力ノードＤｉｆｆ２と第２外部接続端子４３との間に、半導体基板に設けられた能動素子を接続してもよい。同様に、不平衡信号用の外部接続端子４１と不平衡信号入出力ノードＳＧＬとの間に、基板５０に設けられた受動素子や能動素子を接続してもよい。
【0057】
［第２実施例］
次に、図６を参照して第２実施例による平衡不平衡変換回路について説明する。以下、図１から図４Ｄまでの図面を参照して説明した第１実施例による平衡不平衡変換回路と共通の構成については説明を省略する。
次に、図６を参照して第２実施例による平衡不平衡変換回路について説明する。以下、図１から図４Ｄまでの図面を参照して説明した第１実施例による平衡不平衡変換回路と共通の構成については説明を省略する。
【0058】
図６は、第２実施例による平衡不平衡変換回路の伝送線路の平面視における位置関係を模式的に表した図である。図６において、第１配線層の導体パターンに相対的に淡い右下がりのハッチングを付し、第２配線層の導体パターンに相対的に濃い右上がりのハッチングを付している。さらに、第１配線層の他の導体パターンを実線で表し、第２配線層の他の導体パターンを破線で表している。第１実施例（図２Ａ）では、第１主線路１１及び第１副線路１２が、交差箇所以外で相互に重なっておらず、第２主線路２１及び第２副線路２２も、交差箇所以外で相互に重なっていない。
【0059】
これに対して第２実施例では、第１主線路１１の幅方向の一部分と第１副線路１２の幅方向の一部分とが、平面視において相互に重なっている。同様に、第２主線路２１の幅方向の一部分と第２副線路２２の幅方向の一部分とが、平面視において相互に重なっている。第１主線路１１、第１副線路１２、第２主線路２１、及び第２副線路２２のそれぞれの巻き数は約１である。２本の結合伝送線路を相互に重ねて配置すると、結合伝送線路の単位長さ当たりの並列静電容量が大きくなる。その結果、結合伝送線路の特性インピーダンスが小さくなる。
【0060】
次に、第２実施例の優れた効果について説明する。
第２実施例においても第１実施例と同様に、平衡インピーダンスを不平衡インピーダンス以上にすることが可能である。さらに、第２実施例では、結合伝送線路の特性インピーダンスが小さくなるため、より低いインピーダンス領域でインピーダンス変換及び平衡不平衡変換を行うことが可能である。
第２実施例においても第１実施例と同様に、平衡インピーダンスを不平衡インピーダンス以上にすることが可能である。さらに、第２実施例では、結合伝送線路の特性インピーダンスが小さくなるため、より低いインピーダンス領域でインピーダンス変換及び平衡不平衡変換を行うことが可能である。
【0061】
次に、第２実施例の変形例について説明する。
第２実施例では、第１主線路１１の幅方向の一部分と、第１副線路１２の幅方向の一部分とが、平面視において相互に重なっているが、第１主線路１１の幅方向の全域と、第１副線路１２の幅方向の全域とが重なる構成としてもよい。同様に、第２主線路２１の幅方向の全域と、第２副線路２２の幅方向の全域とが、相互に重なる構成としてもよい。また、平面視において、第１主線路１１と第１副線路１２との一方が他方に包含される構成としてもよい。同様に、平面視において、第２主線路２１と第２副線路２２との一方が他方に包含される構成としてもよい。
第２実施例では、第１主線路１１の幅方向の一部分と、第１副線路１２の幅方向の一部分とが、平面視において相互に重なっているが、第１主線路１１の幅方向の全域と、第１副線路１２の幅方向の全域とが重なる構成としてもよい。同様に、第２主線路２１の幅方向の全域と、第２副線路２２の幅方向の全域とが、相互に重なる構成としてもよい。また、平面視において、第１主線路１１と第１副線路１２との一方が他方に包含される構成としてもよい。同様に、平面視において、第２主線路２１と第２副線路２２との一方が他方に包含される構成としてもよい。
【0062】
第２実施例では、第１主線路１１、第１副線路１２、第２主線路２１、及び第２副線路２２のそれぞれの巻き数は約１であるが、これらの伝送線路のそれぞれの巻き数を１より多くしてもよい。
【0063】
［第３実施例］
次に、図７Ａ及び図７Ｂを参照して第３実施例による平衡不平衡変換回路について説明する。以下、図１から図４Ｄまでの図面を参照して説明した第１実施例による平衡不平衡変換回路と共通の構成については説明を省略する。
次に、図７Ａ及び図７Ｂを参照して第３実施例による平衡不平衡変換回路について説明する。以下、図１から図４Ｄまでの図面を参照して説明した第１実施例による平衡不平衡変換回路と共通の構成については説明を省略する。
【0064】
図７Ａは、第３実施例による平衡不平衡変換回路の伝送線路の平面視における位置関係を模式的に表した図である。図７Ａにおいて、第１配線層の導体パターンを実線で表し、第２配線層の導体パターンを破線で表している。第１実施例（図３）では、第１主線路１１と第１副線路１２とが相互に異なる配線層に配置され、第２主線路２１と第２副線路２２とが相互に異なる配線層に配置されている。これに対して第３実施例では、第１主線路１１、第１副線路１２、第２主線路２１、及び第２副線路２２が、同一の第１配線層に配置されている。
【0065】
第１主線路１１の第２端Ｅ２及び第２主線路２１の第５端Ｅ５を第１外部接続端子４２に接続する第１配線３１は、第１主線路１１及び第２主線路２１と同じ第１配線層に配置されている。第２副線路２２の第８端Ｅ８を第２外部接続端子４３に接続する第２配線３２は、第２副線路２２と同じ第１配線層に配置されている。第１副線路１２の第３端Ｅ３、第２副線路２２の第７端Ｅ７、及び第２主線路２１の第６端Ｅ６をグランド用外部接続端子４０に接続するグランド配線３０は、第１配線層とは異なる第２配線層に配置されている。
【0066】
図７Ｂは、第３実施例による平衡不平衡変換回路の一部分の断面図である。基板５０内の同一の第１配線層に、第１主線路１１、第１副線路１２、第２主線路２１、及び第２副線路２２が配置されている。第１主線路１１と第１副線路１２とは、側面同士が対向するように配置され、両者はエッジ結合する。同様に、第２主線路２１と第２副線路２２も、エッジ結合する。
【0067】
次に、第３実施例の優れた効果について説明する。
第３実施例においても第１実施例と同様に、平衡インピーダンスを不平衡インピーダンス以上にすることが可能である。
第３実施例においても第１実施例と同様に、平衡インピーダンスを不平衡インピーダンス以上にすることが可能である。
【0068】
さらに、第３実施例では、第１主線路１１と第１副線路１２とが面内方向に並んで配置され、第２主線路２１と第２副線路２２とが面内方向に並んで配置されているため、配線層間を絶縁する層間絶縁膜の厚さに依存せず、両者を近づけることができる。第１主線路１１と第１副線路１２とを相互に近づけ、第２主線路２１と第２副線路２２とを相互に近づけると、結合伝送線路の単位長さ当たりの並列静電容量が大きくなる。その結果、結合伝送線路の特性インピーダンスが小さくなる。このため、より低いインピーダンス領域でインピーダンス変換及び平衡不平衡変換を行うことが可能になる。
【0069】
［第４実施例］
次に、図８を参照して第４実施例による平衡不平衡変換回路について説明する。以下、図１から図４Ｄまでの図面を参照して説明した第１実施例による平衡不平衡変換回路と共通の構成については説明を省略する。
次に、図８を参照して第４実施例による平衡不平衡変換回路について説明する。以下、図１から図４Ｄまでの図面を参照して説明した第１実施例による平衡不平衡変換回路と共通の構成については説明を省略する。
【0070】
図８は、第４実施例による平衡不平衡変換回路の等価回路図である。第１実施例（図１）では、グランドノードＧＮＤ、不平衡信号入出力ノードＳＧＬ、平衡信号入出力ノードＤｉｆｆ１、Ｄｉｆｆ２が、それぞれグランド用外部接続端子４０、不平衡信号用の外部接続端子４１、平衡信号用の第１外部接続端子４２、及び第２外部接続端子４３に直接接続されている。これに対して第４実施例では、グランドノードＧＮＤ及び不平衡信号入出力ノードＳＧＬと、グランド用外部接続端子４０及び不平衡信号用の外部接続端子４１との間に、第１インピーダンス整合回路７１が接続されている。さらに、平衡信号入出力ノードＤｉｆｆ１、Ｄｉｆｆ２と、第１外部接続端子４２及び第２外部接続端子４３との間に、第２インピーダンス整合回路７２が接続されている。
【0071】
例えば、第１インピーダンス整合回路７１は、不平衡信号入出力ノードＳＧＬと外部接続端子４１との間に接続されたキャパシタＣ１、及びグランドノードＧＮＤとグランド用外部接続端子４０との間に接続されたキャパシタＣ２を含む。第２インピーダンス整合回路７２は、平衡信号入出力ノードＤｉｆｆ１と第１外部接続端子４２との間に接続されたキャパシタＣ３、及び平衡信号入出力ノードＤｉｆｆ２と第２外部接続端子４３との間に接続されたキャパシタＣ４を含む。
【0072】
次に、第４実施例の優れた効果について説明する。
第４実施例においても第１実施例と同様に、平衡インピーダンスを不平衡インピーダンス以上にすることが可能である。
第４実施例においても第１実施例と同様に、平衡インピーダンスを不平衡インピーダンス以上にすることが可能である。
【0073】
さらに、第４実施例では、第１インピーダンス整合回路７１及び第２インピーダンス整合回路７２を接続することにより、インピーダンスの調整範囲を拡張することができる。キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を接続することにより、第１伝送線路トランス１０及び第２伝送線路トランス２０と、外部回路との直流アイソレーションを確保することができる。
【0074】
次に、第４実施例の変形例について説明する。第４実施例では、第１インピーダンス整合回路７１及び第２インピーダンス整合回路７２の各々が、キャパシタを含んでいるが、その他に、インダクタ、抵抗素子等の受動素子を含んでもよい。目標とするインピーダンス整合条件に応じて、第１インピーダンス整合回路７１及び第２インピーダンス整合回路７２の回路構成及び回路定数を適宜選択するとよい。また、第１インピーダンス整合回路７１及び第２インピーダンス整合回路７２のうち一方を取り除いてもよい。
【0075】
【0076】
第５実施例による高周波増幅器は、差動増幅器６０、第１平衡不平衡変換回路８０、及び第２平衡不平衡変換回路８１を含む。第１平衡不平衡変換回路８０及び第２平衡不平衡変換回路８１として、第１実施例から第４実施例までのいずれかの実施例による平衡不平衡変換回路が用いられる。
【0077】
以下、差動増幅器６０の構成について説明する。バイアス回路６１にバッテリ電源Ｖｂａｔｔが供給されている。バイアス回路６１は、バイアス制御信号ＣＴＬに基づいて差動増幅器６０を構成する一対の増幅回路にそれぞれバイアスを供給する。
【0078】
第１平衡不平衡変換回路８０の一対の平衡信号入出力ノードＤｉｆｆ１、Ｄｉｆｆ２が、それぞれ差動増幅器６０の一対の入力ノードに接続されている。差動増幅器６０の一対の出力ノードが、それぞれ第２平衡不平衡変換回路８１の平衡信号入出力ノードＤｉｆｆ１、Ｄｉｆｆ２に接続されている。第１平衡不平衡変換回路８０及び第２平衡不平衡変換回路８１のグランドノードＧＮＤは、グランドに接続されている。
【0079】
第１平衡不平衡変換回路８０の不平衡信号入出力ノードＳＧＬに不平衡高周波信号ＲＦｉｎが入力される。第１平衡不平衡変換回路８０に入力された不平衡高周波信号ＲＦｉｎは、第１平衡不平衡変換回路８０によって平衡信号（差動信号）に変換され、差動増幅器６０に入力される。差動増幅器６０から出力された平衡信号は、第２平衡不平衡変換回路８１に入力される。第２平衡不平衡変換回路８１に入力された平衡信号は、不平衡信号入出力ノードＳＧＬから不平衡高周波出力信号ＲＦｏｕｔとして出力される。
【0080】
第１平衡不平衡変換回路８０は、不平衡信号を平衡信号に変換するとともに、インピーダンス変換を行い、第１平衡不平衡変換回路８０の入力側のインピーダンスを、差動増幅器６０の入力インピーダンスに整合させる。第２平衡不平衡変換回路８１は、平衡信号を不平衡信号に変換するとともに、インピーダンス変換を行い、差動増幅器６０の出力インピーダンスを第２平衡不平衡変換回路８１の負荷インピーダンに整合させる。
【0081】
次に、第５実施例の優れた効果について説明する。
一般的に、差動増幅器６０の入力インピーダンス及び出力インピーダンスは、１００Ω以上２００Ω以下である。これに対して不平衡高周波信号ＲＦｉｎ及び不平衡高周波出力信号ＲＦｏｕｔが伝送される伝送線路の特性インピーダンスは５０Ωである。すなわち、第１平衡不平衡変換回路８０及び第２平衡不平衡変換回路８１のそれぞれの平衡インピーダンスを、不平衡インピーダンスより大きくすることにより、インピーダンスを整合させることができる。
一般的に、差動増幅器６０の入力インピーダンス及び出力インピーダンスは、１００Ω以上２００Ω以下である。これに対して不平衡高周波信号ＲＦｉｎ及び不平衡高周波出力信号ＲＦｏｕｔが伝送される伝送線路の特性インピーダンスは５０Ωである。すなわち、第１平衡不平衡変換回路８０及び第２平衡不平衡変換回路８１のそれぞれの平衡インピーダンスを、不平衡インピーダンスより大きくすることにより、インピーダンスを整合させることができる。
【0082】
第１平衡不平衡変換回路８０及び第２平衡不平衡変換回路８１として、第１実施例から第４実施例までのいずれかの実施例による平衡不平衡変換回路を用いると、平衡インピーダンスを不平衡インピーダンス以上にすることが可能である。このため、差動増幅器６０の入力側及び出力側のインピーダンス整合を図ることが可能である。なお、差動増幅器６０の入力側及び出力側の回路構成によっては、第１平衡不平衡変換回路８０及び第２平衡不平衡変換回路８１の一方を接続しない構成としてもよい。
【0083】
［第６実施例］
次に、図１０を参照して第６実施例による平衡不平衡変換回路について説明する。以下、図１から図４Ｄまでの図面を参照して説明した第１実施例による平衡不平衡変換回路と共通の構成については説明を省略する。
次に、図１０を参照して第６実施例による平衡不平衡変換回路について説明する。以下、図１から図４Ｄまでの図面を参照して説明した第１実施例による平衡不平衡変換回路と共通の構成については説明を省略する。
【0084】
図１０は、第６実施例による平衡不平衡変換回路の第１伝送線路トランス１０の等価回路図である。図１０において、第１主線路１１を中空の細長い長方形で表し、第１副線路１２を、ハッチングが付された細長い長方形で表している。第１実施例（図１）では、第１主線路１１及び第１副線路１２の線路長が等しい。これに対して第６実施例では、第１副線路１２の線路長が第１主線路１１の線路長の２倍である。第１主線路１１が、第１副線路１２の第３端Ｅ３から中間地点Ｅ３４までの部分、及び中間地点Ｅ３４から第４端Ｅ４までの部分に結合している。入力ポートＰｉｎが、第１主線路１１の第１端Ｅ１及び第１副線路の第４端Ｅ４に接続されている。第１主線路１１の第２端Ｅ２が出力ポートＰｏｕｔに接続されている。
【0085】
第１副線路１２に流れるオッドモードの電流の大きさは、第１主線路１１に流れる電流の大きさの１／２倍になる。第１副線路１２に流れる電流の大きさがＩのとき、第１主線路１１を流れる電流の大きさは２Ｉである。入力ポートＰｉｎから第１伝送線路トランス１０に流入する電流の大きさは３Ｉであり、出力ポートＰｏｕｔから流出する電流の大きさは２Ｉである。
【0086】
入力ポートＰｉｎの電位をＶと標記すると、第１副線路１２の中間地点Ｅ３４の電位は（１／２）Ｖになり、第１主線路１１の第２端Ｅ２の電位は（３／２）Ｖになる。このため、出力ポートＰｏｕｔの電位も（３／２）Ｖになる。入力ポートＰｉｎに接続されたインピーダンスの大きさをＺＳ、出力ポートＰｏｕｔに接続されたインピーダンスの大きさをＺＬと標記すると、インピーダンスＺＬはＺＳの２．２５倍である。このように、第６実施例による平衡不平衡変換回路の第１伝送線路トランス１０のインピーダンス変換比は２．２５になる。
【0087】
次に、図１１を参照して、第６実施例の変形例による平衡不平衡変換回路について説明する。図１１は、第６実施例の変形例による平衡不平衡変換回路の第１伝送線路トランス１０の等価回路図である。図１１に示した第６実施例の変形例では、第１主線路１１の線路長が第１副線路１２の線路長の２倍である。第１主線路１１の第１端Ｅ１から中間地点Ｅ１２までの部分、及び中間地点Ｅ１２から第２端Ｅ２までの部分のそれぞれが第１副線路１２に結合している。第１主線路１１に大きさＩの電流が流れると、第１副線路１２に大きさが２Ｉのオッドモードの電流が流れる。
【0088】
このとき、入力ポートＰｉｎから第１伝送線路トランス１０に流入する電流の大きさが３Ｉであり、出力ポートＰｏｕｔから流出する電流の大きさがＩである。入力ポートＰｉｎの電位をＶと標記すると、第１主線路１１の中間地点Ｅ１２の電位が２Ｖになり、第２端Ｅ２の電位が３Ｖになる。このため、出力ポートＰｏｕｔの電位も３Ｖである。インピーダンスＺＬはＺＳの９倍である。このように、図１１に示した第６実施例の変形例による平衡不平衡変換回路の第１伝送線路トランス１０のインピーダンス変換比は９になる。
【0089】
次に、第６実施例及びその変形例の優れた効果について説明する。
第６実施例及びその変形例のように、第１伝送線路トランス１０の第１主線路１１及び第１副線路１２の線路長を調整することにより、第１伝送線路トランス１０のインピーダンス変換比を調整することができる。その結果、第１伝送線路トランス１０と第２伝送線路トランス２０とを従属接続した平衡不平衡変換回路のインピーダンス変換比を調整することができる。
第６実施例及びその変形例のように、第１伝送線路トランス１０の第１主線路１１及び第１副線路１２の線路長を調整することにより、第１伝送線路トランス１０のインピーダンス変換比を調整することができる。その結果、第１伝送線路トランス１０と第２伝送線路トランス２０とを従属接続した平衡不平衡変換回路のインピーダンス変換比を調整することができる。
【0090】
上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【0091】
本明細書に記載した上記実施例に基づき、以下の発明を開示する。
＜１＞
入力信号及び出力信号が共に不平衡信号であり、インピーダンス変換を行う第１伝送線路トランスと、
平衡不平衡変換を行う第２伝送線路トランスと、
不平衡信号入出力ノードと、
一対の平衡信号入出力ノードと
を備え、
前記第１伝送線路トランスは、第１主線路と第１副線路とを含み、前記第１主線路と前記第１副線路とは、前記第１主線路の一方の端部である第１端から他方の端部である第２端に向かう向きが、前記第１副線路の一方の端部である第３端から他方の端部である第４端に向かう向きと同一の向きになるように結合しており、前記第４端が前記第１端に接続され、前記第３端がグランドに接続され、前記第１端が前記不平衡信号入出力ノードに接続されており、
前記第２伝送線路トランスは、第２主線路と第２副線路とを含み、前記第２主線路と前記第２副線路とは、前記第２主線路の一方の端部である第５端から他方の端部である第６端に向かう向きが、前記第２副線路の一方の端部である第７端から他方の端部である第８端に向かう向きと同一の向きになるように結合しており、前記第５端は前記第２端に接続されており、前記第６端及び前記第７端はグランドに接続されており、前記第５端及び前記第８端が、それぞれ前記一対の平衡信号入出力ノードに接続されている平衡不平衡変換回路。
＜１＞
入力信号及び出力信号が共に不平衡信号であり、インピーダンス変換を行う第１伝送線路トランスと、
平衡不平衡変換を行う第２伝送線路トランスと、
不平衡信号入出力ノードと、
一対の平衡信号入出力ノードと
を備え、
前記第１伝送線路トランスは、第１主線路と第１副線路とを含み、前記第１主線路と前記第１副線路とは、前記第１主線路の一方の端部である第１端から他方の端部である第２端に向かう向きが、前記第１副線路の一方の端部である第３端から他方の端部である第４端に向かう向きと同一の向きになるように結合しており、前記第４端が前記第１端に接続され、前記第３端がグランドに接続され、前記第１端が前記不平衡信号入出力ノードに接続されており、
前記第２伝送線路トランスは、第２主線路と第２副線路とを含み、前記第２主線路と前記第２副線路とは、前記第２主線路の一方の端部である第５端から他方の端部である第６端に向かう向きが、前記第２副線路の一方の端部である第７端から他方の端部である第８端に向かう向きと同一の向きになるように結合しており、前記第５端は前記第２端に接続されており、前記第６端及び前記第７端はグランドに接続されており、前記第５端及び前記第８端が、それぞれ前記一対の平衡信号入出力ノードに接続されている平衡不平衡変換回路。
【0092】
＜２＞
前記第１主線路、前記第１副線路、前記第２主線路、及び前記第２副線路は、共通の基板に配置されたスパイラル状の導体パターンで構成されており、平面視において、前記第１主線路及び前記第１副線路を含む前記第１伝送線路トランス、及び前記第２主線路及び前記第２副線路を含む前記第２伝送線路トランスの一方が他方を取り囲んでいる＜１＞に記載の平衡不平衡変換回路。
前記第１主線路、前記第１副線路、前記第２主線路、及び前記第２副線路は、共通の基板に配置されたスパイラル状の導体パターンで構成されており、平面視において、前記第１主線路及び前記第１副線路を含む前記第１伝送線路トランス、及び前記第２主線路及び前記第２副線路を含む前記第２伝送線路トランスの一方が他方を取り囲んでいる＜１＞に記載の平衡不平衡変換回路。
【0093】
＜３＞
前記第１主線路、前記第１副線路、前記第２主線路、及び前記第２副線路のそれぞれは、前記基板に設けられた多層配線層内の導体パターンで構成されており、前記第１主線路と前記第１副線路とは、相互に異なる配線層に配置されており、前記第２主線路と前記第２副線路とは、相互に異なる配線層に配置されている＜２＞に記載の平衡不平衡変換回路。
前記第１主線路、前記第１副線路、前記第２主線路、及び前記第２副線路のそれぞれは、前記基板に設けられた多層配線層内の導体パターンで構成されており、前記第１主線路と前記第１副線路とは、相互に異なる配線層に配置されており、前記第２主線路と前記第２副線路とは、相互に異なる配線層に配置されている＜２＞に記載の平衡不平衡変換回路。
【0094】
＜４＞
前記第１主線路と前記第２主線路とは、同一の配線層のひと続きの導体パターンで構成されている＜２＞または＜３＞に記載の平衡不平衡変換回路。
前記第１主線路と前記第２主線路とは、同一の配線層のひと続きの導体パターンで構成されている＜２＞または＜３＞に記載の平衡不平衡変換回路。
【0095】
＜５＞
前記第１主線路の少なくとも一部分と前記第１副線路の少なくとも一部分とが、平面視において相互に重なっており、
前記第２主線路の少なくとも一部分と前記第２副線路の少なくとも一部分とが、平面視において相互に重なっている＜３＞または＜４＞に記載の平衡不平衡変換回路。
前記第１主線路の少なくとも一部分と前記第１副線路の少なくとも一部分とが、平面視において相互に重なっており、
前記第２主線路の少なくとも一部分と前記第２副線路の少なくとも一部分とが、平面視において相互に重なっている＜３＞または＜４＞に記載の平衡不平衡変換回路。
【0096】
＜６＞
前記第１主線路の幅方向の少なくとも一部分と前記第１副線路の幅方向の少なくとも一部分とが、平面視において相互に重なっており、
前記第２主線路の幅方向の少なくとも一部分と前記第２副線路の幅方向の少なくとも一部分とが、平面視において相互に重なっている＜５＞に記載の平衡不平衡変換回路。
前記第１主線路の幅方向の少なくとも一部分と前記第１副線路の幅方向の少なくとも一部分とが、平面視において相互に重なっており、
前記第２主線路の幅方向の少なくとも一部分と前記第２副線路の幅方向の少なくとも一部分とが、平面視において相互に重なっている＜５＞に記載の平衡不平衡変換回路。
【0097】
＜７＞
前記第１主線路、前記第１副線路、前記第２主線路、及び前記第２副線路のそれぞれは、前記基板に設けられた多層配線層内の導体パターンで構成されており、前記第１主線路と前記第１副線路とが同一の配線層に配置されており、前記第２主線路と前記第２副線路とが同一の配線層に配置されている＜２＞に記載の平衡不平衡変換回路。
前記第１主線路、前記第１副線路、前記第２主線路、及び前記第２副線路のそれぞれは、前記基板に設けられた多層配線層内の導体パターンで構成されており、前記第１主線路と前記第１副線路とが同一の配線層に配置されており、前記第２主線路と前記第２副線路とが同一の配線層に配置されている＜２＞に記載の平衡不平衡変換回路。
【0098】
＜８＞
前記基板に設けられた平衡信号用の第１外部接続端子及び第２外部接続端子と、
前記第１外部接続端子を前記第５端に接続する第１配線と、
前記第２外部接続端子を前記第８端に接続する第２配線と
を、さらに備え、
前記第２伝送線路トランスが前記第１伝送線路トランスを、平面視において取り囲んでおり、
前記第１外部接続端子及び前記第２外部接続端子は、平面視において、前記第２伝送線路トランスで囲まれた領域の外側に、スパイラル状の前記第２主線路及び前記第２副線路の周方向に並んで配置されており、
前記第１配線は、前記第５端から、前記第２伝送線路トランスで囲まれた領域の外側に向かって、前記第２主線路と直交する方向に延び、
前記第２配線は、前記第８端から、前記第２伝送線路トランスで囲まれた領域の外側に向かって、前記第２副線路と直交する方向に延びる＜２＞乃至＜７＞のいずれか１つに記載の平衡不平衡変換回路。
前記基板に設けられた平衡信号用の第１外部接続端子及び第２外部接続端子と、
前記第１外部接続端子を前記第５端に接続する第１配線と、
前記第２外部接続端子を前記第８端に接続する第２配線と
を、さらに備え、
前記第２伝送線路トランスが前記第１伝送線路トランスを、平面視において取り囲んでおり、
前記第１外部接続端子及び前記第２外部接続端子は、平面視において、前記第２伝送線路トランスで囲まれた領域の外側に、スパイラル状の前記第２主線路及び前記第２副線路の周方向に並んで配置されており、
前記第１配線は、前記第５端から、前記第２伝送線路トランスで囲まれた領域の外側に向かって、前記第２主線路と直交する方向に延び、
前記第２配線は、前記第８端から、前記第２伝送線路トランスで囲まれた領域の外側に向かって、前記第２副線路と直交する方向に延びる＜２＞乃至＜７＞のいずれか１つに記載の平衡不平衡変換回路。
【0099】
＜９＞
さらに、前記第１端と前記不平衡信号入出力ノードとの間、及び前記第３端とグランドとの間に接続された第１インピーダンス整合回路を備えている＜１＞乃至＜８＞のいずれか１つに記載の平衡不平衡変換回路。
さらに、前記第１端と前記不平衡信号入出力ノードとの間、及び前記第３端とグランドとの間に接続された第１インピーダンス整合回路を備えている＜１＞乃至＜８＞のいずれか１つに記載の平衡不平衡変換回路。
【0100】
＜１０＞
さらに、前記第２端及び前記第８端と、前記一対の平衡信号入出力ノードとの間に接続された第２インピーダンス整合回路を備えている＜１＞乃至＜９＞のいずれか１項に記載の平衡不平衡変換回路。
さらに、前記第２端及び前記第８端と、前記一対の平衡信号入出力ノードとの間に接続された第２インピーダンス整合回路を備えている＜１＞乃至＜９＞のいずれか１項に記載の平衡不平衡変換回路。
【0101】
＜１１＞
一対の入力ノード及び一対の出力ノードを含む差動増幅器と、
＜１＞乃至＜９＞のいずれか１つに記載の１つまたは２つの平衡不平衡変換回路と
を備え、
前記平衡不平衡変換回路の１つである第１平衡不平衡変換回路の前記一対の平衡信号入出力ノードが、前記差動増幅器の前記一対の入力ノード及び前記一対の出力ノードの一方に接続されている高周波増幅器。
一対の入力ノード及び一対の出力ノードを含む差動増幅器と、
＜１＞乃至＜９＞のいずれか１つに記載の１つまたは２つの平衡不平衡変換回路と
を備え、
前記平衡不平衡変換回路の１つである第１平衡不平衡変換回路の前記一対の平衡信号入出力ノードが、前記差動増幅器の前記一対の入力ノード及び前記一対の出力ノードの一方に接続されている高周波増幅器。
【0102】
＜１２＞
前記平衡不平衡変換回路は、前記第１平衡不平衡変換回路の他に第２平衡不平衡変換回路を含み、
前記第２平衡不平衡変換回路の前記一対の平衡信号入出力ノードが、前記差動増幅器の前記一対の入力ノード及び前記一対の出力ノードのうち前記第１平衡不平衡変換回路が接続されていない方のノードに接続されている＜１１＞に記載の高周波増幅器。
前記平衡不平衡変換回路は、前記第１平衡不平衡変換回路の他に第２平衡不平衡変換回路を含み、
前記第２平衡不平衡変換回路の前記一対の平衡信号入出力ノードが、前記差動増幅器の前記一対の入力ノード及び前記一対の出力ノードのうち前記第１平衡不平衡変換回路が接続されていない方のノードに接続されている＜１１＞に記載の高周波増幅器。
【符号の説明】
【0103】
１０ 第１伝送線路トランス
１１ 第１主線路
１２ 第１副線路
２０ 第２伝送線路トランス
２１ 第２主線路
２２ 第２副線路
３０ グランド配線
３１ 第１配線
３２ 第２配線
３５ ビア
４０ グランド用外部接続端子
４１ 外部接続端子
４２ 第１外部接続端子
４３ 第２外部接続端子
５０ 基板
５１ グランド導体
６０ 差動増幅器
６１ バイアス回路
７１ 第１インピーダンス整合回路
７２ 第２インピーダンス整合回路
８０、８１ 平衡不平衡変換回路
ＧＮＤ グランドノード
Ｄｉｆｆ１、Ｄｉｆｆ２ 平衡信号入出力ノード
ＳＧＬ 不平衡信号入出力ノード
１１ 第１主線路
１２ 第１副線路
２０ 第２伝送線路トランス
２１ 第２主線路
２２ 第２副線路
３０ グランド配線
３１ 第１配線
３２ 第２配線
３５ ビア
４０ グランド用外部接続端子
４１ 外部接続端子
４２ 第１外部接続端子
４３ 第２外部接続端子
５０ 基板
５１ グランド導体
６０ 差動増幅器
６１ バイアス回路
７１ 第１インピーダンス整合回路
７２ 第２インピーダンス整合回路
８０、８１ 平衡不平衡変換回路
ＧＮＤ グランドノード
Ｄｉｆｆ１、Ｄｉｆｆ２ 平衡信号入出力ノード
ＳＧＬ 不平衡信号入出力ノード
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】