JP2000165117A

JP2000165117A - 多層方向性結合器

Info

Publication number: JP2000165117A
Application number: JP10335257A
Authority: JP
Inventors: Keigo Kamosaki; 恵吾鴨▲崎▼
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-11-26
Filing date: 1998-11-26
Publication date: 2000-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】マイクロ波およびミリ波ICにおけるチップサイ
ズの縮小を実現する。【解決手段】λ／4の長さの結合線路をそれぞれ2層の配
線層で構成し、その上下間で結合させる構造をもち、そ
の半分の長さであるλ／8の点で交差させ、上記交差部
分の結合線路の幅を調節することで結合度の微調整をお
こなう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、高周波における
方向性を有する電力分配回路に係り、特にマイクロ波お
よびミリ波集積回路における方向性結合器に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波およびミリ波集積回路におい
て、位相差90度で電力を3dBに分配するものには、ブラ
ンチライン型ハイブリッド回路およびラングカップラが
挙げられる。このうち、ブランチライン型ハイブリッド
回路は比帯域で5％以下程度の狭帯域の用途に用いら
れ、それ以上の広帯域な用途にはラングカプラが通常用
いられる。

【０００３】図５にその一例として4フィンガのラング
カップラのレイアウトを示す。通常、マイクロストリッ
プ線路を用いた2つの結合線路では、その結合度を3dBに
することができないため、ラングカップラではフィンガ
数に対応した結合線路の数（フィンガ数）を上げること
によって、その結合度を得ている。また、フィンガ数を
増やせば、広帯域化も同時に得やすくなる。しかし、広
帯域でかつその結合度を3dBに保つために、その面積を
増やしてもフィンガ数を増やす必要があった。

【０００４】また、フインガ数に対応する結合線路に
は、偶励振、奇励振モードの他にハイブリッド偶励振な
らびにハイブリッド奇励振モードといった不要モードも
励振してしまうため、ラングカップラではこれを抑圧す
るために、カップラ結合線路の中央部および両端におい
て、電位を等しくするため、図５に示す接続線18が必要
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】マイクロ波およびミリ
波ICにおいては、チップサイズを縮小することにより、
量産性を向上させ、製造コストを低減することが求めら
れている。しかしながら、従来、多く用いられているラ
ングカップラでは広帯域化を図るためには、結合度をあ
げるため、ライン間のスリットを狭くするか、そのフイ
ンガ数を増やす必要があった。しかしながら、スリット
幅はICプロセスの制限からあまり狭くはできず、そのフ
ィンガ数を増やすのが一般的であり、その結果ICのチッ
プサイズを大きくしてしまう欠点があった。

【０００６】この発明は、上記のような問題点に鑑みな
されたものであり、上下2層の配線間により結合度を高
く得ることにより、マイクロ波およびミリ波ICにおける
チップサイズの縮小を実現することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明では図１、図２
に示すように、高周波IC中の結合線路部分9において、
第１配線層1および第２配線層2が絶縁層3を挟んで上下
で結合する構造で、強い結合を得る。また、その全長は
設計中心周波数において1／4波長となり、1／4波長の結
合線路の中央部において、2層の配線間上下で交差する
構造とし、その交差部分4は、その結合線路の線路幅を
結合度微調整用として用い、結合端5および方向性端6が
同一方向に位置し、入力端7およびアイソレーション端8
の反対に位置する配置とさせるための役割を持つ。ここ
で、図２の16は半導体基板、17は裏面グランド電極であ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図１お
よび図２を用いて詳細に説明する。第１配線層1および
第２配線層はSiO₂など数マイクロン以下の薄い絶縁膜3
によって上下に物理的に分離されている。また、絶縁膜
3の膜厚が十分に薄いことから、ラングカップラのよう
に複数のインターデジエイトされた結合線路を設けるこ
となく、第１配線層と第２配線層間で広帯域に強く良好
な結合が得られる。

【０００９】また、1組の結合線路のため、図５に示し
たラングカップラにおけるハイブリッド励振モード抑圧
のための細い接続線路18を必要としないため、高周波IC
プロセスにおいて回路の歩留まりを高く保つことができ
る。

【００１０】本発明の実施例においては、その結合度が
3dBであるため、第１配線層1と第２配線層2の重なりは1
マイクロンである。この1マイクロン程度の重なりを持
つ、結合線路部9が中央部の交差部分4においてひねりを
加えた構成とすることで、ラングカップラと同様に結合
端5および方向性端6が入力端7の反対側に位置すること
を可能にする。

【００１１】図３に本発明の方向性結合器を組み込んだ
バランス型増幅器の集積回路のブロック構成を示す。バ
ランス型増幅器は、入力整合回路10、出力整合回路11、
トランジスタ12および方向性結合器（カップラ）からな
る。入力端20より入力された信号がカップラ25により0
度および−90度の位相で半分に分配され、それぞれ入力
整合回路10、出力整合回路11、トランジスタ12からなる
増幅器で増幅され、今度は出力側カップラ25'により、
−90度ならびに0度の位相で合成されるため、結果とし
て電力の合成を可能にしている。ここで図の30が出力
端、13は無反射終端である。

【００１２】通常、こうしたバランス型増幅器にはカッ
プラの設計のしやすさからラングカップラを用いるが、
本発明の多層結合器を用いることにより、同様に回路を
構成することができる。しかも本発明によれば、図４の
レイアウトに示すように、結合端5および方向性端が同
一方向に位置し、入力端およびアイソレーション端の反
対に位置する配置とした多層方向性結合器を用いること
で、回路を対称的にレイアウトしやすくなるばかりか、
むだな線路の引き回しを避けることができ、チップ面積
の低減を図ることができる。

【００１３】以下では本発明の実施例による方向性結合
器の周波数特性について、図６および図７を用いて説明
する。図６および図７は本実施例の結合度を電磁界解析
結果によって求めたもので、図６がその大きさを表した
もの、また図７が通過位相を表したものである。約3dB
の結合度が得られ、振幅がプラスマイナス0.25dB以下で
トラッキングがとれる帯域は65GHzから95GHzと比較的広
い。また、位相に関しては、50GHzから100GHzの周波数
範囲においてほぼ90度の位相差を確保しており、ラング
カップラと比べても遜色ない特性が得られている。

【００１４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、マイクロ波
およびミリ波帯方向性結合回路において、層間絶縁膜を
挟んだ上下2層の結合線路により、単純な構成にもかか
わらず、容易に広帯域にわたり高い結合度が得らる。ま
た、ラングカップラよりも小さいサイズ実現でき、マイ
クロ波およびミリ波ICにおける量産コストの低減が可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における、第１、第２配
線層交差部の平面図。

【図２】本発明の第１の実施例における、第１、第２配
線層交差部の断面図。

【図３】本発明の第２の実施例における、バランス型増
幅器のブロック図。

【図４】本発明の第２の実施例における素子レイアウト
例を示す平面図。

【図５】従来例のラングカップラのレイアウト例を示し
た平面図。

【図６】従来例と本実施例における結合度の周波数特性
を比較したグラフ。

【図７】従来例と本実施例における結合度の周波数特性
を比較したグラフ。

【符号の説明】

1…第１配線層、2…第２配線層、3…絶縁層、4…交差部
分、5…結合端、6…方向性端、7…入力端、8…アイソレ
ーション端、9…結合線路部分、10…入力整合回路、11
…出力整合回路、12…トランジスタ、13…無反射終端、
14…入力端、15…出力端、16…半導体基板、17…裏面グ
ランド、18…ハイブリッドモード抑圧接続線。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波で用いられる方向性結合器におい
て、1／4波長の2層配線層の上下間で結合することを特
徴とする方向性結合器。
【請求項２】上記方向性結合器の中央部、1／8波長にお
いて2層の配線が交差していることを特徴とする方向性
結合器。
【請求項３】請求項１または２に記載の方向性結合器に
おいて、2つの結合端が同一方向に位置し、入力端の反
対に位置することを特徴とする方向性結合器。
【請求項４】請求項２において、中央部結合線路の線路
幅を結合度調整に用いることを特徴とする方向性結合
器。
【請求項５】請求項１または２に記載の方向性結合器を
高周波集積回路中に設けたことを特徴とする電子回路装
置。