JP2004328497A - バルントランス - Google Patents

Abstract

【課題】バルントランスの雑音対策をするとともに構成を簡略化する。
【解決手段】バルントランスは、第一のストリップライン１４と、第一のストリップライン１４と電気的に接続された第二のストリップライン１７と、第一のストリップライン１４と電磁結合するとともに中心部１５ａが定電位とされた第三のストリップライン１５と、第二のストリップライン１７と電磁結合するとともに中心部１６ａが定電位とされた第四のストリップライン１６とを含む。ここで、第一、第三、第四、第二のストリップライン１４、１５、１６、１７はこの順で積層され、第三および第四のストリップライン１５および１６は電磁結合する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバルントランスに関し、特に無線通信周波数で使われる平衡信号、不平衡信号の変換、インピーダンス変換、位相変換に利用されるバルントランスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
「バルントランス」は、バランス−アンバランスから作られた造語であり、不平衡信号と平衡信号との相互変換を可能にする変換器である。平衡信号は振幅が等しく互いの位相が１８０度異なる一対の信号であり、通信システムにおいて一般的に用いられている。この伝送方式は、耐雑音性に優れ、低電圧動作化することによって省電力と高速化が可能である。そのためこの伝送方式は、ＩＣ内の差動増幅回路などに広く利用されている。一方、不平衡信号は、グランドに対する電位の変化を伝送するもので、一本の伝送線路が用いられる。マイクロストリップラインやアンテナの入出力がこれに相当する。
【０００３】
従来、不平衡信号と平衡信号との変換を行うバルントランスは、フェライトコアにツィストペア線を巻き付けて構成されていた。しかし、フェライトコアは周波数が高くなると透磁率が低下するため高周波化が難しく、また小型化が困難という問題があった。
【０００４】
これらの欠点を克服するため、平面型バルントランスが考案されている。図３に従来の平面型バルントランスの等価回路を示す。ここでは、バルントランスの不平衡信号伝送回路は波長λの１／４の長さのライン状導体４０ａおよび４０ｂを有し、平衡信号伝送回路は、波長λの１／４の長さのライン状導体４０ｃおよび４０ｄを有する。ライン状導体４０ａの一端には不平衡端子４１が設けられ、ライン状導体４０ａの他端はライン状導体４０ｂの一端と連結される。ライン状導体４０ｂの他端は開放されている。ライン状導体４０ｃおよびライン状導体４０ｄの一端はそれぞれグランドと同電位にされており、ライン状導体４０ｃおよびライン状導体４０ｄの他端にはそれぞれ平衡端子４２および４３が設けられる。ライン状導体４０ｃおよび４０ｄは、誘電体を介してライン状導体４０ａおよび４０ｂとそれぞれ電磁結合し、これにより不平衡−平衡変換が行われる。このような平面型バルントランスは小型化が可能なため、ＩＣ上に形成することもできる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２６０１４５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような構成のバルントランスにおいて、不平衡端子に不平衡信号が入力されると、不平衡信号はライン状導体間の電磁結合により平衡変換され、位相が１８０度異なるノーマルモード電流として平衡伝送回路に流れる。この際、平衡伝送回路には、ノーマルモード電流とは別に、平衡伝送回路の平衡度のばらつき、外来電磁波、デジタル回路からの放射雑音等の影響で２本の伝送線路を同相のコモンモード電流がグランドを介して流れる。このようなコモンモード電流は、放射雑音が発生する要因となるため、平衡伝送回路に流れるコモンモード電流を低減するための対策が必要である。
【０００７】
この対策として、図４に示すように、バルントランスは、コモンモードチョークと組合せて用いられる。一般的なコモンモードチョークはフェライトコア等に同一ターン数のコイルを２つ巻き付けて構成される。これらのコイルは、ノーマルモード電流が流れる場合は２つのコイルで発生する磁束が互いに打ち消しあい、コモンモード電流が流れる場合には発生する磁束を強めあうように結線することにより、コモンモード電流を低減するように構成される。
【０００８】
しかし、上述したように、フェライトコアは高周波化および小型化が困難という問題がある。また、従来、不平衡−平衡変換素子であるバルントランスと雑音対策防止部品であるコモンモードチョークとを別々の部品として回路に搭載していたため、回路上での設置面積や体積が増加するという問題もあった。
【０００９】
本発明は、こうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、不平衡信号および平衡信号の伝送線路の雑音対策をしつつ回路構成を簡易化する技術を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、第一のストリップラインと、第一のストリップラインと電気的に接続された第二のストリップラインと、第一のストリップラインと電磁結合するとともに一端が定電位とされた第三のストリップラインと、第二のストリップラインと電磁結合するとともに一端が定電位とされた第四のストリップラインと、を含み、第一、第三、第四、第二のストリップラインはこの順で積層され、第三および第四のストリップラインは電磁結合することを特徴とするバルントランスが提供される。ここで、第三および第四のストリップラインは、位相が同じコモンモード電流が流れたときに実質的に同一方向に磁束を発生するように構成されてよい。ここで、定電位は、グランドと同電位とすることができ、第三のストリップラインおよび第四のストリップラインは、グランドと同電位とすることができる。
【００１１】
また、第三および第四のストリップラインは、実質的に同一方向に回転するスパイラル状に形成されてよく、第三および第四のストリップラインの中心部がそれぞれ定電位とされてよい。第三および第四のストリップラインは、実質的に同一方向に回転するスパイラル状に形成され、第三および第四のストリップラインの外端部がそれぞれ定電位とされてもよい。
【００１２】
第一および第二のストリップラインは、実質的に同一方向に回転するスパイラル状に形成されてよく、第一および第二のストリップラインの外端部どうしまたは中心部どうしが電気的に接続されてよい。
【００１３】
本発明によれば、定電位とされた第一および第二の導体層と、誘電体中に、実質的に同一方向に回転するスパイラル状に形成された第一乃至第四のストリップラインと、を含み、第一の導体層、第一のストリップライン、第三のストリップライン、第四のストリップライン、第二のストリップライン、および第二の導体層はこの順で積層され、第一のストリップラインの外端部と第二のストリップラインの外端部とが誘電体中に形成されたスルーホールを介して電気的に接続され、第三のストリップラインの中心部が誘電体中に設けられたスルーホールを介して第一の導体層に接続され、第四のストリップラインの中心部が誘電体中に設けられたスルーホールを介して第二の導体層に接続されたことを特徴とするバルントランスが提供される。
【００１４】
なお、本発明の表現を製造方法や設計方法などに変換したり、それらを任意に組合せたものもまた、本発明の態様として有効である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本実施の形態におけるバルントランスの等価回路を示す図である。バルントランスは、第一のストリップライン１４と、第二のストリップライン１７と、第三のストリップライン１５と、第四のストリップライン１６とを含む。各ストリップライン１４〜１７は、波長λの１／４の長さを有する。第一のストリップライン１４の一端には不平衡端子２１が設けられる。第一のストリップライン１４の他端は第二のストリップライン１７の一端と電気的に接続され、不平衡信号伝送回路を構成する。第三のストリップライン１５および第四のストリップライン１６の一端はそれぞれグランドと同電位にされ、第三のストリップライン１５および第四のストリップライン１６の他端にはそれぞれ第一の平衡端子１５ｂおよび第二の平衡端子１６ｂが設けられる。第三のストリップライン１５および第四のストリップライン１６は、平衡信号伝送回路を構成する。第一のストリップライン１４と第三のストリップライン１５とは互いに電磁結合するように対向配置され、これらはバルン３０ａを構成する。第二のストリップライン１７と第四のストリップライン１６とは互いに電磁結合するように対向配置され、これらはバルン３０ｂを構成する。また、第三のストリップライン１５と第四のストリップライン１６とは互いに電磁結合するように対向配置され、これらはコモンモードチョーク３２を構成する。
【００１６】
図２は、図１に示したバルントランスを詳細に示す斜視断面図である。本実施の形態において、バルントランスは、第一の誘電体基板１と、第二の誘電体基板２と、第三の誘電体基板３と、第四の誘電体基板４と、第五の誘電体基板５と、第六の誘電体基板６と、第七の誘電体基板７とを含む。誘電体基板１〜７は、第七の誘電体基板７、第六の誘電体基板６、第五の誘電体基板５、第四の誘電体基板４、第三の誘電体基板３、第二の誘電体基板２、および第一の誘電体基板１の順で、下から積層され、積層回路基板を構成する。ここで、第六の誘電体基板６の厚みは第一の誘電体基板１と第二の誘電体基板２とをあわせた厚みと実質的に同一に形成され、第三の誘電体基板３の厚みと第五の誘電体基板５の厚みは実質的に同一に形成される。
【００１７】
第一の誘電体基板１および第七の誘電体基板７の上下面はほぼ全面的に導体で覆われ、それぞれ第一のグランド導体層８および第二のグランド導体層９として機能する。また、第二の誘電体基板２、第三の誘電体基板３、第四の誘電体基板４、第五の誘電体基板５、および第六の誘電体基板６の上面にはそれぞれ第五のストリップライン２０、第一のストリップライン１４、第三のストリップライン１５、第四のストリップライン１６、および第二のストリップライン１７が形成されている。第一のストリップライン１４、第三のストリップライン１５、第四のストリップライン１６、および第二のストリップライン１７は、実質的に同一方向に回転するスパイラル形状を有する。また、これらのストリップライン１４〜１７は、ミアンダ状等にしてもよく、バルントランスを小型化するのに適切などのような形状とすることもできる。
【００１８】
第五のストリップライン２０の中心部２０ａと第一のストリップライン１４の中心部１４ａとは、第二の誘電体基板２および第三の誘電体基板３を積層したときに同軸線上に設けられ、第二のスルーホール１９を介して電気的に接続される。また、第一のストリップライン１４の外端部１４ｂと第二のストリップライン１７の外端部１７ｂとは、第三の誘電体基板３および第六の誘電体基板６を第四の誘電体基板４および第五の誘電体基板５を介して積層したときに同軸線上に設けられ、第一のスルーホール１８を介して電気的に接続される。第二のストリップライン１７の中心部１７ａは開放される。第三のストリップライン１５の中心部１５ａは、第三のスルーホール２２を介して第一のグランド導体層８と電気的に接続されグランドと同電位にされる。第四のストリップライン１６の中心部１６ａは、第四のスルーホール２３を介して第二のグランド導体層９と電気的に接続されグランドと同電位にされる。
【００１９】
第五のストリップライン２０の外端部には不平衡端子２１が設けられる。また、第三のストリップライン１５および第四のストリップライン１６の外端部にはそれぞれ第一の平衡端子１５ｂおよび第二の平衡端子１６ｂが設けられる。
【００２０】
以上のような構成において、第一のストリップライン１４および第二のストリップライン１７は、不平衡信号伝送回路を構成し、第三のストリップライン１５および第四のストリップライン１６は平衡信号伝送回路を構成する。本実施の形態において、バルントランスは例えばシリコンＩＣ上に形成され、誘電体基板１〜７としてはシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を使用することができる。また、ストリップライン１４〜１７、および２０は、ＡｌまたはＣｕを主成分とする材料で形成することができる。
【００２１】
つづいて、以上のような構成のバルントランスの動作を説明する。ここで、不平衡端子２１から不平衡信号を入力した場合を例として説明する。不平衡端子２１から不平衡信号を入力すると、第五のストリップライン２０および第二のスルーホール１９を介して第一のストリップライン１４に不平衡信号が伝達される。次いで、第一のストリップライン１４を通過した後、第一のスルーホール１８を介して第二のストリップライン１７に不平衡信号が伝達される。ここで、第一のストリップライン１４は第三のストリップライン１５と、第二のストリップライン１７は第四のストリップライン１６とそれぞれ電磁結合するように構成されているため、これらのストリップライン間で不平衡−平衡変換が行われ、第三のストリップライン１５および第四のストリップライン１６には位相が１８０度異なるノーマルモード電流が流れる。このとき、第三のストリップライン１５および第四のストリップライン１６で発生する磁束は逆方向となり、互いに打ち消しあう方向になるため、第三のストリップライン１５および第四のストリップライン１６間のインピーダンスには影響せず、第一の平衡端子１５ｂおよび第二の平衡端子１６ｂからそれぞれノーマルモード電流が出力される。
【００２２】
一方、たとえば第四のストリップライン１６および第二のストリップライン１７に雑音や電磁波の影響により発生した同相のコモンモード電流が流れると、第三のストリップライン１５および第四のストリップライン１６で発生する磁束は同一方向となるため、第三のストリップライン１５および第四のストリップライン１６間のインピーダンスが高くなり、コモンモード電流を打ち消すことができる。
【００２３】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組合せ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００２４】
以上の実施の形態では、第一のストリップライン１４の外端部１４ｂと第二のストリップライン１７の外端部１７ｂとが電気的に接続されるとして説明したが、第一のストリップライン１４の中心部１４ａと第二のストリップライン１７の中心部１７ａとが電気的に接続される構成とすることもできる。この場合、第一のストリップライン１４の外端部１４ｂが第五のストリップライン２０と電気的に接続される。
【００２５】
また、以上の実施の形態において、第三のストリップライン１５の中心部１５ａおよび第四のストリップライン１６の中心部１６ａがそれぞれ第一のグランド導体層８および第二のグランド導体層９に電気的に接続されるとして説明したが、第三のストリップライン１５の外端部および第四のストリップライン１６の外端部がそれぞれ第一のグランド導体層８および第二のグランド導体層９に電気的に接続される構成とすることもできる。この場合、第三のストリップライン１５の中心部１５ａおよび第四のストリップライン１６の中心部１６ａがそれぞれスルーホール等を介して外部に露出して形成される。この外部に露出した部分には平衡端子が設けられる。
【００２６】
たとえば、以上の実施の形態ではシリコンＩＣ上に平面型バルントランスを形成するとして説明したが、誘電体層にセラミック等の誘電体を用いることもできる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、不平衡信号および平衡信号の伝送線路の雑音対策をしつつ回路構成を簡易化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるバルントランスの等価回路を示す図である。
【図２】図１に示したバルントランスを詳細に示す斜視断面図である。
【図３】従来の平面型バルントランスの等価回路を示す図である。
【図４】バルントランスとコモンモードチョークとを組合せた構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 第一の誘電体基板、 ２ 第二の誘電体基板、 ３ 第三の誘電体基板、 ４ 第四の誘電体基板、 ５ 第五の誘電体基板、 ６ 第六の誘電体基板、 ７ 第七の誘電体基板、 ８ 第一のグランド導体層、 ９ 第二のグランド導体層、 １４ 第一のストリップライン、 １５ 第三のストリップライン、 １６ 第四のストリップライン、 １７ 第二のストリップライン、１８ 第一のスルーホール、 １９ 第二のスルーホール、 ２０ 第五のストリップライン、 ２１ 不平衡端子、 ２２ 第三のスルーホール、 ２３ 第四のスルーホール、 ３０ａ バルン、 ３０ｂ バルン、３２ コモンモードチョーク。

Claims (6)

1. 第一のストリップラインと、
   前記第一のストリップラインと電気的に接続された第二のストリップラインと、
   前記第一のストリップラインと電磁結合するとともに一端が定電位とされた第三のストリップラインと、
   前記第二のストリップラインと電磁結合するとともに一端が定電位とされた第四のストリップラインと、
   を含み、
   前記第一、第三、第四、第二のストリップラインは、それぞれ誘電体層を介してこの順で積層され、前記第三および第四のストリップラインは電磁結合することを特徴とするバルントランス。
2. 前記第三および第四のストリップラインは、位相が同じコモンモード電流が流れたときに実質的に同一方向に磁束を発生するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のバルントランス。
3. 前記第三および第四のストリップラインは、実質的に同一方向に回転するスパイラル状に形成され、
   前記第三および第四のストリップラインの中心部がそれぞれ定電位とされたことを特徴とする請求項１または２に記載のバルントランス。
4. 前記第三および第四のストリップラインは、実質的に同一方向に回転するスパイラル状に形成され、
   前記第三および第四のストリップラインの外端部がそれぞれ定電位とされたことを特徴とする請求項１または２に記載のバルントランス。
5. 前記第一および第二のストリップラインは、実質的に同一方向に回転するスパイラル状に形成され、
   前記第一および第二のストリップラインの外端部どうしまたは中心部どうしが電気的に接続されたことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のバルントランス。
6. 定電位とされた第一および第二の導体層と、
   誘電体中に、同一方向に回転するスパイラル状に形成された第一乃至第四のストリップラインと、
   を含み、
   前記第一の導体層、前記第一のストリップライン、前記第三のストリップライン、前記第四のストリップライン、前記第二のストリップライン、および前記第二の導体層はこの順で積層され、
   前記第一のストリップラインの外端部と前記第二のストリップラインの外端部とが前記誘電体中に形成されたスルーホールを介して電気的に接続され、
   前記第三のストリップラインの中心部が前記誘電体中に設けられたスルーホールを介して前記第一の導体層に接続され、
   前記第四のストリップラインの中心部が前記誘電体中に設けられたスルーホールを介して前記第二の導体層に接続されたことを特徴とするバルントランス。

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