JP2006222744A

JP2006222744A - 高周波ミキサ回路

Info

Publication number: JP2006222744A
Application number: JP2005034394A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Okada; 泰幸岡田; Akihito Nagamatsu; 昭仁永松; Katsuaki Onoda; 克明小野田; Shigehiro Nakamura; 滋宏中村; Mikito Sakakibara; 幹人榊原
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-02-10
Filing date: 2005-02-10
Publication date: 2006-08-24
Also published as: US20060177077A1; TW200640122A

Abstract

【課題】高周波ミキサ回路において信号間のアイソレーションを強化する。
【解決手段】ＲＦ信号とＬＯ信号とをミキシングしてＩＦ信号を生成するダウンコンバータ、又は、ＩＦ信号とＬＯ信号とをミキシングしてＲＦ信号を生成するアップコンバータとして用いられる高周波ミキサ回路であって、ＬＯ信号を伝播する配線Ｌ１’，Ｌ２’が、ＲＦ信号又はＩＦ信号を伝播する配線Ｌ３〜Ｌ６のうち１つのみと交差する配線レイアウトを有する高周波ミキサ回路によって上記課題を解決できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、信号間のアイソレーションが強化された高周波ミキサ回路に関する。

無線通信では、受信した高周波（ＲＦ）信号をより周波数の低い中間周波（ＩＦ）信号にダウンコンバートしたり、ＩＦ信号をより周波数の高いＲＦ信号へアップコンバートしたりするために周波数変換回路（高周波ミキサ回路）が使用される。

高周波ミキサ回路として、図２に示すようなクォッド・リング回路１００が知られている。クォッド・リング回路１００は、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２、トランジスタＴｒ３，Ｔｒ４を有する。トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のソースは直接接続され、ＲＦ信号の第１の端子Ｔ_ＲＦ１に接続される。トランジスタＴｒ３，Ｔｒ４のソースは直接接続され、ＲＦ信号の第２の端子Ｔ_ＲＦ２に接続される。トランジスタＴｒ１及び、トランジスタＴｒ４のゲートは局部発振（ＬＯ）信号の第１の端子Ｔ_ＬＯ１に接続される。トランジスタＴｒ２及びトランジスタＴｒ３のゲートはＬＯ信号の第２の端子Ｔ_ＬＯ２に接続される。トランジスタＴｒ１及び、トランジスタＴｒ３のドレインはＩＦ信号の第１の端子Ｔ_ＩＦ１に接続される。トランジスタＴｒ２及び第２のトランジスタＴｒ４のドレインはＩＦ信号の第２の端子Ｔ_ＩＦ２に接続される。

ＲＦ信号の第１の端子Ｔ_ＲＦ１と第２の端子Ｔ_ＲＦ２との間に周波数ｆ_ＲＦのＲＦ信号を入力し、ＬＯ信号の第１の端子Ｔ_ＬＯ１と第２の端子Ｔ_ＬＯ２との間に周波数ｆ_ＬＯのＬＯ信号を入力することによって、ＩＦ信号の第１の端子Ｔ_ＩＦ１と第２の端子Ｔ_ＩＦ２との間に周波数（ｆ_ＲＦ−ｆ_ＬＯ）にダウンコンバートされたＩＦ信号が出力される。また、ＩＦ信号の第１の端子Ｔ_ＩＦ１と第２の端子Ｔ_ＩＦ２との間に周波数ｆ_ＩＦのＩＦ信号を入力し、ＬＯ信号の第１の端子Ｔ_ＬＯ１と第２の端子Ｔ_ＬＯ２との間に周波数ｆ_ＬＯの局部発振信号を入力することによって、ＲＦ信号の第１の端子Ｔ_ＲＦ１と第２の端子Ｔ_ＲＦ２との間に周波数（ｆ_ＩＦ＋ｆ_ＬＯ）にアップコンバートされたＲＦ信号が出力される。

図３に、クォッド・リング回路１００の実装配線図を示す。図３では、右上の領域にトランジスタＴｒ１、左上の領域にトランジスタＴｒ２、右下の領域にトランジスタＴｒ３、左下の領域にトランジスタＴｒ４が形成された場合についての配線について説明する。

半導体基板の表面にドーパントを導入して、Ｔｒ１〜Ｔｒ４が形成される領域内にそれぞれソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄ（図中、破線で示す）を形成する。Ｔｒ１〜Ｔｒ４のそれぞれにおいて、ソース領域Ｓとドレイン領域Ｄに挟まれる領域にゲート電極Ｇが配置される。このように、Ｔｒ１〜Ｔｒ４がそれぞれ形成される。

Ｔｒ１〜Ｔｒ４のソース領域、ドレイン領域及びゲート電極には多層配線技術を用いて配線が行われる。トランジスタＴｒ１のゲート電極ＧからはトランジスタＴｒ２方向に向けて接続端子が引き出され、また、トランジスタＴｒ４のゲート電極ＧからはトランジスタＴｒ３方向に向けて接続端子が引き出され、トランジスタＴｒ２とトランジスタＴｒ４との間を通して、それぞれの接続端子からトランジスタＴｒ４の左脇に配置されたＬＯ信号の第１の端子Ｔ_ＬＯ１にまで配線Ｌ１がレイアウトされる。トランジスタＴｒ２のゲート電極ＧからはトランジスタＴｒ１方向に向けて接続端子が引き出され、また、トランジスタＴｒ３のゲート電極ＧからはトランジスタＴｒ４方向に向けて接続端子が引き出され、トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ２との間を通して、それぞれの接続端子からトランジスタＴｒ２の左脇に配置されたＬＯ信号の第２の端子Ｔ_ＬＯ２にまで配線Ｌ２がレイアウトされる。配線Ｌ１と配線Ｌ２とは絶縁層を挟み込んで多層配線される。

トランジスタＴｒ１のソース領域ＳからはトランジスタＴｒ３と反対方向に向けて、また、トランジスタＴｒ２のソース領域ＳからはトランジスタＴｒ４と反対方向に向けて配線Ｌ３が引き出される。トランジスタＴｒ１のソース領域ＳとトランジスタＴｒ２のソース領域Ｓとが共通に電気的に接続され、それぞれのソース領域ＳからトランジスタＴｒ１の右脇に配置されたＲＦ信号の第１の端子Ｔ_ＲＦ１にまで配線Ｌ３がレイアウトされる。トランジスタＴｒ３のソース領域ＳからはトランジスタＴｒ１と反対方向に向けて、また、トランジスタＴｒ４のソース領域ＳからはトランジスタＴｒ２と反対方向に向けて配線Ｌ４が引き出される。トランジスタＴｒ３のソース領域ＳとトランジスタＴｒ４のソース領域Ｓとが共通に電気的に接続され、それぞれのソース領域ＳからトランジスタＴｒ３の右脇に配置されたＲＦ信号の第２の端子Ｔ_ＲＦ２にまで配線Ｌ４がレイアウトされる。配線Ｌ３及び配線Ｌ４は、絶縁膜を介して配線Ｌ２及び配線Ｌ５上に多層配線される。

トランジスタＴｒ１のドレイン領域ＤからはトランジスタＴｒ２と反対方向に向けて、また、トランジスタＴｒ３のドレイン領域ＤからはトランジスタＴｒ４と反対方向に向けて配線Ｌ５が引き出される。トランジスタＴｒ１のドレイン領域ＤとトランジスタＴｒ３のドレイン領域Ｄとが共通に電気的に接続し、それぞれのドレイン領域ＤからトランジスタＴｒ３の下方に配置されたＩＦ信号の第１の端子Ｔ_ＩＦ１にまで配線Ｌ５がレイアウトされる。トランジスタＴｒ２のドレイン領域ＤからはトランジスタＴｒ１と反対方向に向けて、また、トランジスタＴｒ４のドレイン領域ＤからはトランジスタＴｒ３と反対方向に向けて配線Ｌ６が引き出される。トランジスタＴｒ２のドレイン領域ＤとトランジスタＴｒ４のドレイン領域Ｄとが共通に電気的に接続され、それぞれのドレイン領域ＤからトランジスタＴｒ４の下方に配置されたＩＦ信号の第２の端子Ｔ_ＩＦ２にまで配線Ｌ６がレイアウトされる。配線Ｌ５及び配線Ｌ６は、絶縁膜を介して配線Ｌ４及びＬ１上に多層配線される。

特開平８−３１６７３７号

ところが、図３のような配線Ｌ１〜Ｌ６のレイアウトでは、ＬＯ信号の配線Ｌ２とＲＦ信号の配線Ｌ３とが絶縁膜を介して重なり合う領域Ａ、及び、ＬＯ信号の配線Ｌ１とＩＦ信号の配線Ｌ６とが絶縁膜を介して重なり合う領域Ｂが生ずる。領域Ａ及び領域Ｂでは、ＲＦ信号の配線又はＩＦ信号の配線がＬＯ信号の配線と高周波的にコンデンサを介して接続されている状態と等価である。

そうすると、領域Ａ及び領域Ｂにおいて信号強度が高いＬＯ信号が比較的信号強度が低いＲＦ信号又はＩＦ信号に混成される。従って、高周波ミキサ回路において異なる信号間のアイソレーションが低下する問題があった。

本発明は、上記従来技術の問題を鑑み、ＬＯ信号と他の信号とのアイソレーションを向上させた高周波ミキサ回路を提供することを目的とする。

本発明は、高周波信号と局部発振信号とをミキシングして中間周波数信号を生成するダウンコンバータ、又は、中間周波数信号と局部発振信号とをミキシングして高周波信号を生成するアップコンバータとして用いられる高周波ミキサ回路であって、局部発振信号を伝播する第１及び第２の配線が、高周波信号又は中間周波数信号を伝播する配線のうち１つのみと交差する配線レイアウトを有することを特徴とする。

ここで、前記第１の配線と高周波信号又は中間周波数信号を伝播する配線の交差位置と、前記第２の配線と高周波信号又は中間周波数信号を伝播する配線の交差位置と、が近接して配置されていることが好適である。

また、前記第１の配線と前記第２の配線の配線長が略等しいことが好適である。また、高周波信号を伝播する対となる配線の配線長が略等しいことも好適である。また、中間周波数信号を伝播する対となる配線の配線長が略等しいことも好適である。

例えば、４つのトランジスタを備えるクォッド・リング回路を含んで構成され、前記トランジスタが基板上の四角形領域の頂点にそれぞれ配置され、前記トランジスタのうち２つのゲートが前記第１の配線によって共通に接続され、前記トランジスタのうち残りの２つのゲートが前記第２の配線によって共通に接続され、前記第１の配線及び前記第２の配線が共に前記トランジスタのいずれか２つのトランジスタの間を通ってレイアウトされることによって本発明の高周波ミキサ回路を構成することができる。

本発明によれば、ＲＦ信号又はＩＦ信号に対するＬＯ信号の混成を低減し、信号間のアイソレーションを強化した高周波ミキサ回路を提供することができる。

本発明の実施の形態における高周波ミキサ回路は、例えば、図２に示したクォッド・リング回路１００と同じ等価回路で表される。すなわち、本実施の形態では高周波ミキサ回路は、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２、トランジスタＴｒ３，Ｔｒ４を有するクォッド・リング回路であるとして説明する。ただし、これに限定されるものではなく、本発明の技術的思想は他の高周波ミキサ回路の構成に対しても適用可能である。

図１に、本実施の形態における高周波ミキサ回路（クォッド・リング回路）２００の実装配線図を示す。図１では、右上の領域にトランジスタＴｒ１、左上の領域にトランジスタＴｒ２、右下の領域にトランジスタＴｒ３、左下の領域にトランジスタＴｒ４が形成された場合についての配線について説明する。

半導体基板の表面にドーパントを導入して、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４が形成される領域内にそれぞれソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄ（図中、破線で示す）を形成する。本実施の形態では、ドレイン領域Ｄを中心にして、ドレイン領域Ｄの上下にドレイン領域Ｄに対して所定の間隔を空けてソース領域Ｓを配置している。トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４のそれぞれにおいて、ソース領域Ｓとドレイン領域Ｄに挟まれる領域にゲート電極Ｇが配置される。本実施の形態では、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４のそれぞれに対してゲート電極Ｇが２つずつ設けられる。

Ｔｒ１〜Ｔｒ４のソース領域、ドレイン領域及びゲート電極には多層配線技術を用いて配線が行われる。トランジスタＴｒ１のゲート電極ＧからはトランジスタＴｒ２方向に向けて接続端子が引き出され、また、トランジスタＴｒ４のゲート電極ＧからはトランジスタＴｒ３方向に向けて接続端子が引き出される。トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ４のゲート電極Ｇからは共通に配線Ｌ１’が引き出され、トランジスタＴｒ２とトランジスタＴｒ４との間を通して、トランジスタＴｒ４の左脇に配置されたＬＯ信号の第１の端子Ｔ_ＬＯ１に接続される。

トランジスタＴｒ２のゲート電極ＧからはトランジスタＴｒ１方向に向けて接続端子が引き出され、また、トランジスタＴｒ３のゲート電極ＧからはトランジスタＴｒ４方向に向けて接続端子が引き出される。トランジスタＴｒ２及びトランジスタＴｒ３のゲート電極Ｇからは共通に配線Ｌ２’が引き出され、トランジスタＴｒ２とトランジスタＴｒ４との間を通して、トランジスタＴｒ２の左脇に配置されたＬＯ信号の第２の端子Ｔ_ＬＯ２に接続される。

配線Ｌ１’と配線Ｌ２’とは配線層の層間に絶縁層を挟み込んだ多層配線とされる。また、ＬＯ信号の第１の端子Ｔ_ＬＯ１及び第２の端子Ｔ_ＬＯ２からトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４のゲート電極Ｇまでの配線長はほぼ等しくすることが好適である。これにより、ＬＯ信号の対称性を維持することができる。

トランジスタＴｒ１のソース領域ＳからはトランジスタＴｒ３と反対の方向に向けて、また、トランジスタＴｒ２のソース領域ＳからはトランジスタＴｒ４と反対の方向に向けて配線Ｌ３が引き出される。配線Ｌ３は、絶縁膜を介して、ゲート電極、配線Ｌ１及び配線Ｌ２の配線層とは異なる配線層として多層配線される。トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２にソース領域Ｓが複数設けられている場合にはそれらを共通に接続する。

また、トランジスタＴｒ１のソース領域ＳとトランジスタＴｒ２のソース領域Ｓとが配線Ｌ３によって電気的に接続される。配線Ｌ３は、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２がレイアウトされた領域の外側を通して、それぞれのソース領域ＳからトランジスタＴｒ１の右脇に配置されたＲＦ信号の第１の端子Ｔ_ＲＦ１に接続される。

トランジスタＴｒ３のソース領域ＳからはトランジスタＴｒ１と反対の方向に向けて、また、トランジスタＴｒ４のソース領域ＳからはトランジスタＴｒ２と反対の方向に向けて配線Ｌ４が引き出される。配線Ｌ４は、絶縁膜を介して、ゲート電極、配線Ｌ１及び配線Ｌ２の配線層とは異なる配線層として多層配線される。トランジスタＴｒ３及びトランジスタＴｒ４にソース領域Ｓが複数設けられている場合にはそれらを共通に接続する。

また、トランジスタＴｒ３のソース領域ＳとトランジスタＴｒ４のソース領域Ｓとが配線Ｌ４によって電気的に接続される。配線Ｌ４は、トランジスタＴｒ３及びトランジスタＴｒ４がレイアウトされた領域の外側を通して、それぞれのソース領域ＳからトランジスタＴｒ３の右脇に配置されたＲＦ信号の第２の端子Ｔ_ＲＦ２に接続される。

トランジスタＴｒ１のドレイン領域ＤからはトランジスタＴｒ２と反対の方向に向けて、また、トランジスタＴｒ３のドレイン領域ＤからはトランジスタＴｒ４と反対方向に向けて配線Ｌ５が引き出される。配線Ｌ５は、絶縁膜を介して、ゲート電極、配線Ｌ１〜Ｌ４の配線層とは異なる配線層として多層配線される。

また、トランジスタＴｒ１のドレイン領域ＤとトランジスタＴｒ３のドレイン領域Ｄとが配線Ｌ５によって電気的に接続される。配線Ｌ５は、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ３がレイアウトされた領域の外側を通して、それぞれのドレイン領域ＤからトランジスタＴｒ３の下方に配置されたＩＦ信号の第１の端子Ｔ_ＩＦ１に接続される。

トランジスタＴｒ２のドレイン領域ＤからはトランジスタＴｒ１と反対の方向に向けて、また、トランジスタＴｒ４のドレイン領域ＤからはトランジスタＴｒ３と反対の方向に向けて配線Ｌ６が引き出される。配線Ｌ６は、絶縁膜を介して、ゲート電極、配線Ｌ１〜Ｌ４の配線層とは異なる配線層として多層配線される。

また、トランジスタＴｒ２のドレイン領域ＤとトランジスタＴｒ４のドレイン領域Ｄとが配線Ｌ６によって電気的に接続される。配線Ｌ６は、トランジスタＴｒ２及びトランジスタＴｒ４がレイアウトされた領域の外側を通して、それぞれのドレイン領域ＤからトランジスタＴｒ４の下方に配置されたＩＦ信号の第２の端子Ｔ_ＩＦ２に接続される。

ここで、ＲＦ信号の第１の端子Ｔ_ＲＦ１及び第２の端子Ｔ_ＲＦ２からトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４のソース領域Ｓまでの配線長はほぼ等しくすることが好適である。また、ＩＦ信号の第１の端子Ｔ_ＩＦ１及び第２の端子Ｔ_ＩＦ２からトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４のドレイン領域Ｄまでの配線長はほぼ等しくすることが好適である。これにより、ＲＦ信号及びＩＦ信号の対称性を維持することができる。

なお、配線Ｌ１〜Ｌ６を多層配線する際の積層順は特に限定されるものではなく、上記説明の順に積層する必要はない。また、ゲート電極及び配線Ｌ１〜Ｌ６の各配線間の絶縁膜は、各層間において十分な絶縁耐圧を有する程度の膜厚を備えることが好適である。

本実施の形態における高周波ミキサ回路２００では、領域ＣにおいてＬＯ信号の配線Ｌ２’とＩＦ信号の配線Ｌ６とが絶縁膜を介して重なり合い、領域ＤにおいてＬＯ信号の配線Ｌ１’とＩＦ信号の配線Ｌ６とが絶縁膜を介して重なり合う。このように、ＬＯ信号とＩＦ信号とが重なり合う領域Ｃ及び領域Ｄでは、配線Ｌ６が絶縁膜を介して配線Ｌ１’及び配線Ｌ２’と容量結合されることになる。

しかしながら、互いに配線Ｌ１’と配線Ｌ２’を伝播するＬＯ信号は互いに逆位相であるため、領域ＣにおけるＩＦ信号への影響と領域ＤにおけるＩＦ信号への影響が互いに相殺され、ＩＦ信号へのＬＯ信号の影響を極めて小さくすることができる。

ここで、領域Ｃ及び領域Ｄとを近接させて設け、ＬＯ信号の端子Ｔ_ＬＯ２から領域Ｃまでの配線長とＬＯ信号の端子Ｔ_ＬＯ１から領域Ｄとの配線長とをほぼ等しくすることが好適である。領域Ｃと領域Ｄとは、少なくともＬＯ信号の波長よりも近接させることが好適であり、より好適にはＬＯ信号の１／１０波長より近接させることが好適である。これによって、領域Ｃ及び領域Ｄの配置による配線Ｌ１’及び配線Ｌ２’間におけるＬＯ信号の位相ずれを抑制し、領域Ｃ及び領域ＤにおいてＬＯ信号を互いにほぼ逆位相にすることができる。

なお、本実施の形態では、ＬＯ信号の配線とＩＦ信号の配線とが重なり合うようにレイアウトしたが、ＬＯ信号の配線とＲＦ信号の配線とが重なり合うようにレイアウトしても良い。ただし、一般的にＲＦ信号よりＩＦ信号の信号強度が強いので、ＬＯ信号の配線とＩＦ信号の配線とが重なり合うようにレイアウトすることがより好適である。

また、本実施の形態では、ＭＥＳＦＥＴを用いた回路構成について説明したが、ＭＯＳＦＥＴ型トランジスタを用いて回路を構成することもできる。

以上のように、ＬＯ信号の配線をＲＦ信号又はＩＦ信号の配線のいずれか１つのみと交差させるように配線レイアウトを行うことによってＲＦ信号又はＩＦ信号に対するＬＯ信号の混成を低減し、信号間のアイソレーションを強化することができる。高周波ミキサ回路以外の高周波回路においても上記効果を得ることができるが、特に、高周波ミキサ回路ではＲＦ信号及びＩＦ信号の信号強度に比べてＬＯ信号の信号強度が強い場合が多いので効果が顕著となる。また、クォッド・リング回路ではＬＯ信号の配線とＲＦ信号又はＩＦ信号の配線とが必ず交差するので、本発明の配線レイアウトを必ず適用することができる。

本発明の実施の形態における高周波ミキサ回路の配線レイアウトの例を示す図である。クォッド・リング回路の構成を示す回路図である。従来のクォッド・リング回路の配線レイアウトを示す図である。

符号の説明

１００クォッド・リング回路、２００高周波ミキサ回路、Ｄドレイン領域、Ｇゲート電極、Ｓソース領域、Ｌ１〜Ｌ６配線、Ｔｒ１〜Ｔｒ４トランジスタ。

Claims

高周波信号と局部発振信号とをミキシングして中間周波数信号を生成するダウンコンバータ、又は、中間周波数信号と局部発振信号とをミキシングして高周波信号を生成するアップコンバータとして用いられる高周波ミキサ回路であって、
局部発振信号を伝播する第１及び第２の配線が、高周波信号又は中間周波数信号を伝播する配線のうち１つのみと交差する配線レイアウトを有することを特徴とする高周波ミキサ回路。
請求項１に記載の高周波ミキサ回路において、
前記第１の配線と高周波信号又は中間周波数信号を伝播する配線の交差位置と、前記第２の配線と高周波信号又は中間周波数信号を伝播する配線の交差位置と、が近接して配置されていることを特徴とする高周波ミキサ回路。
請求項１又は２に記載の高周波ミキサ回路において、
前記第１の配線と前記第２の配線の配線長が略等しいことを特徴とする高周波ミキサ回路。
請求項１〜３のいずれか１つに記載の高周波ミキサ回路において、
高周波信号を伝播する対となる配線の配線長が略等しいことを特徴とする高周波ミキサ回路。
請求項１〜４のいずれか１つに記載の高周波ミキサ回路において、
中間周波数信号を伝播する対となる配線の配線長が略等しいことを特徴とする高周波ミキサ回路。
請求項１〜５のいずれか１つに記載の高周波ミキサ回路において、
４つのトランジスタを備えるクォッド・リング回路を含んで構成され、
前記トランジスタが基板上の四角形領域の頂点にそれぞれ配置され、
前記トランジスタのうち２つのゲートが前記第１の配線によって共通に接続され、前記トランジスタのうち残りの２つのゲートが前記第２の配線によって共通に接続され、前記第１の配線及び前記第２の配線が共に前記トランジスタのいずれか２つのトランジスタの間を通ってレイアウトされていることを特徴とする高周波ミキサ回路。