JP2023012314A - バラン - Google Patents

Abstract

【課題】広い周波数帯域において前段の回路と後段の回路との間のインピーダンスを良好に整合することが可能なバランを提供する。
【解決手段】バランは、平衡信号の一方が伝送される第１平衡線路に接続された第１端と、前記平衡信号の他方が伝送される第２平衡線路に接続された第２端と、を有する第１配線と、接地された第１端と、第２端と、を有する第２配線と、前記第２配線の第２端に接続された第１端と、不平衡信号が伝送される不平衡線路に接続された第２端と、を有し、前記第２配線と電磁界的に結合する第３配線と、前記第３配線の第１端に接続された第１端と、接地された第２端と、を有する第１キャパシタと、前記第３配線の第２端に接続された第１端と、接地された第２端と、を有する第２キャパシタと、を備え、前記第１配線は、前記第２配線及び前記第３配線の少なくとも一方と電磁界的に結合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バランに関する。

差動パワーアンプ、送信整合回路及び送信フィルタが、一体の半導体集積回路にまとめられた半導体装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６―１５８０５３号公報 米国特許第９５８４０７６号明細書

特許文献１に記載の半導体装置では、送信信号のインピーダンス変換及び平衡－不平衡変換を行う送信整合回路（バラン）と、遮断周波数帯の信号を減衰するフィルタと、が差動パワーアンプの後段に設けられる。

しかしながら、特許文献１に記載の回路構成では、無線周波数（ＲＦ）信号の基本周波数について、差動パワーアンプの出力端から後段の回路を見たときの負荷インピーダンスの周波数変化が大きくなってしまうことがある。すなわち、差動パワーアンプと後段の回路との間のインピーダンスを良好に整合できる周波数帯域が狭いという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、広い周波数帯域において前段の回路と後段の回路との間のインピーダンスを良好に整合することが可能なバランを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るバランは、平衡信号の一方が伝送される第１平衡線路に接続された第１端と、前記平衡信号の他方が伝送される第２平衡線路に接続された第２端と、を有する第１配線と、接地された第１端と、第２端と、を有する第２配線と、前記第２配線の第２端に接続された第１端と、不平衡信号が伝送される不平衡線路に接続された第２端と、を有し、前記第２配線と電磁界的に結合する第３配線と、前記第３配線の第１端に接続された第１端と、接地された第２端と、を有する第１キャパシタと、前記第３配線の第２端に接続された第１端と、接地された第２端と、を有する第２キャパシタと、を備え、前記第１配線は、前記第２配線及び前記第３配線の少なくとも一方と電磁界的に結合する。

本発明によれば、広い周波数帯域において前段の回路と後段の回路との間のインピーダンスを良好に整合することが可能なバランを提供することが可能となる。

図１は、電力増幅回路１１１の回路図である。 図２は、第１参考例である電力増幅回路９１の回路図である。 図３は、電力増幅回路１１１におけるインピーダンスＧｉｎ１のシミュレーション結果の一例を示す図である。 図４は、電力増幅回路１１１におけるインピーダンスＧｉｎ２のシミュレーション結果の一例を示す図である。 図５は、電力増幅回路９１におけるインピーダンスＧｉｎ３のシミュレーション結果の一例を示す図である。 図６は、電力増幅回路９１におけるインピーダンスＧｉｎ４のシミュレーション結果の一例を示す図である。 図７は、電力増幅回路１１１におけるリターンロスのシミュレーション結果の一例を示す図である。 図８は、電力増幅回路９１におけるリターンロスのシミュレーション結果の一例を示す図である。 図９は、電力増幅回路１１１における電力ロスのシミュレーション結果の一例を示す図である。 図１０は、電力増幅回路９１における電力ロスのシミュレーション結果の一例を示す図である。 図１１は、電力増幅回路１１１における全ロスのシミュレーション結果の一例を示す図である。 図１２は、第２参考例の電力増幅回路における全ロスのシミュレーション結果の一例を示す図である。 図１３は、第３参考例の電力増幅回路における全ロスのシミュレーション結果の一例を示す図である。 図１４は、バラン１０１のレイアウトを模式的に示す図である。 図１５は、バラン１０１Ａのレイアウトを模式的に示す図である。 図１６は、バラン１０１Ｂのレイアウトを模式的に示す図である。 図１７は、バラン１０１Ｃのレイアウトを模式的に示す図である。 図１８は、電力増幅回路１１５の回路図である。 図１９は、バラン１０３のレイアウトを模式的に示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を極力省略する。

［第１実施形態］
第１実施形態に係るバラン１０１及び電力増幅回路１１１について説明する。図１は、電力増幅回路１１１の回路図である。図１に示すように、半導体デバイス１は、電力増幅回路１１１を備える。半導体デバイス１は、例えば、電力増幅回路１１１が形成された半導体チップである。電力増幅回路１１１は、無線周波数信号平衡信号を増幅して、不平衡信号を出力する回路である。

電力増幅回路１１１は、バラン１０１と、増幅器１５１ｐ及び１５１ｍと、キャパシタ３３３と、を備える。バラン１０１は、トランス３０１と、キャパシタ３３１（第１キャパシタ）と、キャパシタ３３２（第２キャパシタ）と、を備える。トランス３０１は、巻線３１１（第１配線）と、巻線３１２（第２配線）と、巻線３１３（第３配線）と、を含む。増幅器１５１ｐ及び１５１ｍは、例えば初段（ドライバ段）の差動対を構成する。増幅器１５１ｍは、増幅器１５１ｐの入出力特性と略同じ入出力特性を有する。

本実施形態においては、増幅器１５１ｐ及び１５１ｍは、例えばヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のバイポーラトランジスタによって構成される。なお、増幅器１５１ｐ及び１５１ｍは、電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：Ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の他のトランジスタによって構成されていてもよい。その場合、ベース、コレクタ、及びエミッタを、それぞれ、ゲート、ドレイン、及びソースに読み替えればよい。

入力端子３１ｐ及び３１ｍには、平衡信号の一方である信号ＲＦｐ１及び当該平衡信号の他方である信号ＲＦｍ１がそれぞれ入力される。信号ＲＦｐ１の位相は、信号ＲＦｍ１の位相と異なる。本実施形態では、信号ＲＦｐ１の位相は、信号ＲＦｍ１の位相と略１８０°異なる。なお、回路の配線長の不釣り合いなどによっては、位相差は１８０°から大きく異なる場合もある。

増幅器１５１ｐは、入力端子３１ｐを通じて信号ＲＦｐ１を受ける入力端子１５１ｐａと、信号ＲＦｐ１を増幅した増幅信号ＲＦｐ２を出力する出力端子１５１ｐｂと、を有する。増幅器１５１ｍは、入力端子３１ｍを通じて信号ＲＦｍ１を受ける入力端子１５１ｍａと、信号ＲＦｍ１を増幅した増幅信号ＲＦｍ２を出力する出力端子１５１ｍｂと、を有する。

平衡信号の一方すなわち増幅信号ＲＦｐ２は、平衡線路５０１ｐ（第１平衡線路）によってバラン１０１に伝送される。当該平衡信号の他方すなわち増幅信号ＲＦｍ２は、平衡線路５０１ｍ（第２平衡線路）によってバラン１０１に伝送される。

バラン１０１における巻線３１１は、平衡線路５０１ｐを通じて増幅器１５１ｐの出力端子１５１ｐｂに接続された第１端と、平衡線路５０１ｍを通じて増幅器１５１ｍの出力端子１５１ｍｂに接続された第２端と、を有する。

キャパシタ３３３は、巻線３１１の第１端に接続された第１端と、巻線３１１の第２端に接続された第２端と、を有する。巻線３１２は、接地された第１端と、第２端と、を有し、巻線３１１と電磁界的に結合する。

巻線３１３は、巻線３１２の第２端に接続された第１端と、第２端と、を有し、巻線３１２と電磁界的に結合する。キャパシタ３３１は、巻線３１３の第１端に接続された第１端と、接地された第２端と、を有する。キャパシタ３３２は、巻線３１３の第２端に接続された第１端と、接地された第２端と、を有する。

平衡信号である増幅信号ＲＦｐ２及びＲＦｍ２は、バラン１０１によって不平衡信号である出力信号ＲＦ３に変換され、巻線３１３の第２端から出力される。

不平衡線路６０１は、巻線３１３の第２端と出力端子３２とを接続する。不平衡線路６０１では、巻線３１３の第２端から出力される出力信号ＲＦ３が出力端子３２へ伝送される。

［第１参考例］
第１参考例である電力増幅回路９１について説明する。図２は、第１参考例である電力増幅回路９１の回路図である。このような回路は、例えば、特許文献１に記載されている。増幅器ＰＡ１３は、ＦＥＴ（Field effect transistor）を組み合わせた差動パワーアンプから構成されている。そして、増幅器ＰＡ１３は、送信器１２に接続された入力端子Ｔ１ｐ及びＴ１ｍと、出力端子Ｔ１３ｐ及び出力端子Ｔ１３ｍと、を有する。

送信整合回路ＴＲ４１は、平衡側を構成するインダクタＬ４２及びキャパシタＣ４３と、不平衡側を構成するインダクタＬ４４と、を含む。インダクタＬ４２は、出力端子Ｔ１３ｐに接続された第１端と、出力端子Ｔ１３ｍに接続された第２端と、を有する。キャパシタＣ４３は、インダクタＬ４２の第１端と第２端との間に接続される。インダクタＬ４４は、接地された第１端と、出力端子Ｔ２を通じて切替器２３に接続された第２端と、を有する。

キャパシタＣ４５は、インダクタＬ４４の第２端に接続された第１端と、接地された第２端と、を有する。フィルタＬＰＦ４６は、インダクタＬ４７と、キャパシタＣ４８と、を含む。インダクタＬ４７は、インダクタＬ４４の第２端に接続された第１端と、第２端と、を有する。キャパシタＣ４８は、インダクタＬ４７の第２端に接続された第１端と、接地された第２端と、を有する。

［インピーダンスの周波数変化］
インピーダンスＧｉｎ１～Ｇｉｎ４の周波数変化について説明する。ここで、インピーダンスＧｉｎ１及びＧｉｎ２は、電力増幅回路１１１（図１参照）において、出力端子１５１ｐｂ及び出力端子１５１ｍｂから出力端子３２をそれぞれ見たときのインピーダンスである。インピーダンスＧｉｎ３及びＧｉｎ４は、電力増幅回路９１（図２参照）において、出力端子Ｔ１３ｐ及びＴ１３ｍから出力端子Ｔ２をそれぞれ見たときのインピーダンスである。

発明者は、電力増幅回路１１１及び９０における各回路素子の回路定数をパラメータとして、インピーダンスＧｉｎ１～Ｇｉｎ４の周波数変化をシミュレーションした。発明者は、例えば、概ね１．７ＧＨｚ（ギガヘルツ）から２．７ＧＨｚまでの周波数範囲において、インピーダンスＧｉｎ１及びＧｉｎ２が実数の一定値に近づくようにパラメータを最適化した。同様に、発明者は、当該周波数範囲において、インピーダンスＧｉｎ３及びＧｉｎ４が実数の一定値に近づくようにパラメータを最適化した。

図３及び図４は、電力増幅回路１１１（図１参照）におけるインピーダンスＧｉｎ１及びＧｉｎ２のシミュレーション結果の一例をそれぞれ示す図である。図３には、曲線Ｇ１がスミスチャート上に示される。曲線Ｇ１は、信号ＲＦｐ１の周波数を１．２ＧＨｚから９．０ＧＨｚまで変化させた場合において、特性インピーダンスを例えば６オームにしたときのインピーダンスＧｉｎ１の変化を示す。曲線Ｇ１において、１．７ＧＨｚから２．７ＧＨｚまでの周波数範囲におけるインピーダンスＧｉｎ１の変化は、位置ｇ１１から位置ｇ１２までの時計回りの軌跡である。

図４には、曲線Ｇ２がスミスチャート上に示される。曲線Ｇ２は、信号ＲＦｍ１の周波数を１．２ＧＨｚから９．０ＧＨｚまで変化させた場合において、特性インピーダンスを例えば６オームにしたときのインピーダンスＧｉｎ２の変化を示す。曲線Ｇ２において、１．７ＧＨｚから２．７ＧＨｚまでの周波数範囲におけるインピーダンスＧｉｎ２の変化は、位置ｇ２１から位置ｇ２２までの時計回りの軌跡である。

図５及び図６は、電力増幅回路９１（図２参照）におけるインピーダンスＧｉｎ３及びＧｉｎ４のシミュレーション結果の一例をそれぞれ示す図である。図５には、曲線Ｇ３がスミスチャート上に示される。曲線Ｇ３は、入力端子Ｔ１ｐに入力される信号の周波数を１．２ＧＨｚから９．０ＧＨｚまで変化させた場合におけるインピーダンスＧｉｎ３の変化を示す。曲線Ｇ３において、１．７ＧＨｚから２．７ＧＨｚまでの周波数範囲におけるインピーダンスＧｉｎ３の変化は、位置ｇ３１から位置ｇ３２までの時計回りの軌跡である。

図６には、曲線Ｇ４がスミスチャート上に示される。曲線Ｇ４は、入力端子Ｔ１ｍに入力される信号の周波数を１．２ＧＨｚから９．０ＧＨｚまで変化させた場合におけるインピーダンスＧｉｎ４の変化を示す。曲線Ｇ４において、１．７ＧＨｚから２．７ＧＨｚまでの周波数範囲におけるインピーダンスＧｉｎ４の変化は、位置ｇ４１から位置ｇ４２までの時計回りの軌跡である。

図３～図６に示すように、１．７ＧＨｚから２．７ＧＨｚまでの周波数範囲では、曲線Ｇ１及びＧ２は、曲線Ｇ３及びＧ４と比べて、スミスチャートにおける中心の近くに位置する。すなわち、電力増幅回路１１１では、電力増幅回路９１と比べて、インピーダンスＧｉｎ１及びＧｉｎ２の周波数変化を良好に抑制することができる。

［リターンロスの周波数変化］
差動アンプの出力端子でのリターンロスの周波数変化について説明する。図７は、電力増幅回路１１１（図１参照）におけるリターンロスのシミュレーション結果の一例を示す図である。なお、図７において、横軸は単位を「ＧＨｚ」とする周波数を示し、縦軸は単位を「ｄＢ」とするリターンロスを示す。

曲線Ｌ１及びＬ２は、それぞれ出力端子１５１ｐｂ及び１５１ｍｂにおけるリターンロスの周波数変化を示す。ここで、出力端子１５１ｐｂにおけるリターンロスは、例えば、２０×ｌｏｇ（｜Ｇｉｎ１｜）である。｜Ｇｉｎ１｜は、インピーダンスＧｉｎ１の絶対値を表す。同様に、出力端子１５１ｍｂにおけるリターンロスは、例えば、２０×ｌｏｇ（｜Ｇｉｎ２｜）である。

リターンロスの値が小さいほど、バラン１０１によるインピーダンスの整合が良くなる。例えば、リターンロスが－２０以下の場合にインピーダンス（特にインピーダンスＧｉｎ１）が良好に整合されているとすると、電力増幅回路１１１では、バラン１０１によって１．５５ＧＨｚ～２．７５ＧＨｚまでの１．２ＧＨｚの広い周波数範囲でインピーダンスを良好に整合することができる。

図８は、電力増幅回路９１（図２参照）におけるリターンロスのシミュレーション結果の一例を示す図である。なお、図８の見方は、図７と同様である。

曲線Ｌ３及びＬ４は、それぞれ出力端子Ｔ１３ｐ及びＴ１３ｍにおけるリターンロスの周波数変化を示す。出力端子Ｔ１３ｐ及びＴ１３ｍにおけるリターンロスは、例えば、それぞれ２０×ｌｏｇ（｜Ｇｉｎ３｜）及び２０×ｌｏｇ（｜Ｇｉｎ４｜）である。

リターンロスが－２０以下の場合にインピーダンスが良好に整合されているとすると、電力増幅回路９１では、インピーダンス（特にインピーダンスＧｉｎ３）を良好に整合することができる周波数範囲が、１．７ＧＨｚ～２．４５ＧＨｚまでの０．７５ＧＨｚの狭い周波数範囲となる。すなわち、電力増幅回路１１１では、電力増幅回路９１と比べて、広い周波数範囲においてインピーダンスを良好に整合することができる。

［電力ロスの周波数変化］
差動アンプの出力端子と電力増幅回路の出力端子との間での電力ロスの周波数変化について説明する。図９は、電力増幅回路１１１（図１参照）における電力ロスのシミュレーション結果の一例を示す図である。なお、図９において、横軸は単位を「ＧＨｚ」とする周波数を示し、縦軸は単位を「ｄＢｍ」とする電力ロスを示す。

曲線Ｌ１１は、出力端子１５１ｐｂと出力端子３２との間における電力ロスの周波数変化を示す。ここで、当該電力ロスは、Ｐ１－Ｐｏｕｔ１＋３で表される。Ｐ１及びＰｏｕｔ１は、それぞれ増幅器１５１ｐの出力電力及び出力端子３２の出力電力である。

曲線Ｌ１２は、出力端子１５１ｍｂと出力端子３２との間における電力ロスの周波数変化を示す。ここで、当該電力ロスは、Ｐ２－Ｐｏｕｔ１＋３である。Ｐ２は、増幅器１５１ｍの出力電力である。なお、Ｐ１、Ｐ２及びＰｏｕｔ１の単位は「ｄＢｍ」である。

図１０は、電力増幅回路９１（図２参照）における電力ロスのシミュレーション結果の一例を示す図である。なお、図１０の見方は、図９と同様である。

曲線Ｌ１３は、電力増幅回路９１における出力端子Ｔ１３ｐと出力端子Ｔ２との間における電力ロスの周波数変化を示す。ここで、当該電力ロスは、Ｐ３－Ｐｏｕｔ３＋３である。Ｐ３及びＰｏｕｔ３は、それぞれ出力端子Ｔ１３ｐの出力電力及び出力端子Ｔ２の出力電力である。

曲線Ｌ１４は、電力増幅回路９１における出力端子Ｔ１３ｍと出力端子Ｔ２との間における電力ロスの周波数変化を示す。ここで、当該電力ロスは、Ｐ４－Ｐｏｕｔ３＋３である。Ｐ４は、出力端子Ｔ１３ｍの出力電力である。なお、Ｐ３、Ｐ４及びＰｏｕｔ３の単位は「ｄＢｍ」である。

電力ロスの値が大きいほど、増幅器の出力電力が出力端子へ良好に伝送される。電力増幅回路９１では、１．７ＧＨｚにおいて約－０．７ｄＢｍの電力ロスを確保できている。しかしながら、２．３ＧＨｚより高い周波数では、電力ロスが－１．０ｄＢｍを下回ってしまう。

これに対して、電力増幅回路１１１では、１．７ＧＨｚ～２．７ＧＨｚの広い周波数範囲において略－１ｄＢｍ以上の電力ロスを実現することができる。

［巻線３１２及び３１３間の電磁界的結合の効果］
図１１は、電力増幅回路１１１（図１参照）における全ロスのシミュレーション結果の一例を示す図である。なお、図１１において、横軸は単位を「ＧＨｚ」とする周波数を示し、縦軸は単位を「ｄＢｍ」とする全ロスを示す。

図１１に示すように、曲線Ｌ２１は、電力増幅回路１１１における増幅器１５１ｐ及び１５１ｍと出力端子３２との間における全ロスの周波数変化を示す。ここで、当該全ロスは、Ｐ１＋Ｐ２－Ｐｏｕｔ１である。

図１２及び図１３は、それぞれ第２参考例の電力増幅回路及び第３参考例の電力増幅回路における全ロスのシミュレーション結果の一例を示す図である。なお、図１２及び図１３の見方は、図１１と同様である。第２参考例の電力増幅回路は、図２に示す電力増幅回路９１からフィルタＬＰＦ４６を除いた回路である。第３参考例の電力増幅回路は、図１に示す電力増幅回路１１１において、巻線３１２と巻線３１３との間の電磁界的結合を除いた回路である。

図１２に示す曲線Ｌ２２は、第２参考例の電力増幅回路における全ロスの周波数変化を示す。図１３に示す曲線Ｌ２３は、第３参考例の電力増幅回路における全ロスの周波数変化を示す。

電力ロスの値が大きいほど、増幅器の出力電力が出力端子へ良好に伝送される。曲線Ｌ２２（図１２参照）に示すように、第２参考例の電力増幅回路では、１．７ＧＨｚにおいて約－０．７ｄＢｍの電力ロスを確保できている。しかしながら、２．４ＧＨｚより高い周波数では、電力ロスが－１．０ｄＢｍを下回ってしまう。これは、第２参考例の電力増幅回路におけるバランが１段のトランスによって構成されるため、当該バランによって良好にインピーダンスが整合される周波数範囲が狭いためである。

曲線Ｌ２３（図１３参照）に示すように、第３参考例の電力増幅回路では、１．７ＧＨｚにおいて約－０．７ｄＢｍを若干下回る電力ロスを確保できているものの、２．２ＧＨｚより高周波の領域では、全ロスが急激に低下してしまう。これは、第３参考例の電力増幅回路における巻線３１３及びキャパシタ３３２が、ローパスフィルタとして機能するため、高周波側において全ロスが顕著に減少するためである。

これに対して、電力増幅回路１１１では、巻線３１３が巻線３１２と電磁界的に結合することにより、巻線３１３及びキャパシタ３３２は、ローパスフィルタとして機能しない代わりに、良好にインピーダンスが整合される周波数範囲を拡大するように機能する。これにより、曲線Ｌ２１（図１１参照）に示すように、電力増幅回路１１１では、１．７ＧＨｚ～２．７ＧＨｚの広い周波数範囲において略－１ｄＢｍ以上の全ロスを実現することができる。

なお、バラン１０１が、巻線３１１、３１２及び３１３によって形成されるトランス３０１を含む構成について説明したが、これに限定するものではない。バラン１０１は、トランス３０１の代わりに３つの伝送線路によって形成されるカップルドラインを含む構成であってもよい。

また、トランス３０１では、巻線３１１と巻線３１２とが電磁界的に結合する構成について説明したが、これに限定するものではない。トランス３０１では、巻線３１１と巻線３１３とが電磁界的に結合する構成、または巻線３１１が巻線３１２及び３１３の両方と電磁界的に結合する構成であってもよい。このようなトランスを含むバランによっても、広い周波数範囲においてインピーダンスを良好に整合することができる。

なお、バラン１０１は、ドライバ段のアンプと差動アンプとの間に設けられることにより、段間整合バランとして用いることも可能である。

また、バラン１０１は、入力端子と差動アンプとの間に設けられることにより、差動アンプの入力整合バランとして用いることも可能である。

［バラン１０１のレイアウト］
バラン１０１のレイアウトについて説明する。なお、カップルドラインを含むバランのレイアウトも、バラン１０１のレイアウトと同様のレイアウトによって実現することができる。 各図面には、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を示すことがある。ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は、右手系の３次元の直交座標を形成する。以下、ｚ軸の矢印方向をｚ軸＋側、矢印とは逆方向をｚ軸－側と呼ぶことがあり、その他の軸についても同様である。なお、ｚ軸＋側及びｚ軸－側を、それぞれ「上側」及び「下側」と呼ぶこともある。ここで、上側から下側を見て時計回りに回転する方向を時計方向ｃｗと定義する。また、上側から下側を見て反時計回りに回転する方向を反時計方向ｃｃｗと定義する。

図１４は、バラン１０１のレイアウトを模式的に示す図である。図１４に示すように、半導体デバイス１は、例えば、配線層２１１、２１２、２１３及び２１４の４層を含む。配線層２１１、２１２、２１３及び２１４は、上側から下側に向かってこの順に設けられる。なお、半導体デバイス１は、３つ以下、もしくは、５つ以上の配線層を含む構成であってもよい。

配線層２１１、２１２、２１３及び２１４は、それぞれ面２１１ａ（第１面）、面２１２ａ（第３面）、面２１３ａ（第４面）及び面２１４ａ（第２面）を有する。面２１１ａ、面２１２ａ、面２１３ａ及び面２１４ａの各々は、ｚ軸と平行な軸２０１と交差する。本実施形態では、面２１１ａ、面２１２ａ、面２１３ａ及び面２１４ａの各々は、軸２０１と直交するものとする。なお、例えば製造ばらつきなどによって各配線層の面２１１ａ、２１２ａ、２１３ａ及び２１４ａがｘｙ平面と平行にならず、こららの面が、ｘｙ平面と略平行すなわち軸２０１と略直交する構成であってもよい。

巻線３１１は、配線層２１１における面２１１ａにおいて、軸２０１の周りに巻回された金属配線７０１（第１導電部材）によって形成される。本実施形態では、金属配線７０１は、面２１４ａを面２１４ａに垂直な方向に沿って平面視したとき（以下、単に「面２１４ａを平面視したとき」と称することがある。他の面についても同様である。）に、ｘ軸－側が開いたＣ字状に形成される。金属配線７０１は、平衡線路５０１ｐに接続された第１端と、平衡線路５０１ｍに接続された第２端と、を有する。金属配線７０１は、軸２０１を中心とする円周に沿って、第１端から第２端まで、時計方向ｃｗへ３／４回転以上１回転未満巻回する。

図示しないが、例えば、面２１１ａには、平衡線路５０１ｐ及び５０１ｍを挟んで金属配線７０１の反対側に増幅器１５１ｐ及び１５１ｍが設けられる。このように配置することにより、増幅器１５１ｐ及び１５１ｍと金属配線７０１とを簡易に接続することができる。

巻線３１２は、配線層２１４における面２１４ａにおいて、軸２０１の周りに巻回された金属配線７０２（第２導電部材）によって形成される。本実施形態では、金属配線７０２は、面２１４ａを平面視したときに、ｘ軸＋側が開いたＣ字状に形成される。

金属配線７０２は、接地された第１端と、層間ビア７２３に接続された第２端と、を有する。金属配線７０２は、軸２０１を中心とする円周に沿って、第１端から第２端まで、反時計方向ｃｃｗへ３／４回転以上１回転未満巻回する。金属配線７０２の外径及び内径は、金属配線７０１の外径及び内径とそれぞれ略同じである。

巻線３１３は、軸２０１の周りに、金属配線７０２の巻回方向と逆方向に巻回された金属配線７０３（第３導電部材）によって形成される。金属配線７０３の巻回数は、金属配線７０２の巻回数より多い。本実施形態では、金属配線７０３は、軸２０１の周りを１回転半以上２回転未満巻回する。

ここで、「金属配線７０２の巻回方向と金属配線７０３の巻回方向とが逆方向である」とは、金属配線７０２及び７０３に直流電流を流した場合において、金属配線７０２に流れる直流電流の向きと、金属配線７０３に流れる直流電流の向きとが互いに逆になっていることをいう。また、「金属配線７０２の巻回方向と金属配線７０３の巻回方向とが同方向である」とは、金属配線７０２及び７０３に直流電流を流した場合において、金属配線７０２に流れる直流電流の向きと、金属配線７０３に流れる直流電流の向きとが同じになっていることをいう。

詳細には、金属配線７０３は、金属配線７０３ａ（第１部分）と、金属配線７０３ｂ（第２部分）と、を含む。金属配線７０３ａは、配線層２１２における面２１２ａに形成される。本実施形態では、金属配線７０３ａは、面２１２ａを平面視したときに、ｘ軸＋側が開いたＣ字状に形成される。

金属配線７０３ａは、層間ビア７３３に接続された第１端と、不平衡線路６０１を通じて出力端子３２及びキャパシタ３３２の第１端に接続された第２端と、を有する。金属配線７０３ａは、軸２０１を中心とする円周に沿って、第１端から第２端まで、時計方向ｃｗへ３／４回転以上１回転未満巻回する。金属配線７０３ａの外径及び内径は、金属配線７０１の外径及び内径とそれぞれ略同じである。

金属配線７０３ｂは、配線層２１３における面２１３ａに形成される。本実施形態では、金属配線７０３ｂは、面２１３ｂを平面視したときに、ｘ軸＋側が開いたＣ字状に形成される。

金属配線７０３ｂは、層間ビア７２３を通じて金属配線７０２の第２端に接続されるとともに、キャパシタ３３１を通じて接地された第１端と、層間ビア７３３を通じて金属配線７０３ａの第１端に接続された第２端と、を有する。金属配線７０３ｂは、軸２０１を中心とする円周に沿って、第１端から第２端まで、時計方向ｃｗへ３／４回転以上１回転未満巻回する。金属配線７０３ｂの外径及び内径は、金属配線７０１の外径及び内径とそれぞれ略同じである。

面２１１ａを上側から平面視（面２１１ａに垂直な方向に沿って平面視）したときに、金属配線７０１と金属配線７０２と金属配線７０３ａと金属配線７０３ｂとは、互いに少なくとも一部が重なっている。詳細には、面２１１ａを上側から平面視したときに、金属配線７０１と金属配線７０２、７０３ａまたは７０３ｂとが重なる部分の面積（以下、第１重なり面積と称することがある。）は、金属配線７０１の面積の５０％以上である。好ましくは、第１重なり面積は、金属配線７０１の面積の６０％以上である。本実施形態では、第１重なり面積は、金属配線７０１の面積の７５％以上である。

金属配線７０１、７０２、７０３ａ及び７０３ｂならびに層間ビア７２３及び７３３を上記のようにレイアウトすることにより、上側から見たときの、巻線３１１、３１２及び３１３が配置される面積を小さくすることができる。すなわち、周波数帯域の広いバラン１０１をコンパクトに形成することができる。

なお、配線層２１１、２１２、２１３及び２１４が上側から下側に向かってこの順に設けられる構成について説明したが、これに限定するものではない。配線層２１１、２１２、２１３及び２１４が設けられる順番は、この順に限らず、入れ替えられてもよい。配線層２１１、２１２、２１３及び２１４が設けられる順番が入れ替えられても、周波数帯域の広いバラン１０１をコンパクトに形成することができる。

また、巻線３１１の全部が面２１１ａに形成される構成について説明したが、これに限定するものではない。巻線３１１の一部が面２１１ａに形成され、かつ巻線３１１の他の部分が他の面に形成される構成であってもよい。

また、巻線３１２の全部が面２１４ａに形成される構成について説明したが、これに限定するものではない。巻線３１２の一部が面２１４ａに形成され、かつ巻線３１２の他の部分が他の面に形成される構成であってもよい。

［バラン１０１Ａのレイアウト］
図１４に示すバラン１０１の第１変形例であるバラン１０１Ａについて説明する。図１５は、バラン１０１Ａのレイアウトを模式的に示す図である。図１５に示すように、バラン１０１Ａは、巻線３１３が、１つの面に設けられた金属配線によって形成される点でバラン１０１と異なる。

本変形例では、半導体デバイス１は、例えば、配線層２１１、２１２及び２１４の３層を含む。配線層２１１、２１２及び２１４は、上側から下側に向かってこの順に設けられる。なお、半導体デバイス１は、４つ以上の配線層を含む構成であってもよい。

金属配線７０２の外径は、金属配線７０１の内径より小さい。また、金属配線７０２の第２端は、層間ビア７２３に接続されるとともに、キャパシタ３３１の第１端に接続される。

配線層２１２の面２１２ａには、金属配線７０３１（第３導電部材）が形成される。金属配線７０３１は、金属配線７０３ａ（第１部分）と、金属配線７０３ｃ（第２部分）と、を含む。金属配線７０３ｃは、面２１２ａを平面視したときに、ｘ軸＋側が開いたＣ字状に形成される。

金属配線７０３ｃは、層間ビア７２３を通じて金属配線７０２の第２端に接続された第１端と、第２端と、を有する。金属配線７０３ｃは、軸２０１を中心とする円周に沿って、第１端から第２端まで、時計方向ｃｗへ３／４回転以上１回転未満巻回する。金属配線７０３ｃの外径及び内径は、金属配線７０２の外径及び内径とそれぞれ略同じである。

金属配線７０３ａは、図１４に示すバラン１０１における金属配線７０３ａと同様の構成を有する。金属配線７０３ａの第１端は、金属配線７０３ｃの第２端に接続される。金属配線７０３ａは、金属配線７０３ｃの外側を、軸２０１を中心とする円周に沿って、第１端から第２端まで、時計方向ｃｗへ３／４回転以上１回転未満巻回する。金属配線７０３ａの外径及び内径は、金属配線７０１の外径及び内径とそれぞれ略同じである。

面２１１ａを上側から平面視したときに、金属配線７０１と金属配線７０３ａとは、互いに一部が重なっている。詳細には、面２１１ａを上側から平面視したときに、金属配線７０１と金属配線７０３ａとが重なる部分の面積（以下、第２重なり面積と称することがある。）は、金属配線７０１の面積の５０％以上である。好ましくは、第２重なり面積は、金属配線７０１の面積の６０％以上である。本実施形態では、第２重なり面積は、金属配線７０１の面積の７５％以上である。

また、面２１１ａを上側から平面視したときに、金属配線７０２と金属配線７０３ｃとは、互いに一部が重なっている。詳細には、面２１１ａを上側から平面視したときに、金属配線７０２と金属配線７０３ｃとが重なる部分の面積（以下、第３重なり面積と称することがある。）は、金属配線７０２の面積の５０％以上である。好ましくは、第３重なり面積は、金属配線７０２の面積の６０％以上である。本実施形態では、第３重なり面積は、金属配線７０２の面積の７５％以上である。

金属配線７０１、７０２、７０３ａ及び７０３ｃならびに層間ビア７２３を上記のようにレイアウトすることにより、バラン１０１（図１４参照）と同様の電気特性を有するバラン１０１Ａを、バラン１０１の配線層数より少ない配線層数で実現することができる。

なお、配線層２１１、２１２及び２１４が上側から下側に向かってこの順に設けられる構成について説明したが、これに限定するものではない。配線層２１１、２１２及び２１４が設けられる順番は、この順に限らず、入れ替えられてもよい。

［バラン１０１Ｂのレイアウト］
図１４に示すバラン１０１の第２変形例であるバラン１０１Ｂについて説明する。図１６は、バラン１０１Ｂのレイアウトを模式的に示す図である。図１６に示すように、バラン１０１Ｂは、巻線３１２と巻線３１３の一部とが、１つの面に設けられた金属配線によって形成される点でバラン１０１と異なる。

本変形例では、半導体デバイス１は、例えば、配線層２１１、２１２及び２１４の３層を含む。配線層２１１、２１２及び２１４は、上側から下側に向かってこの順に設けられる。なお、半導体デバイス１は、４つ以上の配線層を含む構成であってもよい。

金属配線７０２の外径は、金属配線７０１の内径より小さい。また、金属配線７０２の第２端は、キャパシタ３３１の第１端に接続される。

巻線３１３は、配線層２１２及び２１４にわたって軸２０１の周りを１回転半以上２回転未満巻回する金属配線７０３２によって形成される。詳細には、金属配線７０３２は、面２１２ａに形成された金属配線７０３ａ（第１部分）と、面２１４ａに形成された金属配線７０３ｄ（第２部分）と、を含む。

金属配線７０３ｄは、面２１４ａを平面視したときに、金属配線７０２の外側において、ｘ軸＋側が開いたＣ字状に形成される。金属配線７０３ｄは、金属配線７０２の第２端に接続された第１端と、層間ビア７３３に接続された第２端と、を有する。金属配線７０３ｄは、第１端から第２端まで、軸２０１を中心とする円周に沿って時計方向ｃｗへ３／４回転以上１回転未満巻回する。金属配線７０３ｄの外径及び内径は、金属配線７０１の外径及び内径とそれぞれ略同じである。

配線層２１２の面２１２ａには、図１４に示すバラン１０１と同様に、金属配線７０３ａが設けられる。金属配線７０３ａの外径及び内径は、金属配線７０１の外径及び内径とそれぞれ略同じである。

面２１１ａを上側から平面視したときに、金属配線７０１と金属配線７０３ａと金属配線７０３ｄとは、互いに一部が重なっている。詳細には、面２１１ａを上側から平面視したときに、金属配線７０１と金属配線７０３ａまたは７０３ｄとが重なる部分の面積（以下、第４重なり面積と称することがある。）は、金属配線７０１の面積の５０％以上である。好ましくは、第４重なり面積は、金属配線７０１の面積の６０％以上である。本実施形態では、第４重なり面積は、金属配線７０１の面積の７５％以上である。

金属配線７０１、７０２、７０３ａ及び７０３ｄならびに層間ビア７３３を上記のようにレイアウトすることにより、バラン１０１（図１４参照）と同様の電気特性を有するバラン１０１Ｂを、バラン１０１Ａ（図１５参照）の配線層数より少ない配線層数で実現することができる。

なお、配線層２１１、２１２及び２１４が上側から下側に向かってこの順に設けられる構成について説明したが、これに限定するものではない。配線層２１１、２１２及び２１４が設けられる順番は、この順に限らず、入れ替えられてもよい。

［バラン１０１Ｃのレイアウト］
図１４に示すバラン１０１の第３変形例であるバラン１０１Ｃについて説明する。図１７は、バラン１０１Ｃのレイアウトを模式的に示す図である。図１７に示すように、バラン１０１Ｃは、巻線３１２及び３１３が、１つの面に設けられた金属配線によって形成される点でバラン１０１と異なる。

本変形例では、半導体デバイス１は、例えば、配線層２１１及び２１４の２層を含む。配線層２１１及び２１４は、上側から下側に向かってこの順に設けられる。なお、半導体デバイス１は、３つ以上の配線層を含む構成であってもよい。

配線層２１１の面２１１ａには、図１４に示すバラン１０１と同様に、金属配線７０１が設けられる。配線層２１４の面２１４ａには、図１４に示すバラン１０１と同様に、金属配線７０２が設けられる。

本変形例では、金属配線７０２の外径及び内径は、金属配線７０１の外径及び内径とそれぞれ略同じである。また、金属配線７０２の第２端は、キャパシタ３３１の第１端に接続される。なお、金属配線７０２の外径が金属配線７０１の外径と異なる構成であってもよい。また、金属配線７０２の内径が金属配線７０１の内径と異なる構成であってもよい。

巻線３１３は、面２１４ａにおける金属配線７０２の外側において、軸２０１の周りを１回転半以上２回転未満巻回する金属配線７０３３によって形成される。詳細には、金属配線７０３３は、金属配線７０３ｅ（第１部分）と、金属配線７０３ｆ（第２部分）と、を含む。

金属配線７０３ｆは、面２１４ａを平面視したときに、金属配線７０２の外側において、ｘ軸＋側が開いたＣ字状に形成される。金属配線７０３ｆは、金属配線７０２の第２端に接続された第１端と、第２端と、を有する。金属配線７０３ｆは、第１端から第２端まで、軸２０１を中心とする円周に沿って時計方向ｃｗへ３／４回転以上１回転未満巻回する。

金属配線７０３ｅは、面２１４ａを平面視したときに、金属配線７０３ｆの外側において、ｘ軸＋側が開いたＣ字状に形成される。金属配線７０３ｅは、金属配線７０３ｆの第２端に接続された第１端と、不平衡線路６０１を通じて出力端子３２及びキャパシタ３３２の第１端に接続された第２端と、を有する。金属配線７０３ｅは、第１端から第２端まで、軸２０１を中心とする円周に沿って時計方向ｃｗへ３／４回転以上１回転未満巻回する。

面２１１ａを上側から平面視したときに、金属配線７０１と金属配線７０２とは、互いに一部が重なっている。詳細には、面２１１ａを上側から平面視したときに、金属配線７０１と金属配線７０２とが重なる部分の面積（以下、第５重なり面積と称することがある。）は、金属配線７０１の面積の５０％以上である。好ましくは、第５重なり面積は、金属配線７０１の面積の６０％以上である。本実施形態では、第５重なり面積は、金属配線７０１の面積の７５％以上である。

金属配線７０１、７０２、７０３ｅ及び７０３ｆを上記のようにレイアウトすることにより、バラン１０１（図１４参照）と同様の電気特性を有するバラン１０１Ｃを、バラン１０１Ｂ（図１６参照）の配線層数より少ない配線層数で実現することができる。

［第３実施形態］
第３実施形態に係る電力増幅回路１１５について説明する。図１８は、電力増幅回路１１５の回路図である。図１８に示すように、第３実施形態に係る電力増幅回路１１５では、トランスの段数が増加している点で第１実施形態に係る電力増幅回路１１１と異なる。

電力増幅回路１１５は、図１に示す電力増幅回路１１１と比べて、バラン１０１の代わりにバラン１０３を備え、キャパシタ３３５をさらに備える。バラン１０３は、図１に示すバラン１０１と比べて、トランス３０２及びキャパシタ３３４（第３キャパシタ）をさらに備える。トランス３０２は、巻線３１４（第４配線）と、巻線３１５（第５配線）と、を含む。

巻線３１４は、巻線３１３の第２端と不平衡線路６０１との間に設けられ、巻線３１３の第２端に接続された第１端と、不平衡線路６０１に接続された第２端と、を有する。

巻線３１５は、巻線３１４の第２端に接続された第１端と、接地された第２端と、を有し、巻線３１４と電磁界的に結合する。

キャパシタ３３４は、巻線３１４の第２端に接続された第１端と、接地された第２端と、を有する。キャパシタ３３５は、不平衡線路６０１に設けられ、巻線３１４の第２端に接続された第１端と、出力端子３２に接続された第２端と、を有する。

このように、トランス３０１の後段にトランス３０２をさらに設ける構成により、図１に示すバラン１０１と比べて、良好にインピーダンスが整合される周波数範囲を広げることができる。

なお、バラン１０３が、電磁界的に結合する巻線を含む構成について説明したが、これに限定するものではない。バラン１０３は、巻線の代わりに、電磁界的に結合する伝送線路を含む構成であってもよい。

［バラン１０３のレイアウト］
バラン１０３のレイアウトについて説明する。なお、バラン１０３において、巻線の代わりに伝送線路が設けられたバランのレイアウトも、バラン１０３のレイアウトと同様のレイアウトによって実現することができる。

図１９は、バラン１０３のレイアウトを模式的に示す図である。図１９に示すように、半導体デバイス１は、例えば、配線層２１１、２１２、２１３、２１４及び２１５の５層を含む。配線層２１１、２１５、２１２、２１３及び２１４は、上側から下側に向かってこの順に設けられる。なお、半導体デバイス１は、６つ以上の配線層を含む構成であってもよい。

配線層２１１、２１５、２１２、２１３及び２１４は、それぞれ面２１１ａ（第１面）、面２１５ａ（第５面）、面２１２ａ（第４面）、面２１３ａ（第３面）及び面２１４ａ（第２面）を有する。面２１１ａ、面２１２ａ、面２１３ａ、面２１４ａ及び面２１５ａの各々は、ｚ軸と平行な軸２０１と交差する。本実施形態では、面２１１ａ、面２１５ａ、面２１２ａ、面２１３ａ、面２１４ａ及び面２１５ａの各々は、軸２０１と直交する。

配線層２１１の面２１１ａ及び配線層２１４の面２１４ａには、図１４に示すバラン１０１と同様に、金属配線７０１及び７０２がそれぞれ設けられる。

配線層２１３の面２１３ａには、金属配線７０３４（第３導電部材）が形成される。本実施形態では、金属配線７０３４は、面２１３ａを平面視したときに、ｘ軸＋側が開いたＣ字状に形成される。金属配線７０３４は、層間ビア７２３を通じて金属配線７０２の第２端に接続されるとともに、キャパシタ３３１を通じて接地された第１端と、層間ビア７３４に接続された第２端と、を有する。金属配線７０３４は、軸２０１を中心とする円周に沿って、第１端から第２端まで、時計方向ｃｗへ３／４回転以上１回転未満巻回する。金属配線７０３４の外径及び内径は、金属配線７０１の外径及び内径とそれぞれ略同じである。

巻線３１４は、配線層２１２における面２１２ａにおいて、軸２０１の周りに、金属配線７０２の巻回方向と逆方向に巻回された金属配線７０４（第４導電部材）によって形成される。本実施形態では、金属配線７０４は、面２１２ａを平面視したときに、ｘ軸＋側が開いたＣ字状に形成される。

金属配線７０４は、層間ビア７３４を通じて金属配線７０３４の第２端に接続されるとともに、キャパシタ３３２を通じて接地された第１端と、層間ビア７４５に接続されるとともに、不平衡線路６０１を通じてキャパシタ３３４の第１端及びキャパシタ３３５の第１端に接続された第２端と、を有する。金属配線７０４は、軸２０１を中心とする円周に沿って、第１端から第２端まで、時計方向ｃｗへ３／４回転以上１回転未満巻回する。金属配線７０４の外径及び内径は、金属配線７０１の外径及び内径とそれぞれ略同じである。

巻線３１５は、配線層２１５における面２１５ａにおいて、軸２０１の周りに、金属配線７０２の巻回方向に巻回された金属配線７０５（第５導電部材）によって形成される。本実施形態では、金属配線７０５は、面２１５ａを平面視したときに、ｘ軸＋側が開いたＣ字状に形成される。

金属配線７０５は、層間ビア７４５を通じて金属配線７０４の第２端に接続された第１端と、接地された第２端と、を有する。金属配線７０５は、軸２０１を中心とする円周に沿って、第１端から第２端まで、反時計方向ｃｃｗへ３／４回転以上１回転未満巻回する。金属配線７０５の外径及び内径は、金属配線７０１の外径及び内径とそれぞれ略同じである。

面２１１ａを上側から平面視したときに、金属配線７０１と金属配線７０２と金属配線７０３と金属配線７０４と金属配線７０５とは、互いに一部が重なっている。詳細には、面２１１ａを上側から平面視したときに、金属配線７０１と金属配線７０２、７０３、７０４または７０５とが重なる部分の面積（以下、第６重なり面積と称することがある。）は、金属配線７０１の面積の５０％以上である。好ましくは、第６重なり面積は、金属配線７０１の面積の６０％以上である。本実施形態では、第６重なり面積は、金属配線７０１の面積の７５％以上である。

金属配線７０１、７０２、７０３、７０４及び７０５ならびに層間ビア７２３、７３４及び７４５を上記のようにレイアウトすることにより、上側から見たときの、巻線３１１、３１２、３１３、３１４及び３１５が配置される面積を小さくすることができる。すなわち、周波数帯域のより広いバラン１０３をコンパクトに形成することができる。

なお、配線層２１１、２１５、２１２、２１３及び２１４が上側から下側に向かってこの順に設けられる構成について説明したが、これに限定するものではない。配線層２１１、２１５、２１２、２１３及び２１４が設けられる順番は、この順に限らず、入れ替えられてもよい。

また、巻線３１３の全部が面２１３ａに形成される構成について説明したが、これに限定するものではない。巻線３１３の一部が面２１３ａに形成され、かつ巻線３１３の他の部分が他の面に形成される構成であってもよい。

また、巻線３１４の全部が面２１２ａに形成される構成について説明したが、これに限定するものではない。巻線３１４の一部が面２１２ａに形成され、かつ巻線３１４の他の部分が他の面に形成される構成であってもよい。

また、巻線３１５の全部が面２１５ａに形成される構成について説明したが、これに限定するものではない。巻線３１５の一部が面２１５ａに形成され、かつ巻線３１５の他の部分が他の面に形成される構成であってもよい。

以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。バラン１０１では、第１配線は、平衡信号の一方が伝送される平衡線路５０１ｐに接続された第１端と、当該平衡信号の他方が伝送される平衡線路５０１ｍに接続された第２端と、を有する。第２配線は、接地された第１端と、第２端と、を有する。第３配線は、第２配線の第２端に接続された第１端と、不平衡信号が伝送される不平衡線路６０１に接続された第２端と、を有し、第２配線と電磁界的に結合する。キャパシタ３３１は、第３配線の第１端に接続された第１端と、接地された第２端と、を有する。キャパシタ３３２は、第３配線の第２端に接続された第１端と、接地された第２端と、を有する。そして、第１配線は、第２配線及び第３配線の少なくとも一方と電磁界的に結合する。

このように、第２配線と第３配線とが電磁界的に結合するとともに、第１配線と第２配線及び第３配線の少なくとも一方とが電磁界的に結合する構成により、２段のトランスまたはカップルドラインを用いるバランと同様な特性を有するバランを実現することができる。すなわち、第１配線と第２配線及び第３配線の少なくとも一方とによって平衡信号及び非平衡信号間の変換が行われるとともにインピーダンス変換回路が実現される。そして、従来の電力増幅回路９１（図２参照）と比べて、フィルタＬＰＦ４６の代わりに第２配線及び第３配線ならびにキャパシタ３３２が設けられる構成により、無線周波数信号の基本周波数についてのインピーダンスの変化及び電力ロスの低下をさらに広い周波数帯域において抑制することができる。したがって、前段の回路と後段の回路との間のインピーダンスを良好に整合することが可能なバランを提供することができる。

また、バラン１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃまたは１０３では、第１配線は、軸２０１の周りに巻回された金属配線７０１によって形成される。第２配線は、軸２０１の周りに巻回された金属配線７０２によって形成される。第３配線は、軸２０１軸の周りに、金属配線７０２の巻回方向と逆方向に巻回された金属配線７０３、７０３１、７０３２、７０３３または７０３４によって形成される。

このように、第１配線、第２配線及び第３配線が共通の軸２０１の周りに巻回された各金属配線によって形成される構成により、配線間における電磁界的な結合を十分な確保しながら、基板表面における小さな占有面積でバラン１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ及び１０３を形成することができる。

また、バラン１０１、１０１Ａ、１０１Ｂまたは１０１Ｃでは、金属配線７０３、７０３１、７０３２または７０３３の巻回数は、金属配線７０２の巻回数より多い。

このような構成により、第３配線側の回路のインピーダンスが大きい場合に、第１配線側の回路と第３配線側の回路との間のインピーダンスを良好に整合することができる。

また、バラン１０１、１０１Ａまたは１０１Ｂでは、金属配線７０１は、軸２０１と交差する面２１１ａに形成される。金属配線７０２は、軸２０１と交差する面２１４ａに形成される。金属配線７０３、７０３１または７０３２に含まれる金属配線７０３ａは、軸２０１と交差する面２１２ａに形成される。

このように、金属配線７０１、７０２及び７０３ａがそれぞれ面２１１ａ、２１４ａ及び２１２ａに形成される構成により、３つの配線層によって第１配線及び第２配線ならびに第３配線の一部を形成することができる。これにより、バラン１０１、１０１Ａ及び１０１Ｂが設けられる基板の厚みを小さくすることができる。

また、バラン１０１では、金属配線７０３に含まれ、かつ、金属配線７０３ａと異なる金属配線７０３ｂは、軸２０１と交差する面２１３ａに形成される。

このような構成により、４つの配線層によってバラン１０１を形成することができるので、バラン１０１をコンパクトに形成することができる。

また、バラン１０１では、面２１１ａを平面視したときに、金属配線７０１と金属配線７０２と金属配線７０３ａと金属配線７０３ｂとは、互いに少なくとも一部が重なっている。

このような構成により、面２１１ａを平面視したときに、バラン１０１が占める面積を抑制しつつ、第１配線と第２配線または第３配線との間の電磁界的な結合、及び第２配線と第３配線との間の電磁界的な結合を十分に確保することができる。

また、バラン１０１Ａでは、金属配線７０３１に含まれ、かつ、金属配線７０３ａと異なる金属配線７０３ｃは、面２１２ａに形成される。

このような構成により、３つの配線層によってバラン１０１Ａを形成することができるので、バラン１０１Ａをバラン１０１よりコンパクトに形成することができる。また、金属配線７０３の巻回数を複数の配線層において形成する場合と比べて、金属配線間の寄生容量が小さいバランを実現することができる。

また、バラン１０１Ａでは、面２１１ａを平面視したときに、金属配線７０１と金属配線７０３ａとは、互いに一部が重なっている。

このような構成により、面２１１ａを平面視したときに、バラン１０１Ａが占める面積を抑制することができる。

また、バラン１０１Ａでは、面２１１ａを平面視したときに、金属配線７０２と金属配線７０３ｃとは、互いに一部が重なっている。

このような構成により、面２１１ａを平面視したときに、バラン１０１Ａが占める面積を抑制しつつ、第２配線と第３配線との間の電磁界的な結合を十分に確保することができる。

また、バラン１０１Ｂでは、金属配線７０３２に含まれ、かつ、金属配線７０３ａと異なる金属配線７０３ｄは、面２１４ａに形成される。

このような構成により、３つの配線層によってバラン１０１Ｂを形成することができるので、バラン１０１Ｂをバラン１０１よりコンパクトに形成することができる。

また、バラン１０１Ｂでは、面２１１ａを平面視したときに、金属配線７０１と金属配線７０３ａと金属配線７０３ｄとは、互いに一部が重なっている。

このような構成により、面２１１ａを平面視したときに、バラン１０１Ｂが占める面積を抑制することができる。

また、バラン１０１Ｃでは、金属配線７０１は、軸２０１と交差する面２１１ａに形成される。金属配線７０２及び７０３３は、軸２０１と交差する面２１４ａに形成される。

このような構成により、２つの配線層によってバラン１０１Ｃを形成することができるので、バラン１０１Ｃをバラン１０１、１０１Ａ及び１０１Ｂよりコンパクトに形成することができる。

また、バラン１０２Ｃでは、面２１１ａを平面視したときに、金属配線７０１と金属配線７０２とは、互いに一部が重なっている。

このような構成により、面２１１ａを平面視したときに、バラン１０１Ｃが占める面積を抑制しつつ、第１配線と第２配線との間の電磁界的な結合を十分に確保することができる。

また、バラン１０３では、第４配線は、第３配線の第２端と不平衡線路６０１との間に設けられ、第３配線の第２端に接続された第１端と、不平衡線路６０１に接続された第２端と、を有する。第５配線は、第４配線の第２端に接続された第１端と、接地された第２端と、を有し、第４配線と電磁界的に結合する。キャパシタ３３４は、第４配線の第２端に接続された第１端と、接地された第２端と、を有する。

このように、電磁界的に結合する第４配線及び第５配線をさらに備える構成により、３段のトランスまたはカップルドラインを用いるバランと同様な特性を有するバランを実現することができる。すなわち、バラン１０１と比べて、第４配線及び第５配線ならびにキャパシタ３３５がさらに設けられる構成により、無線周波数信号の基本周波数についてのインピーダンスの変化をさらに広い周波数帯域において抑制することができる。

また、バラン１０３では、第１配線は、軸２０１の周りに巻回された金属配線７０１によって形成される。第２配線は、軸２０１の周りに巻回された金属配線７０２によって形成される。第３配線は、軸２０１の周りに、金属配線７０２の巻回方向と逆方向に巻回された金属配線７０３４によって形成される。第４配線は、軸２０１の周りに、当該逆方向に巻回された金属配線７０４によって形成される。第５配線は、軸２０１の周りに、当該巻回方向に巻回された金属配線７０５によって形成される。

このように、第１配線、第２配線、第３配線、第４配線及び第５配線が共通の軸２０１の周りに巻回された各金属配線によって形成される構成により、配線間における電磁界的な結合を十分な確保しながら、バラン１０３を基板表面における小さな占有面積で形成することができる。

また、バラン１０３では、金属配線７０１、７０２、７０３４、７０４及び７０５は、軸２０１と交差する面２１１ａ、２１４ａ、２１３ａ、２１２ａ及び２１５ａにそれぞれ形成される。

このような構成により、５つの配線層によって第１配線、第２配線、第３配線、第４配線及び第５配線を形成することができるので、バラン１０３が設けられる基板の厚みを小さくすることができる。

また、バラン１０３では、面２１１ａを平面視したときに、金属配線７０１と金属配線７０２と金属配線７０３４と金属配線７０４と金属配線７０５とは、互いに一部が重なっている。

このような構成により、面２１１ａを平面視したときに、バラン１０３が占める面積を抑制しつつ、第１配線と第２配線または第３配線との間の電磁界的な結合、第２配線と第３配線との間の電磁界的な結合、及び第４配線と第５配線との間の電磁界的な結合を十分に確保することができる。

また、バラン１０１では、第１配線、第２配線及び第３配線は、伝送線路である。

このような構成により、無線周波数信号の周波数帯において電磁界的な結合を十分に確保しつつ、カップルドラインを簡易に形成することができる。

また、バラン１０１では、第１配線、第２配線及び第３配線の各々は、それぞれ巻線３１１、３１２及び３１３である。

このように、第１配線、第２配線及び第３配線の各々が、大きいインダクタンスを確保することができる巻線によって形成される構成により、第１配線と第２配線または第３配線との間の電磁界的な結合、及び第２配線と第３配線との間の電磁界的な結合を十分に確保することができる。

なお、以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１…半導体デバイス
３１、３１ｐ、３１ｍ…入力端子
３２、３２ｐ、３２ｍ…出力端子
１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０３…バラン
１１１、１１５…電力増幅回路
１５１ｐ、１５１ｍ…増幅器
２０１…軸
２１１、２１２、２１３、２１４、２１５…配線層
２１１ａ、２１２ａ、２１３ａ、２１４ａ、２１５ａ…面
３０１、３０２…トランス
３１１、３１２、３１３、３１４、３１５…巻線
３３１、３３２、３３３、３３４、３３５…キャパシタ
５０１ｐ、５０１ｍ…平衡線路
６０１…不平衡線路
７０１、７０２、７０３、７０４、７０５…金属配線
７０３ａ、７０３ｂ、７０３ｃ、７０３ｄ、７０３ｅ、７０３ｆ…金属配線
７０３１、７０３２、７０３３、７０３４…金属配線
７２３、７３３、７３４、７４５…層間ビア

Claims (19)

1. 平衡信号の一方が伝送される第１平衡線路に接続された第１端と、前記平衡信号の他方が伝送される第２平衡線路に接続された第２端と、を有する第１配線と、
   接地された第１端と、第２端と、を有する第２配線と、
   前記第２配線の第２端に接続された第１端と、不平衡信号が伝送される不平衡線路に接続された第２端と、を有し、前記第２配線と電磁界的に結合する第３配線と、
   前記第３配線の第１端に接続された第１端と、接地された第２端と、を有する第１キャパシタと、
   前記第３配線の第２端に接続された第１端と、接地された第２端と、を有する第２キャパシタと、を備え、
   前記第１配線は、前記第２配線及び前記第３配線の少なくとも一方と電磁界的に結合する、
   バラン。
2. 請求項１に記載のバランであって、
   前記第１配線は、軸の周りに巻回された第１導電部材によって形成され、
   前記第２配線は、前記軸の周りに巻回された第２導電部材によって形成され、
   前記第３配線は、前記軸の周りに、前記第２導電部材の巻回方向と逆方向に巻回された第３導電部材によって形成される、
   バラン。
3. 請求項２に記載のバランであって、
   前記第３導電部材の巻回数は、前記第２導電部材の巻回数より多い、
   バラン。
4. 請求項２または請求項３に記載のバランであって、
   前記第１導電部材の少なくとも一部は、前記軸と交差する第１面に形成され、
   前記第２導電部材の少なくとも一部は、前記軸と交差する第２面に形成され、
   前記第３導電部材に含まれる第１部分は、前記軸と交差する第３面に形成される、
   バラン。
5. 請求項４に記載のバランであって、
   前記第３導電部材に含まれ、かつ、前記第１部分と異なる第２部分は、前記軸と交差する第４面に形成される、
   バラン。
6. 請求項５に記載のバランであって、
   前記第１面を前記第１面に垂直な方向に沿って平面視したときに、前記第１導電部材と前記第２導電部材と前記第１部分と前記第２部分とは、互いに少なくとも一部が重なっている、
   バラン。
7. 請求項４に記載のバランであって、
   前記第３導電部材に含まれ、かつ、前記第１部分と異なる第２部分は、前記第３面に形成される、
   バラン。
8. 請求項７に記載のバランであって、
   前記第１面を前記第１面に垂直な方向に沿って平面視したときに、前記第１導電部材と前記第１部分とは、互いに一部が重なっている、
   バラン。
9. 請求項７または請求項８に記載のバランであって、
   前記第１面を前記第１面に垂直な方向に沿って平面視したときに、前記第２導電部材と前記第２部分とは、互いに一部が重なっている、
   バラン。
10. 請求項４に記載のバランであって、
    前記第３導電部材に含まれ、かつ、前記第１部分と異なる第２部分は、前記第２面に形成される、
    バラン。
11. 請求項１０に記載のバランであって、
    前記第１面を前記第１面に垂直な方向に沿って平面視したときに、前記第１導電部材と前記第１部分と前記第２部分とは、互いに一部が重なっている、
    バラン。
12. 請求項２または請求項３に記載のバランであって、
    前記第１導電部材の少なくとも一部は、前記軸と交差する第１面に形成され、
    前記第２導電部材及び前記第３導電部材は、前記軸と交差する第２面に形成される、
    バラン。
13. 請求項１２に記載のバランであって、
    前記第１面を前記第１面に垂直な方向に沿って平面視したときに、前記第１導電部材と前記第２導電部材とは、互いに一部が重なっている、
    バラン。
14. 請求項１または請求項２に記載のバランであって、
    前記第３配線の第２端と前記不平衡線路との間に設けられ、前記第３配線の第２端に接続された第１端と、前記不平衡線路に接続された第２端と、を有する第４配線と、
    前記第４配線の第２端に接続された第１端と、接地された第２端と、を有し、前記第４配線と電磁界的に結合する第５配線と、
    前記第４配線の第２端に接続された第１端と、接地された第２端と、を有する第３キャパシタと、をさらに備える、
    バラン。
15. 請求項１４に記載のバランであって、
    前記第１配線は、軸の周りに巻回された第１導電部材によって形成され、
    前記第２配線は、前記軸の周りに巻回された第２導電部材によって形成され、
    前記第３配線は、前記軸の周りに、前記第２導電部材の巻回方向と逆方向に巻回された第３導電部材によって形成され、
    前記第４配線は、前記軸の周りに、前記逆方向に巻回された第４導電部材によって形成され、
    前記第５配線は、前記軸の周りに、前記巻回方向に巻回された第５導電部材によって形成される、
    バラン。
16. 請求項１５に記載のバランであって、
    前記第１導電部材の少なくとも一部、前記第２導電部材の少なくとも一部、前記第３導電部材の少なくとも一部、前記第４導電部材の少なくとも一部及び前記第５導電部材の少なくとも一部は、前記軸と交差する第１面、第２面、第３面、第４面及び第５面にそれぞれ形成される、
    バラン。
17. 請求項１６に記載のバランであって、
    前記第１面を前記第１面に垂直な方向に沿って平面視したときに、前記第１導電部材と前記第２導電部材と前記第３導電部材と前記第４導電部材と前記第５導電部材とは、互いに一部が重なっている、
    バラン。
18. 請求項１から１３のいずれか一項に記載のバランであって、
    前記第１配線、前記第２配線及び前記第３配線の各々は、伝送線路である、
    バラン。
19. 請求項１から１３のいずれか一項に記載のバランであって、
    前記第１配線、前記第２配線及び前記第３配線の各々は、巻線である、
    バラン。

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