JP4930374B2 - バラン回路及び集積回路装置 - Google Patents

Description

本発明は集積回路装置に用いて好適なバラン回路及び該バラン回路を備えた集積回路装置に関する。

一般に、無線通信装置では、比較的低い周波数である信号処理用のＩＦ（Intermediate Frequency）信号から比較的高い周波数である通信用のＲＦ（Radio Frequency）信号への周波数変換、あるいはＲＦ信号からＩＦ信号への周波数変換のためにミキサ回路が用いられる。

図１は無線通信装置等で用いられるシングルバランス型ミキサ回路の構成を示す回路図である。

図１に示すように、シングルバランス型ミキサ回路は、２つのミキサ素子５１と１８０度位相合成回路５２とを備えた構成である。ミキサ素子５１は、逆相の２つのＩＦ信号（差動信号）と同相の２つの局部発振信号（以下、ＬＯ信号と称す）とをミキシングし、通信に必要な上側波帯信号と下側波帯信号を出力する。

１８０度位相合成回路５２は、入力された２つの信号を１８０度の位相差を持たせて合成し、合成後の信号を出力する。したがって、差動信号である２つのＩＦ信号からミキサ素子５１で生成した上側波帯信号及び下側波帯信号は１８０度位相合成回路５２によって同相で合成され、通信で使用するＲＦ信号として出力される。このとき、ミキサ素子５１からは通信で不要なＬＯ信号も出力されるが、ミキサ素子５１に同相で入力された２つのＬＯ信号はそのまま同相で出力され、１８０度位相合成回路５２によって逆相で合成されることで相殺されて除去される。

なお、図１に示した１８０度位相合成回路５２は、その出力ポート側（Ｏｕｔｐｕｔ）から信号を入力し、入力ポート側（０、１８０）から信号を取り出せば、１８０度位相分配器として利用することも可能である。その場合、ミキサ素子へＲＦ信号及びＬＯ信号を入力することで、位相が１８０度異なる２つのＩＦ信号を得ることができる。このような１８０度の位相差を持たせて信号を分配あるいは合成する回路は、差動信号から非差動信号あるいは非差動信号から差動信号へ変換する回路、複数の能動素子へ差動信号を分配する回路、差動信号を合成する回路等の様々な用途で使用される。そのため、近年、無線通信装置等に用いるマイクロ波ＩＣで上記１８０度位相合成回路（１８０度位相分配器）を用いる要望が高まっている。なお、マイクロ波ＩＣでは、基板の裏面加工が不要なことから伝送線路としてＣＰＷ（Coplanar Waveguide）線路が普及してきている。

ところで、高周波信号を分配すると共に分配後の２つの信号に１８０度の位相差を持たせるためには、一般にラットレース回路が用いられる。ラットレース回路は、信号線路を２つに分岐することで信号を分配し、分岐後の２本の信号線路に、伝送対象となる信号周波数の１／２波長に相当する長さの差を設けることで、分配した２つの信号に１８０度の位相差を持たせる回路である。

しかしながら、信号周波数の１／２波長に相当する線路長は、ＧＨｚを越える高周波信号であっても数ｍｍから数ｃｍ程度であり、大きな回路面積を必要とする。そのため、ラットレース回路をマイクロ波ＩＣに組み込むことは困難である。

そこで、線路長の差で位相差を得るのではなく、上記ＣＰＷ線路やマイクロストリップ線路等の非差動型の伝送線路からスロット線路やＣＰＳ（Coplanar Strips）線路等の差動型の伝送線路、あるいは差動型の伝送線路から非差動型の伝送線路へ変換するバラン回路を用いて１８０度の位相差を得る手法が非特許文献１（Mu-Jung Hsieh, Chun-Yi Wu, Chi-Yang Chang and Dow-Chin Niu, “Broadband mm-wave Schottky diode frequency doubler using a broadband CPW balun”, The 6th topical symposium on millimeter waves (TSMMW 2004) technical digest, pp. 285-288, Feb. 2004）で提案されている。

図２に示すように、非特許文献１に記載されたバラン回路は、信号の入出力ポートとなる第１のＦＣＰＷ（Finite Ground Coplanar Waveguide）線路６１、第２のＦＣＰＷ線路６２ａ及び第３のＦＣＰＷ線路６２ｂと、差動型の伝送線路である第１のＣＰＳ線路６４ａ及び第２のＣＰＳ線路６４ｂと、第１のＦＣＰＷ線路６１を第１のＣＰＳ線路６４ａ及び第２のＣＰＳ線路６４ｂへ変換するＦＣＰＷ−ＣＰＳ変換分岐部６５と、第１のＣＰＳ線路６４ａを第２のＦＣＰＷ線路６２ａへ変換する第１のＣＰＳ−ＦＣＰＷ変換部６７ａと、第２のＣＰＳ線路６４ｂを第３のＦＣＰＷ線路６２ｂへ変換する第２のＣＰＳ−ＦＣＰＷ変換部６７ｂとを備え、それらが基板６９上に形成された構成である。

第１のＦＣＰＷ線路６１、第２のＦＣＰＷ線路６２ａ及び第３のＦＣＰＷ線路６２ｂは、中心導体とその中心導体を挟むようにして配置された２つの接地導体とを備えた非差動型の伝送線路である。第１のＦＣＰＷ線路６１、第２のＦＣＰＷ線路６２ａ及び第３のＦＣＰＷ線路６２ｂが有する２つの接地導体はそれぞれエアブリッジ６８によって接続されている。

図２に示したバラン回路では、第１のＦＣＰＷ線路６１がＦＣＰＷ−ＣＰＳ変換分岐部６５によって分岐され、第１のＣＰＳ線路６４ａ及び第２のＣＰＳ線路６４ｂに変換される。また、第１のＣＰＳ線路６４ａが第１のＣＰＳ−ＦＣＰＷ変換部６７ａによって第２のＦＣＰＷ線路６２ａに変換され、第２のＣＰＳ線路６４ｂが第２のＣＰＳ−ＦＣＰＷ変換部６７ｂによって第３のＦＣＰＷ線路６２ｂに変換される。ここで、第２のＦＣＰＷ線路６２ａの中心導体は第１のＦＣＰＷ線路６１の中心導体と接続され、第３のＦＣＰＷ線路６２ｂの中心導体は第１のＦＣＰＷ線路６１の接地導体と接続されている。また、第２のＦＣＰＷ線路６２ａの接地導体は第１のＦＣＰＷ線路６１の接地導体と接続され、第３のＦＣＰＷ線路６２ｂの接地導体は第１のＦＣＰＷ線路６１の中心導体と接続されている。

このように、第１のＦＣＰＷ線路６１の中心導体及び接地導体に対する第２のＦＣＰＷ線路６２ａの中心導体及び接地導体の接続と、第１のＦＣＰＷ線路６１の中心導体及び接地導体に対する第３のＦＣＰＷ線路６２ｂの中心導体及び接地導体の接続の関係を逆にすることで、第１のＦＣＰＷ線路６１から信号を入力すると、第２のＦＣＰＷ線路６２ａ及び第３のＦＣＰＷ線路６２ｂからは位相差が１８０度の差動信号が出力される。

なお、非特許文献１では、第１のＣＰＳ線路６４ａと第２のＣＰＳ線路６４ｂの長さをそれぞれ信号周波数の１／４波長に一致させている。しかしながら、図２に示したバラン回路は、ラットレース回路と異なり線路長によって位相差を得るものではないため、第１のＣＰＳ線路６４ａと第２のＣＰＳ線路６４ｂの長さを信号周波数の１／４波長に一致させる必要はない。

上述した非特許文献１に記載されたバラン回路では、第１のＦＣＰＷ線路、第２のＦＣＰＷ線路及び第３のＦＣＰＷ線路が備える各接地導体が接続されていないため、それらの電位が同一になるとは限らない。非特許文献１では、図２に示したバラン回路を１８０度位相分配器として用い、第２のＦＣＰＷ線路及び第３のＦＣＰＷ線路に２端子素子であるダイオードを接続し、それらのダイオード出力を合成することで入力信号の周波数を逓倍する周波数逓倍器を構成している。このような回路構成では、各ＦＣＰＷ線路の接地導体の電位が異なっていても特に問題になることはない。

しかしながら、例えば図２に示したバラン回路を１８０度位相合成回路として用い、ミキサ素子として用いるＦＥＴ等の３端子能動素子を第２のＦＣＰＷ線路及び第３のＦＣＰＷ線路に接続して図３に示すようなシングルバランス型ミキサ回路を構成すると、以下に記載するような問題が発生する。

図３に示すシングルバランス型ミキサ回路では、第２のＦＣＰＷ線路の接地導体に一方のＦＥＴ７１ａのソース電極が接続され、第３のＦＣＰＷ線路の接地導体に他方のＦＥＴ７１ｂのソース電極が接続されている。これら２つのＦＥＴ７１ａ、７１ｂのゲート電極にはＬＯ信号源及びバイアス（Ｖｇ）源がそれぞれ接続されている。また、第２のＦＣＰＷ線路の中心導体にはＦＥＴ７１ａのドレイン電極がキャパシタ７２ａを介して接続され、第３のＦＣＰＷ線路の中心導体にはＦＥＴ７１ｂのドレイン電極がキャパシタ７２ｂを介して接続されている。

ＦＥＴ７１ａのドレイン電極には、他端が接地導体と接続されたキャパシタ７３ａ及び所定の長さのスタブが接続され、該スタブを介してＩＦ信号（逆相）が供給される。同様に、ＦＥＴ７１ｂのドレイン電極には、他端が接地導体と接続されたキャパシタ７３ｂ及び所定の長さのスタブが接続され、該スタブを介してＩＦ信号が供給される。なお、キャパシタ７３ａ、７３ｂの容量（インピーダンス）は、ＲＦ信号の周波数においてドレイン電極側からみてオープンであり、ＩＦ信号の周波数において挿入損失が最も小さくなる値に設定される。

このような構成では、ミキサ素子であるＦＥＴ７１ａ、７１ｂのドレイン電極から上側波帯信号、下側波帯信号及びＬＯ信号が出力され、上側波帯信号及び下側波帯信号がバラン回路により同相で合成され、ＬＯ信号がバラン回路により逆相で合成される。

しかしながら、図３に示す構成では、通常、接地されるべき２つのＦＥＴ７１ａ、７１ｂのソース電極が、接続部７４ａと接続部７４ｂとで異なる電位となるため、ＦＥＴ７１ａ、７１ｂの動作条件が異なってしまう。

したがって、ＦＥＴ７１ａ、７１ｂから出力されるＬＯ信号の電力が等しくならないため、異なる電力のＬＯ信号をバラン回路によって逆相で合成しても、ＬＯ信号は相殺されずに第１のＦＣＰＷ線路から大きな電力で出力されてしまう。そのため、所望の回路性能を実現することができないという問題がある。

そこで、本発明は、１８０度の位相差を持つ信号の分配あるいは合成が可能であり、所望の回路性能を実現しつつ集積回路装置へ組み込むことが容易なバラン回路及びそれを備えた集積回路装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明のバラン回路は、信号の入出力ポートとなる第１のＣＰＷ線路、第２のＣＰＷ線路及び第３のＣＰＷ線路と、第１のＣＰＷ線路と第２のＣＰＷ線路を中継する差動型の伝送線路である第１のＣＰＳ線路と、第１のＣＰＷ線路と第３のＣＰＷ線路を中継する差動型の伝送線路である第２のＣＰＳ線路と、第１のＣＰＷ線路、第２のＣＰＷ線路及び第３のＣＰＷ線路の少なくとも一つの接地導体どうしを接続する接続部とを備える。

または、信号の入出力ポートとなる第１のＣＰＷ線路、第２のＣＰＷ線路及び第３のＣＰＷ線路と、第２のＣＰＷ線路の中心導体と第１のＣＰＷ線路の中心導体とを中継し、第２のＣＰＷ線路の接地導体と第３のＣＰＷ線路の接地導体とを中継する差動型の伝送線路である第１のＣＰＳ線路と、第３のＣＰＷ線路の中心導体と第１のＣＰＷ線路の接地導体とを中継し、第３のＣＰＷ線路の接地導体と第２のＣＰＷ線路の接地導体とを中継する差動型の伝送線路である第２のＣＰＳ線路と、第１のＣＰＷ線路、第２のＣＰＷ線路及び第３のＣＰＷ線路の少なくとも一つの接地導体どうしを接続する接続部とを備える。

または、信号の入出力ポートとなる第１のＣＰＷ線路、第２のＣＰＷ線路及び第３のＣＰＷ線路と、第２のＣＰＷ線路の中心導体と第３のＣＰＷ線路の中心導体とを中継し、第２のＣＰＷ線路の接地導体と第１のＣＰＷ線路の中心導体とを中継する差動型の伝送線路である第１のＣＰＳ線路と、第３のＣＰＷ線路の中心導体と第２のＣＰＷ線路の中心導体とを中継し、第３のＣＰＷ線路の接地導体と第１のＣＰＷ線路の接地導体とを中継する差動型の伝送線路である第２のＣＰＳ線路と、第１のＣＰＷ線路、第２のＣＰＷ線路及び第３のＣＰＷ線路の少なくとも一つの接地導体どうしを接続する接続部とを備える。

一般に、ＣＰＳ線路は、２つのＣＰＳ線路に分岐すると、分岐後の２つの線路に逆相の信号を分配することになる。したがって、分岐後の２つのＣＰＳ線路で共通な導体がＣＰＷ線路の中心導体となるように、あるいは分岐後の２つのＣＰＳ線路で共通な導体がＣＰＷ線路の接地導体となるように、ＣＰＳ線路からＣＰＷ線路へ変換するだけで、２つのＣＰＷ線路からは逆相の信号が得られる。

また、２つのＣＰＳ線路に対して同相の信号を分配する場合、２つのＣＰＳ線路が備える２つの導体と、それらに接続される２つのＣＰＷ線路の中心導体と接地導体の接続関係を逆にすれば、それら２つのＣＰＷ線路からは互いに逆相の信号が出力される。

このＣＰＳ線路は、差動型の伝送線路であってもスロットラインのような広い導体幅を必要としないため、回路サイズを小さくできる。

したがって、第１のＣＰＷ線路、第２のＣＰＷ線路及び第３のＣＰＷ線路が有する中心導体と接地導体に対する、第１のＣＰＳ線路及び第２のＣＰＳ線路が有する２つの導体の接続関係によって、第２のＣＰＷ線路と第３のＣＰＷ線路から位相差が１８０度の差動信号を得ることができる。

また、第１のＣＰＷ線路、第２のＣＰＷ線路及び第３のＣＰＷ線路の接地導体どうしをそれぞれ接続部により接続することで、第１のＣＰＷ線路、第２のＣＰＷ線路及び第３のＣＰＷ線路の接地導体が同一の電位となる。そのため、第１のＣＰＷ線路、第２のＣＰＷ線路及び第３のＣＰＷ線路へ３端子能動素子等を接続すると、それらが等しい条件で動作するため、所望の回路性能を実現できる。

さらに、バラン回路のサイズを小さくできるため、集積回路装置へ容易に組み込むことが可能であり、該バラン回路を備えた集積回路装置の回路サイズを小さくできる。

図１はシングルバランス型ミキサ回路の構成を示す回路図である。 図２は従来のバラン回路の構成を示す平面図である。 図３は図２に示したバラン回路を図１に示したシングルバランス型ミキサ回路で使用した例を示す平面図である。 図４は本発明のバラン回路の第１の実施の形態の構成を示す平面図である。 図５は本発明のバラン回路の第２の実施の形態の構成を示す平面図である。 図６は本発明のバラン回路の第３の実施の形態の構成を示す平面図である。 図７は本発明の集積回路装置の一構成例を示す平面図である。

（第１の実施の形態）
図４に示すように、第１の実施の形態のバラン回路は、信号の入出力ポートとなる第１のＣＰＷ線路１１、第２のＣＰＷ線路１２ａ及び第３のＣＰＷ線路１２ｂと、非差動型の伝送線路であるＦＣＰＷ線路１３と、第１のＣＰＷ線路１１をＦＣＰＷ線路１３へ変換するＣＰＷ−ＦＣＰＷ線路変換部１５と、差動型の伝送線路である、長さがＬ１の第１のＣＰＳ線路１４ａ、及び長さがＬ１＋Ｌ２の第２のＣＰＳ線路１４ｂと、ＦＣＰＷ線路１３を第１のＣＰＳ線路１４ａ及び第２のＣＰＳ線路１４ｂに変換するＦＣＰＷ−ＣＰＳ変換分岐部１６と、第１のＣＰＳ線路１４ａを第２のＣＰＷ線路１２ａへ変換する第１のＣＰＳ−ＣＰＷ変換部１７ａと、第２のＣＰＳ線路１４ｂを第３のＣＰＷ線路１２ｂへ変換する第２のＣＰＳ−ＣＰＷ変換部１７ｂとを備え、それらが基板１９上に形成された構成である。

第１のＣＰＳ線路１４ａと第２のＣＰＳ線路１４ｂは、それぞれの一方の導体が共通であり、該共通な導体が、第２のＣＰＷ線路１２ａの接地導体及び第３のＣＰＷ線路１２ｂの中心導体にそれぞれ接続されている。また、共通な導体ではない第１のＣＰＳ線路１４ａの他方の導体は第２のＣＰＷ線路１２ａの中心導体と接続され、第２のＣＰＳ線路１４ｂの他方の導体は第３のＣＰＷ線路１２ｂの接地導体と接続されている。

第１のＣＰＷ線路１１、第２のＣＰＷ線路１２ａ及び第３のＣＰＷ線路１２ｂの各接地導体は、基板１９上に形成された各素子を囲むように配置されている。また、第１のＣＰＷ線路１１、第２のＣＰＷ線路１２ａ、第３のＣＰＷ線路１２ｂ及びＦＣＰＷ線路１３は、それぞれの接地導体どうしがエアブリッジ１８によって接続されている。したがって、第１のＣＰＷ線路１１、第２のＣＰＷ線路１２ａ、第３のＣＰＷ線路１２ｂ及びＦＣＰＷ線路１３の各接地導体は同一電位となる。

図４に示す第１の実施の形態のバラン回路は、Ｔ分岐部（ＦＣＰＷ−ＣＰＳ変換分岐部１６）において、ＦＣＰＷ線路１３の一方の接地導体を取り除くことで第１のＣＰＳ線路１４ａを形成し、ＦＣＰＷ線路１３の他方の接地導体を取り除くことで第２のＣＰＳ線路１４ｂを形成している。したがって、第１のＣＰＳ線路１４ａ及び第２のＣＰＳ線路１４ｂには等しい電力が分配される。

上述したように、第１のＣＰＳ線路１４ａと第２のＣＰＳ線路１４ｂの共通の導体は、第２のＣＰＷ線路１２ａにおいて接地導体となり、第３のＣＰＷ線路１２ｂにおいて中心導体となるため、第１のＣＰＳ線路１４ａと第２のＣＰＳ線路１４ｂの長さが等しいとき（Ｌ２＝０）、第１のＣＰＳ線路１４ａと第２のＣＰＳ線路１４ｂからは位相差が１８０度の信号が得られるはずである。

しかしながら、第１のＣＰＷ線路１１を入力ポートとして用い、第２のＣＰＷ線路１２ａ及び第３のＣＰＷ線路１２ｂを出力ポートとして用いる場合、第１のＣＰＷ線路１１、第２のＣＰＷ線路１２ａ及び第３のＣＰＷ線路１２ｂの各接地導体を接続し、各ＣＰＷ線路に対してＣＰＷ線路等を備える他の集積回路装置を接続すると、第２のＣＰＷ線路１２ａと第３のＣＰＷ線路１２ｂから出力される信号の位相差は１８０度とならず、かつ第１のＣＰＳ線路１４ａと第２のＣＰＳ線路１４ｂに等しい信号電力が分配されない場合があることを発明者は見出した。これは、第１のＣＰＳ線路１４ａから第２のＣＰＷ線路１２ａへの変換条件と、第２のＣＰＳ線路１４ｂから第３のＣＰＷ線路１２ｂへの変換条件とが異なるためと推測できる。

したがって、本実施形態では、第２のＣＰＷ線路１２ａと第３のＣＰＷ線路１２ｂから位相差が１８０度の信号が出力されるように、第１のＣＰＳ線路１４ａの長さと第２のＣＰＳ線路１４ｂの長さを変えることで位相差を補償する。本実施形態では、第２のＣＰＷ線路１２ａと第３のＣＰＷ線路１２ｂから出力される信号の位相差をＬ２の値によって補償するため、Ｌ１の長さはレイアウト面積が許容できる範囲内で自由に設定できる。すなわち、図４に示したバラン回路は回路サイズを小さくすることが可能であり、集積回路装置へ容易に組み込むことができる。なお、第１のＣＰＳ線路１４ａと第２のＣＰＳ線路１４ｂに対する信号電力の分配比は、外周部に配置された接地導体の形状を最適化することで補正できる。

第１の実施の形態のバラン回路によれば、第１のＣＰＷ線路１１と第２のＣＰＷ線路１２ａを中継する差動型の伝送線路である第１のＣＰＳ線路１４ａ、及び第１のＣＰＷ線路１１と第３のＣＰＷ線路１２ｂを中継する差動型の伝送線路である第２のＣＰＳ線路１４ｂを有することで、第２のＣＰＷ線路１２ａと第３のＣＰＷ線路１２ｂから位相差が１８０度の差動信号を得ることができる。

また、信号の入出力ポートとなる第１のＣＰＷ線路１１、第２のＣＰＷ線路１２ａ及び第３のＣＰＷ線路１２ｂの接地導体がそれぞれ同一電位となるため、第１のＣＰＷ線路１１、第２のＣＰＷ線路１２ａ及び第３のＣＰＷ線路１２ｂへ３端子能動素子等を接続した場合に、それらが等しい条件で動作する。したがって、所望の回路性能を実現することができる。さらに、バラン回路の面積を小型化できるため、集積回路装置へ容易に組み込むことができる。

（第２の実施の形態）
図５に示すように、第２の実施の形態のバラン回路は、信号の入出力ポートとなる第１のＣＰＷ線路２１、第２のＣＰＷ線路２２ａ及び第３のＣＰＷ線路２２ｂと、差動型の伝送線路である、長さがＬ３の第１のＣＰＳ線路２４ａ、及び長さがＬ３＋Ｌ４の第２のＣＰＳ線路２４ｂと、差動型の伝送線路である第３のＣＰＳ線路２３と、第１のＣＰＷ線路２１を第３のＣＰＳ線路２３へ変換するＣＰＷ−ＣＰＳ線路変換部２５と、第３のＣＰＳ線路２３を第１のＣＰＳ線路２４ａと第２のＣＰＳ線路２４ｂとに分岐する分岐部２６と、第１のＣＰＳ線路２４ａを第２のＣＰＷ線路２２ａへ変換する第１のＣＰＳ−ＣＰＷ変換部２７ａと、第２のＣＰＳ線路２４ｂを第３のＣＰＷ線路２２ｂへ変換する第２のＣＰＳ−ＣＰＷ変換部２７ｂとを備え、それらが基板２９上に形成された構成である。

第１のＣＰＳ線路２４ａと第２のＣＰＳ線路２４ｂは、それぞれの一方の導体が共通であり、該共通な導体が第２のＣＰＷ線路２２ａの接地導体及び第３のＣＰＷ線路２２ｂの接地導体に接続されている。また、共通な導体ではない第１のＣＰＳ線路２４ａの他方の導体は第２のＣＰＷ線路２２ａの中心導体と接続され、第２のＣＰＳ線路２４ｂの他方の導体は第３のＣＰＷ線路２２ｂの中心導体と接続されている。

第１のＣＰＷ線路２１、第２のＣＰＷ線路２２ａ及び第３のＣＰＷ線路２２ｂの接地導体は各素子を囲むように配置されている。また、第１のＣＰＷ線路２１、第２のＣＰＷ線路２２ａ及び第３のＣＰＷ線路２２ｂは、それぞれの接地導体どうしがエアブリッジ２８によって接続されている。したがって、第１のＣＰＷ線路２１、第２のＣＰＷ線路２２ａ及び第３のＣＰＷ線路２２ｂの各接地導体は同一電位となる。

図５に示した第２の実施の形態のバラン回路では、Ｔ分岐部（分岐部２６）によって第１のＣＰＳ線路２４ａと第２のＣＰＳ線路２４ｂへ逆相の信号が等しい電力で分配される。このとき、第１のＣＰＳ線路２４ａと第２のＣＰＳ線路２４ｂの共通の導体は、第２のＣＰＷ線路２２ａ及び第３のＣＰＷ線路２２ｂにおいて接地導体となるため、第１のＣＰＳ線路２４ａと第２のＣＰＳ線路２４ｂの長さが等しいとき（Ｌ４＝０）、第２のＣＰＷ線路２２ａと第３のＣＰＷ線路２２ｂからは位相差が１８０度の信号が出力されるはずである。

しかしながら、第１のＣＰＷ線路２１を入力ポートとして用い、第２のＣＰＷ線路２２ａ及び第３のＣＰＷ線路２２ｂを出力ポートとして用いる場合、第１のＣＰＷ線路２１、第２のＣＰＷ線路２２ａ及び第３のＣＰＷ線路２２ｂの各接地導体を接続し、各ＣＰＷ線路に対してＣＰＷ線路等を備える他の集積回路装置を接続すると、第１の実施の形態と同様に第２のＣＰＷ線路２２ａと第３のＣＰＷ線路２２ｂから出力される信号の位相差は１８０度にならず、かつ第１のＣＰＳ線路２４ａと第２のＣＰＳ線路２４ｂに等しい信号電力が分配されない場合がある。

そのため、本実施形態では、第２のＣＰＷ線路２２ａと第３のＣＰＷ線路２２ｂから位相差が１８０度の信号が出力されるように、第１のＣＰＳ線路２４ａの長さと第２のＣＰＳ線路２４ｂの長さを変えることで位相差を補償する。本実施形態では、第２のＣＰＷ線路２２ａと第３のＣＰＷ線路２２ｂから出力される信号の位相差をＬ４の値によって補償するため、Ｌ３の長さはレイアウト面積が許容できる範囲内で自由に設定できる。すなわち、図５に示したバラン回路は、第１の実施の形態と同様に回路サイズを小さくすることが可能であり、集積回路装置へ容易に組み込むことができる。

なお、第１のＣＰＳ線路２４ａと第２のＣＰＳ線路２４ｂに対する信号電力の分配比は、第１の実施の形態と同様に外周部に配置された接地導体の形状を最適化することで補正できる。

図５では、第１のＣＰＳ線路２４ａと第２のＣＰＳ線路２４ｂの共通の導体を、第２のＣＰＷ線路２２ａと第３のＣＰＷ線路２２ｂの接地導体に接続した構成を示したが、第１のＣＰＳ線路２４ａと第２のＣＰＳ線路２４ｂの共通導体を、第２のＣＰＷ線路２２ａと第３のＣＰＷ線路２２ｂの中心導体に接続した構成でもよい。その場合、共通の導体ではない第１のＣＰＳ線路２４ａの他方の導体を第２のＣＰＷ線路２２ａの接地導体と接続し、第２のＣＰＳ線路２４ｂの他方の導体を第３のＣＰＷ線路２２ｂの接地導体と接続すればよい。

第２の実施の形態のバラン回路によれば、第１の実施の形態と同様に、第１のＣＰＷ線路２１と第２のＣＰＷ線路２２ａを中継する差動型の伝送線路である第１のＣＰＳ線路２４ａ、及び第１のＣＰＷ線路２１と第３のＣＰＷ線路２２ｂを中継する差動型の伝送線路である第２のＣＰＳ線路２４ｂを有することで、第２のＣＰＷ線路２２ａと第３のＣＰＷ線路２２ｂから位相差が１８０度の差動信号を得ることができる。

また、信号の入出力ポートとなる第１のＣＰＷ線路２１、第２のＣＰＷ線路２２ａ及び第３のＣＰＷ線路２２ｂの接地導体が同一電位となるため、第１のＣＰＷ線路２１、第２のＣＰＷ線路２２ａ及び第３のＣＰＷ線路２２ｂへ３端子能動素子等を接続した場合でも、それらが等しい条件で動作する。したがって、所望の回路性能を実現することができる。

さらに、バラン回路の面積を小型化できるため、集積回路装置へ容易に組み込むことができる。

（第３の実施の形態）
図６に示すように、第３の実施の形態のバラン回路は、第１のＣＰＳ線路３４ａと第２のＣＰＳ線路３４ｂの長さが等しく（Ｌ５）、第２のＣＰＷ線路３２ａと第３のＣＰＷ線路３２ｂの長さが異なる（差がＬ６）点で第１の実施の形態のバラン回路と異なっている。その他の構成は第１の実施の形態のバラン回路と同様であるため、その説明は省略する。

第３の実施の形態のバラン回路では、第２のＣＰＷ線路３２ａと第３のＣＰＷ線路３２ｂから位相差が１８０度の信号が出力されるように、第２のＣＰＷ線路３２ａと第３のＣＰＷ線路３２ｂの長さを変えることで位相差を補償する。

本実施形態では、第２のＣＰＷ線路３２ａと第３のＣＰＷ線路３２ｂから出力される信号の位相差をＬ６の値によって補償するため、第１のＣＰＳ線路３４ａ及び第２のＣＰＳ線路３４ｂの長さ（Ｌ５）をレイアウト面積が許容できる範囲内で自由に設定できる。すなわち、図６に示したバラン回路も第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様に、回路サイズを小さくすることが可能であり、集積回路装置へ容易に組み込むことができる。そのため、第３の実施の形態のバラン回路においても、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第３の実施の形態では、第２のＣＰＷ線路３２ａと第３のＣＰＷ線路３２ｂの長さを変えることで第２のＣＰＷ線路３２ａと第３のＣＰＷ線路３２ｂから出力される信号の位相差を補償できることを示した。そのため、第１のＣＰＳ線路３４ａと第２のＣＰＳ線路３４ｂの長さは必ずしも等しくする必要はなく、これらの線路の長さは異なっていてもよい。

また、図６では、第１の実施の形態で示したバラン回路の第２のＣＰＷ線路と第３のＣＰＷ線路の長さを変えることで、第２のＣＰＷ線路と第３のＣＰＷ線路から出力される信号の位相差を補償する例を示したが、このような構成は第２の実施の形態のバラン回路にも適用可能である。すなわち、図５に示した第１のＣＰＳ線路と第２のＣＰＳ線路の長さを等しく設定し、第２のＣＰＷ線路と第３のＣＰＷ線路の長さを変えても、第２のＣＰＷ線路と第３のＣＰＷ線路から出力される信号の位相差を補償することが可能である。

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態は、第１の実施の形態のバラン回路を、図１に示したシングルバランス型ミキサ回路の１８０度位相合成器として使用する例である。

図７に示すように、本実施形態の集積回路装置は、図４に示したバラン回路と、ミキサ素子である２つのＦＥＴ４１ａ，４１ｂと、ＦＥＴ４１ａに接続されるキャパシタ４２ａ，４３ａと、ＦＥＴ４１ｂに接続されるキャパシタ４２ｂ，４３ｂとを備えている。

ミキサ素子であるＦＥＴ４１ａのソース電極は第３のＣＰＷ線路の接地導体に接続され、ＦＥＴ４１ｂのソース電極は第２のＣＰＷ線路の接地導体に接続されている。ＦＥＴ４１ａ，４１ｂのゲート電極はＬＯ信号源とバイアス（Ｖｇ）源に接続されている。また、ＦＥＴ４１ａのドレイン電極はキャパシタ４２ａを介して第３のＣＰＷ線路の中心導体と接続され、ＦＥＴ４１ｂのドレイン電極はキャパシタ４２ｂを介して第２のＣＰＷ線路の中心導体と接続されている。さらに、ＦＥＴ４１ａのドレイン電極には他端が接地導体と接続されたキャパシタ４３ａ及び所定の長さのスタブが接続され、該スタブを介してＩＦ信号が供給される。同様に、ＦＥＴ４１ｂのドレイン電極には他端が接地導体と接続されたキャパシタ４３ｂ及び所定の長さのスタブが接続され、該スタブを介してＩＦ信号（逆相）が供給される。なお、キャパシタ４３ａ、４３ｂの容量（インピーダンス）は、ＲＦ信号の周波数においてドレイン電極側からみてオープンであり、ＩＦ信号の周波数において挿入損失が最も小さくなる値に設定される。

このような構成では、ミキサ素子であるＦＥＴ４１ａ，４１ｂのドレイン電極から上側波帯信号、下側波帯信号及びＬＯ信号が出力され、上側波帯信号と下側波帯信号はバラン回路により同相で合成され、ＬＯ信号はバラン回路により逆相で合成される。

本実施形態の集積回路装置では、ミキサ素子である２つのＦＥＴ４１ａ，４１ｂのソース電極が接続部４４ａ，４４ｂにて接地導体と接続されているが、第１の実施の形態で説明したように各接地導体の電位が等しいため、２つのＦＥＴ４１ａ，４１ｂの動作条件が同一となり、各ＦＥＴ４１ａ，４１ｂから出力されるＬＯ信号の電力が等しくなる。

したがって、２つのＦＥＴ４１ａ，４１ｂから出力されたＬＯ信号は、図４に示したバラン回路によって逆相で合成されて相殺され、出力信号に含まれるＬＯ信号の電力が低減する。また、本実施形態によれば、バラン回路のサイズを小さくできるため、該バラン回路を備える集積回路装置のサイズを小さくできる。

なお、第４の実施の形態では、第１の実施の形態のバラン回路をシングルバランス型ミキサ回路の１８０度位相合成器として利用する例を示したが、第２の実施の形態及び第３の実施の形態で示したバラン回路もシングルバランス型ミキサ回路の１８０度位相合成器として利用することが可能である。

また、第１の実施の形態、第２の実施の形態及び第３の実施の形態で示したバラン回路は、本実施形態で示したシングルバランス型ミキサ回路に限らず、逓倍回路や差動増幅回路等のように、２つの信号に１８０度の位相差を持たせる必要がある回路であれば、どのような回路に使用することも可能である。第１の実施の形態、第２の実施の形態及び第３の実施の形態で示したバラン回路を用いれば、その集積回路装置全体の回路サイズを小さくできる。

また、第１の実施の形態、第２の実施の形態及び第３の実施の形態で示したバラン回路が搭載される基板には、通常、誘電体基板や半導体基板等が用いられるが、基板の材料はこれらに限定されるものではない。

また、第１の実施の形態、第２の実施の形態及び第３の実施の形態で示したバラン回路では、エアブリッジを用いて全てのＣＰＷ線路及びＦＣＰＷ線路の接地導体どうしを接続する例を示したが、エアブリッジはＣＰＷ線路における信号の伝送モードを安定させるためのものであり、信号が損失無く確実に伝送されるならば、全てのＣＰＷ線路及びＦＣＰＷ線路の接地導体どうしを接続する必要はない。また、各ＣＰＷ線路及びＦＣＰＷ線路の接地導体どうしの接続には、必ずしもエアブリッジを用いる必要はなく、基板の内部あるいは基板の裏面に配置された他の導体と接続するためのビアホール等を用いてもよい。

さらに、第１の実施の形態、第２の実施の形態及び第３の実施の形態では、信号の入出力ポートとしてＣＰＷ線路を用いる例を示したが、これらの少なくとも一つは接地導体幅が有限なＦＣＰＷ線路に置き換えることも可能である。

Claims (10)

1. 信号の入出力ポートとなる第１のＣＰＷ線路、第２のＣＰＷ線路及び第３のＣＰＷ線路と、
   前記第２のＣＰＷ線路の中心導体と前記第１のＣＰＷ線路の中心導体とを中継し、前記第２のＣＰＷ線路の接地導体と前記第１のＣＰＷ線路の接地導体とを中継する差動型の伝送線路である第１のＣＰＳ線路と、
   前記第３のＣＰＷ線路の中心導体と前記第１のＣＰＷ線路の接地導体とを中継し、前記第３のＣＰＷ線路の接地導体と前記第１のＣＰＷ線路の中心導体とを中継する差動型の伝送線路である第２のＣＰＳ線路と、
   前記第１のＣＰＷ線路の接地導体、前記第２のＣＰＷ線路の接地導体及び前記第３のＣＰＷ線路の接地導体の少なくとも二つの接地導体どうしを接続する接続部と、
   を有するバラン回路。
2. 非差動型の伝送線路であるＦＣＰＷ線路と、
   前記第１のＣＰＷ線路を前記ＦＣＰＷ線路に変換するＣＰＷ−ＦＣＰＷ線路変換部と、
   前記ＦＣＰＷ線路を前記第１のＣＰＳ線路及び前記第２のＣＰＳ線路に変換するＦＣＰＷ−ＣＰＳ変換分岐部と、
   前記第１のＣＰＳ線路を前記第２のＣＰＷ線路に変換し、前記第２のＣＰＳ線路を前記第３のＣＰＷ線路に変換する複数のＣＰＳ−ＣＰＷ変換部と、
   を有する請求項１記載のバラン回路。
3. 信号の入出力ポートとなる第１のＣＰＷ線路、第２のＣＰＷ線路及び第３のＣＰＷ線路と、
   前記第２のＣＰＷ線路の中心導体と前記第１のＣＰＷ線路の中心導体とを中継し、前記第２のＣＰＷ線路の接地導体と前記第３のＣＰＷ線路の接地導体とを中継する差動型の伝送線路である第１のＣＰＳ線路と、
   前記第３のＣＰＷ線路の中心導体と前記第１のＣＰＷ線路の接地導体とを中継し、前記第３のＣＰＷ線路の接地導体と前記第２のＣＰＷ線路の接地導体とを中継する差動型の伝送線路である第２のＣＰＳ線路と、
   前記第１のＣＰＷ線路の接地導体、前記第２のＣＰＷ線路の接地導体及び前記第３のＣＰＷ線路の接地導体の少なくとも二つの接地導体どうしを接続する接続部と、
   を有するバラン回路。
4. 信号の入出力ポートとなる第１のＣＰＷ線路、第２のＣＰＷ線路及び第３のＣＰＷ線路と、
   前記第２のＣＰＷ線路の中心導体と前記第３のＣＰＷ線路の中心導体とを中継し、前記第２のＣＰＷ線路の接地導体と前記第１のＣＰＷ線路の中心導体とを中継する差動型の伝送線路である第１のＣＰＳ線路と、
   前記第３のＣＰＷ線路の中心導体と前記第２のＣＰＷ線路の中心導体とを中継し、前記第３のＣＰＷ線路の接地導体と前記第１のＣＰＷ線路の接地導体とを中継する差動型の伝送線路である第２のＣＰＳ線路と、
   前記第１のＣＰＷ線路の接地導体、前記第２のＣＰＷ線路の接地導体及び前記第３のＣＰＷ線路の接地導体の少なくとも二つの接地導体どうしを接続する接続部と、
   を有するバラン回路。
5. 前記第１のＣＰＷ線路の中心導体と接地導体とに接続される差動型の伝送線路である第３のＣＰＳ線路と、
   前記第１のＣＰＷ線路を第３のＣＰＳ線路に変換するＣＰＷ−ＣＰＳ線路変換部と、
   前記第３のＣＰＳ線路を前記第１のＣＰＳ線路及び前記第２のＣＰＳ線路に変換する分岐部と、
   前記第１のＣＰＳ線路を前記第２のＣＰＷ線路に変換し、前記第２のＣＰＳ線路を前記第３のＣＰＷ線路に変換する複数のＣＰＳ−ＣＰＷ変換部と、
   を有する請求項３または４記載のバラン回路。
6. 前記第１のＣＰＳ線路と前記第２のＣＰＳ線路の長さが異なる請求項１から５のいずれか１項記載のバラン回路。
7. 前記第２のＣＰＷ線路と前記第３のＣＰＷ線路の長さが異なる請求項１から６のいずれか１項記載のバラン回路。
8. 前記第１のＣＰＷ線路、前記第２のＣＰＷ線路及び前記第３のＣＰＷ線路の少なくとも一つにＦＣＰＷ線路を用いる請求項１から７のいずれか１項記載のバラン回路。
9. 前記第１のＣＰＷ線路の接地導体と、前記第２のＣＰＷ線路の接地導体及び前記第３のＣＰＷ線路の接地導体のそれぞれと、を接続する請求項１記載のバラン回路。
10. 請求項１から９のいずれか１項記載のバラン回路と、
    前記バラン回路が有する前記第２のＣＰＷ線路及び前記第３のＣＰＷ線路に接続された複数の３端子能動素子と、
    を有する集積回路装置。

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