JPH0851307A

JPH0851307A - 平衡不平衡変換回路

Info

Publication number: JPH0851307A
Application number: JP18615594A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Toyoda; 一彦豊田; Tsuneo Tokumitsu; 恒雄徳満
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1994-08-08
Filing date: 1994-08-08
Publication date: 1996-02-20

Abstract

(57)【要約】【目的】通信用ＭＭＩＣやＨＩＣなどの集積回路に適
した超小型・広帯域な平衡不平衡変換回路（バラン）を
提供することを目的とする。【構成】半導体又は誘電体からなる基板８と、基板８
上に互いに平行に形成され、幅よりも高さが大きい第
１、第２及び第３の線状導体101、102及び103と、その
うち両側の導体である第１及び第３の線状導体101及び1
03を接続する下層配線104と、中心の導体である第２の
導体102と第１の導体101とを接続する短絡片105とから
構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は概ね周波数１GHz以上
の信号で動作する集積回路に用いて好適な平衡不平衡変
換回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】まず、第１の従来例を図５を参照して説
明する。図５は、第１の従来例である半導体または誘電
体からなる基板上に形成された集積回路用の平衡不平衡
変換回路（以下バランと称する）の平面図である。この
図において、半導体または誘電体からなる基板（図示せ
ず）の上には、第１の導体511、第２の導体512および第
３の導体513が形成されており、ボンディングワイヤ571
および572によって、それぞれ、各導体上の点511aと512
aとにおいて短絡され、また、点511bと511cとにおいて
短絡されている。この場合、第１の導体511、第２の導
体512および第３の導体513によって、コプレーナ線路52
1が形成されており、コプレーナ線路521の端部は、不平
衡入出力端子501となっている。

【０００３】522は、第１および第３の導体511、513に
よって形成されている先端開放コプレーナ線路であり、
コプレーナ線路521と第３の導体513を共通の中心導体と
している。531は、第１および第２の導体511、512によ
って形成されているスロット線路であり、その端部は平
衡入出力端子502となっている。532は、第１の導体511
によって形成されている先端短絡スロット線路である。
これらのスロット線路531の各線路と先端短絡スロット
線路532の各線路とは、上述したようにボンディングワ
イヤ571および572によって接続されている。なお、先端
開放コプレーナ線路522および先端短絡スロット線路532
は、概ね1/4波長の長さで構成されている。

【０００４】以上の構成において、不平衡入出力端子50
1に不平衡信号を入力すると、平衡入出力端子502から平
衡信号を取り出すことができる。なお、この構成は両平
面回路などでも用いられている。

【０００５】次に、第２の従来例を図６を参照して説明
する。図６は、第２の従来例である結合線路を用いた集
積回路用バランの等価回路を示す回路図である。この図
において、606は、導体606a、606bおよび抵抗664からな
るウイルキンソンディバイダであり、その共通端子661
は、第１の入出力端子601に接続されている。604は、導
体604aおよび604bからなる第１の結合線路であり、605
は、導体605aおよび605bからなる第２の結合線路であ
る。この場合、導体604bの一方の端子641はウイルキン
ソンディバイダ606の端子662に接続されていて、他方の
端子642は開放されている。また、導体604aの一方の端
子644は第２の入出力端子602aに接続されていて、他方
の端子643は開放されている。また、第２の結合線路605
において、導体605bの一方の端子651はウイルキンソン
ディバイダ606の端子663に接続されていて、他方の端子
652は接地されている。また、導体605aの一方の端子6
54は第３の入出力端子602bに接続されていて、他方の端
子653は接地されている。なお、ウイルキンソンディバ
イダ606、第１および第２の結合線路604、605は、それ
ぞれ1/4波長線路を用いて構成されている。

【０００６】以上のような構成において、第１の入出力
端子601へ信号が入力されると、この入力された信号は
ウイルキンソンディバイダ606において同相で分配され
て、端子641および651から、第１および第２の結合線路
604、605へ同相で入力される。そして、第１の結合線路
604に入力された信号には、第１の結合線路604が先端開
放であるため、−90度の位相シフトが生じ、一方、第２
の結合線路605に入力された信号には、第２の結合線路6
05が先端短絡であるため、＋90度の位相シフトが生じ
る。したがって、第２の入出力端子602aから出力される
信号と、第３の入出力端子602bから出力される信号との
位相差は180度となり、第２および第３の端子602a、602
bから平衡出力を取り出すことができる。

【０００７】なお、ウイルキンソンディバイダを用いた
他のバランの例として、図６に示す第１の結合線路604
の端子644を接地し、端子641および643をともにウイル
キンソンディバイダ606に接続し、端子642を第２の入出
力端子に接続する場合もある。

【０００８】次に、第３の従来例を図７を参照して説明
する。図７は、マーチャンド（Marchand）のバランをモ
ノリシックに実現した第３の実施例を表す斜視図であ
る。この図に示す半導体基板８の裏面には、平板状導体
14が形成されていて、また、基板８の上面には、第１お
よび第２の導体711、712が形成されている。第１および
第２の導体711、712は、平板状導体14とともに伝送線路
を構成しており、各々の端部で平板状導体14と接続され
ている。また、第１および第２の導体711、712上には、
薄い誘電体膜709が形成されていて、さらに、誘電体膜7
09上に第３の導体713が形成されている。この第３の導
体713は、第１の導体711と第２の導体712とともに、そ
れぞれ伝送線路を構成している。この場合、上述した各
伝送線路は、それぞれ1/4波長程度の長さの線路を用い
て構成されている。このような回路構成において、第１
および第３の導体711、713によって構成される伝送線路
の一端に不平衡信号を入力すると、第１および第２の導
体711、712によって構成されているスロット線路731か
ら平衡出力を取り出すことができる。

【０００９】次に、第４の従来例を図８を参照して説明
する。図８は、第４の従来例である結合線路を用いたバ
ランの等価回路を示す回路図である。この図において、
804は、導体804aおよび804bからなる第１の結合線路で
あり、805は、導体805aおよび805bからなる第２の結合
線路である。この場合、第１の結合線路804の導体804b
の一方の端子841は、不平衡信号入出力端子801に接続さ
れていて、また、他方の端子842は、第２の結合線路805
の端子851に接続されている。また、導体804aの一方の
端子843は接地されていて、他方の端子844は平衡信号入
出力端子802aに接続されている。また、第２の結合線路
805において、端子852は開放され、端子853は平衡信号
入出力端子802bに接続され、端子854は接地されてい
る。なお、第１および第２の結合線路804、805は、1/4
波長線路を用いて構成されている。このように構成され
た回路において、不平衡信号入出力端子801に不平衡信
号を入力すると、平衡信号入出力端子802a、802b間に平
衡信号を取り出すことができる。

【００１０】ところで、上述した第１〜第４の従来例に
示した集積回路用バランは、いずれも1/4波長伝送線路
または1/4波長結合線路を合計２つ以上用いて構成され
ており、また、線路形状が半導体基板厚程度に大きいた
め、ＭＭＩＣ（モノリシック・マイクロウェーヴ集積回
路；Monolithic Microwave Integrated Circuit）に集
積化した場合小型化が困難であった。また、第１〜第４
の従来例に示した回路において、小型化を図る場合に
は、伝送線路の幅などを非常に小さくしなければなら
ず、所望のインピーダンス整合が得難くなるとともに、
挿入損失が大きくなるという問題があった。

【００１１】次に、第１〜第４の従来例とは異なる構成
をとる従来例を図９を参照して説明する。図９は、第５
の従来例であるマイクロストリップ線路を用いたバラン
の斜視図である。図９において、半導体または誘電体か
らなる基板８の裏面には、平板状導体14が形成されてい
て、上面には、互いに平行な第１、第２および第３の導
体911、912および913が形成されている。これらの第１
〜第３の導体911、912および913は、平板状導体14を共
通グランドとするマイクロストリップ線路を構成してい
る。また、第１および第３の導体911、913は、Ｂ点にお
いて、下層金属配線104を用いて接続されている。ただ
し、この場合、第２の導体912は、エアブリッジを用い
ることによって、下層金属配線104と絶縁されている。
また、共通グランドである平板状導体14は、不平衡入出
力端子の接地側（第１及び第３の導体911、913の端子91
0b、910c）と接続されている。また、第２の導体912
は、端子910aにおいて、不平衡入出力端子の信号線側と
接続されている。また、第２の導体912は、Ｂ点から1/4
波長の距離にあるＡ点において、導体等からなる短絡片
105を介して第１の導体911と接続されている。この場
合、第１、第２および第３の導体911、912および913
と、平板状導体14とから構成される伝送線路は、1/4波
長線路によって構成されている。

【００１２】以上のように構成することにより、不平衡
入出力端子910a、910bおよび910cから入力された不平衡
信号は、第２の導体912を中心導体とし、第１、第３の
導体911、913を接地導体としたコプレーナ線路モードと
ほぼ同様な不平衡モードで伝搬する。そして、第２の導
体912、並びに、第１および第３の導体911、913によっ
て構成されているコプレーナ線路とほぼ同様な伝送線路
がＡ点において短絡されているため、Ａ点において平衡
モードが励振される。この平衡モードは、第１および第
３の導体911、913で構成されている平衡伝送線路を伝搬
するのであるが、Ａ点からＢ点側を見た場合には先端短
絡1/4波長線路となっているため、そのインピーダンス
は無限大となり、励振された平衡モードは不平衡入出力
端子910cの方向へは伝搬せず、平衡入出力端子920a、92
0bから出力される。

【００１３】このように、マイクロストリップ線路を用
い、３本の導体と共通接地平板状導体とから1/4波長線
路を構成したバランにおいては、1/4波長線路を上述し
た他の従来例に比べて小さく構成することが可能であ
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した第
５の従来例においては、第１および第３の導体911、913
から構成される平衡伝送線路のインピーダンスに比較し
て、平板状導体14と第１の導体911または第３の導体913
とから構成される伝送線路のインピーダンスを十分に大
きくすることができないため、上記Ａ点において、平衡
モードのみに変換されるのではなく、第１の導体911ま
たは第３の導体913と、平板状導体14との間の不平衡モ
ードも励振されてしまい、その結果、入力信号は等配分
されず平衡度が悪くなり、帯域も狭くなってしまうとい
う問題があった。また、第５の従来例においても、小型
化を図る場合に、他の従来例と同様にして、伝送線路の
幅等を狭くしたようなときには、所望のインピーダンス
整合が得難くなるとともに、挿入損失が大きくなるとい
う問題は避けられなかった。

【００１５】この発明は、このような背景の下になされ
たもので、通信用のＭＭＩＣやＨＩＣ（混成集積回路）
などの集積回路に適した超小型・広帯域な平衡不平衡変
換回路（バラン）を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明は、半導体又は
誘電体からなる基板と、前記基板上に互いに平行に形成
され、幅よりも高さが大きい第１、第２及び第３の導体
と、前記第１、第２及び第３の導体のうち両側の導体で
ある第１及び第３の導体を接続する第１の接続手段と、
前記第１、第２及び第３の導体のうち中心の導体である
前記第２の導体と、前記第１の導体とを、前記第１の接
続手段による接続の点から、前記第１、第２及び第３の
導体を伝搬する信号の１／４波長の距離の点で接続する
第２の接続手段と、からなることを特徴としている。

【００１７】

【作用】上記構成によれば、第２の導体上の第１の接続
手段による接続点又は第２の導体上の第１の接続手段に
よる接続点に対して第２の接続手段による接続点と反対
側の点と、第１及び第３の導体の両方又は片方の導体上
の第１の接続手段による接続点又は第１の接続手段によ
る接続点に対して第２の接続手段による接続点と反対側
の点とに不平衡信号を入力すると、第２の接続手段によ
る接続点の方向へ不平衡モードとして伝搬する。この不
平衡モードは、第２の接続手段による接続点においてモ
ード変換をうけ、平衡モードが励振される。しかしなが
ら、第２の接続手段による接続点から第１の接続手段に
よる接続点側を見た場合、第１および第３の導体すなわ
ち両側の導体が第１の接続手段によって接続されている
ため、平衡モードにとって先端短絡1/4波長線路とな
り、インピーダンスは無限大となる。したがって、励振
された平衡モードは第１の接続手段による接続点の方向
へは伝搬せずに、すべて第１及び第３の導体上の第２の
接続手段による接続点又は第２の接続手段による接続点
に対して第１の接続手段による接続と反対側の点から平
衡信号として出力される。なお、上記構成によれば、信
号の入出力方向を逆にすることによって、平衡信号から
不平衡信号への変換を行うことができる。

【００１８】

【実施例】図１(Ａ)は、本発明にかかるバランの第１の
実施例を示す平面図であり、図１(Ｂ)は、斜視図、図１
(Ｃ)は、断面図である。これらの図において、８は、半
導体または誘電体にてなる基板であり、上面には、第
１、第２および第３の線状導体101、102および103が互
いに平行に形成されている。これらの第１、第２および
第３の導体101、102および103は、幅に比べて高さが高
い導体によって構成されている。また、両側の第１およ
び第３の線状導体101および103は、各導体の端部近傍の
位置101aおよび103aにおいて、下層配線104によって接
続されている。ただし、この場合、中心の第２の導体10
2には、下層配線104と交差する部分102aにエアブリッジ
が設けられており、第２の導体102と下層配線104とは空
隙によって絶縁されている。また、第１および第３の線
状導体101および103は、各々の端部において、不平衡入
出力端子110の接地側110cおよび110bに接続されてい
る。また、第２の線状導体102の端部は、不平衡入出力
端子110の信号線側110aと接続されている。

【００１９】また、下層配線104によって、第１および
第３の線状導体101および103が接続された位置101a、10
3aから入力する信号の1/4波長離れたＡ点において、第
１の導体101の点101bと、第２の導体102の端部とは、導
体等によってなる短絡片105を用いて接続されている。
また、第３の導体103の端部103bと第１の導体101の端部
とは、それぞれ平衡入出力端子120をなす端子120aと端
子120bとに接続されている。

【００２０】以上のように構成されたバランの不平衡入
出力端子110に不平衡信号を入力したとすると、その入
力信号は、コプレーナ線路のモードとほぼ同様の不平衡
モードとして伝搬する。そして、不平衡モードとして伝
搬している信号は、Ａ点において、第１の導体101と第
２の導体102とが短絡接続されているため、平衡モード
が励振される。この場合、Ａ点から不平衡入出力端子11
0の方向を見た場合、第１および第３の導体101、103は1
/4波長の距離のところで短絡されており、平衡モードに
対して先端短絡1/4波長線路となるため、そのインピー
ダンスは無限大となる。その結果、励振された平衡モー
ドは、不平衡入出力端子110の方向へ伝搬することな
く、すべて平衡入出力端子120へ出力される。

【００２１】本実施例によれば、バランを構成する３本
の導体からなる1/4波長線路は、細い導体で形成されて
いるため、これらの占める占有面積は、従来の構成にお
けるバランの伝送線路を構成する高さが幅に対して小さ
い導体１本分の占める面積と同程度であり、ＭＭＩＣの
小型・高集積化に適している。また、上記実施例では、
３本の線状導体を十分な高さを有する導体で形成してい
るので、細い導体を用いた場合でも挿入損失を増加させ
ずにすみ、回路の高性能化に適している。また、本実施
例のバランによれば、基板の裏面に共通グランドを設け
ていないため、第１または第３の導体101、103とグラン
ド間のインピーダンスが非常に高くなる。したがって、
グランドとの間のインピーダンスが低い場合に問題とな
っていた不要な不平衡モードの励振が抑えられ、平衡度
の向上と広帯域化を実現することができる。また、パッ
ケージ等に実装された場合でも、本実施例のバランは幅
の細い導体で構成されているため、パッケージに設けら
れた共通グランドとの間のインピーダンスを高く保つこ
とができ、平衡度の高い広帯域なバランを実現すること
ができる。

【００２２】図４は、中心周波数20GHzで設計した試作
回路の測定値を表す図である。この図は、不平衡入出力
端子から不平衡信号を入力したときに平衡入出力端子の
各端子から出力された信号の振幅と位相差を表してい
る。この図から、10GHzから30GHzの極めて広い帯域で、
挿入損失２dB以下、位相誤差±５度以内の特性が得られ
ていることがわかる。なお、測定に用いた試作品の第１
〜第３の線状導体の各寸法は、幅６μm、高さ10μm、ま
た、各導体間の間隔は14μmである。

【００２３】次に、本発明による第２の実施例を図２を
参照して説明する。図２は、本発明にかかるバランの第
２の実施例の平面図であり、この図において、図１の各
部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省
略する。図２に示す実施例は、上記第１の実施例と同様
なバランを構成する第１、第２および第３の導体101、1
02および103を折曲げて形成したことを特徴としてい
る。この実施例によれば、各導体を折曲げて形成するこ
とによって、よりコンパクトなレイアウトが可能となる
ので、さらにＭＭＩＣ等の回路の小型化を図ることがで
きる。

【００２４】次に、図３を参照して、本発明による第３
の実施例を説明する。図３は、本発明にかかるバランの
第３の実施例の断面図であり、この図において、図１の
各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を
省略する。この実施例は、上記第１の実施例のバランの
基板８上の各導体間および基板８の端部に、誘電体10
9、109、109、109を形成したものである。このように、
基板８上に誘電体109、109、109、109を形成することに
よって、実効誘電率を上げることができるので、1/4波
長線路の物理長を短くすることができる。したがって、
第１の実施例と比較して、さらに回路の小型化を実現す
ることができる。なお、第２の実施例によるバランの基
板上においても、同様に誘電体を形成することができ、
この場合にも同様の効果を得ることができる。

【００２５】このように、上述した本発明の各実施例に
おいては、基板上の３本の線状導体は、幅が狭く高さの
高い導体によって形成され、また、基板の裏面には共通
グランドが設けられていないので、３本の線状導体から
構成される1/4波長線路の占有面積を小さくすることが
でき、また、線状導体と接地電位との間のインピーダン
スを高くすることができ、高い平衡度と広帯域化を実現
することができる。また、導体の高さが高く形成されて
いるので、細い線路で形成しても挿入損失が増加せず、
回路の高性能化に適している。さらに、図２に示すよう
なメアンダ状などのコンパクトなレイアウトが可能であ
るため、ＭＭＩＣ化に非常に適している。また、本発明
の構成はユニプレーナ型の小型ＭＭＩＣとも整合性がよ
い。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、平衡不平衡変換回路を構成する基板上の３本の導体
を、幅が狭く高さの高い導体を用いて形成し、また、基
板の裏面に共通グランドを設けていないので、集積化に
適した小型・低損失で広帯域な平衡不平衡変換回路を提
供することができるという効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１(Ａ)は、この発明の第１の実施例の平面
図、図１(Ｂ)は、斜視図、図１(Ｃ)は、断面図である。

【図２】この発明の第２の実施例の平面図である。

【図３】この発明の第３の実施例の断面図である。

【図４】試作回路の測定値のグラフである。

【図５】第１の従来例の平面図である。

【図６】第２の従来例の等価回路図である。

【図７】第３の従来例の斜視図である。

【図８】第４の従来例の等価回路図である。

【図９】第５の従来例の斜視図である。

【符号の説明】

８基板 101、102、103 第１、第２、第３の線状導体 104 下層配線 105 短絡片

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体又は誘電体からなる基板と、前記基板上に互いに平行に形成され、幅よりも高さが大
きい第１、第２及び第３の導体と、前記第１、第２及び第３の導体のうち両側の導体である
第１及び第３の導体を接続する第１の接続手段と、前記第１、第２及び第３の導体のうち中心の導体である
前記第２の導体と、前記第１の導体とを、前記第１の接
続手段による接続の点から、前記第１、第２及び第３の
導体を伝搬する信号の１／４波長の距離の点で接続する
第２の接続手段と、からなる平衡不平衡変換回路。