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JP2000165202A - 単相−差動変換回路 - Google Patents

単相−差動変換回路

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Publication number
JP2000165202A
JP2000165202A JP10334753A JP33475398A JP2000165202A JP 2000165202 A JP2000165202 A JP 2000165202A JP 10334753 A JP10334753 A JP 10334753A JP 33475398 A JP33475398 A JP 33475398A JP 2000165202 A JP2000165202 A JP 2000165202A
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JP
Japan
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circuit
spiral inductor
phase
differential
spiral
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP10334753A
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English (en)
Inventor
Yasutoku Miyahara
泰徳 宮原
Shinichiro Ishizuka
慎一郎 石塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Priority to US09/448,442 priority patent/US6259325B1/en
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    • H—ELECTRICITY
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    • H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D7/00—Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing
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    • H03D7/1425—Balanced arrangements with transistors
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Networks Using Active Elements (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モノリシックＩＣ内で、チップ面積を小さく
抑えて単相から差動への変換を行うことを可能とする。 【解決手段】 モノリシックＩＣのチップ内に構成され
た送り側の第１の回路１１ａ内にあるスパイラルインダ
クタＬ１と磁気結合させたスパイラルインダクタＬ２
を、受け側の第２の回路１１ｂの差動入力端子に接続す
るようにしたので、単相−差動変換回路自体の電力消費
がなく、小さな面積で、同相除去比が大きな変換回路を
得ることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、単相（シングル
エンド）信号回路の出力を、差動信号回路で受けるとき
に必要となる単相−差動変換に係り、特にモノリシック
集積回路（ＩＣ）内で単相信号から差動信号への変換を
行う単相−差動変換回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】アナログ回路において、単相信号と差動
信号の間の変換回路は、非常に重要な基本回路である。
図１２は、従来より用いられている差動増幅回路を用い
た単相−差動変換回路である。
【０００３】この回路は、次のように動作する。すなわ
ち、入力端子から入力される単相の入力信号は、結合コ
ンデンサＣ１を介してトランジスタＱ１のベースに印加
する。一方、トランジスタＱ２のベースは、コンデンサ
Ｃ１と同容量のコンデンサＣ２を介して接地する。トラ
ンジスタＱ１，Ｑ２は、エミッタ結合トランジスタペア
となっており、トランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタには
入力信号の差動信号を導出する。
【０００４】エミッタ結合ペアのバイアス電流源Ｉｏの
インピーダンスは、実際の回路では無限大にはならない
ので、同相除去比が０にはならない。従って、差動変換
後の正負の出力端子間で同相成分が残り、出力がアンバ
ランスになる、という問題があった。また、十分な特性
を得るために、十分大きなトランジスタを使用し、これ
にバイアス電流を流す必要があるので、チップ面積や消
費電流が増大する、という問題があった。
【０００５】また、図１３は変成器を用いた従来の単相
−差動変換回路である。この方法は、第１の回路１３１
と第２の回路１３２とは別に変成器１３３を置いて１次
側に単相出力、２次側に差動入力をつないで、単相−差
動変換を行う。
【０００６】しかしながら、一般に変成器は集積回路
（ＩＣ）に内蔵されたトランジスタや抵抗と比べるとは
るかに面積が大きく、チップ面積も増大するという問題
があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の単相−
差動変換回路では、変換後の同相成分が大きいばかり
か、単相−差動変換を行う回路自体の消費電流やチップ
面積が大きい、という問題があった。
【０００８】この発明の目的は、チップ面積を小さく押
えつつ、同相成分が小さい単相−差動変換をモノリシッ
クＩＣ内で行う単相−差動変換回を提供することにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、この発明の単相−差動変換回路では、回路素子
がシリコン基板に回路として集積されたモノリシック集
積回路において、前記集積回路内に、該集積回路を形成
する工程で形成した第１のスパイラルインダクタを有す
る第１の回路と、前記集積回路内に形成した差動入力端
子を有する第２の回路と、前記第１のスパイラルインダ
クタと磁気的に結合した第２のスパイラルインダクタ
と、前記第２のスパイラルインダクタの両端を、前記第
２の回路の差動入力端子に接続する手段とからなること
を特徴とする。
【００１０】上記した手段によれば、第１の回路内のス
パイラルインダクタ自身を単相−差動変換回路の一部と
して使用できるので、チップ面積や消費電流が増大する
ことなく単相−差動変換をさせることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、こ
の発明の第１の実施の形態について説明するための構成
図である。図１において、１１は、回路素子がシリコン
基板に回路として作り込まれる、いわゆるモノリシック
ＩＣであり、このＩＣ１１内に第１の回路１１ａと第２
の回路１１ｂを形成する。Ｌ１は、第１の回路１１ａの
一部品を構成し、第１の回路１１ａの出力となるスパイ
ラルインダクタである。このスパイラルインダクタＬ１
と磁気結合する関係の状態に設置されたスパイラルイン
ダクタＬ２の両端には、スパイラルインダクタＬ１の両
端の信号が伝達されて現れる。これを第２の回路１１ｂ
の差動入力端子ｉｎ１，ｉｎ２に接続することにより、
単相−差動変換ができる。
【００１２】図２は、図１で用いるスパイラルインダク
タＬ１，Ｌ２の構成例について説明するための模式図で
ある。ＩＣ１１の例えば配線層に形成されたスパイラル
インダクタＬ１は一端を接地し、配線を数ターン巻回さ
せたその他端を第１の回路１１ａの単相入力とする。ス
パイラルインダクタＬ１に図示しない絶縁層を介して配
置されたＩＣの、例えば配線層に形成されたスパイラル
インダクタＬ２は、一端から他端まで数ターン巻回させ
て、それら両端を第２の回路１１ｂの差動出力とする。
【００１３】このようなスパイラルインダクタＬ１，Ｌ
２は、モノリシックＩＣを形成する過程で作り込まれる
複数の配線層にそれぞれ形成して、磁気結合させた位置
関係に配置する。
【００１４】この実施の形態では、スパイラルインダク
タＬ１は第１の回路１１ａの回路構成の一部をなす配線
であり、スパイラルインダクタＬ２も配線層に作り込
み、その両端を単に、第２の回路１１ｂの差動入力端子
ｉｎ１，ｉｎ２に接続することで、単相−差動変換が実
現できる。この場合、スパイラルインダクタＬ１は第１
の回路１１ａの回路構成の一部品としても兼用できる。
【００１５】図３は、この発明の第２の実施の形態につ
いて説明するための構成図である。この実施の形態は、
図１のスパイラルインダクタＬ１の代わりに、第１の回
路に形成した２つの磁気結合されたスパイラルインダク
タＬ１１，Ｌ１２を用い、これらに別のスパイラルイン
ダクタＬ２を磁気結合させたものである。
【００１６】その一例として、出力段のトランジスタＱ
３のコレクタとエミッタにそれぞれスパイラルインダク
タＬ１１，Ｌ１２の一端を接続する。これらスパイラル
インダクタＬ１１，Ｌ１２を磁気結合する、さらにスパ
イラルインダクタＬ５も磁気結合させ、スパイラルイン
ダクタＬ２の両端子を第２の回路の入力に接続させ、単
相−差動変換を行う。
【００１７】トランジスタＱ３のエミッタに接続された
スパイラルインダクタＬ１２は、トランジスタＱ３の前
段にある回路とのインピーダンスマッチングを行うため
のものである。スパイラルインダクタＬ１１，Ｌ１２の
両方の磁束を、スパイラルインダクタＬ２に鎖交するこ
とになるので、変換利得を大きくできる。
【００１８】この実施の形態では、スパイラルインダク
タＬ１２による前段回路とのインピーダンスマッチング
を図りながら、スパイラルインダクタＬ１１との相乗的
な作用により、差動変換される場合の変換利得を増やす
ことができる。
【００１９】図４は、この発明の第３の実施の形態につ
いて説明するための構成図である。この実施の形態は、
図１の第１の回路を、コルピッツ型発振回路とし、スパ
イラルインダクタＬ１を発振回路の共振素子（タンク）
として用いたものである。
【００２０】この実施の形態では、スパイラルインダク
タＬ１を発振回路の共振子とするばかりか、これと磁気
結合された別のスパイラルインダクタＬ２を設置するこ
とにより、差動信号を取り出すことが可能となる。
【００２１】図５は、この発明の第４の実施の形態につ
いて説明するための構成図である。この実施の形態で
は、スパイラルインダクタＬ２の両端に、それぞれ一端
が接地されたコンデンサＣ３，Ｃ４の他端を接続した部
分の構成が図１と異なる。
【００２２】この実施の形態では、スパイラルインダク
タＬ２とコンデンサＣ３，Ｃ４でＬＣフィルタを構成で
きるので、周波数選択機能を合わせ持たせた単相−差動
変換回路を得ることができる。また、コンデンサＣ３，
Ｃ４を対接地で用いることにより、同相成分を除去する
効果もある。
【００２３】図６は、この発明の第５の実施の形態につ
いて説明するための模式図である。この実施の形態は、
図２のスパイラルインダクタＬ１，Ｌ２を複数の配線層
に置く代わりに、図示しない共通の配線層に入れ子にな
るようそれぞれ置いて、磁気結合させたものである。
【００２４】すなわち、第１および第２の導体６１，６
２を一対として数ターン巻回させ、第１の導体６１の一
端を接地し、第２の導体６１，６２の一端を単相入力す
る。そして第１および第２の導体６１，６２のそれぞれ
の他端を差動出力する。
【００２５】この実施の形態では、単相−差動変換を行
うためのスパイラルインダクタが同一の配線層で形成で
きるため、構成の簡略化とともに省スペース化を図るこ
とができる。
【００２６】図７は、この発明の第６の実施の形態につ
いて説明するための模式図である。この実施の形態は、
図７（ａ）に示すように、図２のスパイラルインダクタ
Ｌ２を、図示しない２層の配線層に分けてそれぞれ直列
に巻いてスパイラルインダクタＬ２ａ，Ｌ２ｂを構成
し、これを合わせてスパイラルインダクタＬ２としたも
のである。この場合、図７（ｂ）の等価回路に示すよう
に、配線層との間に浮遊容量ｃａが発生するが、この値
は小さく単相から差動への変換に支障は少ない。それよ
りも、巻数が増えた分の大きな差動出力を得ることがで
きる。
【００２７】この実施の形態のように、２層以上の配線
層に直列に巻いてスパイラルインダクタＬ２を構成する
ことにより、巻数の増加に伴う変換利得の増やすことが
できる。また、スパイラルインダクタＬ１を２層以上に
巻くことによっても、同様に変換利得を増やすことがで
きる。
【００２８】図８は、この発明の第７の実施の形態につ
いて説明するための模式図である。この実施の形態は、
３層の配線層とし、その中間の配線層にスパイラルイン
ダクタＬ１を、中間の配線層を挟む２つ配線層に交互に
直列にスパイラルインダクタＬ２ａ，Ｌ２ｂを巻き、全
体としてスパイラルインダクタＬ２を構成したものであ
る。
【００２９】この場合、図８（ｂ）の等価回路に示すよ
うに、中間の配線層との間に寄生容量ｃｂ，ｃｃが発生
するが、これらは同相除去されて図７よりそれによる影
響がさらに小さくなる。
【００３０】この実施の形態は、交互の配線層に巻くこ
とにより、巻数を増やせその分、変換利得を増やすこと
ができる。また、スパイラルインダクタＬ１，Ｌ２間の
寄生容量がスパイラルインダクタＬ２の両端子において
同程度になるので、同相除去比を大きくできる。
【００３１】図９は、この発明の第８の実施の形態につ
いて説明するための図面である。この実施の形態は、図
１のスパイラルインダクタＬ２に引出し線９１をつけ
て、この引出し線９１から直流バイアス９２を供給した
ものである。
【００３２】この実施の形態では、２次側のインダクタ
の中間点から直流バイアス９２を供給できるので、バイ
アスを容易に供給できるようになる。
【００３３】図１０、図１１は、この発明を実際の回路
上での使用する例を示したもので、図１０の第１の回路
１０ａとしてロー・ノイズ・アンプ（ＬＮＡ）を、第２
の回路１０ｂとしてダブルバランスミキサとした場合の
構成例を、図１１は、図１の第１の回路１１ａとしてコ
ルピッツ型の発振回路を、第２の回路１１ｂとしてダブ
ルバランスミキサを使用した場合の構成例を示したもの
である。
【００３４】さらに、この発明の使用例としては、上記
したものに限定されるものではなく、ＩＣの同一チップ
内で単相から差動に変換する回路を必要とする部分には
適用可能である。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の単相−
差動変換回路によれば、送り側の回路内にあるスパイラ
ルインダクタＬ１と磁気結合させたスパイラルインダク
タＬ２を、受け側の回路の差動入力端子に接続するよう
にしたので、単相−差動変換回路自体の消費電力がな
く、小面積で同相除去比が大きな変換回路を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態について説明する
ための構成図。
【図２】図１の要部の構成例について説明するための模
式図。
【図３】この発明の第２の実施の形態について説明する
ための構成図。
【図４】この発明の第３の実施の形態について説明する
ための回路図。
【図５】この発明の第４の実施の形態について説明する
ための回路図。
【図６】この発明の第５の実施の形態について説明する
ための模式図。
【図７】この発明の第６の実施の形態について説明する
ための模式図。
【図８】この発明の第７の実施の形態について説明する
ための模式図。
【図９】この発明の第８の実施の形態について説明する
ための構成図。
【図１０】この発明の具体的な使用例について説明する
ための回路図。
【図１１】この発明の他の具体的な使用例について説明
するための回路図。
【図１２】従来の単相−差動変換について説明するため
の回路図。
【図１３】従来のもう一つの単相−差動変換について説
明するための回路図。
【符号の説明】
１１…モノリシックＩＣ、１１ａ…第１の回路、１１ｂ
…第２の回路、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２ａ，
Ｌ２ｂ…スパイラルインダクタ、６１…第１の導体、６
２…第２の導体、９１…引出し線、９２…直流バイア
ス。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回路素子がシリコン基板に回路として集
    積されたモノリシック集積回路において、 前記集積回路内に、該集積回路を形成する工程で形成し
    た第１のスパイラルインダクタを有する第１の回路と、 前記集積回路内に形成した差動入力端子を有する第２の
    回路と、 前記第１のスパイラルインダクタと磁気的に結合した第
    ２のスパイラルインダクタと、 前記第２のスパイラルインダクタの両端を、前記第２の
    回路の差動入力端子に接続する手段とからなることを特
    徴とする単相−差動変換回路。
  2. 【請求項２】 前記第１のスパイラルインダクタと前記
    第２のスパイラルインダクタの組を集積回路の複数の配
    線層を用いて磁気的に結合させたことを特徴とする請求
    項１に記載の単相−差動変換回路。
  3. 【請求項３】 前記第１の回路は発振回路であり、前記
    第１のスパイラルインダクタを共振素子に使用したこと
    を特徴とする請求項１に記載の単相−差動変換回路。
  4. 【請求項４】 前記第２のスパイラルインダクタの両端
    に容量を付加したことを特徴とする請求項１に記載の単
    相−差動変換回路。
  5. 【請求項５】 前記第１および第２のスパイラルインダ
    クタを、巴状に入れ子に巻いて磁気的に結合させたこと
    を特徴とする請求項２に記載の単相−差動変換回路。
  6. 【請求項６】 ２層以上の配線層で直列に巻くことを特
    徴とする請求項２に記載の単相−差動変換回路。
  7. 【請求項７】 １次側と２次側で配線層を交互に使用す
    ることを特徴とする請求項６に記載の単相−差動変換回
    路。
  8. 【請求項８】 前記第２のスパイラルインダクタに引出
    し線を設置し、該引出し線に直流バイアスを供給するこ
    とを特徴とする請求項１に記載の単相−差動変換回路。
  9. 【請求項９】 回路素子がシリコン基板に回路として集
    積されたモノリシック集積回路において、 前記集積回路内に、該集積回路を形成する工程で形成し
    た出力段のトランジスタの高電位側と低電位側の負荷に
    それぞれ第１、第２のスパイラルインダクタを有し、該
    第１および第２のスパイラルインダクタが磁束を強め合
    う方向に磁気的に結合している第１の回路と、 前記集積回路内に形成した差動入力端子を有する第２の
    回路と、 前記第１および第２のスパイラルインダクタと磁気的に
    結合した第３のスパイラルインダクタと、 前記第３のスパイラルインダクタの両端を第２の回路の
    差動入力端子に接続する手段とからなることを特徴とす
    る単相−差動変換回路。
JP10334753A 1998-11-25 1998-11-25 単相−差動変換回路 Withdrawn JP2000165202A (ja)

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US09/448,442 US6259325B1 (en) 1998-11-25 1999-11-24 Single-ended signals to differential signals converter

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