CN102054544A - 差动信号传输用电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种减小时滞，使特性阻抗在电缆长度方向上不变化，使传输损失不增加，可以稳定地生产的差动信号传输用电缆。在该差动信号传输用电缆中，平行配置的两条导线(101)、(102)共同被扁平的绝缘体(104)包覆，所述扁平的绝缘体具有从相对于这两条导线(101)、(102)的排列方向成直角的方向隔着两条导线(101)、(102)互相对置的平坦部(103)，在绝缘体(104)的外周上缠绕由金属箔带形成的屏蔽导体(105)，在平坦部(103)的部位与屏蔽导体(105)接触地附加加蔽线(106)，通过护套(107)包覆加蔽线(106)和屏蔽导体(105)。
Description
技术领域
本发明涉及在数米到数十米的距离间传输相当于10Gbps的高速数字信号的、信号波形恶化小的差动信号传输用电缆。
背景技术
在处理数Gbps以上的高速数字信号的服务器、路由器以及存储关联设备中，在设备间或者设备内的基板间的信号传输中使用了基于差动信号的传输，作为其传输介质使用了差动信号传输用电缆。
所谓差动信号传输，是通过成对的两条导线分别传输相位反转180度的两个信号，在接收端侧取出所述两信号的差分。
在两条导线中流动的电流向互相相反的方向流动，因此从作为传输线路的差动信号传输用电缆放射的电磁波小，另外，从外部接收的噪音相等地叠加在两条导线上，所以通过在接收端侧取出差分可以抵消噪音，除去噪音的影响。出于这些理由，对于高速信号常使用差动信号传输。
在代表性的差动信号传输用电缆中，存在绞合以绝缘体包覆导线而得的两条绝缘电线而成对的双绞线电缆。
双绞线电缆廉价而且平衡性优秀，弯曲也容易，因此被广泛使用。但是双绞线电缆没有相当于大地的导体，因此容易受到附近放置的金属的影响，特性阻抗不稳定。双绞线电缆在数GHz的高频区域中信号波形容易变形，难以用于数Gbps以上的高速信号传输。
在双绞线电缆的外侧设置了屏蔽层的屏蔽双绞线电缆，作为LAN电缆已存在，通过屏蔽的效果改善了对外来耐噪音性。但是，双绞线电缆将两条导体成对绞合，因此信号的衰减大。在使用屏蔽双绞线电缆的系统中，用于补偿信号的衰减的信号处理所需的功率增大(是使用后述的双股电缆的情况下的6～10倍)，消耗功率较大。
与此相对，不绞合两条绝缘电线而平行排列，用屏蔽导体将其包覆而得的双股电缆得到了广泛应用。两条绝缘电线双股电缆不绞合而平行配置，因此与双绞线电缆相比，两条导线间的物理长度的差较小。另外，双股电缆设置成由屏蔽导体包覆两条绝缘电线，因此即使在附近放置金属也不会导致特性阻抗不稳定，耐噪音性较高。
双股电缆被用于数Gbps以上的高速信号传输，具有：作为屏蔽导体而使用具有导体的带子的双股电缆、作为屏蔽导体而使用编织线的双股电缆、以及在屏蔽导体上配合加蔽线的双股电缆等。
如图12所示，现有的双股电缆，在通过绝缘体1202、1205将信号用的导线1201、1204绝缘而得到的两条绝缘电线1203、1206上缠绕了屏蔽导体1207，该屏蔽导体1207由在聚乙烯的带子上粘贴铝等而得到的金属箔带形成。为进行屏蔽导体1207的接地，在屏蔽导体1207和绝缘电线1203、1206之间与屏蔽导体1207的导电面接触地纵向附加了加蔽线1208。屏蔽导体1207的外侧用护套1209包覆，保护了电缆内部。屏蔽导体1207经由与屏蔽导体1207接触的加蔽线1208与未图示的印刷电路板连接。
如图13所示，专利文献1的双股电缆与图12的双股电缆同样，在通过绝缘体1302、1305将导线1301、1304绝缘而得到的两条绝缘电线1303、1306上缠绕屏蔽导体1307，在屏蔽导体1307和绝缘电线1303、1306之间，与屏蔽导体1307的导电面接触地纵向附加了加蔽线1308，屏蔽导体1307被护套(未图示)包覆。其中，为了减小加蔽线1308的位置偏移，使用了非圆形的加蔽线1308。其期待通过分散在绝缘电线1303、1306和加蔽线1308之间作用的应力，抑制绝缘体1302、1305的变形。
如图14所示，专利文献2的双股电缆通过绝缘体1402包覆导线1401、1404，在绝缘体1402上纵向附加了加蔽线1408，在其外周缠绕屏蔽导体1407，屏蔽导体1407被护套1409包覆。在此，为了解决加蔽线1408的位置偏移，挤压成型了截面成为葫芦那样的形状的绝缘体1402，减少了加蔽线1408的深入。
另外，图14的双股电缆通过共同的绝缘体1402包覆导线1401、1404。在图12的双股电缆中，在两条绝缘电线1203、1206中存在包覆导线1201、1204的绝缘体1202、1205，但实际上两个绝缘体1202、1205，并非在相同时刻的制造工序中被制造(例如，批次不同)，因此，绝缘体1202、1205的介电常数不完全相等。关于这一点，图14的双股电缆，包覆两条导线的绝缘体1402在相同时刻被制造，因此介电常数成为相等的值。
如图15所示，专利文献3的双股电缆，在通过绝缘体1502、1505将导线1501、1504绝缘而得到的两条绝缘电线1503、1506上缠绕屏蔽导体1507，在屏蔽导体1507的外侧，与屏蔽导体1507的导电面接触地纵向附加了加蔽线1508。加蔽线1508被配置在一方的绝缘电线1503侧。在向印刷电路板进行连接时，加蔽线1508和导线1501、1504具有一定距离地平行引出，因此连接操作性良好(参照图16)。
如图16所示，在将图15的双股电缆焊接在印刷电路板1606上的状态下，两条导线1501、1504分别与印刷电路板1606上的信号线焊盘1604、1605连接，加蔽线1508与GND焊盘1603连接。此时向印刷电路板1606上的双股电缆的安装密度取决于双股电缆的护套1509的宽度尺寸P1。
如图17所示，在使用印刷电路板的现有传输线路中，从收发器IC1701a发送的信号通过布线图形1709，经由连接器1707被传输到背板1706。从背板1706经由连接器1704通过布线图形1705将信号传输到作为接收终端的收发器IC1701b。在背板1706上与连接器1707以及1704配合地支持线卡1703a和线卡1703b。
为了切断噪音的共模成分，在布线图形1709以及1705上分别同轴(in-line)地配置共模噪音滤波器1708。通过该共模噪音滤波器1708切断到达接收终端侧的共模成分。
【专利文献1】特开2004-79439号公报
【专利文献2】特开2003-297154号公报
【专利文献3】特开2002-289047号公报
发明内容
现有的双股电缆中存在对内时滞(intra skew)(两条导线间产生的信号传播时间的差：以下简称为时滞)的问题。
图12的双股电缆在加蔽线1208的周围存在空隙(空气)A，当缠绕屏蔽导体1207时，加蔽线1208被挤压或者发生位置偏移，绝缘体1202、1205变形，由此，成对的绝缘电线1203、1206成为不对称的形状。当绝缘电线1203、1206的形状在对内不对称时，在成对的导线1201、1204间传播常数不同，对内的衰减特性以及相位特性不同。由于该原因而发生时滞。但是，在双股电缆中，为了传输数Gbps以上的高速信号，需要减小时滞。
由于成对的导线间传播常数不同而发生时滞，作为其直接原因，考虑大致3个因素。
因素(1)：成对的导线的物理长度不同。
因素(2)：绝缘体的介电常数本身在对内不同
因素(3)：绝缘体的形状在对内变得不对称，因此对内的有效介电常数变得不对称。
在此所说的介电常数，指的是表示材料本身具有的介电特性的参数，另一方面，所谓有效介电常数，指的是考虑了泄漏到空间中的电场的影响后的有效的介质常数。当仅在电介质(在图12的双股电缆的情况下相当于绝缘体1202、1205，在图14的双股电缆的情况下相当于绝缘体1402)的内部产生电场时，考虑介电常数即可，但在实际的双股电缆中在电介质的附近存在空气，在空气的部分中也产生电场，因此无法忽视其影响，所以需要考虑有效介电常数。例如即使在准备了介电常数相等的两条绝缘电线1203、1206的情况下，当由于使它们成对的电缆构造或制造工序而作用于两条绝缘电线1203、1206的影响不相等时(产生了非对称性时)，两条绝缘电线1203、1206各自具有的有效介电常数不同。
关于上述3个因素，考察图13～图15的双股电缆。
在图13的双股电缆中，分散在绝缘电线1303、1306和加蔽线1308之间作用的应力，抑制绝缘体1302、1305的变形，由此减小了在对内产生的绝缘体形状的非对称性，但由于制造上的精度，加蔽线1308的位置在图示的左右方向上偏移，在两绝缘体1302、1305间作用的力的关系变得不对称。因此，绝缘电线1303、1306的变形情况不完全对称，不是对于制造散差稳固的构造。
另外，在图13的双股电缆中，在屏蔽导体1307的内侧配置了加蔽线1308，因此加蔽线1308和导线1301、1304间的电磁耦合增强，绝缘体1302、1305内部的电场强度分布变得不均匀。在导线1301、1304内部流过的电流的密度分布局部不同，结果，传输损失(衰减量)增大。
在图14的双股电缆中，通过一个绝缘体1402共同包覆两条导线1401、1404，因此减小了在对内产生的绝缘体的介电常数差。另外，由于唯一地确定加蔽线1408的位置，因此电缆的特性阻抗值稳定。但是与图13的双股电缆同样，在屏蔽导体1407的内侧配置了加蔽线1408，因此加蔽线1408和导线1401、1404之间的电磁耦合局部增强，绝缘体1402内部的电场强度分布变得不均匀。因此在导线1401、1404内部流过的电流的密度分布在局部不同，结果，传输损失(衰减量)增大。
在图15的双股电缆中，在屏蔽导体1507的外侧配置了加蔽线1508，因此可以抑制传输损失(衰减量)的增大。但是需要沿着绝缘体1402的截面的圆弧部分配置圆形的加蔽线1508，因此难以在稳定加蔽线1508的位置的状态下进行制造。结果，由于加蔽线1508的位置不稳定，因此绝缘体1502变形，在成对的绝缘体1502、1505间容易发生不对称性。
另外，在图15的双股电缆中，当加蔽线1508的位置偏移时，屏蔽导体1507以填入空隙A的方式向内侧弯曲变形。由于屏蔽导体1507发生变形，绝缘体1502、1505内部的电场强度分布混乱，传输损失特性变得不稳定。在制造上难以控制屏蔽导体1507的变形程度。即，图15的双股电缆成为在制造上在对内容易产生非对称性的构造。当加蔽线1508位于相反侧的绝缘电线1506侧时也相同。
如上所述，图13～图15的双股电缆在改善上述3个因素时未考虑到针对制造散差的稳定性，另外，无法同时全部解决3个因素。而且，对于传输损失(衰减量)的增大也没有提出有效的解决方案。
另外，在将现有的双股电缆与印刷电路板连接时，如图16所示，需要在成对的信号线焊盘1604、1605与别的成对的信号线焊盘1604、1605之间配置用于连接加蔽线1508的GND焊盘1603，另一方面，双股电缆的宽度尺寸P1增大加蔽线1508的量。向印刷电路板1606上的双股电缆的安装密度取决于双股电缆的护套1509的宽度尺寸P1，因此无法提高安装密度。另外，如图12的双股电缆那样，当在导线1201、1204的中间配置了加蔽线1208时，不容易向图16的印刷电路板1606的GND焊盘1603连接。
另外，在现有的双股电缆中，如图17所示，当构成传输线路时共模噪音滤波器1708是不可欠缺的。
因此，本发明的目的在于提供一种解决上述问题，减小时滞，使特性阻抗在电缆长度方向上不变化，使传输损失不增加，可以稳定生产的差动信号传输用电缆。
为了达成上述目的，本发明提供一种差动信号传输用电缆，其中，平行配置的两条导线共同被扁平的绝缘体包覆，所述扁平的绝缘体具有从相对于该两条导线的排列方向成直角的方向隔着所述两条导线互相对置的平坦部，在该绝缘体的外周缠绕由金属箔带形成的屏蔽导体，在所述平坦部的部位与所述屏蔽导体接触地附加了加蔽线，通过护套包覆该加蔽线和所述屏蔽导体。
另外，本发明提供一种差动信号传输用电缆，其中，平行配置的两条导线共同被扁平的绝缘体包覆，所述扁平的绝缘体具有从相对于该两条导线的排列方向成直角的方向隔着所述两条导线互相对置的平坦部，在该绝缘体的平坦部附加加蔽线，与该加蔽线接触地在所述绝缘体的外周缠绕由金属箔带形成的屏蔽导体，通过护套包覆该屏蔽导体。
所述加蔽线可以是扁平导线。
所述加蔽线可以是将扁平导线固定在薄膜基体材料上的柔性扁平电缆。
所述加蔽线可以是将铜箔固定在薄膜基体材料上的柔性印刷电路板。
所述两条导线可以被配置在所述绝缘体的所述平坦部间的中心线上、且相对于所述绝缘体的所述导线的排列方向的两侧间的中心线对称的位置。
所述绝缘体的所述平坦部间的距离、和所述绝缘体的所述导线的排列方向的两侧间的距离的比可以为1∶2，所述两条导线间的距离可以比所述绝缘体的所述平坦部间的距离小。
所述两条导线和所述屏蔽导体的距离可以比所述两条导线和所述加蔽线的距离大。
所述加蔽线可以被设置在所述互相对置的平坦部中的各个平坦部上。
所述加蔽线的中心可以位于所述导线的排列方向的两侧间的中心线上。
本发明发挥如下优秀的效果。
(1)减小时滞。
(2)特性阻抗在电缆长度方向上不变化。
(3)传输损失不增加。
(4)可以稳定地生产。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的差动信号传输用电缆的截面图。
图2是在图1的差动信号传输用电缆中标记了用于取得适当条件的尺寸的定义的截面图。
图3是与图1的差动信号传输用电缆相比减小导线的直径D、减小导线间距离d后的差动信号传输用电缆的截面图。
图4是在图3的差动信号传输用电缆中使导线的导线间距离d变化时的差模衰减量和时滞的曲线图。
图5是本发明的第二实施方式的差动信号传输用电缆的截面图。
图6是本发明的第三实施方式的差动信号传输用电缆的截面图。
图7是本发明的第四实施方式的差动信号传输用电缆的截面图。
图8是本发明的第五实施方式的差动信号传输用电缆的截面图。
图9是表示将本发明的差动信号传输用电缆焊接在印刷电路板上的第一应用例的立体图。
图10是表示将本发明的差动信号传输用电缆焊接在印刷电路板上的第二应用例的立体图。
图11是表示在传输线路中使用本发明的差动信号传输用电缆的应用例的立体图。
图12是现有的双股电缆的截面图。
图13是现有的双股电缆的截面图。
图14是现有的双股电缆的截面图。
图15是现有的双股电缆的截面图。
图16是表示将现有的双股电缆焊接在印刷电路板上的例子的立体图。
图17是使用现有的印刷电路板的传输线路的立体图。
符号说明
100、500、600、700、800：差动信号传输用电缆；
101、102、501、502、601、602、701、702、801、802：导线；
103、503、603、703、803：平坦部；
104、504、604、704、804：绝缘体；
105、505、605、705、805：屏蔽导体；
106、506、606、706、806：加蔽线；
107、507、607、707、807：护套；
108、508、708、808：扁平导线；
509、609：薄膜基体材料
510：FFC(柔性扁平电缆)
608：铜箔
610：FPC(柔性印刷电路板)
900、1000：印刷电路板
901、902、1001、1002：信号线焊盘；
903、1003：GND焊盘；
1101：线卡；
1102：杆(支持机构)；
1103：收发器IC；
1104：连接器；
1105：布线图形
具体实施方式
以下，根据附图详细描述本发明的一个实施方式。
如图1所示，本发明的第一实施方式的差动信号传输用电缆100中，平行配置的两条导线101、102共同被扁平的绝缘体104包覆，该绝缘体104具有从相对于这两条导线101、102的排列方向(图示的左右方向)成直角的方向(图示的上下方向)隔着两条导线101、102互相对置的平坦部103，在绝缘体104的外周缠绕由金属箔带形成的屏蔽导体105，以在平坦部103的部位与屏蔽导体105连接的方式附加加蔽线106，通过护套107包覆加蔽线106和屏蔽导体105。
在差动信号传输用电缆100中，为了传输差动信号而平行配置了成对的两条导线101、102。导线101、102被具有扁平的截面形状的绝缘体104一起包覆。截面形状是将在导线101、102的排列方向上延伸的直线形状、和导线101、102的排列方向两侧的半圆形状合起来而得到的长圆形。截面为直线形状的部分成为平坦部103。导线101、102和绝缘体104被一起挤压成型。
在绝缘体104的材料中，介电常数以及电介质损耗角正切较小的材料是理想的，例如优选聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚乙烯等。另外，为减小介电常数以及电介质损耗角正切，作为绝缘体104的材质也可以使用发泡性的绝缘树脂。在使用发泡性的绝缘树脂的情况下，存在以下方法：亦即，在成型前混入发泡剂，通过成型时的温度来控制发泡度的方法；以及以成型压力注入氮气等气体，使其在压力释放时发泡的方法等。
在绝缘体104的外侧缠绕由金属箔带形成的屏蔽导体105。在缠绕屏蔽导体105的部分、即绝缘体104的表面上没有产生空隙的凹凸，屏蔽导体105无间隙地缠绕在绝缘体104的表面上。作为在屏蔽导体105中使用的金属箔带的金属材料，铝或铜等是理想的。
在屏蔽导体105的外表面上，沿着差动信号传输用电缆100的长度方向(向纸面内侧的方向)，以与屏蔽导体105接触的方式配置由扁平导线108形成的加蔽线106。
差动信号传输用电缆100起到如下效果。
差动信号传输用电缆100平行地配置了两条导线101、102，因此能够以导线101、102的物理长度相等的状态来制造。从而消除了因素(1)、即成对导线的物理长度的差异。
差动信号传输用电缆100将两条导线101、102和绝缘体104一起挤压成型。由此，不存在与导线101、102相关的绝缘体104的介电常数的差，因此，消除了因素(2)、即绝缘体的介电常数在对内的不同。
在差动信号传输用电缆100中，在绝缘体104的外周无间隙地缠绕了屏蔽导体105。即，没有现有技术的空隙A。因此，即使绝缘体104上产生少量的变形也不受空隙(空气：介电常数1.0)的影响，在有效介电常数中不会出现大的变化。即，难以产生有效介电常数的非对称性。
而且，差动信号传输用电缆100在具有平坦部103的扁平的绝缘体104的外周缠绕屏蔽导体105，在平坦部103的部分以与屏蔽导体105接触的方式附加加蔽线106。因此，在屏蔽导体105内侧没有空隙，在制造时以及此后，形状难以变形。
由此，消除了因素(3)、即绝缘体的形状在对内不对称而导致的对内的有效介电常数的不对称。
如上所述，本发明的差动信号传输用电缆100同时解决了先前所述的3个因素，由此可以减小时滞。由此，应用了本发明的差动信号传输用电缆100的设备间以及设备内的高速信号传输成为可能，电子设备的性能提高。
另外，差动信号传输用电缆100平行地配置了两条导线101、102，因此能够在导线101、102的物理长度相等的状态下进行制造。
另外，差动信号传输用电缆100将两条导线101、102和绝缘体104一起挤压成型，因此能够使绝缘体104的介电常数在对内不会不对称地形成绝缘体104。
另外，差动信号传输用电缆100，绝缘体104的截面形状为长圆形，在绝缘体104的内部不含有空隙，绝缘体104全体由同一材料均匀地构成。假如对绝缘体104即使作用了外力，由于不含有空隙地由同一材料均匀地构成，因此有效介电常数在对内难以变得不对称。
另外，差动信号传输用电缆100将两条导线101、102和绝缘体104一起挤压成型，因此可以稳定地控制导线101、102间的距离以及导线101、102和屏蔽导体105间的距离来进行制造。由此可以使品质平均。
而且，对于差动信号传输用电缆100，可以控制两条导线101、102间的距离以及导线101、102和屏蔽导体105间的距离，由此可以不改变差模阻抗，仅增大共模阻抗。以下对其进行详细描述。
差模是在导线101、102间发生的电场传播的模式，共模是在导线101、102和屏蔽导体105间发生的电场传播的模式。差模按照在两条导线101、102间决定的阻抗而传播，共模按照在导线101、102和屏蔽导体105之间决定的阻抗而传播。差模阻抗由两条导线101、102间的距离决定，共模阻抗由两条导线101、102和屏蔽导体105之间的距离决定。因此在本发明中，稳定地控制两条导线101、102间的距离以及导线101、102和屏蔽导体105间的距离，就意味着可以分别控制差模阻抗和共模阻抗的值。
一般在考虑在差动信号传输用电缆中传播的模式时，作为电气特性可以观测在作为信号成分的差模和作为噪音成分的共模间发生能量的变换现象。此时的能量变换现象被称为模式变换，与其相关的能量的量被称为模式变换量。在差动信号传输用电缆内部传播的模式，一边重复从差模向共模、或者反之从共模向差模的变换一边传播。当模式变换量大时，由于模式变换而引起的相位偏移增大，在对内引起了相位特性的不对称。此时的相位偏移对时滞造成很大影响。因此，若可以减小模式变换量，则由此产生的相位偏移减小，时滞也减小。为了减小模式变换量、即时滞，需要使作为信号的差模成分不衰减，而使作为发生时滞的一个因素的共模成分充分衰减。
与此相关，在本发明的差动信号传输用电缆100中，通过遵从以下的适当条件，可以不改变差模阻抗而仅增大共模阻抗。
在此，如图2所示，差动信号传输用电缆100具有用于获得希望的特性的适当条件。通过管理绝缘体104的平坦部103间的距离(以下称为绝缘体104的高度的尺寸)H、绝缘体104的导线101的排列方向的两侧间的距离(以下称为绝缘体104的宽度尺寸)W、两条导线101间的距离d、导线101的直径D，可取得适当条件。
如图2所示，决定导线101、102的直径D和导线101、102间的距离d，使得在把差模阻抗设为预定值(大多数情况下，是由使用差动信号传输用电缆的系统侧决定的阻抗)的同时增大共模阻抗。由此，可以在把差模阻抗设为预定的值的同时控制两条导线101、102间的电磁耦合状态。
在减小两条导线101、102间的距离d来增强导线101、102间的电磁耦合的情况下，难以发生差模和共模间的模式变换现象。即，作为差模而输入差动信号传输用电缆100的能量不变换为共模而维持差模来传播的比例增高。由此，作为信号成分的差模受到的相位偏移的影响减小，时滞减小。
另外，两条导线101、102最好都位于绝缘体104的高度方向的中心线(绝缘体104的平坦部103间的中心线)C1上，并且导线101、102最好位于相对于绝缘体104的宽度方向的中心线(导线101、102的排列方向的两侧间的中心线)C2互相对称的场所。即，绝缘体104的宽度方向的中心线C2和导线101、102间的距离，是导线101和导线102间的距离d的一半(d/2)。这成为屏蔽导体105和导线101以及屏蔽导体105和导线102间的距离相等的必要条件。通过满足该条件，可以消除在导线101、102间产生的有效介电常数的不对称。
图3所示的差动信号传输用电缆100a与图2所示的差动信号传输用电缆100相比减小了导线101、102的直径D，并且减小了导线101、102间的距离d。
为了把差模阻抗设为预定值，同时增大共模阻抗，理想的是：把绝缘体104的高度尺寸H和宽度尺寸W的比设为1∶2(即W＝2H)，使两条导线101、102间的距离d小于绝缘体104的高度尺寸H。
在此，在现有的双股电缆(图12)中，排列了在形成同心圆的位置配置导线1201、1204和绝缘体1202、1205的两个绝缘电线1203、1206。因此，排列了两个绝缘电线1203、1206的尺寸，相对于高度1，宽度为2。两个导线1201、1204必然位于离开绝缘体1202、1205的直径尺寸的场所。为了增强导线1201、1204间的耦合，需要在减小两个导线1201、1204间的距离的同时(换言之，与绝缘体1202、1205的直径尺寸相比，减小导线1201、1204间的距离)，增大屏蔽导体1207和导线1201、1204的距离(换言之，与绝缘体1202、1205的半径尺寸相比，增大屏蔽导体1207和导线1201、1204之间的距离)。但是，现有的双股电缆，绝缘电线1203、1206彼此接触排列，无法进一步减小导线1201、1204间的距离。
与此相对，如图3所示的差动信号传输用电缆100a那样减小导线101、102的直径D并且减小导线101、102间的距离d的情况下，导线101、102和屏蔽导体105之间的电磁耦合状态，对于绝缘体104的高度方向，达到与图2的差动信号传输用电缆100相同的程度，对于绝缘体104的宽度方向，比差动信号传输用电缆100弱。即，差动信号传输用电缆100a，导线101、102和屏蔽导体105之间的阻抗(共模阻抗)增大。
为了对其进行验证，在图3所示的差动信号传输用电缆100a中试制了差模阻抗为100Ω，导线101、102的直径D和导线101、102间的距离d不同的多种差动信号传输用电缆，对其特性进行了评价。设绝缘体104的高度尺寸H为0.74mm，宽度尺寸W为1.48mm。另外，在绝缘体104中使用了四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA，介电常数2.1)。在传输损失的评价中使用了4端口网络分析器。另外，在时滞的评价中使用了TDR(Time DomainReflectometry)测定器，其使用了上升时间35ps的脉冲信号。表1表示使图3中的导线101、102的直径D和导线101、102间的距离d变化时的共模阻抗的实际测量结果。
【表1】
| 导线的直径D[mm] | 导线间的距离d[mm] | 差模阻抗[Ω] | 共模阻抗[Ω] |
| 0.226 | 0.740 | 100 | 28 |
| 0.200 | 0.440 | 100 | 37 |
| 0.190 | 0.375 | 100 | 41 |
| 0.141 | 0.275 | 100 | 51 |
根据表1确认了通过减小导线101、102的直径D并且减小导线101、102间的距离，可以把差模阻抗保持为预定的值(100Ω)，同时增大共模阻抗。换言之，确认了可以增强导线101和导线102之间的电磁耦合状态。
图4表示实际评价使导线101、102的直径D和导线101、102间的距离d变化，并使电缆长度为1m时的差模的传输损失(衰减量)和时滞的结果。实际确认了随着减小导线101、102的直径D和导线101、102间的距离d，即随着增强导线101、102间的电磁耦合，时滞减小。另外，确认了存在差模的传输损失增加量不变得太大的导线101、102间的距离d的范围。这意味着，即使导线101、102间的电磁耦合状态稍微增强，但在到某范围之前对传输损失没有影响。即，在设计时通过选择导线101、102间的距离d，可以实现在增强导线101、102间的电磁耦合状态的同时，传输损失的增加也不成为问题的差动信号传输用电缆100a。
如上所述，通过如图3的差动信号传输用电缆100a那样对图2的差动信号传输用电缆100进行变形，可以不改变差模阻抗而只增大共模阻抗，可以减小时滞。
接下来，说明本发明的其它实施方式。
如图5所示，本发明的第二方式的差动信号传输用电缆500与图1的差动信号传输用电缆100同样，平行的两条导线501、502被具有平坦部503且具有扁平的截面形状的绝缘体504一起包覆，在绝缘体504的外侧缠绕了屏蔽导体505，在屏蔽导体505的外周面上与屏蔽导体505接触地附加了加蔽线506。其中，在加蔽线506中使用了将扁平导线508固定在薄膜基体材料509上并露出扁平导线508的构造的FFC(柔性扁平电缆)510。加蔽线506和屏蔽导体505通过护套507包覆。
如图6所示，本发明的第三实施方式的差动信号传输用电缆600与图1的差动信号传输用电缆100同样，平行的两条导线601、602被具有平坦部603且具有扁平的截面形状的绝缘体604一起包覆，在绝缘体604的外侧缠绕了屏蔽导体605，在屏蔽导体605的外周面上与屏蔽导体605接触地附加了加蔽线606。其中，在加蔽线606中使用将铜箔608固定在薄膜基体材料609上并露出铜箔608的构造的FPC(柔性印刷电路板)610。加蔽线606和屏蔽导体605被护套607包覆。
如图7所示，本发明的第四实施方式的差动信号传输用电缆700与图1的差动信号传输用电缆100同样，平行的两条导线701、702被具有平坦部703且具有扁平的截面形状的绝缘体704一起包覆。但是，与图1的差动信号传输用电缆100不同，在绝缘体704的平坦部703上附加加蔽线706，与加蔽线706接触地在绝缘体704的外周上缠绕了屏蔽导体705，屏蔽导体705通过护套707包覆。在加蔽线706中使用单体的扁平导线708。
如图8所示，本发明的第五实施方式的差动信号传输用电缆800与图7的差动信号传输用电缆700同样，平行的两条导线801、802被具有平坦部803且具有扁平的截面形状的绝缘体804一起包覆，在绝缘体804的平坦部803上附加加蔽线806，与加蔽线806接触地在绝缘体804的外周上缠绕屏蔽导体805，屏蔽导体805被护套807包覆。其中，在加蔽线806中使用将扁平导线808固定在薄膜基体材料809上并露出扁平导线808的构造的FFC(柔性扁平电缆)810。
也可以代替FFC810而使用将铜箔固定在薄膜基体材料上并露出铜箔的构造的FPC(柔性印刷电路板)。
图5～图8所示的差动信号传输用电缆500、600、700、800都具有与图1的差动信号传输用电缆100同等的作用效果。
在差动信号传输用电缆500(600、700、800)中，也与图3中说明的相同，可以减小导线501、502的直径D并且减小导线501、502间的距离d来增大共模阻抗。
在图7的差动信号传输用电缆700中，在屏蔽导体705和绝缘体704之间存在一些空隙A，但在绝缘体704的高度尺寸和宽度尺寸的比为1∶2(即W＝2H)的情况下，与作为加蔽线706的扁平导线708和导线701、702的电磁耦合相比，屏蔽导体705和导线701、702的电磁耦合较大。因此几乎可以忽略空隙A的存在，不会由于空隙A的影响使对内的有效介电常数变得不对称。图8的差动信号传输用电缆800的情况下也相同。
当高度尺寸H和宽度尺寸W的比为1∶2时，与加蔽线706和导线701、702的电磁耦合相比，屏蔽导体705和导线701、702的电磁耦合变大，这是因为屏蔽导体705比加蔽线706接近导线701、702的原故。在维持导线701、702间的距离d与图7相同而使W＞2H的情况下，屏蔽导体705和导线701、702的距离相对远离，因此加蔽线706和导线701、702间较强地耦合。因此，与W＝2H的情况相比，与屏蔽导体705接触的加蔽线706周边的空隙A的影响增大，对内的有效介电常数中容易产生不对称。反之，在W＜2H的情况下，屏蔽导体705和导线701、702间的距离相对接近，因此，加蔽线706和导线701、702的电磁耦合减弱。在这种情况下，加蔽线706周边的空隙A的影响比W＝2H时减小，但另一方面，屏蔽导体705和导线701、702间的电场增强，共模阻抗减小，容易受到共模噪音的影响。
接着，说明将本发明的差动信号传输用电缆100焊接在印刷电路板上的应用例。
如图9所示，在印刷电路板900上形成了多对的信号线焊盘901、902和公共的GND焊盘903。信号线焊盘901、902相互的间隔与差动信号传输用电缆100的导线101、102间的距离d相同，对间的间距与差动信号传输用电缆100的宽度尺寸P2相同。在信号线焊盘901、902排列的方向上较长地形成GND焊盘903。由此可以容易地把导线101、102与信号线901、902焊接。另外，可以将剥离差动信号传输用电缆100的末端的护套107所露出的加蔽线106容易地与GND焊盘903焊接。而且，差动信号传输用电缆100由于把加蔽线106配置在屏蔽导体105的平坦部103的部位，因此与图16所示的现有的双股电缆的宽度尺寸P1相比可以减小宽度尺寸P2。因此，通过使用差动信号传输用电缆100，可以提高在印刷电路板900上连接多个差动信号传输用电缆100时的安装密度。
如图10所示，在印刷电路板1000上形成多对的信号线焊盘1001、1002和公共的GND焊盘1003，在GND焊盘1003上分支形成了分隔各对间的屏蔽壁1004。容易焊接的效果、提高安装密度的效果与图9的结构相同。另外，当成对的信号线焊盘1001、1002和与之邻接的别的对的信号线焊盘1001、1002之间产生电磁耦合时，产生被称为串扰的噪音成分，但根据图10的结构，具有通过屏蔽壁1004减小串扰的效果。
在图9、图10的结构中，即使使用差动信号传输用电缆500、600、700、800也具有与使用差动信号传输用电缆100时等同的作用效果。
接着，说明应用了本发明的差动信号传输用电缆100的传输线路。
在图11所示的传输线路中，上下配置的两片线卡1101通过杆(支持机构)1102被保持水平。在各线卡1101上安装了收发器IC1103和连接器1104，并且形成了从收发器IC1103到连接器1104的布线图形1105。在上下的连接器1104间通过差动信号传输用电缆100进行布线。从上方的线卡1101的收发器IC1103发送的差动信号通过布线图形1105，经由连接器1104被传输到差动信号传输用电缆100，从差动信号传输用电缆100经由下方的线卡1101的连接器1104，通过布线图形1105被传输到作为接收终端的收发器IC1103。
如上所述，在差动信号传输用电缆100中共模阻抗较大，因此，在差动信号传输用电缆100中传播差动信号的过程中共模成分衰减，结果，差动信号传输用电缆100起到与共模噪音滤波器相同的作用。由此可以除去目前需要的共模噪音滤波器(参照图17)。而且，在图11所示的传输线路中不使用以往使用的背板(backplane board)(参照图17)，在上下的线卡1101的连接器1104间通过差动信号传输用电缆100连接。由于背板非常昂贵，因此可以替换为差动信号传输用电缆100，这有助于大幅度降低成本。
在图11的结构中，即使使用差动信号传输用电缆500、600、700、800，也具有与使用差动信号传输用电缆100时等同的作用效果。
可以实现内置多条本发明的差动信号传输用电缆100、500、600、700、800的一条多芯电缆。通过在这样的多芯电缆上装配连接器，可以实现能够在对方的印刷电路板上直接连接多芯电缆的连接器的直接附加电缆挽具(directattach cable harness)。
Claims (10)
1.一种差动信号传输用电缆，其特征在于，
用扁平的绝缘体共同包覆平行配置的两条导线，所述扁平的绝缘体具有从相对于该两条导线的排列方向成直角的方向隔着所述两条导线互相对置的平坦部，在该绝缘体的外周缠绕由金属箔带形成的屏蔽导体，在所述平坦部的部位与所述屏蔽导体接触地附加了加蔽线，通过护套包覆该加蔽线和所述屏蔽导体。
2.一种差动信号传输用电缆，其特征在于，
用扁平的绝缘体共同包覆平行配置的两条导线，所述扁平的绝缘体具有从相对于该两条导线的排列方向成直角的方向隔着所述两条导线互相对置的平坦部，在该绝缘体的平坦部附加加蔽线，与该加蔽线接触地在所述绝缘体的外周缠绕由金属箔带形成的屏蔽导体，通过护套包覆该屏蔽导体。
3.根据权利要求1或2所述的差动信号传输用电缆，其特征在于，
所述加蔽线是扁平导线。
4.根据权利要求1或2所述的差动信号传输用电缆，其特征在于，
所述加蔽线是将扁平导线固定在薄膜基体材料上的柔性扁平电缆。
5.根据权利要求1或2所述的差动信号传输用电缆，其特征在于，
所述加蔽线是将铜箔固定在薄膜基体材料上的柔性印刷电路板。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的差动信号传输用电缆，其特征在于，
所述两条导线被配置在所述绝缘体的所述平坦部间的中心线上、且相对于所述绝缘体在所述导线的排列方向的两侧间的中心线对称的位置。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的差动信号传输用电缆，其特征在于，
所述绝缘体的所述平坦部间的距离、和所述绝缘体在所述导线的排列方向的两侧间的距离的比为1∶2，所述两条导线间的距离比所述绝缘体的所述平坦部间的距离小。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的差动信号传输用电缆，其特征在于，
所述两条导线和所述屏蔽导体间的距离比所述两条导线和所述加蔽线间的距离大。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的差动信号传输用电缆，其特征在于，
所述加蔽线被设置在所述互相对置的平坦部中的各个平坦部上。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的差动信号传输用电缆，其特征在于，
所述加蔽线的中心位于所述导线的排列方向的两侧间的中心线上。
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