CN107170525A - 差动传输用电缆以及多对差动传输用电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种差动传输用电缆以及多对差动传输用电缆，其应对于25Gb/s以上的高速传输，且模式转换噪声小，能够确保充分的差动传输频带。所述差动传输用电缆具备一对信号线(11)、将一对信号线(11)一并被覆的绝缘体(12)、以及屏蔽带(13)，所述屏蔽带(13)具有导体层(13a)和在导体层(13a)的一面上形成的绝缘体层(13b)并且通过螺旋缠绕而缠绕在绝缘体(12)的周围，信号线(11)的直径至少比30AWG细，所述差动传输用电缆的差动特性阻抗为80Ω以上120Ω以下。

Description

差动传输用电缆以及多对差动传输用电缆
技术领域
本发明涉及将差动信号进行传输的差动传输用电缆以及多对差动传输用电缆。
背景技术
作为将差动信号进行传输的差动传输用电缆，已知一种差动传输用电缆，其具备一对信号线、将一对信号线被覆的绝缘体、以及缠绕在绝缘体的周围的屏蔽带。
以往，已知一种横向缠绕型的差动传输用电缆，其将具有导体层和在导体层的一面上形成的绝缘体层的屏蔽带通过螺旋缠绕(也称为横向缠绕)缠绕在绝缘体的周围上而得到(例如参照专利文献1)。
另外，已知一种通过将屏蔽带纵包在绝缘体的周围而得到的纵包型的差动传输用电缆。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-17131号公报
发明内容
发明想要解决的课题
然而，近年来伴随着通信速度的高速化，要求开发应对于25Gb/s(吉比特每秒)以上的传输速度的差动传输用电缆。
对于应对于25Gb/s以上的传输速度的高速传输用的差动传输用电缆，要求在高频区域中的差动损耗小，以及在模式转换等的影响下产生的噪声(噪声功率)小。
具体而言，关于高速传输用的差动传输用电缆的传输性能，将接收功率设为P、将在接收端的噪声功率设为σ时，可根据下式(1)所示的SN比来进行评价。
SN比＝P/σ…(1)
关于接收端的噪声功率σ，取决于因各主要原因而产生的噪声功率的总和而确定，作为产生噪声的原因，一般可以列举模式转换、多重反射、在发送及接收端的阻抗不匹配、串扰等。其中，在制造上，作为特别不易减小的噪声的原因，存在有模式转换噪声。关于模式转换噪声N模式转换，可根据[数1]所示的式(2)来进行评价。
[数1]
其中，式(2)中的△f是频率的测定点的间隔，f1＝△f表示频率的下限值，fK＝K△f表示频率的上限值。另外，式(2)中的WCD(f)为权重函数，以下为了简单化，在传输频带内采用1，在传输频带外采用0。Scd21是表示模式转换(差动同相转换量)的S参数。
在25Gb/s以上的高速传输中，传输频带与以往相比变宽，因而式(2)中有关频率之和的上限值fK＝K△f变大。然而，由于要求将接收端的噪声功率σ抑制于与以往同等程度以下，因而至少需要根据传输频带的增加而相应地使式(2)中的︱Scd21︱2的值小于以往值。
例如，在以往的10Gb/s传输中，基本频率为5GHz，标准性地要求将模式转换参数Scd21抑制于约-20dB以下。与此相对，在25Gb/s传输中，基本频率为12.5GHz、成为2.5倍，因而为了维持与以往同等的SN比，需要将模式转换参数Scd21按真值计抑制于约1/2.5。因此，需要抑制模式转换以使模式转换参数Scd21按dB表示成为约-24dB以下。
作为减小差动传输用电缆的模式转换的方法，已知如下的方法：通过利用绝缘体将一对信号线一并被覆而制成双芯一并被覆结构，以便减小介电常数分布的非对称性从而抑制模式转换。
然而，即使在制成这样的双芯一并被覆结构的情况下，也存在如下问题：在将屏蔽带纵包而得到的纵包型的屏蔽方式中，在绝缘体与屏蔽带之间产生微小的间隙，模式转换变大。此问题特别是在使差动传输用电缆小直径化的情况下变得显著。近年来，要求一种在机器内将基板间连接的互连用的细径的差动传输用电缆，就应用于这样的用途中的细径的差动传输用电缆而言，在设为纵包型的屏蔽方式的情况下模式转换噪声容易变大。
本发明人等进行了研究，结果得知在采用了呈双芯一并被覆结构且为纵包型的屏蔽方式的情况下，模式转换参数Scd21的值在5GHz～10GHz附近的频率范围取得坪(plateau)状的最大值，在25Gb/s传输的传输频带中难以将模式转换参数Scd21稳定地抑制于-24dB以下。
另一方面，采用了横向缠绕型的屏蔽方式的情况下存在如下问题：在高频的特定的频率区域中，差动信号大幅衰减。这样的差动信号的信号衰减的急剧下跌被称为差动频带空段(differential suckout)。
进一步，在横向缠绕型的差动传输用电缆中也存在如下问题：由于没有长度方向的平移对称性，并且在屏蔽部分中存在夹在大面积的导体层中的薄的电介质层(绝缘体层)的曲面，因而难以通过定量的理论解析、数值计算来改善特性。
如上所示，存在如下问题：在采用了纵包型的屏蔽方式的情况下，模式转换变大，在采用了横向缠绕型的屏蔽方式的情况下，因差动频带空段的影响而导致差动损耗变大，无法确保差动传输频带。为了实现应对于25Gb/s以上的高速传输的差动传输用电缆，期望开发一种模式转换噪声小且确保了充分的差动传输频带的差动传输用电缆。
因此，本发明的目的在于提供一种应对于25Gb/s以上的高速传输的差动传输用电缆以及多对差动传输用电缆，其模式转换噪声小且能够确保充分的差动传输频带。
用于解决问题的方案
本发明以解决上述课题为目的，提供一种差动传输用电缆，其具备一对信号线、将前述一对信号线一并被覆的绝缘体、以及屏蔽带，所述屏蔽带具有导体层和在前述导体层的一面形成上的绝缘体层并且通过螺旋缠绕而缠绕在前述绝缘体的周围，前述信号线的直径至少比30AWG(美国电线标准)细，差动特性阻抗为80Ω以上120Ω以下。
另外，本发明以解决上述课题为目的，提供一种多对差动传输用电缆，其具备多个前述差动传输用电缆，将多个前述差动传输用电缆一并进行屏蔽而成。
发明的效果
根据本发明，可提供一种应对于25Gb/s以上的高速传输的差动传输用电缆以及多对差动传输用电缆，其模式转换噪声小且能够确保充分的差动传输频带。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的多对差动传输用电缆的概略结构例的截面图。
图2是表示本发明的一个实施方式的差动传输用电缆的概略结构例的立体图。
图3是屏蔽带的截面图。
图4是针对将信号线设为30AWG、32AWG、34AWG时的各自的情况，表示差动特性阻抗成为100Ω的绝缘体的尺寸的曲线图。
图5是表示在将信号线设为34AWG的本发明实施方式中的S参数的测定结果的曲线图，(a)为差动损耗Sdd21的测定结果，(b)为模式转换参数Scd21的测定结果，(c)为同相损耗Scc21的测定结果。
图6是表示在将信号线设为30AWG的比较例中的S参数的测定结果的曲线图，(a)为差动损耗Sdd21的测定结果，(b)为模式转换参数Scd21的测定结果，(c)为同相损耗Scc21的测定结果。
图7是表示在将信号线设为34AWG并设为纵包型的屏蔽方式的比较例中的S参数的测定结果的曲线图，(a)为差动损耗Sdd21的测定结果，(b)为模式转换参数Scd21的测定结果，(c)为同相损耗Scc21的测定结果。
图8是表示在将信号线设为30AWG并且设为纵包型的屏蔽方式的比较例中的S参数的测定结果的曲线图，(a)为差动损耗Sdd21的测定结果，(b)为模式转换参数Scd21的测定结果，(c)为同相损耗Scc21的测定结果。
符号说明
10差动传输用电缆；11信号线；12绝缘体；13屏蔽带；13a导体层；13b绝缘体层；15外层带
具体实施方式
实施方式
以下，按照附图说明本发明的实施方式。
图1是表示本实施方式的多对差动传输用电缆的概略结构例的截面图。
多对差动传输用电缆50具有：捆在一起的多根差动传输用电缆10、一并缠绕在多根差动传输用电缆10的周围的屏蔽带52、将屏蔽带52的周围被覆的编织线53、将编织线53被覆的护套54。多根差动传输用电缆10由屏蔽带52和编织线53一并进行屏蔽。
关于差动传输用电缆10的根数，在图1所示的例子中是8根，但没有特别限定，例如也可以是2根、8根、24根等。在图1所示的例子中，在多对差动传输用电缆50的截面中央处配置有2根差动传输用电缆10，隔着介在物51在其周围以几乎相同的间隔配置有6根差动传输用电缆10。
作为屏蔽带52、编织线53、以及护套54的各自的材料，可使用在一般的电缆中使用的材料。关于介在物51，例如包含纸、纱线、或发泡体。发泡体例如为发泡聚丙烯、发泡聚乙烯等发泡聚烯烃。
图2是表示本发明实施方式的差动传输用电缆10的概略结构例的立体图。
差动传输用电缆10具有：一对信号线11、将一对信号线11一并被覆的绝缘体12、通过螺旋缠绕而缠绕在绝缘体12的周围的屏蔽带13、以及通过螺旋缠绕而缠绕在屏蔽带13的周围并将屏蔽带13被覆的外层带15。
一对信号线11是包含铜等的导体线，将差动信号进行传输。一对信号线11由一个绝缘体12一并被覆。即，本实施方式的差动传输用电缆10形成双芯一并被覆结构。
绝缘体12形成为：截面观察时形成为椭圆形状或者长圆形状(包含长度相等的平行的2条直线和将两条直线的端部彼此连接的半圆状圆弧的形状、圆角长方形状)，其长轴方向与信号线11的排列方向一致，且其长轴方向和短轴方向的中心与将信号线11的中心彼此连接的线段的中心点一致。此处，将绝缘体12形成为椭圆形状。
绝缘体12由聚乙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)等绝缘材料形成。另外，作为绝缘体12，可使用发泡聚乙烯等发泡的绝缘材料。作为绝缘体12，可使用介电常数为1.5～3程度的绝缘体。
图3为屏蔽带13的截面图。屏蔽带13具有带状的导体层13a、以及在导体层13a的一面上形成的绝缘体层13b。作为导体层13a，可使用铜箔、铝箔等具有导电性的带状金属箔。作为绝缘体层13b，可使用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)等绝缘树脂。予以说明的是，也可通过使作为导体层13a的铜箔、铝箔等具有导电性的带状金属箔的一面氧化而形成氧化膜，将该氧化膜用作绝缘体层13b。此处，作为屏蔽带13，使用如下的铜PET带，即在包含铜的导体层13a的一面上设置了包含PET的绝缘体层13b的铜PET带。
关于屏蔽带13，为了将差动传输用电缆10与设置在基板上的连接器等连接时使导体层13a容易与基板的地线连接，按照绝缘体层13b处于内侧、导体层13a处于外侧的方式缠绕在绝缘体12的周围。
外层带15包含具有可挠性的带状构件，例如具有PET等具有可挠性的绝缘性树脂层和包含粘接剂的粘接层层叠而成的结构。另外，关于外层带15，按照粘接层处于内侧、树脂层处于外侧的方式，以螺旋状缠绕在屏蔽带13的周围。通过将外层带15进行缠绕，从而能够防止屏蔽带13从绝缘体12剥落。
此外，在本实施方式的差动传输用电缆10中，信号线11的直径至少比30AWG(美国电线标准)细，差动特性阻抗为80Ω以上120Ω以下，优选为100Ω。
关于绝缘体12，根据信号线11的直径而调整其长轴方向和短轴方向的尺寸，以使差动特性阻抗为大致100Ω(100Ω±20Ω)。针对将信号线11设为30AWG、32AWG、34AWG时的各自的情况，将差动特性阻抗成为100Ω的绝缘体12的长轴方向和短轴方向的尺寸示于图4。
本发明人等进行了深入研究，结果发现采用横向缠绕型的屏蔽方式并将差动特性阻抗设为100Ω(100Ω±20Ω)的情况下，越使信号线11的直径小则越能够使产生差动频带空段的频率高。进一步反复进行研究，结果发现为了在25Gb/s以上的高速传输中也能确保充分的差动传输频带，至少需要使信号线11的直径比30AWG细(换言之，作为信号线11，使用AWG的支数大于30的信号线)。
为了在25Gb/s以上的高速传输中确实地抑制由差动频带空段导致的差动损耗，优选将信号线11的直径设为34AWG以下。本实施方式中，作为信号线11，使用了34AWG的信号线。将信号线11的直径设为34AWG以下的情况下，将绝缘体12的长轴方向的长度设为至少1.5mm以下，将短轴方向的长度设为至少0.8mm以下为佳(参照图4)。
另外，本实施方式中，由于采用了横向缠绕型的屏蔽方式，因而与采用了纵包型的屏蔽方式的情况相比，能够抑制模式转换。
一般而言，两根信号线11相对于地线的容量之差变大时，模式转换变大。因此，通过制成由绝缘体12将两根信号线11一并被覆而成的双芯一并被覆结构，从而能够抑制模式转换。
可认为在采用了纵包型的屏蔽方式的情况下，特别是在制成细径的情况下，在制造上在绝缘体与屏蔽带之间容易产生微小的空隙，两根信号线11相对于地线的容量之差会变大，模式转换变大。
与此相对，可认为在采用了横向缠绕型的屏蔽方式的情况下，通过在屏蔽带13中使绝缘体层13b夹在导体层13a中，从而生成容量，对于两根信号线11相对于地线的容量，该容量被串联地插入，因而两根信号线11相对于地线的实效性容量差变小，可抑制模式转换。
进一步，可认为通过采用横向缠绕型的屏蔽方式，从而不仅在差动模式中而且在同相模式中也产生频带空段(称为同相频带空段)，因该同相频带空段的影响而导致同相信号衰减，结果模式转换变小。
本发明人等进行研究，结果发现即使将信号线11的直径设为细至34AWG以下，产生同相频带空段的频率也会为比较低的频率(12.5GHz以下的频率)，由此能够将模式转换参数Scd21稳定地抑制于-24dB以下，并在25Gb/s以上的高速传输中也能够将噪声功率σ抑制于与以往同等的程度以下。这样，在本实施方式的差动传输用电缆10中，至少在25Gb/s传输的基本频率即12.5GHz以下的频带中，表示模式转换的S参数即Scd21为-24dB以下，其适合25Gb/s以上的高速传输用途。
在图5(a)～(c)中示出将信号线11设为34AWG时的差动损耗Sdd21、模式转换参数Scd21、以及同相损耗Scc21的测定结果。在各S参数的测定中，使用了网络分析仪(AgilentN5245A、测定频带10MHz～50GHz)。
如图5(a)所示，可知本实施方式中，产生差动频带空段的频率为20GHz以上，在基本频率为12.5GHz的25Gb/s传输中，能够确保充分的差动传输频带。
另外，如图5(b)所示，可知模式转换参数Scd21在测定频率范围内几乎为-40dB以下，非常小，可将模式转换参数Scd21稳定地抑制于-24dB以下。如图5(c)所示，可认为本实施方式中，在10GHz以下的频带中产生有同相频带空段，因其影响而导致同相信号衰减，模式转换参数Scd21得以抑制。
此处，为了进行比较，在图6(a)～(c)中示出将信号线11设为30AWG时的差动损耗Sdd21、模式转换参数Scd21、以及同相损耗Scc21的测定结果。
如图6(a)～(c)所示，可知在该情况下，由于采用了横向缠绕型的屏蔽方式，因而能够抑制模式转换参数Scd21，但由于将信号线11设为粗至30AWG，因而产生差动频带空段的频率为12～14GHz，在基本频率为12.5GHz的25Gb/s传输中，无法确保充分的差动传输频带。
为了进行更进一步的比较，针对设为纵包型的屏蔽方式并将信号线11设为34AWG、30AWG时的各自的情况，在图7(a)～(c)以及图8(a)～(c)中示出差动损耗Sdd21、模式转换参数Scd21、以及同相损耗Scc21的测定结果。
如图7(a)～(c)以及图8(a)～(c)所示，在采用了纵包型的屏蔽方式的情况下，虽然不产生差动频带空段，但也不产生同相频带空段，因而模式转换参数Scd21变得非常大，难以将模式转换参数Scd21稳定地抑制于-24dB以下。
关于图5～8的各自的情况，对差动传输频带和模式转换量进行了评价。作为评价差动传输频带的参数，通过[数2]所示的式(3)来定义每单位电缆长度的传输频带内的差动损耗即“Sdd21≤12.5GHz”。关于该“Sdd21≤12.5GHz”，当差动传输频带比25Gb/s传输的基本频率即12.5GHz窄时，会变得非常小。
[数2]
另外，作为用于评价模式转换量的参数，通过[数3]所示的式(4)来定义模式转换的最大值“Scd21≤12.5GHz”，并且通过[数4]所示的式(5)来定义噪声功率(模式转换的积算值)“σ≤12.5GHz”。
[数3]
[数4]
将差动传输频带和模式转换量的评价结果汇总而示于表1。予以说明的是，在评价中使用的电缆长度统一为2m。关于“Sdd21≤12.5GHz”，将-8.0dB/m以上设为合格(○)，将小于-8.0dB/m设为不合格(×)。关于“Scd21≤12.5GHz”，将-24dB以下设为合格(○)，如果大于-24dB则设为不合格(×)。关于“σ≤12.5GHz”，将1.0×104以下设为合格(○)，如果大于1.0×104则设为不合格(×)。
表1
如表1所示，可知采用横向缠绕型的屏蔽方式并将信号线11设为34AWG的本实施方式中，“Sdd21≤12.5GHz”、“Scd21≤12.5GHz”，以及“σ≤12.5GHz”中的均为合格，在25Gb/s传输中能够确保充分的差动传输频带，并且，能够减小模式转换噪声。
与此相对，可知在将信号线11设为粗至30AWG的情况下，“Sdd21≤12.5GHz”不合格，在25Gb/s传输中无法确保充分的差动传输频带。另外，可知在采用了纵包型的屏蔽方式的情况下，“Scd21≤12.5GHz”以及“σ≤12.5GHz”不合格，模式转换噪声变大。
(实施方式的作用以及效果)
如以上说明那样，在本实施方式的差动传输用电缆10具备一对信号线11、将一对信号线11一并被覆的绝缘体12、以及屏蔽带13，所述屏蔽带13具有导体层13a和在导体层13a的一面上形成的绝缘体层13b并且通过螺旋缠绕而缠绕在绝缘体12的周围，信号线11的直径至少比30AWG细，所述差动传输用电缆10的差动特性阻抗为80Ω以上120Ω以下。
通过如此构成，能够实现一种应对于25Gb/s以上的高速传输的差动传输用电缆10，其模式转换噪声小且能够确保充分的差动传输频带。
本实施方式的差动传输用电缆10是细径的，适合于例如在机器内将基板间连接的互连用途。
(实施方式的总结)
接着，关于根据以上进行说明的实施方式而掌握的技术思想，引用实施方式中的符号等来进行阐述。但以下记载中的各符号等并非将本发明中的构成要素限定为实施方式中具体示出的构件等。
[1]一种差动传输用电缆10，其具备一对信号线11、将前述一对信号线11一并被覆的绝缘体12、以及屏蔽带13所述屏蔽带13具有导体层13a和在前述导体层13a的一面上形成的绝缘体层13b并且通过螺旋缠绕而缠绕在前述绝缘体12的周围，前述信号线11的直径至少比30AWG细，其中，AWG表示美国电线标准，所述差动传输用电缆的差动特性阻抗为80Ω以上120Ω以下。
[2]根据[1]所述的差动传输用电缆10，其中，前述信号线11的直径为34AWG以下。
[3]根据[2]所述的差动传输用电缆10，其中，前述绝缘体12如下形成：从截面观察时呈椭圆形状或者长圆形状，所述绝缘体12的长轴方向与前述信号线11的排列方向一致，所述绝缘体12的长轴方向和短轴方向的中心与将前述信号线11的中心彼此连接的线段的中心点一致，
前述绝缘体12的长轴方向的长度至少为1.5mm以下，前述绝缘体12的短轴方向的长度至少为0.8mm以下。
[4]根据[1]至[3]中任一项所述的差动传输用电缆10，其中，在至少12.5GHz以下的频带中，表示模式转换的S参数即Scd21为-24dB以下。
[5]根据[1]至[4]中任一项所述的差动传输用电缆10，其中，前述屏蔽带13通过在包含铜的前述导体层13a的一面上设置包含聚对苯二甲酸乙二醇酯的前述绝缘体层13b而构成。
[6]一种多对差动传输用电缆(50)，其具备多根[1]至[5]中任一项所述的差动传输用电缆10，将多根前述差动传输用电缆10一并屏蔽而成。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但上述记载的实施方式并不限定本发明。另外，应当留意的是，在实施方式中说明的特征的组合的全部并不一定对于发明的课题的解决方案都是必需的。
本发明可以在不脱离其宗旨的范围内适当变形而实施。

Claims (6)

1.一种差动传输用电缆，其具备：
一对信号线、
将所述一对信号线一并被覆的绝缘体、以及
屏蔽带，其具有导体层与在所述导体层的一面上形成的绝缘体层并且通过螺旋缠绕而缠绕在所述绝缘体的周围，
所述信号线的直径至少比30AWG细，其中，AWG表示美国电线标准，
所述差动传输用电缆的差动特性阻抗为80Ω以上120Ω以下。
2.根据权利要求1所述的差动传输用电缆，其中，所述信号线的直径为34AWG以下。
3.根据权利要求2所述的差动传输用电缆，其中，
所述绝缘体形成为：截面观察时形成为椭圆形状或者长圆形状，所述绝缘体的长轴方向与所述信号线的排列方向一致，且所述绝缘体的长轴方向和短轴方向的中心与将所述信号线的中心彼此连接的线段的中心点一致，
所述绝缘体的长轴方向的长度至少为1.5mm以下，
所述绝缘体的短轴方向的长度至少为0.8mm以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的差动传输用电缆，其中，在至少12.5GHz以下的频带中，表示模式转换的S参数即Scd21为-24dB以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的差动传输用电缆，其中，所述屏蔽带通过在包含铜的所述导体层的一面上设置包含聚对苯二甲酸乙二醇酯的所述绝缘体层而构成。
6.一种多对差动传输用电缆，其具备多根权利要求1至5中任一项所述的差动传输用电缆，将多根所述差动传输用电缆一并屏蔽而成。
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