CN1487532A - 屏蔽电缆 - Google Patents

Abstract

一种屏蔽电缆，关于其内部多条信号线的配置，是把用于传输相对高频的数字信号的多条信号线与覆盖屏蔽电缆的外皮屏蔽相邻配置，并使这些信号线彼此相邻。据此，就能对高频信号线稳定地获得最大的电容耦合，从而能对阻抗进行控制。另外，能抑制屏蔽电缆和连接器的连接部中的变形。不会因追加地线、电源线等而增加成本，能比较容易且稳定地对阻抗和变形进行控制，提高信号质量。

Description

屏蔽电缆

技术领域

本发明涉及屏蔽电缆组件，特别是涉及通过提高连接在电子仪器之间的屏蔽电缆内部信号线的电气特性来提高传输信号的质量，可靠地抑制辐射噪声的技术。

背景技术

伴随着数字信号处理装置中的信号处理的高速化，有必要既确保信号质量同时又抑制辐射噪声。特别是在进行数字仪器间的信号传输的接口电缆中，在很多情况下传输距离较长，而且在信号线附近无法实现导体框体的稳定接地，所以特别需要既确保信号质量同时又抑制辐射噪声。因此，以往就使用通过编织等来覆盖电缆内部多条信号线的屏蔽电缆。在以编织覆盖的屏蔽电缆中，编织对电缆内部信号线的结合较强，作为信号地线而起作用。因此，不但能提高信号质量，而且能抑制辐射噪声。

图9是在内部保持36条信号线的屏蔽电缆的剖视图。图中101是屏蔽电缆。A+、A-、B+、B-、C+、C-、D+、D-、E+、E-、F+、F-、G+、G-、H+、H-、I+、I-、J+、J-、K+、K-、L+、L-、M+、M-、N+、N-、O、P、Q、R、S、T、U、V是单线，分别由绝缘被覆覆盖。其中的单线O是通过未图示的连接器连接在电源上的电源线。另外，单线P、Q、R、S、T、U、V等7根是通过未图示的连接器连接在接地上的地线。单线A+、A-、B+、B-、C+、C-、D+、D-、E+、E-、F+、F-、G+、G-、H+、H-、I+、I-、J+、J-、K+、K-、L+、L-、M+、M-、N+、N-分别通过把两根单线捻在一起，形成14根对绞线A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N。14根对绞线中的A、B、C、D、E、F、G等7根是收发10MHz以上高速信号的对绞线，H、I、J、K、L、M、N等7根是收发10MHz以下的低速信号的对绞线。另外，2是绝缘保护膜，覆盖36条信号线全体。在绝缘保护膜2的外侧形成有编织等外皮屏蔽3，外皮屏蔽3的外侧通过由绝缘材料构成的绝缘外套4覆盖。

另外，在特开平11-213765中公开了在传输频率不同的多个信号的信号传输电缆中，把传输相对高频(相对较高的频率)的信号的单线彼此隔离配置。据此，就能抑制相对高频的信号彼此之间的串扰。

但是，近年来，流过屏蔽电缆的信号的频率进一步提高了。特别是时钟信号和与该时钟信号同步的多个数字数据信号达到了10MHz以上，使辐射噪声问题日益突出。在这样的状况下，在所述现有技术下的屏蔽电缆中存在着以下两个问题。

第一个问题涉及通过屏蔽电缆收发高速信号时的各对绞线的阻抗偏移。如果阻抗产生偏移，就会成为辐射噪声的产生原因，从而无法确保高速信号的信号质量。如果针对对绞线单独考虑对绞线的特性阻抗，则在理想状态下，通过由两条单线构成的对绞线占据的空间中的各单线的电感和两条单线彼此间的电容耦合来决定。另外，对绞线收发差动信号时的差动阻抗也同样被决定。

但是，实际上对绞线的周围存在作为导体的其他单线，所以相邻单线彼此间的电容耦合给对绞线的阻抗以很大的影响。如果着眼于收发图9所示高速信号的对绞线E，则对绞线E的特性阻抗不会只由单线E+、E-的电感决定。在对绞线E周围存在单线V、U、收发低速信号的对绞线M、高速信号的对绞线D、F，与它们的电容耦合给对绞线E的特性阻抗以很大的影响。因此，无法提供为对绞线设计的电容耦合，无法实现设计的阻抗值。

另外，收发高速信号的对绞线E和它们周围的单线的位置关系因为对绞线的绞距不同，或各对绞线和各单线的粗细不同，所以实际上在屏蔽电缆101的整个长度上很难以一定的截面结构来进行固定。因此，收发高速信号的对绞线E和包围它的收发低速信号的对绞线M、收发高速信号的对绞线D、F、单线V、U的关系根据屏蔽电缆101在长度方向上的位置而大幅度变化。据此，对绞线E和它们周围的对绞线或单线的电容耦合值大幅度变动，屏蔽电缆101的长度方向的对绞线E的阻抗值产生偏移。

另外，包围高速信号的各对绞线的其他对绞线或单线的数量或状态在各对绞线中不同，在相对的特性阻抗值中产生差。特别是图9中的对绞线G与其他对绞线A～F相比，离屏蔽电缆101的外皮屏蔽3的距离、包围的其他信号线的数量或状态完全不同。因此，在对绞线G和对绞线A～F之间的阻抗值中产生很大的差异，成为辐射噪声产生的主要原因。

第二个问题涉及传输信号的延迟时间差即变形(歪斜)。用屏蔽电缆内的对绞线收发的高速信号常常是图象数据等高速并行数据。在高速并行传输中，必须尽可能减小各传输路线的变形。在各信号中如果变形大，则定时容限减小，有时无法接收并行数据。当图9所示的屏蔽电缆101时，有必要尽可能减小高速信号的对绞线A、B、C、D、E、F、G的变形。因此，要求对绞线A、B、C、D、E、F、G的物理上的长度相等，包围对绞线A、B、C、D、E、F、G的周围的导体、介质的状态相等。

在屏蔽电缆101的内部混合存在的单线和对绞线大致分为配置在中心层的(对绞线A～F)和配置在其外层的(对绞线G～N，单线O～V)。在制造屏蔽电缆101的步骤中，有必要捻在一起，使电缆线径的一部分变粗的地方无法出现。此时，如果内层的绞距和外层的绞距相等，则电缆组件的直径变粗，所以一般外层的绞距小，内层的绞距大。因此，屏蔽电缆101在配置在内层的对绞线和配置在外层的对绞线中，绞距不同，所以信号线的物理长度很不相同。因此，高速信号的对绞线A～G内，在位于内层的对绞线A～F和位于外层的对绞线G中，因为物理长度不同，所以存在着变形增大，收发(接收发送)的并行数据的一部分容易缺损这一问题。

另外，所述变形的问题在屏蔽电缆和连接器的连接部分也产生。图10(a)和(b)表示一般的屏蔽电缆和连接器的连线状态。图10(a)是在内部具有L1～L7、R1～R7的单线的电缆201的剖视图，图10(b)是表示拆开L1～L7、R1～R7的单线，连接在连接器210上的状态的模式图。当连线时，把捆扎的各单线端部拆开，在连接器的插头上一条一条连接。此时，如果各单线交叉，就成为断线等的原因，所以通常把电缆201竖劈为两半，分配在连接器210的左右。分配的各单线从靠近连接器210的中心的插头向左侧，从L1～L7，向右侧从R1～R7按顺序连接。因此，在屏蔽电缆和连接器的连接部，分配到连接器的中心位置的信号线L1和R1的布线长度、分配在连接器的端部的信号线L7和R7的布线长度存在很大差异，产生很大的变形。

特别是如特开平11-213765所示，当彼此隔离配置高速信号线时分配在与连接器的连接部的插头一定远离，在布线长度上产生很大的差异，变形增大。

另外，为了稳定收发高速信号的对绞线的特性阻抗和抑制变形，也考虑了在屏蔽电缆内追加新地线和电源线或用导电构件来覆盖各对绞线的方法。但是，由于屏蔽电缆自身的成本升高，而且布线的数量增加，所以处理起来很麻烦。另外，也不一定能有效地抑制屏蔽电缆的长度方向和各对绞线之间的偏移。

发明内容

鉴于以上所述问题的存在，本发明的目的在于：为了确保随着由屏蔽电缆传输的信号的更加高速化而具有更高的信号质量和能更可靠地抑制辐射噪声，不仅使用只由编织覆盖的屏蔽电缆，还需要在配置于编织内部的多条单线和对绞线的配置方面下功夫。因此，本发明提供一种屏蔽电缆，它不用因追加地线、电源线等而增加成本，能比较容易且稳定地对收发高速并行信号的对绞线的阻抗和变形进行控制。

根据本发明提供的屏蔽电缆，包括：用于传输相对高频的数字信号的第一信号线(多条)；用于传输相对低频的数字信号的第二信号线(多条)；以电绝缘的状态捆扎第一、第二信号线并统一覆盖的导体；第一信号线(多条)与所述导体相邻配置，并且彼此相邻配置。

而且，在本发明中，用于传输相对高频的数字信号的多条信号线并不一定要全部配置在屏蔽电缆的最外层，有时只要配置该信号线的大部分就能解决所述问题。另外，用于传输相对高频的数字信号的多条信号线并不一定要全部相邻配置，有时只要配置该信号线的大部分就能解决所述问题。

另外，根据本发明提供的屏蔽电缆，所述第一信号线(多条)是对绞线。

另外，根据本发明提供的屏蔽电缆，10MHz以上的时钟信号和与该时钟信号同步的多个数据信号在所述第一信号线(多条)中传输。

另外，根据本发明提供的屏蔽电缆，所述屏蔽电缆在其两端部具有连接用的连接器；所述连接器分别具有与所述第一、第二信号线连接的插头；所述第一信号线(多条)分别连接在该插头(多个)的相邻的插头上。

通过以下参照附图进行的描述，能进一步明确本发明的上述的和其他的目的。

附图说明

下面简要说明附图。

图1是实施例1的屏蔽电缆的剖视图。

图2(a)和(b)是表示实施例1的屏蔽电缆和连接器的连线状态的概略图。

图3是表示屏蔽电缆的阻抗测定装置的概略图。

图4是表示实施例1的屏蔽电缆阻抗测定结果的曲线图。

图5是表示现有屏蔽电缆的阻抗测定结果的曲线图。

图6是实施例2的屏蔽电缆的剖视图。

图7(a)和(b)是表示实施例2的屏蔽电缆和连接器的连接状态的概略图。

图8是表示实施例2的屏蔽电缆的阻抗测定结果的曲线图。

图9是现有(以往)实施例的屏蔽电缆的剖视图。

图10(a)和(b)是表示现有(以往)屏蔽电缆和连接器的连接状态的概略图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的实施例。

(实施例1)

图1是表示本发明实施例1的屏蔽电缆内部的单线和对绞线的配置的剖视图。在屏蔽电缆内部配置有36条单线。配置有：把两条单线捻在一起形成的收发高速信号的对绞线7条、把两条单线捻在一起形成的收发低速信号的对绞线7条、连接在接地上的由单线构成的地线7条、连接在电源线上的由单线构成的电源线一条。须指出的是，在图1中，对于与在现有技术中说明了的图9相同的构件，采用了相同的符号。

在图1中，1是屏蔽电缆。A+、A-、B+、B-、C+、C-、D+、D-、E+、E-、F+、F-、G+、G-、H+、H-、I+、I-、J+、J-、K+、K-、L+、L-、M+、M-、N+、N-、O、P、Q、R、S、T、U、V分别是具有绝缘被覆的单线。单线中的A+、A-、B+、B-、C+、C-、D+、D-、E+、E-、F+、F-、G+、G-、H+、H-、I+、I-、J+、J-、K+、K-、L+、L-、M+、M-、N+、N-分别通过把两根单线捻在一起，形成14根对绞线A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N。对绞线中的A、B、C、D、E、F、G等7根是收发10MHz以上高速信号的对绞线，H、I、J、K、L、M、N等7根是收发10MHz以下的低速信号的对绞线。单线O是通过连接器等连接在外部电源上的电源线，单线P、Q、R、S、T、U、V等7根是通过连接器连接在接地上的地线。另外，2是绝缘保护膜，覆盖36条信号线全体。在绝缘保护膜2的外侧形成有编织等的外皮屏蔽3，外皮屏蔽3的外侧通过由绝缘材料构成的绝缘外套4覆盖。须指出的是，把捆扎的各信号线捻在一起，通过由绝缘保护膜2、外皮屏蔽3、绝缘外套4覆盖其表面，形成屏蔽电缆1。

在图1中，收发高速信号的对绞线A、B、C、D、E、F、G全部配置在与外皮屏蔽3相邻的外层上。因此，对绞线A、B、C、D、E、F、G与周围存在的其他单线和对绞线的导体相比，更强地与外皮屏蔽3电容耦合。因此，把与外皮屏蔽3的距离关系作为支配性参数决定了对绞线A、B、C、D、E、F、G的阻抗。外皮屏蔽3通过连接器等连接在外部接地上，所以电位一定，能使各对绞线A、B、C、D、E、F、G的阻抗稳定。

另外，各对绞线A、B、C、D、E、F、G对于外皮屏蔽3为相同状态，所以各对绞线间的阻抗值中不产生差。另外，配置在外层的对绞线A、B、C、D、E、F、G的位置在把各单线和对绞线捻在一起而制造时，不会成为内层，一定配置在外层。因此，各对绞线A、B、C、D、E、F、G的屏蔽电缆1长度方向的各对绞线和外皮屏蔽3的间隔总是一定，在阻抗值中不产生差。另外，能通过只变更绝缘保护膜2的厚度来调整对绞线A、B、C、D、E、F、G的阻抗值，所以极其容易设计。

另外，各对绞线A、B、C、D、E、F、G都配置在屏蔽电缆1的最外层，所以能使各对绞线的绞距相等。因此，能使各对绞线的布线长度相等，能抑制屏蔽电缆的变形的产生。

另外，在图1中，收发高速信号的对绞线A、B、C、D、E、F、G都相邻配置。因此，在屏蔽电缆1和屏蔽电缆1顶端的连接器的连接部，能相邻配置与对绞线A、B、C、D、E、F、G连接的插头。

图2(a)和(b)表示屏蔽电缆1和连接器10的连线状态。图2(a)是与表示实施例1的图1同样的屏蔽电缆1的剖视图，图2(b)是表示把各信号线拆开，连接在连接器10上的状态的模式图。

当连线时，把捆扎的各电线和对绞线的端部拆开，成为单线，把各单线一条一条连接在连接器10的插头上。此时，沿着虚线把屏蔽电缆1竖劈为两半，分配在连接器10的左右。分配的各单线从靠近连接器10的中心的插头按顺序连接。从中心向左侧，按单线E-、E+、F-、F+、G-、G+的顺序配置，在右侧按D+、D-、C+、C-、B+、B-、A+、A-的顺序配置。因此，连接了对绞线A、B、C、D、E、F、G的插头相邻，布线长度几乎相等，能抑制变形的产生。

接着，通过图3所示的测定装置，进行了图1所示的屏蔽电缆1的阻抗值的测定。在图3中，5是安装在屏蔽电缆的两端的连接器。6是时间区域反射型示波器。7是夹具印刷电路板，在其表面安装有布线8和连接器9。屏蔽电缆1内部的各单线连接在连接器5的各插头上。在连接器9上设置有与连接器5对应的插头，各插头分别连接在信号布线8上。因此，布线8只以与屏蔽电缆1内部各布线8相等的数量形成。

屏蔽电缆1的长度是1m，直径包含绝缘外套4约为7mm，使用了内部各单线直径约0.3mm的。但是，本实施例的各单线直径并不局限于此。

首先，把屏蔽电缆1一方端部的连接器5安装在夹具印刷电路板7的连接器9上。此时，屏蔽电缆1的另一方端部的连接器5为开放状态。接着，把示波器6连接在测定的夹具印刷电路板7的布线8中与对绞线A相连的布线上。通过布线8、连接器9、连接器5，从示波器6向屏蔽电缆1内部的对绞线A输入了步进脉冲信号(上升时间70ps，振幅200mV)。通过示波器6测定此时的反射波形，从该测定值计算出对绞线A在屏蔽电缆1的各位置的阻抗。同样，也测定了对绞线B、C、D、E。图4表示此时的结果。图4的横轴是信号的输送时间，纵轴是各对绞线的阻抗。图4中的曲线A～E表示图1的屏蔽电缆1内的各对绞线A～E的测定结果。须指出的是，此时的各对绞线A～E的阻抗预先设计为100Ω。

须指出的是，横轴信号的输送时间是从屏蔽电缆1的各位置反射来的信号的时间，能替代屏蔽电缆1的长度。因此，在图4中，1nsec～9.5nsec的部分成为与屏蔽电缆1的各长度对应的测定结果。即在1nsec的值表示与屏蔽电缆1开始端的连接器的连接部的阻抗值，在9.5nsec的值表示与屏蔽电缆1结束端的连接器5的连接部的阻抗值。另外，它们间的值相当于屏蔽电缆1的开始端和结束端各位置的阻抗。

另外，为了比较，通过同样的测定装置、测定方法测定了图9所示的现有技术中的长度1m屏蔽电缆101。图5是它的结果，表示收发屏蔽电缆101内的高速信号的各对绞线A～E的阻抗。须指出的是，此时的各对绞线A～E的阻抗预先设计为100Ω。

从图4可知，图1所示的屏蔽电缆1的各对绞线A～E的阻抗表示从92Ω～100Ω的值，跨屏蔽电缆1的整个区域，对于设计值100Ω，保持8Ω以下的差。另外，当着眼于一条对绞线时，屏蔽电缆的各位置的阻抗变动为5Ω以下，可以说是均匀的。另外，对绞线A～E间的相对阻抗的偏移为5Ω以下，各对绞线的偏移非常小。

而各对绞线A～E的阻抗表现108Ω～118Ω的值，图5所示的屏蔽电缆101的各对绞线A～E的阻抗与屏蔽电缆101的设计自100Ω产生了18Ω的大差。另外，当着眼于一对对绞线时，屏蔽电缆各位置的阻抗变动大到5Ω以上。另外，各对绞线A～E间的相对阻抗偏移存在几个5Ω以上的地方，成为很大的值。

因此，图1所示的本实施例的屏蔽电缆1的各对绞线A～E阻抗与图9所示的现有技术时的屏蔽电缆101相比，能非常稳定抑制辐射噪声。

(实施例2)

图6是表示本发明实施例2的屏蔽电缆21内部单线和对绞线的配置的剖视图。在屏蔽电缆内部，配置有36条单线。配置有：把两条单线捻在一起形成的收发高速信号的对绞线7条、把两条单线捻在一起形成的收发低速信号的对绞线7条、连接在接地上的由单线构成的地线7条、连接在电源线上的由单线构成的电源线一条。须指出的是，在图6中，对于与在图1相同的构件，采用了相同的符号。

在图6中，收发高速信号的对绞线A、B、C、D、E、F、G都配置在与外皮屏蔽3相邻的外层上。另外，在图6中，对绞线A、B、C彼此相邻配置。另外，对绞线D、E、F、G也相邻配置。对绞线A、B、C和对绞线D、E、F、G之间配置有收发低速信号的对绞线H。

图7(a)和(b)表示屏蔽电缆21和连接器30的连线状态。图7(a)是与图6同样的屏蔽电缆21的剖视图，图7(b)是表示把各信号线拆开，连接在连接器30的各插头上的状态的模式图。

当连线时，把捆扎的单线和对绞线拆开，成为单线，把各单线一条一条连接在连接器上。此时，沿着虚线把屏蔽电缆21竖劈为两半，分配在连接器30的左右。分配的各单线从靠近连接器30的中心的插头按顺序连接。从中心向左侧，按单线E-、E+、F-、F+、G-、G+、D-、D+的顺序配置，在右侧按H+、H-、C+、C-、B+、B-、A+、A-的顺序配置。

通过与实施力1同样的测定装置、测定方法测定了图6的屏蔽电缆21。图8是结果，表示收发屏蔽电缆21内的高速信号的对绞线A～E的阻抗。须指出的是，此时的各对绞线A～E的阻抗预先设计为100Ω。

从图8可知，本实施例的屏蔽电缆的阻抗是与图1所示屏蔽电缆1的阻抗几乎同样的结果。跨屏蔽电缆1的整个区域，为与设计值100Ω几乎接近的值。另外，当着眼于一条对绞线时，屏蔽电缆的各位置中的阻抗变动为5Ω以下，可以说几乎均匀。另外，对绞线A～E间的阻抗偏移为5Ω以下，各对绞线的偏移非常小。

须指出的是，本发明的屏蔽电缆结构当在对绞线中传输的高速信号为10MHz以上时，效果特别大。即现在，关于电子仪器的辐射噪声必须限制在30MHz～数GHz的频带。通常，数字信号具有3倍到20倍左右的高频成分。因此，关于频率超过10MHz的信号，作为高速信号处理，希望使用进行所述实施例1所示的信号配置的屏蔽电缆组件。通过使屏蔽电缆的阻抗稳定，把信号波形整形，高频成分减少。据此，能在数量上减少辐射噪声。

10MHz的时钟信号具有基本频率10MHz、30MHz(3倍波)、50MHz(5倍波)、…到210MHz(21倍波)左右的高频成分。高频成分的频带30MHz～210MHz的辐射噪声大概与频带30MHz～210MHz的电流量成比例。因此，通过使屏蔽电缆的阻抗稳定，能减少30MHz～210MHz的高频成分电流，能抑制30MHz～210MHz频带的辐射噪声。

综上所述，本发明提供的屏蔽电缆，包括：用于传输相对高频的数字信号的多条信号线；用于传输相对低频的数字信号的多条信号线；以电绝缘的状态捆扎第一、第二信号线并用导体统一覆盖全部的信号线；用于传输相对高频的数字信号的多条信号线配置在与所述导体相邻的屏蔽电缆的最外层并且彼此相邻配置。据此，不用因追加地线、电源线等而增加成本，就能比较容易且稳定地对收发高速并行信号的对绞线的阻抗和变形进行控制。特别是能使收发各高速并行信号的对绞线的阻抗特性成为所设计的值，能抑制屏蔽电缆长度方向阻抗的偏移和收发各高速并行信号的对绞线之间的相对偏移。据此，即使再通过屏蔽电缆传输的信号更高速化的情况下，也能确保更高的信号质量并能更可靠地抑制辐射噪声。

另外，本发明对高速信号为10MHz以上的时钟信号或与10MHz以上的时钟信号同步的数据信号具有更大的辐射噪声抑制效果。

Claims (4)

1.一种屏蔽电缆，其特征在于：包括：

用于传输相对高频的数字信号的第一信号线；

用于传输相对低频的数字信号的第二信号线；

以电绝缘的状态捆扎第一、第二信号线，并统一覆盖的导体；

第一信号线与所述导体相邻配置，并且彼此相邻配置。

2.根据权利要求1所述的屏蔽电缆，其特征在于：

所述第一信号线是对绞线。

3.根据权利要求1所述的屏蔽电缆，其特征在于：

10MHz以上的时钟信号和与该时钟信号同步的多个数据信号在所述第一信号线中传输。

4.根据权利要求1所述的屏蔽电缆，其特征在于：

所述屏蔽电缆在其两端部具有连接用的连接器；

该连接用的连接器分别具有与所述第一、第二信号线连接的插头；

所述第一信号线分别连接在该插头的相邻的插头上。

Images