JP2002245860A - 信号伝送用丸型ケーブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】接続が容易で、かつ漏話を低減させた信号伝送
用丸型ケーブルを提供する。 【解決手段】信号線１、２と電源供給線１１、１２とを
外接させて一体構造になるように配列し、かつ外部遮蔽
導体１７によって外部遮蔽がなされた信号伝送用丸型ケ
ーブル１０であって、信号伝送用丸型ケーブル１０の断
面配列において導体３、４、１３、１４の中心位置を結
ぶ四角形の中心位置が信号伝送用丸型ケーブル１０の中
心位置とほぼ一致するように導体３、４、１３、１４を
配置し、前記四角形の一方の対角線上に信号線１、２の
中心を位置させ、前記四角形の他方の対角線上に電源供
給線１１、１２の中心を位置させると共に、信号線１、
２の導体外径と信号線１、２の外径との比を電源供給線
１１、１２の導体外径と電源供給線１１、１２の外径と
の比より大きくし、かつ信号線１、２の絶縁体５、６の
誘電率を電源供給線１１、１２の絶縁体１５、１６の誘
電率よりも小さいものとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、信号伝送用丸型ケ
ーブルに関し、さらに詳細にはデジタル信号の伝送が主
体となる工業用シリアル伝送バスシステム、ビル管理シ
リアル伝送バスシステム、自動車車内伝送バスシステム
等における信号伝送に利用される信号伝送用丸型ケーブ
ルに関する。

【０００２】

【従来の技術】工業用シリアル伝送バスシステム、ビル
管理シリアル伝送バスシステム、自動車車内伝送バスシ
ステム等では、図５および図６に示すように、ホストコ
ンピュータが制御局２１となり、多数たとえばＮ個の端
末が従属局２３₁、…、２３ｎとなって、１：Ｎの通信
をケーブル２７を通して行う。図５において、参照符号
２５は終端抵抗であり、参照符号２９₁、…、２９ｎは
分岐接続のためのコネクタである。

【０００３】この通信方式には種々のものが用いられて
いるが、いずれの通信方式においても、接続するケーブ
ルとしては、制御局２１と従属局２３との接続を容易に
する目的で、図７に示すように、信号源３３からの信号
を伝送する通信用の信号線４５および信号源４３からの
信号を伝送する通信用の信号線４７と、従属局２３を作
動させるため直流電源４１からの直流電力を供給する電
源供給線４９および電源供給線５０とを一体化したケー
ブル２７が一般的に使われている。

【０００４】このようなシステムに用いられるケーブル
においてデジタル信号波形を正しく伝送するための技術
的な課題は、（イ）信号線の特性インピーダンスと送信
側、受信側のインピーダンスの整合が取られているこ
と、（ロ）漏話がないこと、（ハ）外部誘導雑音の影響
を受けないことである。

【０００５】上記（イ）については、伝送される信号波
は、一般的には、パルス状波形であり高次の高周波信号
成分を含んでいる。したがって、この波形を忠実に伝送
するには、ケーブルの特性インピーダンスは広い周波数
領域にわたって一定の値を保つことと、送信側のインピ
ーダンスとの間でインピーダンス整合がとられているこ
とが要求される。

【０００６】ケーブルの特性インピーダンスと送信側の
出力インピーダンス、受信側の入力インピーダンスとの
間には、ケーブルの伝送理論によれば、次のような関係
が要求される（図８参照）。図８において、参照符号３
１は制御局を示し、参照符号３５は従属局を示し、参照
符号３７はケーブルを示している。

【０００７】 Ｖｌ＝Ｖ０ｃｏｓＢｌ＋ｊＷＩ０ｓｉｎＢｌ …（１） Ｉｌ＝ｊ（Ｖ０／Ｗ）ｓｉｎＢｌ＋Ｉ０ｃｏｓＢｌ …（２）

【０００８】ここで、 Ｖｌ：ケーブルの入力端電圧 Ｖ０：ケーブルの出力端電圧 Ｉｌ：ケーブルの入力端電流 Ｉ０：ケーブルの出力端電流 Ｗ：ケーブルの特性インピーダンス Ｒ：信号源抵抗 ｆ：信号波の周波数 λ：信号波の波長（＝ｃ／ｆ） ｃ：伝播速度 ｌ：ケーブルの長さ Ｒｌ：負荷抵抗 Ｂ：波長定数（＝２π／λ） Ｒ：信号源抵抗

【０００９】上記（１）式、（２）式より電圧伝送の入
出力関係は Ｖ０＝（１／Ｖｉｎ）〔ｃｏｓＢｌ＋（Ｒ／Ｒｌ）ｃｏ
ｓＢｌ＋ｊ｛（Ｒ／Ｗ）ｓｉｎＢｌ＋（Ｗ／Ｒｌ）ｓｉ
ｎＢｌ｝〕 となる。

【００１０】この関係式から （ａ）ケーブルの特性インピーダンスと信号源抵抗Ｒと
負荷抵抗Ｒ１をすべて一致させると、Ｖ０／Ｖｉｎ＝１
／２ （ｂ）ケーブルの特性インピーダンスと信号源抵抗Ｒを
一致させ、負荷抵抗Ｒｌ＝∞とすると、Ｖ０／Ｖｉｎ＝
１ （ｃ）ケーブルの特性インピーダンスと負荷抵抗Ｒ１を
一致させ、信号源抵抗Ｒ＝０とすると、Ｖ０／Ｖｉｎ＝
１ となり、この３通りの場合に信号波の出力は伝送に際し
てすべての周波数に無関係に、Ｖ０／Ｖｉｎの関係が一
定である。換言すればデジタル信号波形の無歪伝送が可
能となる。

【００１１】次に、上記（ロ）の漏話については、一体
構造のケーブル内部に互いに異なる２つの信号線が含ま
れていて、互いに異種の信号を同時に伝送する場合は、
信号線間の漏話があると信号が互いに干渉し合い伝送信
号に誤りを発生させる危険性がある。

【００１２】図７に示すケーブル２７によって信号を伝
送する場合についてみれば、信号源３３から出力される
図９（ａ）に示す波形のデジタル信号を信号線４５で伝
送した場合に信号線４７に誘起される漏話信号の一例は
図９（ｂ）に示すごとくである。この場合、信号源４３
には伝送するデジタル信号がない場合の信号線４７の信
号波形を表している。図９においてｅは信号レベルを、
ｔは時間を示す。

【００１３】漏話が発生する原因について、図１０の断
面を有する外部遮蔽付き丸型ケーブルを例にして説明す
る。この信号伝送用丸型ケーブルは、２本の信号線５１
および６１と２本の電源供給線７１および８１とを備え
て、全体を外部遮蔽のための網状外部遮蔽導体９１で覆
う構造であって、外部から電気的および磁気的に遮蔽さ
れる構造になっている。信号線５１は導体５３と導体５
３を絶縁する絶縁体５５とからなり、信号線６１は導体
６３と導体６３を絶縁する絶縁体６５とからなり、電源
供給線７１は導体７３と導体７３を絶縁する絶縁体７５
とからなり、電源供給線８１は導体８３と導体８３を絶
縁する絶縁体８５とからなっている。

【００１４】上記のケーブルにおいて、信号線５１の信
号に着目すると、信号線５１と外部遮蔽導体９１との
間、信号線６１と外部遮蔽導体９１との間、２つの信号
線５１と信号線６１の間のそれぞれには、静電的および
電磁誘導的な結合が必然的に存在するために漏話が発生
することになる。信号線６１についても同様の作用が発
生する。

【００１５】従来これらの問題の解決策としては、図１
０に示すように、２つの信号線５１および６１をそれぞ
れ外部導体５７および６７にて各別に遮蔽してこれを一
体化した信号伝送用丸型ケーブルを用いることが一般的
に行われている。

【００１６】このために、信号線５１および６１は同軸
ケーブルと同様の構造となっていて外部導体５７および
６７が遮蔽の役割を果たすので漏話は軽減される。

【００１７】しかし、このような構造の信号伝送用丸型
ケーブルの問題点は、ケーブルの構造が複雑で高価なも
のとなることと、使用の際に導体が７種類存在するた
め、接続箇所が７箇所となって、接続のための工数が多
くなる。

【００１８】上記（ハ）の外部誘導雑音の問題について
は、外部誘導雑音は信号伝送の誤りを発生する直接の原
因であり、これを避けるために一般的に信号伝送用丸型
ケーブルとしては、外側を編線導体で覆った所謂シール
ドケーブルが使われている。

【００１９】その他に、電源供給線の直流抵抗の問題が
ある。すなわち、従属局の通信回路の電源と従属局の装
置を駆動するための電源を供給する電源供給線は、その
直流抵抗値を充分小さく抑える必要がある。このため信
号線と電源線が一体化された信号伝送用丸型ケーブルで
は信号線に比べて電源供給線はより大きな断面積を有す
る導体が使われる場合が多い。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、イン
ピーダンス整合の問題、漏話の問題、外部誘導雑音の問
題、直流抵抗の問題を解消するために、従来信号伝送用
ケーブルとして図１０に示した信号伝送用丸型ケーブル
が使用される。

【００２１】しかし、上記のように、インピーダンス整
合の問題、漏話の問題、外部誘導雑音の問題、電源供給
線の直流抵抗の問題のそれぞれについて、図１０に示し
た信号伝送用丸型ケーブルによって解消されるが、上記
した従来の信号伝送用丸型ケーブルでは漏話を避けるた
めに、信号線を独立して遮蔽する必要があり、このため
に、信号伝送用丸型ケーブル自体が高価なものになると
いう問題点があった。

【００２２】さらに、さらに多くのシステムにおける現
実の使用状態では、信号伝送用丸型ケーブルをコネクタ
に接続し、このコネクタを介して機器に接続される場合
が多く、信号伝送用丸型ケーブルをコネクタに接続する
組立て時間が多大なものとなり結果として、更に高価な
ものになるという問題点があった。

【００２３】本発明は、接続が容易で、かつ漏話を低減
させた信号伝送用丸型ケーブルを提供することを目的と
する。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる信号伝送
用丸型ケーブルは、外周が絶縁された４本の導体を外接
させて一体構造になるように配列し、かつ外部遮蔽がな
された信号伝送用丸型ケーブルであって、前記４本の導
体は一対の信号線と一対の電源供給線とからなり、信号
伝送用丸型ケーブルの断面配列において４本の導体の中
心位置を結ぶ四角形の中心位置が信号伝送用丸型ケーブ
ルの中心位置とほぼ一致するように４本の導体を配置
し、前記四角形の一方の対角線上に信号線の中心を位置
させ、前記四角形の他方の対角線上に電源供給線の中心
を位置させると共に、信号線の導体外径と信号線の外径
との比を電源供給線の導体外径と電源供給線の外径との
比より大きくし、かつ信号線の絶縁体の誘電率を電源供
給線の絶縁体の誘電率よりも小さいものとしたことを特
徴とする。

【００２５】本発明にかかる信号伝送用丸型ケーブルに
よれば、信号伝送用丸型ケーブルの断面配列において４
本の導体の中心位置を結ぶ四角形の中心位置が信号伝送
用丸型ケーブルの中心位置とほぼ一致するように４本の
導体が配置させられ、前記四角形の一方の対角線上に信
号線の中心が位置させられ、前記四角形の他方の対角線
上に電源供給線の中心が位置させられると共に、信号線
の導体外径と信号線の外径との比が電源供給線の導体外
径と電源供給線の外径との比より大きくされ、かつ信号
線の絶縁体の誘電率が電源供給線の絶縁体の誘電率より
も小さいものとされている。

【００２６】したがって、信号線間には電源供給線が介
在し、かつ電源供給線が信号の帰線となるため、信号線
間は実質的に電源供給線によって遮蔽されることになっ
て漏話は少なくなる。

【００２７】さらに、信号線の導体外径と信号線の外径
との比を電源供給線の導体外径と電源供給線の外径との
比より大きくし、かつ信号線の絶縁体の誘電率が電源供
給線の絶縁体の誘電率よりも小さいものとされているた
め、信号線と外部遮蔽のための外部遮蔽導体との間の静
電容量は電源供給線と外部遮蔽との間の静電容量よりも
小さくなって漏話は少なくなる。

【００２８】このように、本発明にかかる信号伝送用丸
型ケーブルによれば、信号線を遮蔽せずに漏話が低減さ
れ、信号線を遮蔽することが不要となるために、信号伝
送用ケーブルは安価にでき、さらに接続も簡単、かつ容
易となる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる信号伝送用
丸型ケーブルを実施の形態によって説明する。

【００３０】図１は本発明にかかる信号伝送用丸型ケー
ブルの断面図である。

【００３１】本発明の実施の形態にかかる信号伝送用丸
型ケーブル１０は、信号線１および信号線２と電源供給
線１１および電源供給線１２との４本の導体を外接させ
て一体構造になるように配列し、かつ一体構造とされた
４本の各線の導体は外部遮蔽のための外部遮蔽導体１７
で覆われ、外部遮蔽導体１７の外周には機械的な保護の
ために外皮１８が設けられている。

【００３２】信号線１は外周が絶縁体５によって絶縁さ
れた導体３からなり、同様に信号線２は外周が絶縁体６
によって絶縁された導体４からなっている。電源供給線
１１は外周が絶縁体１５によって絶縁された導体１３か
らなり、同様に電源供給線１２は外周が絶縁体１６によ
って絶縁された導体１４とからなっている。

【００３３】さらに、電源供給線１１、１２の直流抵抗
を小さくするために電源供給線１１、１２の導体１３、
１４の断面積は信号線１、２の導体３、４の断面積より
も大きく設定してある。

【００３４】またさらに、信号伝送用丸型ケーブル１０
の断面配列において、信号線１および信号線２と電力供
給線１１および電力供給線１２との４本の導体３、４、
１３および１４は、導体３、４、１３および１４の中心
位置を結ぶ四角形の中心位置が信号伝送用丸型ケーブル
１０の中心位置とほぼ一致するように配置し、前記四角
形の一方の対角線上に信号線１および２の中心を位置さ
せ、前記四角形の他方の対角線上に電源供給線１１およ
び１２の中心を位置させると共に、導体３の外径と信号
線１の外径との比および導体４の外径と信号線２の外径
との比を、導体１３の外径と電源供給線１１の外径との
比および導体１４の外径と電源供給線１２の外径との比
より大きくし、かつ絶縁体５および６の誘電率を、絶縁
体１５および１６の誘電率よりも小さいものとしてあ
る。

【００３５】信号伝送用丸型ケーブル１０の一般的な使
用方法を図２に示す。

【００３６】制御局２１側に設けられた信号源３３から
送出される信号３４の伝送には信号線１を使用し、従属
局２３側に設けられた信号源４３から送出される信号４
４の伝送には信号線２を使用して、信号線１と信号線２
とにより互いに異種の信号が伝送される。

【００３７】また、制御局２１から従属局２３への直流
電力供給のために、電源供給線１１および１２を使用し
て直流電源４１から従属局２３へ電力を供給すると共
に、直流電源４１の負電極側に接続される電源供給線１
２を接地すると共に、電源供給線１２を信号３４および
４４の帰路としてある。外部遮蔽導体１７も接地してあ
る。

【００３８】信号伝送用丸型ケーブル１０で信号伝送の
ために使用される部分の特性インピーダンスＺｗは、そ
の線の単位長当りのインダクタンスをＬとし、線間に分
布定数として存在するキャパシタンスをＣとすると、Ｚ
ｗ＝√Ｌ／Ｃで表される。

【００３９】特性インピーダンスは、信号伝送用丸型ケ
ーブル１０の断面構造が長さ方向に一定であれば、安定
した値を呈する。

【００４０】次に、信号伝送用丸型ケーブル１０の導体
間の静電容量を模式的に示せば図３に示す如く、信号線
１の導体３と外部遮蔽導体１７との間に静電容量Ｃａ
が、信号線２の導体４と外部遮蔽導体１７との間に静電
容量Ｃａが、電源供給線１１の導体１３と外部遮蔽導体
１７との間に静電容量Ｃｂが、電源供給線１２の導体１
４と外部遮蔽導体１７との間に静電容量Ｃｂが、信号線
１の導体３と信号線２の導体４との間に静電容量Ｃｃが
存在する。

【００４１】ここで、電源供給線１１の導体１３と電源
供給線１２の導体１４との間には直流電源４１が接続さ
れているので、信号線１を通して信号源３３から送出さ
れる信号が静電容量Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃを通して信号線２
に漏洩する経路を示す等価回路を考えるうえでは導体１
３と１４との間のインピーダンスは“０”であるとして
信号周波数に対しては同電位とみなせる。

【００４２】また、電源供給線１１の導体１３と信号線
１の導体３との間の静電容量、電源供給線１１の導体１
３と信号線２の導体４との間の静電容量、電源供給線１
２の導体１４と信号線１の導体３との間の静電容量およ
び電源供給線１２の導体１４と信号線２の導体４との間
の静電容量は、信号伝送線としての特性インピーダンス
Ｚｗ＝√Ｌ／Ｃに含まれるもので、漏話の説明上省略し
て差し支えないものである。

【００４３】したがって、信号伝送用丸型ケーブル１０
の等価回路は図４に示す如くに表される。

【００４４】図４からも明らかな如く、図４は信号線１
を通して信号源３３から送出される信号３４が静電容量
Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃを通じて信号線２に漏洩する経路を描
いたものである。図４において、Ｚは信号線２の特性イ
ンピーダンスを示している。

【００４５】図４に示す等価回路から、信号源３３から
の信号３４は静電容量Ｃｃを通じて漏れる成分と静電容
量Ｃａを通して静電容量Ｃｂで分割されて漏れる成分と
に分けることができる。

【００４６】なお、図４は電源供給線１２と外部遮蔽導
体１７とは接続されておらず、かつ電源供給線１２およ
び外部遮蔽導体１７はアースから浮いている状態のとき
の等価回路を示している。

【００４７】信号伝送用丸型ケーブル１０の断面内にお
いて、信号線１と信号線２とは電源供給線１１と電源供
給線１２を挟んで位置しているために、信号線１と信号
線２との間の実質的な距離は信号伝送用丸型ケーブル１
０の断面内において最も長い距離を有し、かつ、電源供
給線１２が信号の帰路となる接続にしているために両信
号線１と２とを遮蔽する効果があり漏話はかなり小さい
ものとなる。

【００４８】さらに、同軸円筒管電極の場合における静
電容量ＣはＣ＝２πε／ｌｏｇ（Ｄ ₂／Ｄ₁）（Ｆ）であ
る。ここでＤ₁は内部電極の外径、Ｄ₂は外部電極の内径
（Ｄ ₂＞Ｄ₁）、εは内外電極間の絶縁体の誘電率であ
る。但し、同軸電極の長さ≫Ｄ ₂である。

【００４９】ここで、信号伝送用丸型ケーブル１０で
は、信号線１、２は導体３、４の外径に対して絶縁体
５、６を含む信号線１、２の外径の比を大きくし、さら
に絶縁体５、６に誘電率の小さい絶縁体を使用し、さら
に、電源供給線１１、１２は導体１３、１４の外径に対
して絶縁体１５、１６を含む外径の比を小さくし、さら
に誘電率の大きい絶縁体を使用しているために、上記し
た同軸円筒管電極の場合における静電容量Ｃの式からも
明らかなごとく、静電容量Ｃａは小さく、静電容量Ｃｂ
は大きくなって、静電容量Ｃａ、Ｃｂを経由する漏れは
小さく、静電容量Ｃａ、Ｃｂを経由する漏話成分に対し
ての改善効果が大きい。

【００５０】さらにまた、電源供給線１２が信号伝送の
ために接地されており、信号伝送用丸型ケーブル１０の
外部遮蔽導体１７をこの接地に接続した場合は、静電容
量Ｃａ、Ｃｂを経由する経路は遮断されるので漏話の経
路は静電容量Ｃｃによるものだけとなり良好な特性を示
す。

【００５１】また、外部遮蔽導体１７を接地しない場合
でも良好な結果が得られる。

【００５２】次に、表１に信号伝送用丸型ケーブル１０
と一般のケーブルとを比較した例を示す。表１からも明
らかなようにケーブル径は信号伝送用丸型ケーブル１０
の方が小さくて済む。

【００５３】

【表１】

【００５４】また、２０ｌｏｇ（漏話成分電圧の最大値
／信号源電圧の最大値）（ｄＢ）で定義される漏話につ
いて、信号伝送用丸型ケーブル１０と一般のケーブルと
に対して、外部遮蔽導体１７を接地した場合と、非接地
の場合との漏話について比較すれば表２に示す如くであ
って、一般のケーブルよりも信号伝送用丸型ケーブル１
０の漏話が少なくてすむ。

【００５５】

【表２】

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように本発明にかかる信号
伝送用ケーブルによれば、信号線を遮蔽せずに漏話が低
減され、信号線を遮蔽することが不要となるために、信
号伝送用丸型ケーブルは安価にでき、さらに接続も簡
単、かつ容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態にかかる信号伝送用丸型
ケーブルの構成を示す断面図である。

【図２】本発明の実施の一形態にかかる信号伝送用丸型
ケーブルの使用例を示す模式図である。

【図３】本発明の実施の一形態にかかる信号伝送用丸型
ケーブルを構成する信号線、電源供給線と遮蔽導体との
間の静電容量の説明に供する模式図である。

【図４】本発明の実施の一形態にかかる信号伝送用丸型
ケーブルの等価回路図である。

【図５】従来の信号伝送用丸型ケーブルによる制御局と
従属局との接続例を示す模式図である。

【図６】従来の信号伝送用丸型ケーブルによる制御局と
従属局との他の接続例を示す模式図である。

【図７】従来の信号伝送用丸型ケーブルの使用例を示す
模式図である。

【図８】信号伝送用丸型ケーブルのインピーダンスと、
制御局のインピーダンスと、従属局のインピーダンスと
の関係を示す模式図である。

【図９】信号伝送用丸型ケーブルの漏話の説明に供する
波形図である。

【図１０】従来の信号伝送用丸型ケーブルの構成を示す
断面図である。

【符号の説明】

１および２ 信号線 ３、４、１３およ
び１４ 導体 ５、６、１５および１６ 絶縁体 １０ 信号伝送用
丸型ケーブル １１および１２ 電源供給線 １７ 外部遮蔽導
体 １８ 外皮 ２３、２３₁、２
３₂…、２３ｎ 従属局 ２１ 制御局 ３３および４３
信号源 ４１ 直流電源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外周が絶縁された４本の導体を外接させて
   一体構造になるように配列し、かつ外部遮蔽がなされた
   信号伝送用丸型ケーブルであって、前記４本の導体は一
   対の信号線と一対の電源供給線とからなり、信号伝送用
   丸型ケーブルの断面配列において４本の導体の中心位置
   を結ぶ四角形の中心位置が信号伝送用丸型ケーブルの中
   心位置とほぼ一致するように４本の導体を配置し、前記
   四角形の一方の対角線上に信号線の中心を位置させ、前
   記四角形の他方の対角線上に電源供給線の中心を位置さ
   せると共に、信号線の導体外径と信号線の外径との比を
   電源供給線の導体外径と電源供給線の外径との比より大
   きくし、かつ信号線の絶縁体の誘電率を電源供給線の絶
   縁体の誘電率よりも小さいものとしたことを特徴とする
   信号伝送用丸型ケーブル。