JP2005038617A

JP2005038617A - 高速ディファレンシャル信号伝送用コネクタ付きケーブルハーネスの接続構造

Info

Publication number: JP2005038617A
Application number: JP2003196998A
Authority: JP
Inventors: Shigehiro Sasai; 重広笹井
Original assignee: Totoku Electric Co Ltd
Current assignee: Totoku Electric Co Ltd
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2003-07-15
Publication date: 2005-02-10

Abstract

【課題】特性インピーダンスの不整合による反射特性の劣化が生ぜず、定在波を発生させず、信号を減衰させず、また伝送エラーを引き起こさないようにした高速ディファレンシャル信号伝送用のコネクタ付きケーブルハーネスの接続構造を提供する。
【解決手段】中心導体（１）の外周に低密度絶縁層（２）を設けた＋，−シグナルコア（３），（４）とドレイン導体（５）の外側に金属遮蔽（６）を設け、更にこの外周に絶縁被覆（７）を施したツイナックスケーブル（８）の一対の各々の端部において、露出した中心導体端部とドレイン導体端部に圧着端子（１１）を接続し、コネクタ（１４）のインシュレータにそれらシグナルコンタクトおよびグランドコンタクトを装着して列設させ、更に２層シュリンクチューブ（１２）により、ケーブル端部の絶縁被覆および金属遮蔽が取り除かれた部位の各対を、コネクタ（１４）の付け根部まで全長覆って再度一体化して本発明の接続構造（２０）とする。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コネクタとケーブルの接続構造に関し、更に詳しくは、高密度実装に対応した画像伝送など５００Ｍｂｐｓを越える高速ディファレンシャル信号伝送用のコネクタ付きケーブルハーネスの接続構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、動画伝送などの高速ディファレンシャル信号伝送に用いられるインターフェースケーブル装置においては、機器の多機能化や高精度化、信号の高速化に伴い、ケーブルは多芯且つ細線化し、コネクタは多極且つ小型化して高速信号の伝送特性に優れたものが求められている。なお下記特許文献１には、「コネクタへのケーブル接続方法及び接続構造並びに接続用補強部材」が記載されているが、高速ディファレンシャル信号伝送用コネクタ付きケーブルハーネスの接続構造については記載されていない。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０９−１２９３０７
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
高速ディファレンシャル信号を伝送するアプリケーションが益々増加する中で、軽薄短小化、原材料や加工性を含めた低価格化と優れた高周波特性を兼ね備えたインターフェースケーブル装置を提供することは重要な課題となっている。然しながら、現状のインターフェースケーブル装置においては次のような課題があった。すなわち、電気・電子機器間を接続する為の電気コネクタには多種多様な物があり、またその形状はコンパクト且つ複雑である。
例えば、中心導体の外周に低密度絶縁層を設けたシグナルコアの一対と一本以上のドレイン導体の外側に、金属箔テープを巻回して金属遮蔽を設け、更にこの外周に絶縁被覆を施したツイナックスケーブルをコネクタに接続する際には、一対のシグナルコアの端部で特性インピーダンスを良好に保つことが重要とされている。なお、加工性を考慮すると、一対以上のシグナルコアの端部において絶縁被覆および金属遮蔽をある程度の長さ取り除いたのち、各対毎に（＋シグナルコア、−シグナルコア、ドレイン導体で一対）ケーブル導体をコネクタの端子に相互接続する必要がある。然しながら、絶縁被覆および金属遮蔽が取り除かれ、シグナルコアやドレイン導体が露出したケーブル端部は、２本のシグナルコアの間隔が開き、周囲が誘電率の低い空気に覆われる為に特性インピーダンスは顕著に高くなってしまう。このため、高周波成分を多く含んだデジタル信号が入力されると、特性インピーダンスの不整合による反射特性の劣化が生じ、定在波を発生させ信号が減衰してしまうという問題点があった。また、対間の信号干渉（クロストーク）も周波数に比例して増大してしまうという問題点があった。そして、これらは伝送エラーを引き起こす原因となり得るという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記従来技術が有する各種問題点を解決するためになされたものであり、高周波成分を多く含んだデジタル信号が入力されても、特性インピーダンスの不整合による反射特性の劣化が生ぜず、定在波を発生させず、信号を減衰させず、また対間の信号干渉も周波数に比例して増大させないことにより伝送エラーを引き起こさないようにした高速ディファレンシャル信号伝送用のコネクタ付きケーブルハーネスの接続構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の観点として本発明は、中心導体（シグナル導体）の外周に低密度絶縁層を設けたシグナルコアの一対（＋シグナルコアと−シグナルコア）と一本以上のドレイン導体（接地導体）の外側に、金属箔、金属ラミネートテープまたは金属蒸着テープを螺旋巻き若しくは縦添え（金属面内側）して金属遮蔽を設け、更にこの外周に絶縁被覆を施したツイナックスケーブルの一対以上をコネクタに接続した高速ディファレンシャル信号伝送用コネクタ付きケーブルハーネスの接続構造であって、
前記一対以上のツイナックスケーブルの各々の端部において絶縁被覆および金属遮蔽が必要長剥離され、またそれぞれのシグナルコアの低密度絶縁層が必要長取り除かれて露出した中心導体端部とドレイン導体端部に圧着端子が接続され、前記コネクタのインシュレータ（本体）にシグナルコンタクト（信号端子）およびグランドコンタクト（接地端子）を装着して列設させ、更にシュリンクチューブ（熱収縮チューブ）により、ケーブル端部の絶縁被覆および金属遮蔽が取り除かれた部位の各対が、コネクタの付け根部まで全長覆われ再度一体化されていることを特徴とする高速ディファレンシャル信号伝送用のコネクタ付きケーブルハーネスの接続構造にある。
前記ツイナックスケーブルとしては、フレキシブル性を重視したツイストシールドケーブル、ＩｎｔｒａＳｋｅｗの低減を考慮したパラレルシールドケーブルを適材適所使い分けることができる。またシグナル導体及びドレイン導体としては各種導体を使用することができる。またドレイン導体は一本以上としているが、通常１本ないし２本を多用する。また中心導体の導体サイズはＡＷＧ２８〜ＡＷＧ３６が有用である。また金属遮蔽（以下、遮蔽と略記する）の金属箔としてはアルミ箔や銅箔、また金属ラミネートテープとしては前記金属箔をプラスチックフィルムにラミネートしたものが使用できる。また絶縁被覆は、樹脂押し出しや接着層付きプラスチックフィルムの螺旋巻き（接着層内側）により行う。前記シュリンクチューブは各種のものが使用でき、材質は一般的なオレフィン系エラストマー、シリコン、ＰＶＣ、弗素系樹脂等を用いることができる。
また、コネクタにケーブルを接続する手法としては、圧着端子にケーブルのシグナル導体およびドレイン導体を圧着しインシュレータにシグナルコンタクトおよびグランドコンタクトを装着して列設させる方法が一般的であるが、圧接コネクタや半田付けコネクタも使用できる。
上記第１観点の接続構造では、ケーブルハーネスに一対以上のツイナックスケーブルを採用することで、２本のシグナル導体に発生したノイズ成分がレシーバの入力段階で相殺されるため、シングルエンドタイプに比べて確実にデータ伝送を行うことが可能になる。また上記第１観点の接続構造では、ツイナックスケーブル端部の絶縁被覆と遮蔽が必要長取り除かれ、またそれぞれのシグナルコアの低密度絶縁層が必要長取り除かれたシグナル導体端部およびドレイン導体端部に圧着端子が接続されてコネクタに装着された後、ケーブル端部の絶縁被覆と遮蔽が取り除かれた部位をシュリンクチューブでコネクタの付け根まで覆い再度一体化することで、特性インピーダンスが整合され反射特性は改善し、さらに多対の場合は対間の信号干渉（クロストーク）も低減し、高速データ伝送時の信号品質が格段に向上する。
【０００７】
第２の観点として本発明は、前記シュリンクチューブが導電性チューブ、または金属箔や金属ラミネートテープ（金属面内側）を内層とした２層チューブであることを特徴とする高速ディファレンシャル信号伝送用のコネクタ付きケーブルハーネスの接続構造にある。
上記第２観点の接続構造では、前記シュリンクチューブとして、導電性チューブ、または２層チューブを用いると、反射特性の改善、対間の信号干渉の低減により効果的であり、高速データ伝送時の信号品質が更に格段に向上する。
【０００８】
第３の観点として本発明は、上記各観点の接続構造において、コネクタのシグナルコンタクトおよびグランドコンタクトに対して、一対以上のツイナックスケーブル端部のシグナル導体およびドレイン導体を接続する際、ケーブル構造に合致したピン配列を行い、特性インピーダンスを整合しクロストークを低減したことを特徴とする接続構造にある。
上記第３観点の接続構造では、コネクタの端子にケーブル導体を接続する際には、ケーブル構造に合致したピン配列を行うことで上記各観点の接続構造の効果は更に増す。
【０００９】
第４の観点として本発明は、前記高速ディファレンシャル信号伝送が、５００Ｍｂｐｓを越えるデータ伝送であることを特徴とするに上記各観点記載の接続構造にある。
上記第４観点の接続構造では、上記一連の手法により、５００Ｍｂｐｓを越える高速ディファレンシャル信号伝送が確実に行える。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内容を、図に示す実施の形態により更に詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
図１は、本発明の接続構造に用いるツイナックスケーブルの一例を示す断面付き斜視図である。図２は、本発明の接続構造の製造過程（端末アセンブリ方法）の状態を示す略図であり、同図（ａ）は絶縁被覆および遮蔽剥離後（端部低密度絶縁層も除去）、同図（ｂ）は圧着端子接続およびシュリンクチューブ挿入、同図（ｃ）はコネクタ装着およびシュリンクチューブ一体化（本発明の接続構造）である。図３は、特性比較データ１：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｙｅ−ｐａｔｔｅｒｎおよび特性インピーダンスのチャート図表である。また図４は、特性比較データ２：ＮＥＸＴ評価のチャート図表である。
これらの図において、１は中心導体（シグナル導体）、２は低密度絶縁層、３は＋シグナルコア、４は−シグナルコア、５はドレイン導体、６は金属遮蔽（外部導体）、７は絶縁被覆、８はツイナックスケーブル、１１は圧着端子（ソケット圧着端子）、１２は２層シュリンクチューブ、１３は汎用シュリンクチューブ、１４はコネクタ（ソケットコネクタ）、２０は高速ディファレンシャル信号伝送用コネクタ付きケーブルハーネスの接続構造である。
【００１１】
−第１の実施の形態−
本発明の接続構造の第１実施形態について図１、２を用いて説明する。
先ず図１を参照して本発明の接続構造に用いるツイナックスケーブルについて説明する。
中心導体（シグナル導体）（１）として、ＡＷＧ３０番線（７／０．１０２ｍｍ）の錫メッキ軟銅撚線を用い、この外周に低密度絶縁層（２）として、発泡ＰＥ（ポリエチレン）の押し出し被覆を施して外径０．７４ｍｍのシグナルコア（＋シグナルコア（３），−シグナルコア（４））とした。次に前記＋，−シグナルコア（３），（４）の２芯とドレイン導体（５）の１芯（ＡＷＧ３０番線の錫メッキ軟銅撚線）の合計３芯を一対として撚りピッチ約１５ｍｍで撚り合わせ、その上からアルミラミネートプラスチックテープをアルミ面内側で螺旋巻きして金属遮蔽（外部導体）（６）を形成し、さらにその上から接着層付きプラスチックフィルムを接着面内側で螺旋巻きして絶縁被覆（７）を施しツイナックスケーブル（８）を得た。
ここでケーブルのシグナル導体間の特性インピーダンスは１００Ωである。また本実施例は、短距離伝送用途で且つケーブルの柔軟性が要求される場合としてツイストシールドケーブルを例に挙げている。
なお、ツイストシールドケーブルのその他の例としては、中心導体（シグナル導体）（１）およびドレイン導体（５）として、ＡＷＧ３６番線（７／０．０５ｍｍ）の錫メッキ軟銅撚線を用い、また低密度絶縁層（２）として、ＰＦＡ（四フッ化エチレン‐パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）の押し出し被覆を施して外径０．３３ｍｍの＋，−シグナルコア（３），（４）とし、他のケーブル構造は上記第１実施形態と同様としツイナックスケーブルを得た。
【００１２】
次に、本発明の接続構造の製造方法（端末アセンブリ方法）について図２を用いて説明する。
先ず図２（ａ）に示すように、上記ツイナックスケーブル（８）を必要本数分だけ指定長に切り分けした後、それらケーブルの各々端部において、コネクタ加工時の作業性を考慮して絶縁被覆（７）および遮蔽（６）を端部より長さ２０ｍｍ前後取り除き、更に＋，−シグナルコア（３），（４）の低密度絶縁層（２）を数ｍｍ取り除いて中心導体（シグナル導体）（１）を露出させた。
次に、図２（ｂ）に示すように、金属箔を内層とする２層シュリンクチューブ（１２）を長さ約２０ｍｍに切断し、予め各ケーブル端部に挿入しておく。次いで、各々ケーブルの中心導体（１）とドレイン導体（５）をソケット圧着端子（１１）に圧着して接続した。
次に、図２（ｃ）に示すように、上記圧着端子接続およびシュリンクチューブ挿入後のケーブル端部をソケットコネクタ（１４）の所定位置に装着した。次に、２層シュリンクチューブ（１２）をケーブル端部の絶縁被覆および遮蔽が除去された部位まで（ソケットコネクタ（１４）の付け根位置まで）移動してから加熱収縮して、＋，−シグナルコア（３），（４）の２芯とドレイン導体（５）１芯毎に各対を一体化させて高速ディファレンシャル信号伝送用コネクタ付きケーブルハーネスの接続構造（２０）を製造した。
なお、ソケットコネクタ（１４）に圧着端子（１１）を装着する際には、ツイナックスケーブルの構造・ピッチ寸法に合致したピン配列を行い、特性インピーダンスを整合しクロストークを低減した。
【００１３】
−第２の実施の形態−
本発明の接続構造の第２実施形態について説明する。
上記第１実施形態で用いた２層シュリンクチューブ（１２）の替わりに汎用品のオレフィン系エラストマー樹脂のシュリンクチューブ（１３）を採用する以外は上記第１実施形態と同様にして本発明の接続構造を製造した。
【００１４】
−比較の形態−
比較の形態として、上記第１実施形態のツイナックスケーブル（８）の各々の端部の絶縁被覆（７）および遮蔽（６）を長さ２０ｍｍ取り除いたままの状態で、シュリンクチューブなしとする以外は上記第１実施形態と同様にして接続構造を製造した。
【００１５】
−特性試験−
上記第１、第２実施形態および比較の形態により得られた接続構造についてＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｙｅ−ｐａｔｔｅｒｎ及び特性インピーダンスを試験した。なお特性インピーダンスはコネクタ接続部をＴＤＲ法（時間領域反射法）で測定したものである。
その結果について、図３のＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｙｅ−ｐａｔｔｅｒｎ及び特性インピーダンスのチャート図表および、図４のＮＥＸＴ評価のチャート図表を用いて説明する。なお、これらのチャート図表において、第１実施形態は▲１▼「２層シュリンクチューブ全長」、第２実施形態は▲２▼「シュリンクチューブ全長」、また比較の形態は▲３▼「［シュリンクチューブなし」と表記している。
▲１▼２層シュリンクチューブで剥離部全長を一体化した場合には、図３のチャート図表から明らかなように、伝送速度が５００Ｍｂｐｓ〜３Ｇｂｐｓにおいて、ｅｙｅ−ｐａｔｔｅｒｎの波形、すなわち伝送信号の品質が良好であった。また特性インピーダンスの値も１３０Ωと良好であった。更に、図４のチャート図表から明らかなように、特性劣化は周波数に比例して顕著に現れず、また漏話特性も１８ｄＢａｔ３Ｇｂｐｓと良好であった。
▲２▼汎用シュリンクチューブで剥離部全長を一体化した場合には、図３のチャート図表から明らかなように、伝送速度が５００Ｍｂｐｓ〜３Ｇｂｐｓにおける伝送信号の品質、特性インピーダンス（１４５Ω）ともに▲１▼に比べ若干劣る程度で良好であった。更に、図４のチャート図表から明らかなように、特性劣化は周波数に比例して顕著に現れず、また漏話特性も１７ｄＢａｔ３Ｇｂｐｓと良好であった。
上記汎用シュリンクチューブでも良好な特性が得られることから、導体間距離を変えることで、特性インピーダンスの整合状態が変わり、伝送特性に大きく影響することが分かる。
▲３▼シュリンクチューブ無しの場合には、図３のチャート図表から明らかなように、伝送速度が５００Ｍｂｐｓを越えるとｅｙｅ−ｐａｔｔｅｒｎの波形、すなわち伝送信号の品質が劣化し始め、３Ｇｂｐｓでは大きく劣化していた。また特性インピーダンスの値は２２８Ωと非常に高インピーダンスであった。更に、図４のチャート図表から明らかなように、遮蔽を除去したこと（シュリンクチューブ無し）による特性劣化が周波数に比例して顕著に現れており、また漏話特性も１２ｄＢａｔ３Ｇｂｐｓと悪かった。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によると、ケーブルハーネスに一対以上のツイナックスケーブルを採用したことで、レシーバ入力段階での同相ノイズ成分のキャンセル効果により確実なデータ伝送が可能になった。また、ツイナックスケーブルの端部の遮蔽を必要長取り除き、コネクタにケーブル導体を接続した後、ケーブル端部の遮蔽が取り除かれた部位を、各対毎にシュリンクチューブでコネクタの付け根部まで覆い再度一体化したことで、特性インピーダンスが整合されて反射特性が改善し、さらに対間の信号干渉（クロストーク）も低減し、高速データ伝送時の信号品質が格段に向上した。なお、コネクタの端子にケーブル導体を接続する際には、ケーブル構造に合致したピン配列を行うことでその効果は更に増した。
上記一連の手法により、ＰＣ（パソコン）と表示装置間の画像データをやり取りする規格であるＴＭＤＳに代表される５００Ｍｂｐｓを越える高速ディファレンシャル信号伝送が確実に行えるようになった。従って、本発明は産業上に寄与する効果が極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接続構造に用いるツイナックスケーブルの一例を示す断面付き斜視図である。
【図２】本発明の接続構造の製造過程（端末アセンブリ方法）の状態を示す略図であり、同図（ａ）は絶縁被覆および遮蔽剥離後（端部低密度絶縁層も除去）、同図（ｂ）は圧着端子接続およびシュリンクチューブ挿入、同図（ｃ）はコネクタ装着およびシュリンクチューブ一体化（本発明の接続構造）である。
【図３】特性比較データ１：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｙｅ−ｐａｔｔｅｒｎおよび特性インピーダンスのチャート図表である。
【図４】特性比較データ２：ＮＥＸＴ評価のチャート図表である。
【符号の説明】
１中心導体
２低密度絶縁層
３＋シグナルコア
４ −シグナルコア
５ドレイン導体
６遮蔽
７絶縁被覆
８ツイナックスケーブル
１１圧着端子（ソケット圧着端子）
１２２層シュリンクチューブ
１３汎用シュリンクチューブ
１４コネクタ（ソケットコネクタ）
２０高速ディファレンシャル信号伝送用コネクタ付きケーブルハーネスの接続構造

Claims

中心導体（シグナル導体）の外周に低密度絶縁層を設けたシグナルコアの一対（＋シグナルコアと−シグナルコア）と一本以上のドレイン導体（接地導体）の外側に、金属箔、金属ラミネートテープまたは金属蒸着テープを螺旋巻き若しくは縦添え（金属面内側）して金属遮蔽を設け、更にこの外周に絶縁被覆を施したツイナックスケーブルの一対以上をコネクタに接続した高速ディファレンシャル信号伝送用コネクタ付きケーブルハーネスの接続構造であって、前記一対以上のツイナックスケーブルの各々の端部において絶縁被覆および金属遮蔽が必要長剥離され、またそれぞれのシグナルコアの低密度絶縁層が必要長取り除かれて露出した中心導体端部とドレイン導体端部に圧着端子が接続され、前記コネクタのインシュレータ（本体）にシグナルコンタクト（信号端子）およびグランドコンタクト（接地端子）を装着して列設させ、更にシュリンクチューブ（熱収縮チューブ）により、ケーブル端部の絶縁被覆および金属遮蔽が取り除かれた部位の各対が、コネクタの付け根部まで全長覆われ再度一体化されていることを特徴とする高速ディファレンシャル信号伝送用のコネクタ付きケーブルハーネスの接続構造。
前記シュリンクチューブが導電性チューブ、金属箔や金属ラミネートテープ（金属面内側）を内層とした２層チューブであることを特徴とする請求項１記載の高速ディファレンシャル信号伝送用のコネクタ付きケーブルハーネスの接続構造。
請求項１または２に記載の接続構造において、コネクタのシグナルコンタクトおよびグランドコンタクトに対して、一対以上のツイナックスケーブル端部のシグナル導体およびドレイン導体を接続する際、ケーブル構造に合致したピン配列を行い、特性インピーダンスを整合しクロストークを低減したことを特徴とする高速ディファレンシャル信号伝送用のコネクタ付きケーブルハーネスの接続構造。
前記高速ディファレンシャル信号伝送が、５００Ｍｂｐｓを越えるデータ伝送であることを特徴とする請求項１、２または３に記載の高速ディファレンシャル信号伝送用のコネクタ付きケーブルハーネスの接続構造。