JP2005135840A - コネクタ付ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】 ケーブルの長さや種類が変更されても、常に最適な波形整形処理、および各ペア線間スキューのバラツキを均一化できるコネクタ付ケーブルを提供する。
【解決手段】 ケーブル２の両端にコネクタ３ｔ，３ｒをそれぞれ取り付けたコネクタ付ケーブル１において、受信側コネクタ３ｒあるいは送信側コネクタ３ｔに、受信信号あるいは送信信号の波形整形を行う波形整形素子４を内蔵したものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ケーブルの両端にコネクタをそれぞれ取り付けたコネクタ付ケーブルに係り、特に、信号を安定して長距離伝送するコネクタ付ケーブルに関するものである。

電子機器間や通信機器間の接続に使用されるコネクタ付ケーブルとして、図９に示すようなコネクタ付ケーブル９１がある。このコネクタ付ケーブル９１は、ケーブル９２の一端に送信側コネクタ９３ｔを取り付けると共に、ケーブル９２の他端に受信側コネクタ９３ｒを取り付けたものである。

コネクタ付ケーブル９１は、例えば、送信側の通信機器９４ｔと受信側の通信機器９４ｒ間の接続に使用される。送信側の通信機器９４ｔは、基板９５ｔと、二つの差動信号を生成する信号源９６とを備え、その基板９５ｔには送信側コネクタ９３ｔが接続される。受信側の通信機器９４ｒは、基板９５ｒと、受信器９７と、受信信号の波形整形を行う波形整形素子（アンプ・イコライザ用）９８とを備え、その基板９５ｒには受信側コネクタ９３ｒが接続される。

通信機器９４ｔ，９４ｒ間で通信を行うと、送信信号ｔ９は、コネクタ９３ｔ、ケーブル９２、コネクタ９３ｒを介することにより、コネクタ９３ｒに達すると信号波形が歪んで受信信号ｒ９になり、伝送特性に悪影響を及ぼす。この信号波形の歪みはケーブル長が長くなるほど大きくなり、ある長さ以上には信号を伝送することは不可となる。

そこで、一般に受信側の通信機器９４ｒでは、信号の伝送距離を延ばすために、受信器９７の前段となる基板９５ｒに波形整形素子（あるいは波形整形回路）９８を設けている。この波形整形素子９８では、ごく一般的な波形整形処理、すなわち、伝送信号波形が持つ低周波から高周波領域に亘るスペクトラムを一定値に整え、さらに低周波から高周波領域の位相補償、各ペア線間の遅延時間（スキュー）の改善、および信号増幅を行う等の処理がなされる。

したがって、受信信号ｒ９は、波形整形素子９８によって整形され、送信信号ｔ９と同等の整形信号ｓ９となって受信器９７で受信される。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。

特開平６−２８４１１８号公報 特開平９−３６３０１号公報

一般にコネクタ付ケーブルの伝送特性、すなわち伝送波形の歪み具合は、ケーブルの長さ・構造・材質に大きく依存する。

しかしながら、上述したように、ごく一般的な波形整形処理機能が組み込まれた波形整形素子９８は、通常、受信側の通信機器９４ｒの基板９５ｒに搭載されるので、ケーブルの長さ・構造・材質によって常に最適なものに取り替えられることはない。

そのため、コネクタ付ケーブル９１では、ケーブル９２の長さや種類を変更した場合、信号の波形処理が適切に行われず、伝送特性の改善が期待通りになされないという問題がある。

より詳細には、コネクタ付ケーブル９１に高周波成分および低周波成分を含むランダムのロジック信号を伝送した場合、受信側コネクタ９３ｒと受信器９７において、図１０に示すようなアイパターンが測定できるので、このアイパターンの開口率（信号波形の目の開き具合）によってケーブルの伝送特性（デジタル信号波形の波形品質）を評価することが広く行われている。アイパターン開口率が大きいと、信号識別が確かになり、伝送エラーの発生頻度が低くなる。

図１０に示すように、ケーブル長１０ｍのあるコネクタ付ケーブル（ｔｙｐｅＡ）９１では、ケーブル通過後波形のアイハイトは３００ｍＶであり、整形後波形のアイハイトは９５０ｍＶであった。これに対し、ｔｙｐｅＡと同じケーブル長であるが、ｔｙｐｅＡとはケーブルの種類が異なるケーブルコネクタ付ケーブル（ｔｙｐｅＢ）９１では、ケーブル通過後の波形のアイハイトは３００ｍＶであったが、整形後波形のアイハイトは７００ｍＶであった。

つまり、コネクタ付ケーブル９１を用いたインターフェイスでは、ケーブルの種類の違いにより、波形整形素子９８の波形復元（整形）効果に違いが生じる。ただし、図１０では、各アイパターンにおいて、横軸を時間にとり、縦軸をアイパターン開口率の指標となるアイハイト（ｍＶ）にとっている。アイハイトはアイパターンの最小振幅である。

また、図１１に示すように、コネクタ付ケーブル９１を用いて、パラレルに複数の信号を伝送する場合、ペア１とペア２とからなる送信信号ｔ１１は、各ペア線の電気長の違いによりスキューが発生するので、コネクタ９３ｒに達すると、例えばペア１よりペア２が遅れた受信信号ｒ１１になる。スキューの発生度合いはケーブルの種類によって異なるため、波形整形素子９８ではスキューを適切に調整することができず、伝送特性が悪化（劣化）したままの受信信号ｒ１１が受信器９７で受信される。

つまり、コネクタ付ケーブル９１を用いたインターフェイスでは、各ペア線間のスキューのバラツキによって、複数の信号が同時に伝送されなくなるという問題がある。

そこで、本発明の目的は、ケーブルの長さや種類が変更されても、常に最適な波形整形処理、および各ペア線間スキューのバラツキを均一化できるコネクタ付ケーブルを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、ケーブルの両端にコネクタをそれぞれ取り付けたコネクタ付ケーブルにおいて、受信側コネクタあるいは送信側コネクタに、受信信号あるいは送信信号の波形整形を行う波形整形素子を内蔵したコネクタ付ケーブルである。

請求項２の発明は、ケーブルの両端にコネクタをそれぞれ取り付けたコネクタ付ケーブルにおいて、受信側コネクタに受信信号の波形整形を行う波形整形素子を内蔵すると共に、送信側コネクタに送信信号の波形整形を行う波形整形素子を内蔵したコネクタ付ケーブルである。

請求項３の発明は、上記波形整形素子は、上記各コネクタがそれぞれ備えるコネクタ基板に形成された回路網に対して、抵抗、インダクタ、コイルのうち少なくとも一つを接続して構成される請求項１または２記載のコネクタ付ケーブルである。

請求項４の発明は、上記波形整形素子は、上記各コネクタがそれぞれ備えるコネクタ基板に形成された回路網に対して、その回路網の一部を開放あるいは短絡して構成される請求項１または２記載のコネクタ付ケーブルである。

本発明によれば、ランダムのデジタル信号の伝送特性が向上し、信号の伝送距離を延長でき、ケーブルを細径化できるという優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の好適実施の形態であるコネクタ付ケーブルを用いたインターフェイスの一例を示す概略図である。

図１に示すように、本実施の形態に係るコネクタ付ケーブル１は、ケーブル２の一端に送信側コネクタを３ｔを取り付けると共に、ケーブル２の他端に受信側コネクタ３ｒを取り付け、その受信側コネクタ３ｒに受信信号の波形整形を行う能動（アクティブ）素子としての波形整形素子（アンプ・イコライザ用）４を内蔵したものである。

各コネクタ３ｔ，３ｒは、配線パターンや電気部品で構成される回路網が形成された図示しないコネクタ基板をそれぞれ備えている。波形整形素子４は、受信側コネクタ３ｒが備えるコネクタ基板に搭載され、そのコネクタ基板に形成された回路網の一部を構成する。

ケーブル２としては、主に周波数がＧＨｚ領域の高周波信号（デジタル信号あるいはアナログ信号）を高速で通信する通信ケーブル、例えば、ツイストペアケーブル、同軸ケーブル、２心平行同軸ケーブルを使用する。２心平行同軸ケーブルは、内部導体の外周にそれぞれ絶縁体を形成してなる二本並列のコアと、これらコアを覆う外部導体とを備えた同軸ケーブルである。

コネクタ付ケーブル１は、例えば、送信側の通信機器５ｔと受信側の通信機器５ｒ間の接続に使用される。送信側の通信機器５ｔは、基板６ｔと、二つの差動信号を生成する信号源７とを備える。基板６ｔには、信号源７が搭載されると共に、信号源７と送信側コネクタ３ｔ間を結ぶ配線パターン８ｔが形成される。また、基板６ｔには送信側コネクタ３ｔが接続されることで、送信側の通信機器５ｔとケーブル２とが電気的に接続される。

受信側の通信機器５ｒは、基板６ｒと、受信器９とを備える。基板６ｒには、受信器９が搭載されると共に、受信器９と受信側コネクタ３ｒ間を結ぶ配線パターン８ｒが形成される。また、基板６ｒには受信側コネクタ３ｒが接続されることで、受信側の通信機器５ｒとケーブル２とが電気的に接続される。

波形整形素子４は、図２に示すように、受信側のコネクタ３ｒが備えるコネクタ基板に形成された回路網に対して、抵抗Ｒを着脱可能に設け、その抵抗Ｒを波形整形素子本体２１に接続して構成される。

本実施の形態では、波形整形素子本体２１としては、例えば、図示しない複数の演算増幅器（ＯＰアンプ）と、片側に設けられる６端子のリード２２ｉと、反対側に設けられる６端子のリード２２ｏとを備えたＤＩＰ型のＩＣを使用した。

波形整形素子本体２１では、ごく一般的な波形整形処理、すなわち、伝送信号波形が持つ低周波から高周波領域に亘るスペクトラムを一定値に整え、さらに低周波から高周波領域の位相補償、各ペア線間の遅延時間（スキュー）の改善、および信号増幅を行う等の処理がなされる。

波形整形素子４は、４つのリード２２ｉを入力端子（ｉｎ）として使用すると共に、入力端子に対向する４つのリード２２ｏを出力端子（ｏｕｔ）として使用し、１つのリード２２ｉを＋電源端子（Ｖ＋）として使用すると共に、＋電源端子に対向する１つのリード２２ｏを−電源端子（Ｖ−）として使用し、残りのリード２２ｉ，２２ｏ間に抵抗Ｒを接続して構成される。

波形整形素子４の抵抗Ｒの抵抗値は、ケーブル２の特性（長さ・構造・材質）に応じて生じる信号の減衰量に対して、受信信号ｒ１（図１参照）を適切に増幅するなどの最適な波形整形処理を行える値に設定される。

波形整形素子４は、図３（ａ）に示すように、抵抗Ｒ＝３０Ωのとき、入力信号の周波数ｆが高くなるにつれて増幅率Ａが徐々に高くなる特性曲線３１ａに従う特性を有する。また、波形整形素子４は、図３（ｂ）に示すように、抵抗Ｒ＝６０Ωのとき、入力信号の周波数ｆが低いと増幅率Ａが非常に低く、入力信号の周波数ｆが高くなるにつれて増幅率Ａがほぼ指数関数的に高くなる特性曲線３１ｂに従う曲線を有する。

本実施の形態では、波形整形素子本体２１に抵抗Ｒを接続した波形整形素子４の例で説明したが、波形整形素子としては、受信側のコネクタ３ｒが備えるコネクタ基板に形成された回路網に対して、その回路網の一部を開放あるいは短絡して構成してもよい。例えば、図２の波形整形素子本体２１において、抵抗Ｒが接続されたリード２２ｉ，２２ｏ間を開放したり、そのリード２２ｉ，２２ｏ間にジャンパ線を接続して短絡したりする。

本実施の形態の作用を説明する。

図１に示すように、通信機器５ｔ，５ｒ間で通信を行うと、信号源７で生成された矩形波状の送信信号ｔ１は、送信側コネクタ３ｔ、ケーブル２、受信側コネクタ３ｒを介することにより、ケーブル２の特性に応じて、受信側コネクタ３ｒに達すると信号波形が歪んで受信信号ｒ１になる。

このとき、波形整形素子４の抵抗Ｒの抵抗値は、ケーブル２の特性（長さ・構造・材質）に応じて生じる信号の減衰量に対して、受信信号ｒ１を適切に増幅するなどの最適な波形整形処理を行える値に予め設定されている。

したがって、受信信号ｒ１は、受信側コネクタ３ｒに内蔵された波形整形素子４によって整形され、送信信号ｔ１と同等の矩形状の整形信号ｓ１となって受信器９で受信される。

さらに、ケーブル２とは長さや種類が異なるケーブル２ｘ（図示せず）を使用する場合は、受信側コネクタ３ｒのコネクタ基板からケーブル２に対応した抵抗Ｒを取り外し、ケーブル２ｘの特性に対応した抵抗Ｒｘ（図示せず）を受信側コネクタ３ｒに組み込めば、ケーブルの長さや種類によらず、受信信号の波形整形処理を常に簡単に最適化できる。

ここで、本実施の形態に係るコネクタ付ケーブルの伝送特性（アイパターン）を測定した結果を図４に示す。

まず、ケーブル長１０ｍのあるコネクタ付ケーブル（ｔｙｐｅＡ）１と、ｔｙｐｅＡと同じケーブル長であるが、ｔｙｐｅＡとはケーブルの種類が異なるケーブルコネクタ付ケーブル（ｔｙｐｅＢ）１とを用意した。

ｔｙｐｅＡの受信側コネクタ３ｒのコネクタ基板には、Ｒ＝３０Ω、図３（ａ）の特性曲線３１ａに従う特性を有する波形整形素子４を搭載し、ｔｙｐｅＢの受信側コネクタ３ｒのコネクタ基板には、抵抗Ｒだけを組み換え、Ｒ＝６０Ω、図３（ｂ）の特性曲線３１ｂに従う特性を有する波形整形素子４を搭載した。

伝送特性の評価は、各ケーブルに、最大振幅が１０００ｍＶのランダムのロジック信号を伝送してアイパターンを測定し、そのアイパターンからアイハイト（ｍＶ）を求めて行った。図４では、各アイパターンにおいて、横軸を時間にとり、縦軸をアイパターン開口率の指標となるアイハイト（ｍＶ）にとっている。アイハイトはアイパターンの最小振幅である。

図４に示すように、ｔｙｐｅＡでは、ケーブル通過後波形のアイハイトは３００ｍＶであり、整形後波形のアイハイトは１０００ｍＶであった。また、ｔｙｐｅＢにおいても、ケーブル通過後の波形のアイハイトは３００ｍＶであり、整形後波形のアイハイトは１０００ｍＶであった。本実施の形態に係るコネクタ付ケーブル１は、図４と図１０とを比較すれば、従来例に比べ、最大で３０％程度も伝送特性を改善できたことがわかる。

つまり、コネクタ付ケーブル１を用いたインターフェイスでは、抵抗Ｒを組み換えさえすれば、ケーブルの種類の違いによらず、波形整形素子４の波形復元（整形）効果は同じになり、簡単に伝送特性を改善できる。

このように、本実施の形態に係るコネクタ付ケーブル１は、受信側コネクタ３ｒに受信信号ｒ１の波形整形を行う波形整形素子４を内蔵し、ケーブル２の特性に対応した波形整形素子４を構成する抵抗Ｒを着脱可能に設けたので、コネクタ付ケーブル１のロットによらず、あるいはケーブル２の長さや種類が変更されても、受信信号ｒ１の波形整形処理を常に簡単に最適化でき、所望の伝送特性の改善を行うことができる。

これにより、高周波成分および低周波成分を含むランダムのデジタル信号の伝送特性が向上し、信号の伝送距離を延長できる。

また、コネクタ付ケーブル１は、高周波信号の減衰量を低下させるために内部導体を太くする必要がなく、ケーブル２を細径化できる。

ケーブル２の特性に対応した波形整形素子４の最適化は、受信側コネクタ３ｒのコネクタ基板に形成された回路網の一部（本実施の形態では、抵抗Ｒ）の組み換えのみで簡単に行うことができる。

このため、コネクタ付ケーブル１をインターフェイスでは、ケーブル２の長さや種類によらず、通信機器５ｔ，５ｒの各基板６ｔ，６ｒ、コネクタ３ｔ，３ｒのコネクタ基板、波形整形素子本体２１は取り換える必要がなく、同じものが使用できるので、量産効果による原価低減を図ることができる。

次に、第２の実施の形態を説明する。

図５に示すように、コネクタ付ケーブル５１は、受信側コネクタ３ｒに、図１および図２の波形整形素子４の機能に加え、受信信号ｒ５の各ペア線間の遅延時間（スキュー）のバラツキを改善（均一化）する機能を有する波形整形素子（アンプ・イコライザ用）５２を内蔵したものである。

波形整形素子５２は、図６に示すように、受信側のコネクタ３ｒが備えるコネクタ基板に形成された回路網に対して、インダクタＬを着脱自在に設けると共に、コンデンサＣを着脱自在に設け、これらインダクタＬおよびコンデンサＣを、図１および図２の波形整形素子４の抵抗Ｒに並列接続したものである。

波形整形素子５２のインダクタＬのインダクタンス値およびコンデンサＣの容量値は、ケーブル２の特性（長さ・構造・材質）に応じて生じる各ペア線間のスキューのバラツキに対して、受信信号ｒ５のペア１とペア２との遅延時間を一致させるなどの適切な波形整形処理を行える値に設定される。

コネクタ付ケーブル５１を用いて、パラレルに複数の信号を伝送する場合、矩形波状のペア１と矩形波状のペア２とからなる送信信号ｔ５は、各ペア線の電気長の違いによりスキューが発生するので、コネクタ３ｒに達すると、例えばペア１よりペア２が遅れた受信信号ｒ５になる。

スキューの発生度合いはケーブル２の長さや種類によって異なるが、ケーブル２に対応したインダクタＬおよびコンデンサＣを着脱自在に設けて構成される波形整形素子５２により、ケーブル２の長さや種類によらず、受信信号ｒ５のスキューを適切に簡単に調整できるので、受信信号ｒ５は、ペア１とペア２との遅延時間が一致して伝送特性が改善された整形信号ｓ５として受信器９で受信される。

つまり、コネクタ付ケーブル５１を用いたインターフェイスでは、ケーブル２の長さや種類によらず、各ペア線間のスキューのバラツキを均一化できるので、複数の信号を常に同時に伝送できる。

第３の実施の形態を説明する。

図７に示すように、コネクタ付ケーブル７１は、送信側コネクタ３ｔに、送信信号ｔ７の波形整形を行う波形整形素子（プリエンファシス用）７２を内蔵したものである。プリエンファシスとは、雑音や歪みに対して高周波成分が妨害を受けやすいので、ケーブル２を伝送することによる高周波信号の減衰量を求めておき、その減衰量を補償するように予め送信側において送信信号ｔ７の高周波成分を増幅することをいう。

波形整形素子７２は、詳細は図示していないが、送信側コネクタ３のコネクタ基板に形成された回路網に対して、ケーブル２の特性に対応した抵抗、インダクタ、コンデンサを着脱可能に設け、これら抵抗、インダクタ、コンデンサを図２の波形整形素子本体２１に適宜接続したり、回路網の一部を開放あるいは短絡したりして構成される。

コネクタ付ケーブル７１を用いたインターフェイスでは、送信信号ｔ７は、波形整形素子７２によって波形整形され、高周波成分が増幅された増幅信号ａ７になって送信される。増幅信号ａ７は、ケーブル２を伝送する間に減衰するが、受信側コネクタ３ｒに達すると送信信号ｔ７と同等の受信信号ｒ７になり、この受信信号ｒ７が受信器９で受信される。

コネクタ付ケーブル７１によっても、図１のコネクタ付ケーブル１と同様の作用効果が得られる。

第４の実施の形態を説明する。

図８に示すように、コネクタ付ケーブル８１は、受信側コネクタ３ｒに図１の波形整形素子４を内蔵すると共に、送信側コネクタ３ｔに図７の波形整形素子７２を設けたものである。

コネクタ付ケーブル８１を用いたインターフェイスでは、送信信号ｔ８は、波形整形素子７２によって波形整形され、高周波成分が増幅された増幅信号ａ８になって送信される。増幅信号ａ８は、ケーブル２を伝送する間に減衰し、受信側コネクタ３ｒに達すると信号波形が歪んだ受信信号ｒ８になる。受信信号ｒ８は、波形整形素子４によって整形され、送信信号ｔ８と同等の整形信号ｓ８となって受信器９で受信される。

コネクタ付ケーブル８１を用いれば、送信側および受信側の両端において信号の波形整形を行うことができるので、受信側で信号の波形整形を行う図１のコネクタ付ケーブル１や、送信側で信号の波形整形を行う図７のコネクタ付ケーブル７１を用いる場合よりも、信号の長距離伝送を行うことができる。

本発明の好適実施の形態であるコネクタ付ケーブルを用いたインターフェイスの一例を示す概略図である。 波形整形素子の一例を示す概略図である。 図３（ａ）は、図２の波形整形素子のＲ＝３０Ωにおける特性を示す図である。図３（ｂ）は、図２の波形整形素子のＲ＝６０Ωにおける特性を示す図である。 図１に示したコネクタ付ケーブルの伝送特性（アイパターン）を示す図である。 第２の実施の形態であるコネクタ付ケーブルを用いたインターフェイスの一例を示す概略図である。 波形整形素子の一例を示す概略図である。 第３の実施の形態であるコネクタ付ケーブルを用いたインターフェイスの一例を示す概略図である。 第４の実施の形態であるコネクタ付ケーブルを用いたインターフェイスの一例を示す概略図である。 背景技術のコネクタ付ケーブルを用いたインターフェイスの一例を示す概略図である。 背景技術のコネクタ付ケーブルの伝送特性（アイパターン）を示す図である。 背景技術のコネクタ付ケーブルを用いたインターフェイスのペア間スキューを示す概略図である。

符号の説明

１ コネクタ付ケーブル
２ ケーブル
３ｒ 受信側コネクタ
３ｔ 送信側コネクタ
４ 波形整形素子
ｒ１ 受信信号

Claims (4)

1. ケーブルの両端にコネクタをそれぞれ取り付けたコネクタ付ケーブルにおいて、受信側コネクタあるいは送信側コネクタに、受信信号あるいは送信信号の波形整形を行う波形整形素子を内蔵したことを特徴とするコネクタ付ケーブル。
2. ケーブルの両端にコネクタをそれぞれ取り付けたコネクタ付ケーブルにおいて、受信側コネクタに受信信号の波形整形を行う波形整形素子を内蔵すると共に、送信側コネクタに送信信号の波形整形を行う波形整形素子を内蔵したことを特徴とするコネクタ付ケーブル。
3. 上記波形整形素子は、上記各コネクタがそれぞれ備えるコネクタ基板に形成された回路網に対して、抵抗、インダクタ、コイルのうち少なくとも一つを接続して構成される請求項１または２記載のコネクタ付ケーブル。
4. 上記波形整形素子は、上記各コネクタがそれぞれ備えるコネクタ基板に形成された回路網に対して、その回路網の一部を開放あるいは短絡して構成される請求項１または２記載のコネクタ付ケーブル。
   

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