JP2005174893A

JP2005174893A - 高周波用ｆｐｃ＆ｆｆｃコネクタ

Info

Publication number: JP2005174893A
Application number: JP2003436504A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Aoki; 和則青木
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-12-13
Filing date: 2003-12-13
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】高速伝送が可能で、信頼性が高く、安価な高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタを提供する。
【解決手段】高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタ２０は、高周波対応のＦＦＣケーブル上面に設けられた信号線およびグランド線と接続するのコンタクト２３の幅を長手方向にほぼ一定にする。
【選択図】図２

Description

本発明は、高周波伝送用のＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）＆ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキットケーブル）用のコネクタに関する。

従来のＦＰＣ＆ＦＰＣ用のコネクタは、高速伝送を必要としない帯域で使用する構造で、小型化、軽量化に重点があった。しかし、液晶画面の伝送や、プラズマディスプレー等の画像伝送を簡単な構造で、安価で、高速で、しかも大容量の伝送が可能な伝送線路が要求されるようになり、マイクロストリップラインを利用した構造の高周波対応ＦＰＣケーブルが発明された。

しかし、上記ケーブルを用いるコネクタは、低周波伝送用で、高周波帯で用いると、要求される特性を満足することができなかった。そのため、従来と同様に安価で且つ高速伝送が可能な高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタが求められてきた。
特開２００３−１３３６５９特開２００３−２１７３６０

従来、高速デジタル伝送に適した伝送線路として細線同軸ケーブルや遮蔽付きツイストケーブルが用いられてきた。しかし、上記ケーブルをコネクタに取り付け加工する際、加工が煩雑であること、ケーブルの導体が細すぎるため、取り付け加工が困難なこと、取り付け加工の信頼性がない等の問題があり、高速伝送が可能な高周波対応ＦＰＣケーブルが開発された。

また、従来の高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタの設計手法は、コネクタ部の伝送路長が使用波長に比較して著しく短いため、コネクタ部の特性インピーダンスを伝送線路の特性インピーダンスに整合させなくても、入力インピーダンスを伝送線路のケーブルの特性インピーダンスに合わせれば高速伝送に支障を生じさせないとの理由で、機械的な構造を重視したものであり、電気特性の一つであるＶＳＷＲ（電圧定在波比）を小さくすることに力点が置かれていた。しかし、高速のデジタル伝送を用いる場合は、ケーブルやコネクタの伝送線路の中における反射や、同時に用いる複数回線の遅延時間の差（スキューと称する）が大きくなると、高速デジタル伝送には適さないことが判明し、数ギガビット伝送する際には支障が生じ、それら問題を対処する手段がなかった。そのため、これら問題を解決する高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタの開発が求められてきた。

上記目的を達成するため、本発明の目的は、高速伝送が可能で、信頼性が高く、安価な高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタは、高周波対応のＦＦＣケーブルを用い、上記ケーブル上面に設けられた信号線およびグランド線と接続する高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタのコンタクトの幅を長手方向にほぼ一定にしたことを特徴とする。

一般に、高周波対応ＦＰＣケーブル用のコネクタは、スライダーを用いケーブルを強固に保持する構造のジフ型コネクタとスライダーを用いない構造のノンジフ型コネクタが考えられる。ジフ型高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタは高周波対応ＦＰＣケーブル上面に配置した信号線、グランド線に導通するコンタクトと上記コンタクトを保持する絶縁部、上記コンタクトと高周波対応ＦＰＣケーブルの信号線、グランド線を確実に接触させるためのスライダーおよび外部の電磁界の影響を少なくするためのシールドケースから構成される。

又、ノンジフ型ＦＰＣ＆ＦＦＣ用コネクタはケーブル上面に配置した信号線、グランド線に導通するコンタクト、そのコンタクトを保持する絶縁部、および外部の電磁界の影響を少なくするためのシールドケースから構成される。

ところで、特性インピーダンスは伝送線路の単位長当たりの静電容量に関係し、単位長当たりの静電容量は伝送線路間距離とその間の誘電率、伝送線路の導体形状による。従って、コンタクト形状をシンプルにすれば、伝送線路の特性インピーダンスを整合することも簡単であるが、従来のＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタのコンタクトは、機械的性能を重視した結果、複雑な形状にしていると同時に、高周波対応ＦＰＣケーブルに接続する部分のコンタクトの幅は狭く、ケーブル基盤近傍のコネクタ出口部分の幅が極めて広くしているので、コネクタ部での特性インピーダンスは不均一になり、不整合点で反射が発生する。

本発明によれば高周波対応のＦＦＣケーブルの信号線は直接、高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタのコンタクトに接続され、高周波対応のＦＦＣケーブル下面に設けられたグランド部の伝送線路は、上記ケーブル端でケーブル上面に設けられたグランド線と導通し、グランド線は上記信号線に接続されたコンタクトに隣接したコンタクトに接続されている。しかも、信号線に接続したコンタクトおよびグランド線に接続したコンタクト幅が長手方向にほぼ一定であるため、隣接したコンタクト間の距離とコンタクト幅の比は長手方向でほぼ一定であり、誘電率も高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタ内では一定であるから、高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタ部の特性インピーダンスは均一で、反射は小さくなる。

又、高周波対応ＦＰＣケーブルの信号線と信号線、あるいは信号線とグランド部は平行に配列され、高周波用コネクタ部でも同様に、その配置が維持されているので、回路間の遅延時間はほぼ等しくなり、スキューは極めて小さくなる。

又、請求項１の高周波用コネクタにおいて、特性インピーダンスが１００Ωのディフレンシャル方式の伝送で且つ、上面の信号線、グランド線の配置がグランド線−信号線−グランド線−信号線の高周波対応ＦＰＣケーブルを用いる場合、上記、コンタクト幅とコンタクト間距離の比を１．７〜２．１とし、また、上面の信号線、グランド線の配置がグランド線−信号線−信号線−グランド線の高周波対応ＦＰＣケーブルを用いる場合上記コンタクト幅とコンタクト間距離の比を０．９〜１．１としたこたことを特徴とする。

特性インピーダンス１００オームのディフレンシャル伝送を行うとき、高周波対応ＦＦＣケーブルの信号線、グランド線等の各部の寸法や材料を変えず、高周波対応ＦＦＣケーブルの上面に施した信号線、グランド線の配列の方法によって信号線とグランド線間あるいは２本の隣接した信号線間の静電容量、即ち特性インピーダンスは異なる。また、高周波対応ＦＰＣケーブルの上面に施した信号線、グランド線の配列の方法によって、接続した高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタ部の特性インピーダンスは異なった値を有する。即ち、高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタ部のコンタクトの信号回路部とグランド回路部の配置が信号−グランド−信号−グランドの場合とグランド−信号−信号−グランドの場合のグランドと信号間の静電容量は異なる。

従来の高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタもしくは汎用のＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタは、ＦＰＣケーブルの信号線とグランド線の配列によってコネクタのコンタクトの形状を変えてはいない。しかも、コネクタのコンタクトの幅と隣接するコンタクト間距離の比は、同じコンタクト内でも０．５〜３．５と大幅に変化しているため、上記コネクタ部の特性インピーダンスは大幅に変化する。しかも、高周波対応ＦＰＣケーブルを用いた場合、上記ケーブルの信号線とグランド線の配列の違いにより特性インピーダンスは異なった値を示す。従って、信号とグランドの配置が信号−グランド−信号−グランドの高周波対応ＦＦＣケーブルや、信号とグランドの配置が信号−グランド−信号−グランドの高周波対応ＦＦＣケーブルと従来のＦＰＣ用コネクタを接続し、特性インピーダンスが１００オームのディフレンシャル伝送を行うと、高周波伝送特性は極めて悪くなり、反射係数は大きくなる。信号−グランド−信号−グランド配列の高周波対応ＦＰＣケーブルを用いて、従来のＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタの信号回路間―信号回路間の特性インピーダンスを測定した結果、５０オーム〜３００オームの値が、グランド−信号−信号−信号−グランド配列の高周波対応ＦＰＣケーブルを用いて、同様に測定した結果は、３０オーム〜１９０オームの値が、得られている。

本発明によれば、高周波用コネクタの材料の誘電率は３．０〜４．３程度であり、信号線とグランド線の配列が信号線−グランド線−信号線−グランド線の高周波対応ＦＦＣケーブルに接続する高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタのコンタクト幅と隣接しているコンタクト間の距離の比は１．７〜２．１であるため、特性インピーダンスが１００オームのディフレンシャル伝送を行った場合、高周波用コネクタ部の信号線間の特性インピーダンスはほぼ１００オームで高性能の高周波性能が得られる。また、信号とグランドの配置がグランド線−信号線−信号線−グランド線の高周波対応ＦＦＣケーブルに接続する高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタのコンタクト幅と隣接しているコンタクト間の距離の比は０．９〜１．１であるため、特性インピーダンスが１００オームのディフレンシャル伝送を行った場合も同様、コネクタ部の信号線間の特性インピーダンスは、ほぼ１００オームであることを確認した。

以上、本発明によれば、従来のＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタと同様な構成部品を用い、コネクタのコンタクトの幅をほぼ一定にし、隣接するコンタクト間距離とコンタクト幅の比を制御し、高周波対応ＦＰＣケーブルを用いることにより、安価で且つ高周波特性の優れた伝送が可能となる。

以下に図面を参照して、本発明に係る高周波用コネクタの実施の形態について説明する。

本発明に係るコネクタを説明する前に、図５および図６を参照して従来のＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタ５０を説明する。高周波対応ＦＰＣケーブル１用に用いるジフ型コネクタ５０は、高周波対応ＦＰＣケーブル１の信号線３およびグランド線２とを確実に接触させるためにコンタクト５３が傾たり動かないようにする構造が必要である。このため、図６に示すように、従来の主流なコンタクト５３の保持方法であるいわゆるホーク構造が採用され、絶縁部材５２にＩ字状の縦溝を形成しその溝部で保持されている。部材５１はシールド部材を示す。このシールド部材５１とコネクタを取り付ける基盤によってコネクタ内部はほぼ完全にシールドされている。また符号５４は高周波対応ＦＰＣケーブル１の信号線３もしくはグランド線２に押圧するために水平方向に滑動可能なスライダー５４を示す。

コンタクト５３の配列は図４に示す様に等間隔に配列され、高周波対応ＦＰＣケーブル１の信号線はコンタクト５３ｂと接触し、高周波対応ＦＰＣケーブル１のグランド線はコンタクト５３ａと接触しているので、コネクタ５０部の特性インピーダンスはコンタクト５３ａとコンタクト５３ｂで形成される伝送路で決定される。ところで、図６は高周波対応ＦＰＣケーブル１から従来のＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタ５０のコンタクト５３に伝送し基盤まで伝達する様子を表した図であるが、高周波対応ＦＰＣケーブル１に接触するコンタクト５３の先端部分の幅Ｗ１は極めて小さく、コンタクトの根本部の幅Ｗ２は大きくなっているため、コンタクト５３ａとコンタクト５３ｂで形成される伝送路の静電容量および特性インピーダンスは不均一になる。周波数が低いときはこの不均一な部分を無視して伝送されるが、高周波の信号はこの不均一な部分で反射し、信号が伝達されなくなる。

図１（ａ）はこの発明に係るグランド線−信号線―グランド線−信号線―グランド線配列の高周波対応ＦＰＣケーブルの長手方向に切断した断面図であり、図１（ｂ）はグランド線−信号線―信号線―グランド線配列の高周波対応ＦＰＣケーブルの長手方向に切断した断面図である。図２はこの発明の高周波対応ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタのコンタクト２３部分で切断した断面図であり、図３は高周波対応ＦＰＣケーブル１から高周波対応ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタ２３のコンタクト２３に伝送し基盤まで伝達する様子を表した図である。図４（ａ）は高周波対応ＦＰＣケーブルを一般的なＦＰＣ＆ＦＦＣ用コネクタもしくは本発明の高周波対応ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタを接続した状態のコンタクト５３または２３の配置の斜形図である。

本発明の高周波対応ジフ型ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタ２３は、高周波対応ＦＰＣケーブル１の信号線３およびグランド線２とを確実に接触させるためにコンタクト２３が傾たり動かないようにするため、図２に示すように、従来の主流なコンタクト２３の保持方法であるいわゆるホーク構造が採用され、絶縁部材２２にＩ字状の縦溝を形成しその溝部で保持されている。部材２１はシールド部材を示す。このシールド部材２１とコネクタを取り付ける基盤によってコネクタ内部はほぼ完全にシールドされている。また符号２４は高周波対応ＦＰＣケーブル１の信号線３もしくはグランド線２に押圧するために水平方向に滑動可能なスライダー２４を示す。

コンタクト２３の配列は図４に示す様に等間隔に配列され、高周波対応ＦＰＣケーブル１の信号線はコンタクト２３ｂと接触し、高周波対応ＦＰＣケーブル１のグランド線はコンタクト２３ａと接触しているので、コネクタ２０部の特性インピーダンスはコンタクト２３ａとコンタクト２３ｂで形成される伝送路で決定される。図３は高周波対応ＦＰＣケーブル１から従来の高周波対応ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタ２０のコンタクト２３に伝送し基盤まで伝達する様子を表した図であるが、高周波対応ＦＰＣケーブル１に接触するコンタクト２３の先端部分の幅Ｗと、コンタクトの根本部の幅Ｗをほぼ等しくしているため、コンタクト２３ａとコンタクト２３ｂで形成される伝送路の静電容量および特性インピーダンスはほぼ均一になる。従って、低周波から高周波領域までコネクタ部分で反射なく信号が伝達される。

高周波対応ジフ型ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタ２３は、スライダーを有効に働かし、コンタクトをハウジングに確実に保持させるため、ホーク形状をしている。高周波対応のＦＰＣケーブルの上面に配置された信号線３またはグランド線２に接触しないホーク形状の下側部分２３１は電気回路で言うスタブの役割をしている。そのスタブの部分が極めて短いため低周波領域から数ギガヘルツ程度までの高周波領域までの伝送には支障は生じない。

特性インピーダンスが１００Ωのディフレンシャル方式の伝送を高周波対応ＦＰＣケーブル１で伝送する場合、高周波対応ＦＰＣケーブル１の上面に設置された信号線３およびグランド線２の配列は図１（ａ）に示すように、グランド線２−信号線３−グランド線２−信号線３か、図１（ｂ）に示すようにグランド線２−信号線３−信号線３−グランド線２の最も近い２本の信号線３を用いて伝送するのが一般的である。従って、高周波対応ＦＰＣケーブル１にＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタ２０を接続すると図４に示すように高周波対応ＦＰＣケーブル１の上面に設置された信号線３に接触しているコンタクト２３ｂ、グランド線に接触しているコンタクト２３ａの配列は、高周波対応ＦＰＣケーブル１の配列が図１（ａ）に示すグランド線２−信号線３−グランド線２−信号線３のとき、図４（ａ）のコンタクト２３ａ―コンタクト２３ｂ―コンタクト２３ａ―コンタクト２３ａとなり、高周波対応ＦＰＣケーブル１の配列が図１（ｂ）に示すグランド線２−信号線３−信号線３―グランド線２のとき、図４（ｂ）のコンタクト２３ａ―コンタクト２３ｂ―コンタクト２３ｂ―コンタクト２３ｂとなる。

回路の特性インピーダンスは、信号線路―信号線路間の単位長当たりの静電容量に依存し、２線路間の単位長当たりの静電容量は周囲のグランド線路の形状、位置等に影響されるため、コンタクト２３の配列が図４（ａ）の場合と図４（ｂ）の場合では、２線路間の単位長当たりの静電容量も変化し、それに伴って特性インピーダンスも変化する。

コネクタの絶縁部材２２は通常、ＰＢＴ樹脂やＰＰ樹脂あるいはナイロン樹脂等の誘電率３．０〜４．０の材料が使用されている。しかも、高周波対応ＦＰＣケーブル１の上面に設置された信号線３およびグランド線２の配列が図１（ａ）に示すように、グランド線２−信号線３−グランド線２−信号線３とコネクタ２０を接続した場合は、コネクタ２０のコンタクト幅、Ｗとコンタクト間距離、Ｄの比すなわちＷ／Ｄを１．７〜２．１としているので、ディフレンシャル伝送の場合、ほぼ１００オームの特性インピーダンスを得ることができる。また、図１（ｂ）に示すようにグランド線２−信号線３−信号線３−グランド線２とコネクタ２０を接続した場合、コネクタ２０のコンタクト幅Ｗとコンタクト間距離、Ｄの比すなわちＷ／Ｄを０．９〜１．１としているので、同様にほぼ１００オームの特性インピーダンスを得ることができる。

図２はジフ型の上接点タイプの高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタの実施例であり、ノンジフ型の上接点タイプ高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタや、下接点タイプのジフ型高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタや下接点タイプのノンジフ型高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタも同様の構造で高周波伝送が可能である。

図１は、本発明に係わる高周波対応ＦＦＣケーブルの長さ方向と垂直に切断し断面図であり、図１（ａ）はグランド線と信号線がグランド線―信号線―グランド線―信号線の配列の場合であり、図１（ｂ）はグランド線と信号線がグランド線―信号線―信号線―グランド線の配列の場合である。図２は、本発明の高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタのコンタクト部で切断した断面図である。図３は、高周波対応ＦＦＣケーブルに本発明の高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタを接続した状態でのコンタクト部における信号の伝達状態を表した図である。図４は、高周波対応ＦＦＣケーブルに従来のＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタもしくは本発明の高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタを接続した時のコネクタのコンタクトと高周波対応ＦＦＣケーブルの信号線、グランド線の導通状態を示した斜形図あり、図４（ａ）は、信号線、グランド線がグランド線―信号線―グランド線―信号線の配列の場合であり、図（ｂ）は、グランド線―信号線―信号線−グランド線―の配列の場合である。図５は、従来のＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタのコンタクト部で切断した断面図である。図６は、高周波対応ＦＦＣケーブルに従来のＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタを接続した状態でのコンタクト部における信号の伝達状態を表した図である。

符号の説明

１：高周波対応ＦＦＣケーブル
２：グランド線
３：信号線
４：絶縁層
５：グランド部
６ａ：上部カバー
６ｂ：下部カバー
２０：高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタ
２１：高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタのシールドケース
２２：高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタの絶縁層
２３：高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタのコンタクト
２３ａ：高周波対応ＦＦＣケーブルのグランド線に導通する高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタのコンタクト
２３ｂ：高周波対応ＦＦＣケーブルのグランド線に導通する高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタのコンタクト
２３１：高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタのコンタクト部の下側部分
２４：高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタのスライダー
３１：高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタのコンタクト部での信号の流れ曲線
５０：従来の高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタ
５１：従来の高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタのシールドケース
５２：従来の高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタの絶縁部
５３：従来の高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタのコンタクト
５４：従来の高周波用ＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタのスライダー
６１：従来のＦＰＣ＆ＦＦＣコネクタのコンタクト部での信号の流れ曲線

Claims

上面、下面の２層の伝送回路からなり、上面には信号線および信号線の間に設けたグランド線、下面にはグランド部を設け、且つケーブルの両端で下面に配置したグランド部と上面に配置したグランド線間を導通させた高周波対応のＦＦＣケーブルまたはＦＰＣケーブル（以下高周波対応ＦＰＣケーブルと呼ぶ）を用いるコネクタにおいて、上記ケーブル上面に設けられた信号線またはグランド線と接続するコネクタのコンタクトの幅を長手方向にほぼ一定にしたことを特徴とする高周波用ＦＦＣ＆ＦＰＣコネクタ。
請求項１のコネクタにおいて、特性インピーダンスが１００Ωのディフレンシャル方式の伝送で且つ、上面の信号線、グランド線の配置がグランド線−信号線−グランド線−信号線の高周波対応ＦＰＣケーブルを用いる場合、上記、コンタクト幅とコンタクト間距離の比を１．７〜２．１とし、また、上面の信号線、グランド線の配置がグランド線−信号線−信号線−グランド線の高周波対応ＦＰＣケーブルを用いる場合、上記コンタクト幅とコンタクト間距離の比を０．９〜１．１としたこたことを特徴とする高周波用ＦＦＣ＆ＦＰＣコネクタ。