JP2008226564A - 差動信号伝送ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】平行２心の構造を有し、良好で安定したスキュー特性を実現する差動信号伝送ケーブルを提供する。
【解決手段】所定の間隔で２本の中心導体１１１が平行に配置された、平行２心の構造を有する差動信号伝送ケーブルであって、２本の中心導体１１１を発泡絶縁体１１３ａと、同じく発泡性の導体間絶縁体１１３ｂとからなる絶縁体１１３によって一括に被覆した。
【選択図】図２

Description

本発明は、所定の間隔で２本の中心導体が平行に配置された、平行２心の構造を有する差動信号伝送ケーブルに関する。

従来より、通信機器やコンピュータ等に使用される高速データ通信用のケーブルとして、ＬＶＤＳ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌ：低電圧差動信号）用の伝送ケーブル（以下、「差動信号伝送ケーブル」という）が知られている。この差動信号伝送ケーブルに使用している信号線は、２本で１対となっており、その周囲はノイズを抑えるための遮蔽層として金属（銅やアルミ）を蒸着した薄いプラスチックテープが巻かれている。また、可撓性が必要であるため、信号線同士は撚り合わされている。

このような差動信号伝送ケーブルは、２本の信号線の低電圧差動によってデータを伝送しているため、スキュー特性と呼ばれる伝播遅延時間差（信号線対の伝送速度差）を最小限にする必要がある。そのため、どこで切断しても２本の信号線が同じ長さにならなければならず、信号線同士を撚り合わせた場合は、２本の信号線の物理的な長さだけでなく、電気的な長さも異なってくる恐れがある。そこで、所定の間隔で２本の信号線が平行に配置された、平行２心の構造を有する、いわゆる“ツインナックス（Ｔｗｉｎａｘ）構造”の差動信号伝送ケーブルが提案されている（特許文献１〜３、非特許文献１参照）。

また、一方、差動信号伝送ケーブルにおける高速大容量通信のため、信号線内での損失（誘電損）をできるだけ低くする必要がある。一般に信号線は、中心導体の周囲に絶縁体を被覆して構成されている。そこで、ケーブルの低損失化のため、信号線内の絶縁体として発泡ポリエチレンなどの発泡絶縁体を用いる技術が開示されている（特許文献１、非特許文献１参照）。
特開２００５−３４０１０５号公報 特開２００３−２４９１２８号公報 特許第３６６９５６２号公報 「インフィニバンドケーブル」フジクラ技報（第１０４号、２５〜２７ページ−２００３年４月、株式会社フジクラ発行）

上述したように、平行２心となるツインナックス構造では、２本の信号線の物理的、電気的な長さの差が生じないため、信号線同士を撚り合わせた場合に比べてスキュー特性を小さくすることができる。また、絶縁体として発泡絶縁体を用いた場合はケーブルの低損失化を図ることができる。

しかしながら、上記構造では、信号線を１本ずつ製造して平行２心としているため、製造ロットごとに発泡絶縁体の発泡度にばらつきが発生しやすく、また信号線１本ごとにリールに巻かれるために発泡絶縁体につぶれや変形が発生しやすいことから、信号線間距離が変動しやすいものとなっていた。

したがって、信号線に発泡絶縁体を用いたツインナックス構造の従来型ケーブルでは、信号線間距離の変動によってスキュー特性が悪化するだけでなく、特性そのものが安定しないという課題があった。

本発明の目的は、平行２心の構造を有し、良好で安定したスキュー特性を実現する差動信号伝送ケーブルを提供することにある。

本発明に係わる作動信号伝送ケーブルは、所定の間隔で２本の中心導体が平行に配置された、平行２心の構造を有する差動信号伝送ケーブルであって、前記２本の中心導体の周囲が発泡絶縁体によって一括に被覆されていることを特徴とする。

また、上記差動信号伝送ケーブルにおいて、２本の中心導体間に存在する絶縁体の発泡度は、他の領域に存在する発泡絶縁体の発泡度よりも低いことが好ましい。

また、上記差動信号伝送ケーブルにおいて、２本の中心導体間に存在する絶縁体の発泡度はゼロであることが好ましい。

更に、上記差動信号伝送ケーブルにおいて、前記２本の中心導体間に存在する発泡絶縁体の厚みは、前記中心導体の外径と同等とすることが好ましい。

本発明に係る差動信号伝送ケーブルによれば、２本の中心導体の周囲が一括で被覆されているので、中心導体１本ずつを発泡絶縁体で被覆した構造に比べ、発泡度にばらつきがなく、またつぶれや変形が発生しにくいため、良好で安定したスキュー特性を実現することができる。

以下、本発明に係わる作動信号伝送ケーブルの実施形態について説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（差動信号伝送ケーブルの構造）
本実施形態に係る差動信号伝送ケーブル１００は、図１に示すように、複数の信号線１１０を含むケーブルコア１０１と、このケーブルコア１０１の外周に配置されたテープ層１２０と、テープ層１２０の外側に配置された金属層１３０と、金属層１３０の外側に配置されたシース１４０とを備えている。

テープ層１２０は、樹脂テープ（ＰＥＴテープなど）の片側にアルミなどの金属を蒸着させたり、金属テープを張り合わせたりなどしたラミネートテープからなる押さえ巻き層である。また、金属層１３０は、金属編粗などからなり、必要に応じて配置される。更に、シース１４０は、例えば、無鉛ＰＶＣからなり、押出被覆として用いられる。

次に、信号線１１０の構造について、図２を用いて説明する。図２は、図１に示す信号線１１０の拡大図である。

信号線１１０は、図２に示すように、所定の間隔で平行に配置された２本の中心導体１１１と、ドレイン線１１２と、中心導体１１１及びドレイン線１１２を被覆する絶縁体１１３とを備えている。中心導体１１１は、単線でもよく撚線でも構わない。図２では、７本の導線を撚り合わせた中心導体１１１を用いている。中心導体１１１及びドレイン線１１２は、例えば、銅からなり、錫めっきや銀めっきを施した導線でもよい。

絶縁体１１３は、発泡絶縁体１１３ａと、導体間（発泡）絶縁体１１３ｂとで構成されている。２本の中心導体１１１の周囲は、発泡絶縁体１１３ａによって一括に被覆されている。また、２本の中心導体１１１間は、導体間絶縁体１１３ｂで被覆されている。このうち、２本の中心導体１１１間に存在する導体間絶縁体１１３ｂの発泡度は、その他の領域に存在する発泡絶縁体１１３ａの発泡度よりも低いことが好ましい。更に、導体間絶縁体１１３ｂの発泡度はゼロであることが好ましい。例えば、発泡絶縁体１１３ａの発泡度が４０〜５５％である場合、導体間絶縁体１１３ｂの発泡度は、同等の４０〜５５％としてもよく、発泡絶縁体１１３ａの発泡度よりも低い３０％程度としてもよく、更には発泡度をゼロ（ソリッド）としてもよい。

また、絶縁体１１３としては、低誘電率のプラスチックが用いられる。プラスチックとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、それらの混和物、フッ素樹脂（ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＦＴＦＥ）などが使用できる。また、これらの樹脂を発泡させて、更に低誘電率にする。発泡方法としては、化学物質を熱分解させたときに発生するガスを利用して発泡させる「化学発泡」、窒素ガスや炭酸ガスを超臨界状態で注入して発泡させる「物理発泡」を利用することができる。例えば、ポリエチレンで化学発泡させるとすると、化学発泡剤としてアゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）を０．５〜０．７ｗｔ％程度添加して、ダイ温度１９０℃〜２００℃間で発泡度４０〜５５％程度の発泡絶縁体を製造できる。そして、導体間絶縁体１１３ｂとして、発泡絶縁体１１３ａよりも低発泡度の絶縁体を使用する場合は、タンデム方法で平型ダイを使用して、先に中心導体１１１と導体間絶縁体１１３ｂを押出し、その後、発泡絶縁体１１３ａにより被覆する。

また、導体間絶縁体１１３ｂの厚さは、中心導体１１１の外径と同等であることが好ましい。導体間絶縁体１１３ｂの厚さが導体外径よりも薄い場合、導体との位置関係が安定しない。一方、導体間絶縁体１１３ｂの厚さが導体外径よりも厚い場合、周囲の発泡絶縁体１１３ａよりも絶縁体のμ（誘電率）が大きくなるため、所定のスキュー特性を確保するためには、中心導体間隔を広げる必要がある。この結果、ケーブル径が太くなり、可撓性に影響を与えることになる。

また、絶縁体１１３は、遮蔽層１１４によって被覆されている。遮蔽層１１４は、図３に示すように、樹脂テープ１１４ａの片側に金属層１１４ｂを配置したラミネート構造である。例えば、ＰＥＴを延伸した表面に銅を蒸着または銅箔を接着して形成される。遮蔽層１１４は、絶縁体１１３に巻き付けられる構造であり、タテ添えは、可とう性に影響するため適さない。

（作用及び効果）
先に説明したように、信号線に発泡絶縁体を用いたツインナックス構造の従来型ケーブルでは、信号線を１本ずつ製造した後、平行２心のケーブルとしているため、製造ロットごとに発泡絶縁体の発泡度にばらつきが発生しやすく、スキュー特性の悪化につながっていた。また、１本ごとにリールに巻かれるため、発泡絶縁体部分につぶれや変形が発生しやすく、これもスキュー特性の悪化につながる要因となっていた。

本実施形態に係る差動信号伝送ケーブル１００によれば、２本の中心導体１１１が発泡絶縁体１１３ａによって一括に被覆されているため、中心導体１本ずつを絶縁体で被覆した構造に比べ、各信号線の周囲を被覆する発泡絶縁体の発泡度にばらつきを生じることがない。また、１本ごとにリールに巻いて平行２心のケーブルとする工程が不要となるため、発泡絶縁体につぶれや変形が発生しにくい。したがって、信号線間距離に変動を生じにくくなり、良好で安定したスキュー特性を実現することができる。

なお、ＬＶＤＳ方式では、情報を劣化させずにどれだけ情報を伝送できるかを示すアイパターンの分析評価が行われる。これは信号を受信するときのオンとオフの電圧の立ち上がりと立ち下がりが明確であるほどよく、電圧差が大きいほどノイズマージンができる。２本の信号線の電気長が異なると信号間にずれが生じ、信号のユニットインターバルに対するアイパターンの幅が狭くなってしまう。今後、データ伝送の高速化に伴いますます高周波化が進み、ユニットインターバルが短くなることが予想される。このような状況下においてアイパターンをつぶさないためにもスキュー特性が重要であり、ツインペアやツインナックスのように２本１対ではなく、平行２心のように１本で構成するほうが優位である。

また、導体間絶縁体１１３ｂの発泡度が、発泡絶縁体１１３ａの発泡度よりも低くなるようにした場合は、導体間絶縁体１１３ｂの発泡度を発泡絶縁体１１３ａの発泡度と同じとした場合に比べて、信号線間距離の変動を更に抑制することができる。

また、導体間絶縁体１１３ｂの発泡度はゼロであってもよい。このとき、２本の中心導体１１１の周囲は発泡絶縁体１１３ａとなり、２本の中心導体間はソリッドとなるため、信号線間距離の変動を大幅に抑制することができる。また、２本の中心導体１１１の周囲は発泡絶縁体１１３ａで被覆されているため、信号線内での低損失化を維持することができる。

（その他の実施形態）
本発明の詳細は上記の実施形態により理解されるものであるが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、上記の実施形態では、絶縁体１１３内にドレイン線１１２が存在するケーブル構造（図２参照）について説明したが、図４に示すように、ドレイン線１１２は、遮蔽層１１４の外部に配置されても構わない。ドレイン線１１２はアース線であり、遮蔽層１１４と同電位であればよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

以下、本発明に係る差動信号伝送ケーブルについて、実施例を挙げて更に具体的に説明する。ただし、本発明は、下記の実施例に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することができるものである。

（実施例）
本発明の実施例に係る差動信号伝送ケーブルとして、図２に示す、平衡２心構造の差動信号伝送ケーブルを作製した。具体的には、中心導体１１１及びドレイン線１１２として、銀めっき軟銅撚線を用い、絶縁体１１３として、ポリエチレンを用いた。また、発泡絶縁体１１３ａ部分は、化学発泡剤としてアゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）を添加して、表１に示す発泡度を有する構成とした。また、遮蔽層１１４は、ＰＥＴを延伸した表面に銅を蒸着したテープを絶縁体１１３の周囲に巻回して、形成した。実施例１、３、５には、中心導体１１１として、０．１２７ｍｍφの７本撚り線（ＡＷＧ２８番担当）を、実施例２、４、６には、０．１００ｍｍφの７本撚り線（ＡＷＧ３０番担当）を用いた。また、実施例１〜６では、導体間絶縁体の厚みをそれぞれ変化させたものを作製した。

表１に、実施例１〜６に係る差動信号伝送ケーブルの構成及びそれぞれのスキュー時間を示す。

（比較例）
本発明の比較例に係る差動信号伝送ケーブルとして、図５に示す、ツインナックス構造の差動信号伝送ケーブルを作製した。具体的には、中心導体２１１として、銀めっき軟銅撚線を用い、絶縁体２１３として、ポリエチレンを用いた。また、絶縁体２１３は、化学発泡剤としてアゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）を添加して、表２に示す発泡度を有する構成とした。また、遮蔽層２１４は、ＰＥＴを延伸した表面に銅を蒸着したテープを絶縁体２１３の周囲に巻回して、形成した。比較例１には、中心導体２１１として、０．１２７ｍｍφの７本撚り線（ＡＷＧ２８番担当）を、比較例２には、０．１００ｍｍφの７本撚り線（ＡＷＧ３０番担当）を用いた。

表２に、比較例１〜２に係る差動信号伝送ケーブルの構成及びそれぞれのスキュー時間を示す。

（評価）
実施例１〜６及び比較例１〜２に係る差動信号伝送ケーブルについて、中心導体間のスキュー特性（伝播遅延時間差）を測定した。なお、主キュー特性の測定は、ＴＤＲ測定器を用い、ケーブル長１ｍの試料で当社製専用治具に接続して行った。

比較例１〜２のスキュー特性は１０〜２０ｎｓであったが、実施例３〜６のスキュー特性は５〜８ｎｓであった。現在の要求水準は８ｎｓ未満であるので、ツインナックス構造よりも本発明に係る平行２心構造のほうが優れていることが実証された。また、導体間絶縁体１１３ｂの厚みを変化させた場合、実施例１〜２のように、導体間絶縁体１１３ｂの厚みが導体外径よりも薄い場合、中心導体との位置関係が安定しないため、スキュー特性が１０〜１５ｎｓとなり、当初の目的であるつぶれや変形によるスキューの改善効果が小さかった。一方、実施例５〜６のように、導体間絶縁体１１３ｂの厚さが導体外径よりも厚い場合、μ（誘電率）が大きくなったため、インピーダンスを合わせるために、要求に逆行して、コアを太くしなければならず、ケーブルが太くなり、可撓性が悪化した。

実施形態に係る差動信号伝送ケーブルの断面図である。 図１に示す信号線の拡大断面図である。 図２に示す遮蔽層の拡大断面図である。 その他の実施形態に係る差動信号伝送ケーブルの断面図である。 比較例に係る差動信号伝送ケーブルの断面図である。

符号の説明

１００…差動信号伝送ケーブル
１０１…ケーブルコア
１１０、２１０…信号線
１１１、２１１…中心導体
１１２、２１２…ドレイン線
１１３、２１３…絶縁体
１１３ａ…発泡絶縁体
１１３ｂ…導体間絶縁体
１１４、２１４…遮蔽層
１１４ａ…樹脂テープ
１１４ｂ…金属層
１２０…テープ層
１３０…金属層
１４０…シース

Claims (4)

1. 所定の間隔で２本の中心導体が平行に配置された、平行２心の構造を有する差動信号伝送ケーブルであって、
   前記２本の中心導体が発泡絶縁体によって一括に被覆されていることを特徴とする差動信号伝送ケーブル。
2. 前記２本の中心導体間に存在する発泡絶縁体の発泡度が、他の領域に存在する発泡絶縁体の発泡度よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の差動信号伝送ケーブル。
3. 前記２本の中心導体間に存在する発泡絶縁体の発泡度がゼロであることを特徴とする請求項２に記載の差動信号伝送ケーブル。
4. 前記２本の中心導体間に存在する発泡絶縁体の厚みが、前記中心導体の外径と同等であることを特徴とする請求項２又は３に記載の差動信号伝送ケーブル。

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