JP2010218741A - 高速差動ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】伝送特性に優れた高速差動ケーブルを提供すること。
【解決手段】高速差動ケーブル1は、内部導体11の外周に第1誘電体層12を設けた信号線を2芯平行配置し、2芯信号線の外周に第2誘電体層13を設け、第2誘電体層の外側であって2芯信号線の両側それぞれにドレイン線14を信号線と平行配置し、第2誘電体層およびドレイン線の外周に絶縁側を外側にし導体側を内側にした外部導体15を縦沿えに設け、該外部導体の外周に外被16を設け、ドレイン線が配置される第2誘電体層の外周部分に、少なくともドレイン線の円周の一部が嵌め合わせ可能なドレイン線用溝部17を設ける。これにより、信号線とドレイン線とを高精度に対称配置可能となるため、信号線の2芯の電気的バランスを良好にでき、優れた電気的特性および伝送特性を得ることができる。また、外部導体を縦沿えに設けたので、高周波数領域において減衰量のサックアウトの発生を防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、２芯の信号線を用いて信号の差動伝送を行う高速差動ケーブルに関する。

従来、データ伝送が高速ビットレートで行われる場合に用いられる伝送線路として、高速差動ケーブルがある。このような高速差動ケーブルは、特許文献１に示されており、この特許文献１には、内部導体の外周に絶縁体層（誘電体層）を設けて信号線とし、この信号線を２芯平行に並べそれらの両外側にドレイン線を配置し、４芯フラット構造を保持しつつアルミポリエステルテープを金属面内側で縦沿え若しくは螺旋巻きして外部導体を形成し、この外部導体の外周に外被を設けた構成の高速差動ケーブルが開示されている。この高速差動ケーブルによれば、ドレイン線が２芯の信号線の両側に配置された４芯フラット構造とされているのでケーブルの屈曲性の自由度が高いと共にアセンブリ性も良好であるためケーブルの取り扱い性に優れ、さらに、信号線２芯のグランドに対する電気的平衡度から見れば、良好な伝送特性が得られ理想的であるが、実際にこのような４芯フラット構造の差動ケーブルを製造する際、信号線の両外側に配置される各ドレイン線は、これらの線を結ぶ線上からずれて移動し、信号線およびドレイン線が平衡かつフラット状に位置することが極めて困難であった。その結果、線上からずれて移動したドレイン線により、電気的バランスが崩れ、特性インピーダンスなどの電気的特性が劣化するという問題点があった。また、外部導体を形成するためのアルミポリエステルテープを螺旋巻きにした場合には、高周波数領域において減衰量の急激な落ち込み（所謂、サックアウト（ドロップアウト））が発生する。さらに、この特許文献１に開示されている高速差動ケーブルでは、外部導体は完全導体ではないため、２芯の信号線間の電位差のある導体電位が外部導体上に誘導されて電位差が生じ、この結果、外部導体上に電流が流れて損失が生じるので減衰量が大きく低下する。また、絶縁体層の比誘電率に差があるときはスキューが大きくなる。

特開２００２−３５８８４１号公報

上述した種々の問題を解決するために、本発明者は、鋭意、研究、開発を続けた結果、４芯フラット構造によりケーブルの取り扱い性を維持し、かつ高周波数領域における減衰量のサックアウトの発生を防止しつつ、周波数の増加に伴う減衰量の低下を抑えることができ、スキューを小さくでき、特性インピーダンス等の劣化を抑えることができる高速差動ケーブルの構成を見出し、本発明を完成するに至ったものである。

本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、その目的は、伝送特性に優れ、さらにはケーブルの取り扱い性が良好な電気的特性および伝送特性に優れた高速差動ケーブルを提供することにある。

上記目的達成のため、本発明の高速差動ケーブルでは、内部導体の外周に第１の誘電体層を設けた信号線を２芯平行に配置し、前記２芯の信号線の外周に第２の誘電体層を設け、前記第２の誘電体層の外側であって前記２芯の信号線の両側それぞれにドレイン線を前記信号線と平行になるように配置し、前記第２の誘電体層および前記ドレイン線の外周に絶縁側を外側にし導体側を内側にした外部導体を縦沿えに設け、該外部導体の外周に外被を設け、前記ドレイン線が配置される前記第２の誘電体層の外周部分に、少なくとも前記ドレイン線の円周の一部が嵌め合わせ可能なドレイン線用溝部を設けたことを特徴としている。

これにより、信号線とドレイン線とを高精度に対称配置することが可能となるため、信号線の２芯の電気的バランスを良好なものとすることができ、優れた電気的特性および伝送特性を得ることができる。また、外部導体を縦沿えに設けたので、高周波数領域において減衰量のサックアウトの発生を防止することができる。また、第２の誘電体層により２芯の信号線が覆われ、外部導体層内側の導体側にドレイン線が接触することになるので、２芯の信号線間の電位差のある導体電位は外部導体上に誘導されず、この結果、外部導体上に発生する電流を抑えて損失を少なくすることができ、減衰量の低下を抑えることができる。さらに、対の内部導体の結合度を高めることができ、スキューを小さくすることができる。また、ドレイン線は２芯の信号線の両側に配置されることになるためケーブルの取り扱い性に優れ、配線作業の効率を高めることができる。

また、前記ドレイン線用溝部は、嵌め合わされた前記ドレイン線が前記２芯の信号線の中心軸を結ぶ線の延長線上に中心軸が位置するように設けられていることを特徴としている。これにより、信号線とドレイン線とをさらに高精度に対称配置することが可能となるため、信号線の２芯の電気的バランスをさらに良好なものとすることができ、優れた電気的特性および伝送特性を得ることができる。

本発明の実施形態に係る高速差動ケーブルの軸と直交する方向の図である。 実施例および比較例の高速差動ケーブルの周波数と減衰量との関係を示す図である。

以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の成立に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の実施形態に係る高速差動ケーブルの軸と直交する方向の図である。この高速差動ケーブル１は、中心導体１１（内部導体）の外周に第１の誘電体層１２を形成した信号線１０を２芯平行に配置し、２芯の信号線１０の外周に第２の誘電体層１３を形成する。この第２の誘電体層１３を形成するとき、第２の誘電体層１３の外側であって２芯の信号線１０の両側に、少なくともドレイン線１４の円周の一部が嵌め合わせ可能なドレイン線用溝部１７を形成する。このドレイン線用溝部１７は、嵌め合わされたドレイン線１４が２芯の信号線１０の中心軸１０Ｃを結ぶ線Ｌの延長線上に中心軸１４Ｃが位置するように形成される。このドレイン線用溝部１７にドレイン線１４を平行配置し、第２の誘電体層１３およびドレイン線１４の外周に後述するシールド層１５の絶縁側を外側にし導体側を内側にしたシールド層（外部導体層）１５を形成する。そして、シールド層１５の外周にジャケット（外被）１６を形成した構成となっている。

中心導体１１は、例えば銀めっき軟銅線が使用可能である。第１の誘電体層１２には、例えば多孔質ポリテトラフルオロエチレン（ＥＰＴＦＥ）、発泡のテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂が使用可能である。第２の誘電体層１３には、例えば発泡のＦＥＰ等のフッ素樹脂が使用可能である。ドレイン線１４には、例えば銀めっき軟銅線が使用可能である。シールド層１５には、ＡＬＰＥＴ、即ちアルミ箔とポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）とを、接着層としてポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を介して積層してテープ状に形成した金属化テープが使用可能である。シールド層１５は、導体側であるアルミの面１５ｂが第２の誘電体層１３およびドレイン線１４と接触する態様で、第２の誘電体層１３およびドレイン線１４を包囲するように外周に縦沿い（いわゆる、シガレット巻き）で設けられる。ジャケット１６には、例えばポリエステル（ＰＥ）が使用可能である。

このような構成の高速差動ケーブル１は以下の手順により作製される。先ず、１本の中心導体１１の外周にＥＰＴＦＥのテープを巻回して第１の誘電体層１２を形成した単線の信号線１０を作製する。もちろん、この第１の誘電体層１２は、押出機（図示せず）を用いて誘電体を押出し形成しても良い。次に、２本の信号線１０を第１の誘電体層１２が軸方向に接触するように平行に配置し、２芯の信号線１０の第１の誘電体層１２の外周を包囲するように押出機を用いて誘電体を押出し被覆してドレイン線用溝部１７を有する第２の誘電体層１３を形成する。そして、ドレイン線用溝部１７にドレイン線１４を配置し、第２の誘電体層１３およびドレイン線１４の外周を包囲するように金属化テープをＰＥＴ面１５ａを外側にしアルミ面１５ｂを内側にして縦沿えに巻回（シガレット巻き）してシールド層１５を形成する。最後に、シールド層１５の外周に絶縁テープを巻き付けて、もしくはシールド層１５の外周に押出機を用いて絶縁体を押出し被覆してジャケット１６を形成する。以上により、高速差動ケーブル１が完成する。

以上のような構成の高速差動ケーブル１によれば、信号線１０とドレイン線１４とを高精度に対称配置することが可能となるため、信号線１０の２芯の電気的バランスを良好なものとすることができ、優れた電気的特性および伝送特性を得ることができる。また、シールド層１５を縦沿えに設けたので、高周波数領域において減衰量のサックアウトの発生を防止することができる。また、第２の誘電体層１３により２芯の信号線１０が覆われ、シールド層１５内側のアルミ面１５ｂにドレイン線１４が接触することになる。このため、２芯の信号線１０間の電位差のある導体電位はシールド層１５上に誘導されないので、シールド層１５上に発生する電流を抑えて損失を少なくすることができ、減衰量の低下を抑えることができる。さらに、対の中心導体１１の結合度を高めることができ、スキューを小さくすることができる。また、ドレイン線１４が２芯の信号線１０の両側に配置されているため、ケーブルの屈曲性の自由度が高いと共にアセンブリ性も良好であるためケーブルの取り扱い性に優れ、配線作業の効率を高めることができる。

次に、実施例１、２として本実施形態の高速差動ケーブル１および比較例として従来の高速差動ケーブルを作製し、それらの減衰量およびスキューを測定したので、これらの測定結果について図２を参照して説明する。ここで、測定に使用した実施例１の高速差動ケーブル１は、以下のようにして作製されている。中心導体１１として外径０．５１１ｍｍの銀めっき軟銅線を用意し、この中心導体１１の外周に外径０．９ｍｍとなるように多孔質ＰＴＦＥのテープを巻回して第１の誘電体層１２を形成し信号線１０とする。２本の信号線１０を第１の誘電体層１２が軸方向に接触するように平行に配置し、２本の信号線１０の第１の誘電体層１２の外周を包囲するように、厚さ０．４５ｍｍとなるように発泡のＦＥＰを被覆して第２の誘電体層１３を形成する。

そして、ドレイン線用溝部１７に外径０．２５４ｍｍの銀メッキ軟銅線をドレイン線１４として平行配置し、第２の誘電体層１３およびドレイン線１４の外周を包囲するように、厚さ１０μｍのアルミ箔と厚さ１２μｍのＰＥＴとを厚さ２〜３μｍのＰＶＣ（接着層）を介して積層してなるＡＬＰＥＴを、アルミ面１５ｂが密着するように縦沿えに巻回してシールド層１５を形成する。最後に、シールド層１５の外周を包囲するように、厚さ０．００８ｍｍのＰＥテープを巻き付けてジャケット１６を形成する。また、測定に使用した実施例２の高速差動ケーブル１は、実施例１の高速差動ケーブル１と比較して、第１の誘電体層１２が発泡のＦＥＰで形成され、第２の誘電体層１３の厚さが０．５ｍｍに形成されている点を除いて同一構成となっている。

一方、測定に使用した比較例の高速差動ケーブルは、以下のようにして作製されている。中心導体として外径０．５１１ｍｍの銀めっき軟銅線を用意し、この中心導体の外周に外径１．２５ｍｍとなるように多孔質ＰＴＦＥのテープを巻回して誘電体層を形成し信号線とする。２本の信号線を誘電体層が軸方向に接触するように平行に配置し、２本の信号線の誘電体層の外周を包囲するように、厚さ１０μｍのアルミ箔と厚さ１２μｍのＰＥＴとを厚さ２〜３μｍのＰＶＣ（接着層）を介して積層してなるＡＬＰＥＴを、ＰＥＴ面が密着するように螺旋状に巻回（いわゆる、スパイラル巻き）してシールド層を形成する。シールド層の外側であって信号線の一側に外径０．２５４ｍｍの銀メッキ軟銅線をドレイン線として平行配置し、最後に、シールド層およびドレイン線の外周を包囲するように、厚さ０．０５ｍｍとなるようにＦＥＰを被覆してジャケットを形成する。

図２は、実施例１、２の高速差動ケーブル１および比較例の高速差動ケーブルに対し、周波数（ＧＨｚ）を０〜２０ＧＨｚまで変化させたときの減衰量（ｄＢ／ｍ）の変化を示す図である。図２から明らかなように、比較例の高速差動ケーブルでは、周波数が１１〜１６ＧＨｚにかけてサックアウトが発生しているのに対し、実施例１、２の高速差動ケーブル１ではサックアウトの発生を防止できる。

また、例えば周波数が１．０ＧＨｚ、２．０ＧＨｚ、３．１２５ＧＨｚ、５．０ＧＨｚ、６．０ＧＨｚのとき、比較例の高速差動ケーブルの減衰量は、０．７５７ｄＢ／ｍ、１．００１ｄＢ／ｍ、１．２２１ｄＢ／ｍ、１．６５３ｄＢ／ｍ、１．８４５ｄＢ／ｍであるのに対し、実施例１の高速差動ケーブル１の減衰量は、０．６０３ｄＢ／ｍ、０．７３２ｄＢ／ｍ、０．８８７ｄＢ／ｍ、１．１６４ｄＢ／ｍ、１．３１１ｄＢ／ｍ、実施例２の高速差動ケーブル１の減衰量は、０．５８６ｄＢ／ｍ、０．７５８ｄＢ／ｍ、０．９６７ｄＢ／ｍ、１．２６２ｄＢ／ｍ、１．３８９ｄＢ／ｍとなり、比較例の高速差動ケーブルの減衰量と比べて実施例１、２の高速差動ケーブル１の減衰量の低下を抑えることができる。また、比較例の高速差動ケーブルのスキューが、９．０ｐｓ／１０ｍであったのに対し、実施例１の高速差動ケーブル１のスキューは、２ｐｓ／１０ｍと小さくすることができる。

本発明の高速差動ケーブルは、高速ビットレートで長距離のデータ伝送を行う機器、例えば、コンピュータ、計算機、携帯電話等の電子機器に適用可能であり、更に、自動車、飛行機等の制御回路にも適用可能である。

１ 高速作動ケーブル、１１ 中心導体（内部導体）、１２ 第１の誘電体層、１３ 第２の誘電体層、１４ ドレイン線、１５ シールド層（外部導体層）、１５ａ ＰＥＴ面、１５ｂ アルミ面、１６ ジャケット（外被）、１７ ドレイン線用溝部

Claims (2)

1. 内部導体の外周に第１の誘電体層を設けた信号線を２芯平行に配置し、前記２芯の信号線の外周に第２の誘電体層を設け、前記第２の誘電体層の外側であって前記２芯の信号線の両側それぞれにドレイン線を前記信号線と平行になるように配置し、前記第２の誘電体層および前記ドレイン線の外周に絶縁側を外側にし導体側を内側にした外部導体を縦沿えに設け、該外部導体の外周に外被を設け、
   前記ドレイン線が配置される前記第２の誘電体層の外周部分に、少なくとも前記ドレイン線の円周の一部が嵌め合わせ可能なドレイン線用溝部を設けたことを特徴とする高速差動ケーブル。
2. 前記ドレイン線用溝部は、嵌め合わされた前記ドレイン線が前記２芯の信号線の中心軸を結ぶ線の延長線上に中心軸が位置するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の高速差動ケーブル。

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