JP2012018764A - 差動信号伝送用ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】高周波帯域におけるサックアウトを抑制できて、軽量で経済的な差動信号伝送用ケーブルを提供する。
【解決手段】並置する芯線１に絶縁体２を施し、この絶縁体２をプラスチックテープ４の一面に金属蒸着層５を形成した第１複合テープ６にて覆い、第１複合テープ６の外側に接地用の金属線７を配置する。第１複合テープ６及び金属線７の外側は、プラスチックテープ１０の少なくとも一面に金属蒸着層１１を形成或いは導電面を有する第２複合テープ１２により覆い、最外側を絶縁体のジャケットで被覆している。第１複合テープ６は金属蒸着層層５の面を外側にして横巻きし、第２複合テープ１２は縦添えし、第１及び第２複合テープ６、１２の金属蒸着層５、１１間と金属線７とを接触させて構成している。
【選択図】図１

Description

本発明は特に数Ｇｂｐｓ以上の高速デジタル信号の伝送に使用される差動信号伝送用ケーブルに関する。

一般に、数Ｇｂｐｓ以上の高速デジタル信号を扱う、サーバー・ルーター・ストレージ製品においては、機器間或いは機器内の基板間の信号伝送には差動信号による伝送が用いられ、その電気的接続には２つの導線を有する２軸の差動信号伝送用ケーブルが用いられている。

通常、高速デジタル信号の伝送には、次の理由から差動信号伝送がよく使われる。つまり、差動信号は位相を１８０度反転させた信号を２つの導線で伝送し、受信側で受信した各信号の差分を合成して出力するものであるから、２つの導線に流れる電流は互いに逆方向を向いて流れる。このため、伝送線路から放射される電磁波が小さく、しかも外部から受けたノイズは、２つの導線に等しく重畳するので、受信側で差分を合成して出力することで、ノイズによる影響を打ち消すことができる。

差動信号伝送に用いられる差動信号伝送用ケーブルとしては、導線を絶縁体で被覆した２本の電線を撚り合わせて対にしたツイストペアケーブルがある。このケーブルは、安価で平衡性に優れており、曲げも容易であるため、中距離の信号伝送に広く用いられている。しかし、ツイストペアケーブルは信号の減衰が大きいため、これを用いるシステムでは、信号の減衰を補償するための信号処理にかかる電力が、後述のツイナックスケーブルの６〜１０倍程度と大きくなっている。

また、一般的なツイストペアケーブルは、シールドとなる金属導体がないため、ケーブルの近傍に配置された金属の影響を受け易く、ケーブルの特性インピーダンスが安定しないという問題がある。更に、ツイストペアケーブルは２本の芯線を撚り合わせた構造であるから、各電線の芯線間の物理長は差が大きくなる。このため、ツイストペアケーブルをシールドとなる金属導体で覆った場合に、スキューの影響が大きくなってしまうことになる。これらのことから、ツイストペアケーブルは、数ＧＨｚの高周波領域であると信号波形が崩れ易いため、数Ｇｂｐｓ以上の伝送線路では使用が限定されている。

一方、イナックスケーブルは、２本の電線の芯線を撚らずに並行に並べ、シールドで覆ったものである。ツイナックスケーブルは、ツイストペアケーブルに比べて２本の芯線間の物理長は差が少なく、しかもシールドが２本の電線に覆うように設けられている。このため、ケーブルの近傍に金属を置いても、特性インピーダンスが不安定になることがなく、ノイズ耐性も高くなる。このツイナックスケーブルは、比較的高速で短距離の信号伝送に用いられており、シールドとしては導体付きテープを用いたものや、編組状の素線で覆ったものや、金属線等を付け合わせることもある。

一般的な差動信号伝送用ケーブルを図３に示しており、信号用の２本の芯線１をそれぞれ絶縁体２で絶縁した電線３を並置し、これらに横巻きでシールド導体となる第１複合テープ６を巻いて一体にしている。第１複合テープ６は、第１プラスチックテープ４の一面にアルミ等の導電体を蒸着させて第１金属蒸着層５を形成したもので、第１金属蒸着層５が外側となるように横巻きで巻回している。そして、第１複合テープ６の第１金属蒸着層５と接触するように接地用の金属線７を配置して、第１複合テープ６の外側にジャケット９の被覆を施し、ケーブル内部を保護する構造としている。

ツイナックスケーブルの例を図４に示しており、上記図３のものとはシールド導体となる第１複合テープ６が、縦添えされている点のみが異なった構造となっている（特許文献１参照）。また、縦添えする複合テープ６の上から金属導体で締め付け、第１複合テープ６の外周をジャケット９で被覆したツイナックスケーブルも提案されている（特許文献２参照）。

ツイナックスケーブルの別の例では、図５（ａ）に示すように図３の第１複合テープ（横巻シールド）６の上から、更に横巻きする第２複合テープ１２で覆い、第１及び第２金属蒸着層５、１１間を接触させ、第２複合テープ１２の外周をジャケット９で被覆した構造としている（特許文献３参照）。更に、別のツイナックスケーブルの一例を図６に示しており、これは上記図５の第２複合テープ６を編組８に置き換えた構造であって、他の部分は同様な構造となっている（特許文献４参照）。

シールドとなる金属蒸着層を形成した複合テープを施すツイナックスケーブルでは、縦添えシールドを施すものに比べて横巻シールドを施すものは、図７に示す如く高周波帯域における差動成分及びコモンモード成分の急激な損失増大現象、所謂サックアウトが生ずる。このため、ツイナックスケーブルは、サックアウトを除去して数Ｇｂｐｓ以上の高速信号を伝送させる必要があり、例えばシールド電流をツイナックスケーブルの長手方向に流す対策が行われている。

特開２００２−２８９０４７号公報 特開２００３−３１０４６号公報 特開２００３−２２７１８号公報 特開２００３−３３８２２２号公報

ツイナックスケーブルで図３に示す如く第１複合テープ６を横巻きした場合、第１複合テープ６同士が重なり合う部分は、第１プラスチックテープ４と第１金属蒸着層５が接するため、破線矢印のようにシールド電流が螺旋状に流れる。このシールド電流の影響によりサックアウトが生じ、信号の伝送特性が大きく劣化する欠点がある。

また、図４に示すツイナックスケーブルのように、第１複合テープ６を縦添えした場合、絶縁体２と第１複合テープ６の間に空隙３Ａが生じてしまい、芯線１間での伝搬時間差によりスキューが発生し、信号品質の劣化やノイズの発生が生ずることになる。また、空隙３Ａ対策のため第１複合テープ６の上から金属導体で締め付けたとしても、第１金属蒸着層５の表面が平滑にならないから完全に除去できず、スキュー特性に大きな改善は見込めずにいる。

ツイナックスケーブルで、図５（ａ）に示す如く第１複合テープ６の上から、更に横巻きで第２複合テープ１２を施して覆い、各金属蒸着層５、１１を接触させた場合、破線矢印のようにシールド電流が長手方向に流れるようになる。しかし、図５（ｂ）及び（ｃ）に示す如くテープ幅Ｗや、第１複合テープ６が重なるラップ幅Ｌ１或いは第２複合テープ１２が重なるラップ幅Ｌ２、巻き位置ずれ量Ｗａによって、第１金属蒸着層５と第２金属蒸着層１１との接触面１３の面積が限られる。このため、図５（ｂ）に示す接触が弱い箇所や、図５（ｃ）に示す両テープ６、１２の巻き位置ずれ量Ｗａが小さい箇所では、一点鎖線矢印で示す螺旋状に流れる電流成分が存在し、サックアウトを完全に除去できなくなる。

更に、図６のツイナックスケーブルの如く編組８で覆う構造では、長手方向にシールド電流が流れるためサックアウトは除去できるが、編組を用いるので重量や寸法が大きくなり、複合テープを用いるものに比べて経済性の面で劣る欠点がある。

本発明の目的は、数Ｇｂｐｓ以上の高速伝送に用いられ、高周波帯域におけるサックアウトを抑制できて、軽量で経済的な差動信号伝送用ケーブルを提供することにある。

本発明の差動信号伝送用ケーブルは、並置する芯線に絶縁体を施し、前記絶縁体をプラスチックテープの一面に金属蒸着層を形成した第１複合テープにて覆い、前記第１複合テープの外側に接地用の金属線を配置すると共に、前記第１複合テープ及び金属線の外側を金属蒸着層或いは導電面を形成した第２複合テープにより覆い、最外側を絶縁体のジャケットで被覆するとき、前記第１複合テープは金属蒸着層の面を外側にして横巻きし、前記第２複合テープは内側を金属蒸着層面或いは導電面にして縦添えし、前記第１及び第２複合テープの金属蒸着層或いは導電面間と前記金属線とを接触させて構成したことを特徴としている。

好ましくは、前記絶縁体は前記両芯線を一括に被覆する小判型絶縁体であることを特徴としている。

また好ましくは、前記第２複合テープは導電面を有する導電性樹脂テープを用いて構成したことを特徴としている。

本発明のように差動信号伝送用ケーブルを構成すれば、横巻きの第１複合テープと縦添えの第２複合テープの両金属蒸着層或いは導電面間が確実に接触する。このため、シールド電流は長手方向に流れるようになるから、横巻きに第２複合テープを施す差動信号伝送用ケーブルに比較してサックアウトを抑制することができ、編組を施す差動信号伝送用ケーブルよりも軽量で経済的にできる。

（ａ）は本発明の一実施例である差動信号伝送用ケーブルを一部断面して示す斜視図、（ｂ）はこのシールド部分の側断面図である。 本発明の他の実施例である差動信号伝送用ケーブルを一部断面して示す斜視図である。 従来の差動信号伝送用ケーブルを一部断面して示す斜視図である。 従来の他の差動信号伝送用ケーブルを一部断面して示す斜視図である。 従来の別の差動信号伝送用ケーブルを一部断面して示す斜視図である。 従来更に別の差動信号伝送用ケーブルを一部断面して示す斜視図である。 サックアウト現象を説明するグラフである。

本発明の差動信号伝送用ケーブルは、並置する芯線に絶縁体を施し、この絶縁体をプラスチックテープの一面に金属蒸着層を形成した第１複合テープにて覆い、この第１複合テープの外側に接地用の金属線を配置している。第１複合テープ及び金属線の外側は、プラスチックテープの少なくとも一面に金属蒸着層を形成或いは導電面を有する第２複合テープにより覆い、絶縁体のジャケットで最外側を被覆している。そして、第１複合テープは金属蒸着層層の面を外側にして横巻きし、第２複合テープ１２縦添えし、第１及び第２複合テープの金属蒸着層或いは導電面間と金属線７とを接触させている。

以下、従来と同一部分を同符号で示した図１を用いて、本発明の差動信号伝送用ケーブルを説明する。この差動信号伝送用ケーブルは、図１（ａ）に示す如く並置する芯線１に所定の誘電率を有する絶縁体２を施した電線３を用いている。絶縁体２を施した両芯線１の外側を、第１複合テープ６により横巻きで覆い、第１複合テープ６の第１金属蒸着層５に接する状態で接地用の金属線７を配置している。その上、第１複合テープ６と金属線７の双方の外側を、縦添えの第２複合テープ１２で覆い、最外側にケーブル保護用のジャケット９を設けて構成している。

第１複合テープ６及び第２複合テープ１２は、いずれも公知のものと同様にプラスチックテープ４、１０の一面に、アルミ等の導電体を蒸着させた第１金属蒸着層５、第２金属蒸着層１１を形成したものを使用している。そして、横巻する第１複合テープ６は、第１金属蒸着層５が外側になるように巻き付け、また縦添えの第２複合テープ１２は、第２金属蒸着層１１が内側になるように巻き付けている。これにより、第１複合テープ６の第１金属蒸着層５と第２複合テープ１２の第２金属蒸着層１１の双方、及び金属線７を接触させている。

芯線１には、銅等の電気良導体や、電気良導体にメッキ等を施した単線又は拠り線を用い、芯線１を押出機により供給される絶縁体２で被覆する。絶縁体２には、誘電率や誘電正接の小さい材料の使用が望ましく、例えばポリテトラフロオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフロロアルコキシ（ＰＦＡ）、ポリエチレン等を使用する。また、誘電率や誘電正接を小さくするため、絶縁体２に発泡絶縁樹脂を用いることができる。発泡絶縁樹脂を用いるの場合は、成型前に発泡剤を練りこみ、成型時の温度によって発泡度を制御、或いは窒素等のガスを成型圧力で注入しておいて圧力解放時に発泡等で、発泡絶縁体を成形する。また、金属線７は芯線１と同様に銅等の電気良導体や、電気良導体にメッキ等を施した単線又は拠り線が使用される。

本発明の差動信号伝送用ケーブルは、横巻の第１複合テープ６及び金属線７の外側から、第２複合テープ１２を縦添えし、しかも両金属蒸着層５、１１及び金属線７が接触するようにしているから、第２複合テープ１２縦添えに巻くことで金属蒸着層５、１１相互の接触面１３の面積が、第２複合テープ１２を横巻きする場合よりも大きくなる。このため、図１（ａ）及び（ｂ）に破線矢印で示すように、金属蒸着層５、１１を活用してシールド電流を長手方向に流すことができる。これにより、第２複合テープを横巻きして施すものよりもサックアウトを抑制できると共に、編組施すものよりも小型軽量で経済的に作ることができる。

図２に示す本発明の差動信号伝送用ケーブルは、絶縁体２として所定の誘電率を有し、かつ２芯の芯線を一括に被覆する小判型絶縁体１４を用いたものである。これ以外の他の点は、上記した実施例と同様に横巻する第１複合テープ６と縦添えの第２複合テープ１２とを巻き、これらの両金属蒸着層５、１１及び金属線７が接触するようにし、最外側にジャケット９を施している。この実施例においても、実施例１に記載したと同様な効果を達成することができる。

また、本発明の差動信号伝送用ケーブルは、横巻する第１複合テープ６及び金属線の外側を覆う縦添え第２複合テープ１２として、プラスチックテープと第２金属蒸着層１１に相当する導電面の機能を持つ導電性樹脂テープを縦添えして使用することができる。このように導電性樹脂テープと用いて構成すると、導電率が小さくなるため、外来ノイズ耐性に優れた差動信号伝送用ケーブルにすることができる。

なお、上記した各実施例の本発明の差動信号伝送用ケーブルは、芯線１が２本の例で説明したが、芯線１が複数あるケーブルや同軸ケーブルに適用することもでき、これにより同様な効果を達成できる。

１…芯線、２…絶縁体、４…第１プラスチックテープ、５…第１金属蒸着層、６…第１複合テープ、７…金属線、９…ジャケット、１０…第２プラスチックテープ、１１…第２金属蒸着層、１２…第２複合テープ、１４…小判型絶縁体。

Claims (3)

1. 並置する芯線に絶縁体を施し、前記絶縁体をプラスチックテープの一面に金属蒸着層を形成した第１複合テープにて覆い、前記第１複合テープの外側に接地用の金属線を配置すると共に、前記第１複合テープ及び金属線の外側を金属蒸着層或いは導電面を形成した第２複合テープにより覆い、最外側を絶縁体のジャケットで被覆した差動信号伝送用ケーブルにおいて、前記第１複合テープは金属蒸着層の面を外側にして横巻きし、前記第２複合テープは内側を金属蒸着層面或いは導電面にして縦添えし、前記第１及び第２複合テープの金属蒸着層或いは導電面間と前記金属線とを接触させて構成したことを特徴とする差動信号伝送用ケーブル。
2. 請求項１において、前記絶縁体は前記両芯線を一括に被覆する小判型絶縁体であることを特徴とする差動信号伝送用ケーブル。
3. 請求項１において、前記第２複合テープは導電面を有する導電性樹脂テープを用いて構成したことを特徴とする差動信号伝送用ケーブル。

Images