JP2014002947A - 多対差動信号伝送用ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】対間の漏話（クロストーク）が少ない多対差動信号伝送用ケーブルを提供する。
【解決手段】多対差動信号伝送用ケーブル１００は、差動ペアをなす２本の信号線導体１を被覆する絶縁体２の周囲にシールドテープ導体３を備えた差動信号伝送用ケーブル１０を複数本、束ねたものであり、シールドテープ導体３は、ケーブル長手方向にオーバーラップ部５を有するように縦添え巻きされており、複数本の差動信号伝送用ケーブル１０は、隣接する２本の差動信号伝送用ケーブルを少なくとも一組以上を含み、隣接する２本の差動信号伝送用ケーブル１０の少なくとも一方のオーバーラップ部５が当該隣接する差動信号伝送用ケーブル１０の方向に向かないように差動信号伝送用ケーブル１０が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、多対差動信号伝送用ケーブルに関する。

複数本の差動信号伝送用ケーブルが束ねられて構成される多対差動信号伝送用ケーブルが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１（図２、図６）には、信号線を絶縁層で被覆した一対の絶縁線からなる信号線対と、ドレイン線との外周をシールド材で被覆され、この被覆されたシールド材の外周に被覆したクッション材を有する伝送ケーブル（差動信号伝送用ケーブル）が複数本、集合されて構成される集合伝送ケーブル（多対差動信号伝送用ケーブル）が開示されている。

特開２００４−８７１８９号公報

特許文献１に示されるような多対差動信号伝送用ケーブルには、対間の漏話（クロストーク）により信号の品質が劣化するという問題がある。

対間の漏話は、信号伝送に寄与しない差動信号伝送用ケーブル（以下、アグレッサという）から信号伝送に寄与する差動信号伝送用ケーブル（以下、ビクティムという）に、電磁エネルギーが乗り移ることによって発生する。電磁エネルギーの乗り移りは、電界の広がりが大きいコモンモード成分によって主に誘発される。

また、通常の多対差動信号伝送用ケーブルでは、各対をシールドテープ導体で遮蔽することでコモンモード電界の広がり（コモンモードエネルギーの漏洩）を防止しているが、実際にはシールドテープ導体に流れる電流（コモンモード電流）によって磁界が発生し、それによって発生するコモンモード成分が対間の漏話の発生原因となっている。このときのコモンモード成分のエネルギー量は、シールドテープ導体の外部表面を流れる電流（コモンモード電流）により決定される。

以上のように、対間の漏話の原因として、対間でのコモンモードエネルギーの乗り移り及び各対におけるコモンモード電流が挙げられる。

そこで、本発明の目的は、対間の漏話（クロストーク）が少ない多対差動信号伝送用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、下記［１］〜［１０］の多対差動信号伝送用ケーブルを提供する。

［１］差動ペアをなす２本の信号線導体を被覆する絶縁体の周囲に第１のシールドテープ導体を備えた差動信号伝送用ケーブルを複数本、束ねた多対差動信号伝送用ケーブルであって、
前記第１のシールドテープ導体は、ケーブル長手方向にオーバーラップ部を有するように縦添え巻きされており、
前記複数本の差動信号伝送用ケーブルは、隣接する２本の差動信号伝送用ケーブルを少なくとも一組以上を含み、
前記隣接する２本の差動信号伝送用ケーブルの少なくとも一方の前記オーバーラップ部が当該隣接する差動信号伝送用ケーブルの方向に向かないように前記差動信号伝送用ケーブルが配置されていることを特徴とする多対差動信号伝送用ケーブル。
［２］前記複数本の差動信号伝送用ケーブルのうち少なくとも１本の前記オーバーラップ部が前記多対差動信号伝送用ケーブルの外側を向くように前記差動信号伝送用ケーブルが配置されていることを特徴とする前記［１］に記載の多対差動信号伝送用ケーブル。
［３］前記複数本の差動信号伝送用ケーブルのすべての前記オーバーラップ部が前記多対差動信号伝送用ケーブルの外側を向くように前記差動信号伝送用ケーブルが配置されていることを特徴とする前記［２］に記載の多対差動信号伝送用ケーブル。
［４］前記第１のシールドテープ導体は、前記オーバーラップ部が前記２本の信号線導体を結ぶ線の略中間における垂直線上に位置するように縦添え巻きされていることを特徴とする前記［１］乃至［３］の何れか１つに記載の多対差動信号伝送用ケーブル。
［５］前記差動信号伝送用ケーブルは、ドレイン線を有しておらず、前記２本の信号線導体は、前記第１のシールドテープ導体との間に空隙が生じないような形状の前記絶縁体で一括被覆されていることを特徴とする前記［１］乃至［４］の何れか１つに記載の多対差動信号伝送用ケーブル。
［６］前記２本の信号線導体は、前記２本の信号線導体の並び方向に対して平行な平坦部を有する扁平楕円形の断面形状を有する前記絶縁体で一括被覆されていることを特徴とする前記［１］乃至［５］の何れか１つに記載の多対差動信号伝送用ケーブル。
［７］前記２本の信号線導体は、前記２本の信号線導体の並び方向に長い楕円形の断面形状を有する前記絶縁体で一括被覆されていることを特徴とする前記［１］乃至［５］の何れか１つに記載の多対差動信号伝送用ケーブル。
［８］前記多対差動信号伝送用ケーブルの断面中央に２本の前記差動信号伝送用ケーブルが配置され、介在を介してその周囲に６本の前記差動信号伝送用ケーブルが配置されていることを特徴とする前記［１］乃至［７］の何れか１つに記載の多対差動信号伝送用ケーブル。
［９］前記多対差動信号伝送用ケーブルの断面中央に介在が配置され、前記介在の周囲に８本の前記差動信号伝送用ケーブルが配置されていることを特徴とする前記［１］乃至［７］の何れか１つに記載の多対差動信号伝送用ケーブル。
［１０］前記複数の差動信号伝送用ケーブルの周囲に一括して巻き付けられた第２のシールドテープ導体と、前記第２のシールドテープ導体の周囲を被覆する編組線と、前記編組線を被覆するジャケットとを有することを特徴とする前記［１］乃至［９］の何れか１つに記載の多対差動信号伝送用ケーブル。

本発明によれば、対間の漏話（クロストーク）が少ない多対差動信号伝送用ケーブルを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る多対差動信号伝送用ケーブルの断面構造を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る多対差動信号伝送用ケーブルで用いられる差動信号伝送用ケーブルの断面構造を示す断面図である。 図２の変形例に係る差動信号伝送用ケーブルの断面構造を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る多対差動信号伝送用ケーブルの断面構造を示す断面図である。 差動信号伝送用ケーブルにおける近傍磁界強度の評価系を示す概略図である。 差動モードを差動信号伝送用ケーブルに入力した際の近傍磁界強度スペクトルを示す図である。 同相モードを差動信号伝送用ケーブルに入力した際の近傍磁界強度スペクトルを示す図である。

〔本発明の第１の実施の形態〕
（多対差動信号伝送用ケーブルの構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る多対差動信号伝送用ケーブルの断面構造を示す断面図である。また、図２は、本発明の第１の実施の形態に係る多対差動信号伝送用ケーブルで用いられる差動信号伝送用ケーブルの断面構造を示す断面図である。

第１の実施の形態に係る多対差動信号伝送用ケーブル１００は、差動ペアをなす２本の信号線導体１を被覆する絶縁体２の周囲にシールドテープ導体３を備えた差動信号伝送用ケーブル１０を複数本、束ねたものであり、撚り合わせられている。シールドテープ導体３は、ケーブル長手方向に延びるオーバーラップ部５を有するように縦添え巻き（シガレット巻きと称されることもある）されている。多対差動信号伝送用ケーブル１００は更に、複数の差動信号伝送用ケーブル１０の周囲に一括して巻き付けられたシールドテープ導体１２と、シールドテープ導体１２の周囲を被覆する編組線１３と、編組線１３を被覆するジャケット１４とを有する。

差動信号伝送用ケーブル１０の本数は、本実施の形態においては８本であるが、特に限定されるものではない。２本、８本、２４本であることが好ましい。本実施の形態においては、図１に示すように、断面中央に２本配置され、介在１１を介してその周囲に６本の差動信号伝送用ケーブル１０がほぼ等間隔に配置されている。差動信号伝送用ケーブル１０の本数を２本にする場合には、断面中央に２本のみ配置すればよい。また、差動信号伝送用ケーブル１０の本数を２４本にする場合には、上記８本の場合における６本の差動信号伝送用ケーブル１０の周囲に介在を介してさらに１６本の差動信号伝送用ケーブル１０をほぼ等間隔に配置すればよい。したがって、いずれの場合においても、複数本の差動信号伝送用ケーブル１０は、隣接する２本の差動信号伝送用ケーブル１０を少なくとも一組以上を含んでいる。ここで、隣接する２本の差動信号伝送用ケーブル１０とは、介在を介さずに隣接する２本の差動信号伝送用ケーブル１０を意味する。

多対差動信号伝送用ケーブル１００は、隣接する２本の差動信号伝送用ケーブル１０のオーバーラップ部５が互いに当該隣接する差動信号伝送用ケーブル１０の方向に向かないように差動信号伝送用ケーブル１０が配置されている。図１では、中央部に配置された２本の差動信号伝送用ケーブル１０のオーバーラップ部５が互いに当該隣接する差動信号伝送用ケーブル１０の方向に向かないように差動信号伝送用ケーブル１０が配置されている。また、その周囲の６本の差動信号伝送用ケーブル１０もそれぞれ隣り合う２本の差動信号伝送用ケーブル１０のオーバーラップ部５が互いに当該隣接する差動信号伝送用ケーブル１０の方向に向かないように差動信号伝送用ケーブル１０が配置されている。隣接する２本の差動信号伝送用ケーブル１０のいずれか一方のオーバーラップ部５のみが当該隣接する差動信号伝送用ケーブル１０の方向に向かないように差動信号伝送用ケーブル１０が配置されている構成としてもよい。

差動信号伝送用ケーブル１０は、多対差動信号伝送用ケーブル１００内において、複数本の差動信号伝送用ケーブル１０のうち少なくとも１本、好ましくは少なくとも２本のオーバーラップ部５が多対差動信号伝送用ケーブル１００の中心側ではなく外側を向くように配置されていることが好ましい。オーバーラップ部５が外側を向くように配置される差動信号伝送用ケーブル１０は、中央部に配置される２本の差動信号伝送用ケーブル１０のいずれか又は両方であってもよいし、その周囲に配置される６本の差動信号伝送用ケーブル１０のいずれか又は２本以上であってもよい。介在を介してもオーバーラップ部５に基づく悪影響を完全に防御することは難しいため、より好ましくは、図１に示すように、複数本の差動信号伝送用ケーブル１０のすべてのオーバーラップ部５が多対差動信号伝送用ケーブル１００の外側を向くように差動信号伝送用ケーブル１０が配置される。

シールドテープ導体１２、編組線１３、及びジャケット１４の材料としては、ケーブルに一般的に使用されるものを使用できる。介在１１には、紙、糸、発泡体などが用いられる。発泡体としては、例えば、発泡ポリプロピレンや発泡エチレン等の発泡ポリオレフィンが挙げられる。

差動信号伝送用ケーブル１０は、シールドテープ導体３がケーブル長手方向にオーバーラップ部５を有するように縦添え巻きされ、その周囲が絶縁テープ４で被覆されている。オーバーラップ部５の長さ（幅）は、特に限定されるものではないが、２本の信号線導体１の間隔よりも短いことが好ましい。

シールドテープ導体３は、図１及び図２に示されるように、オーバーラップ部５が２本の信号線導体１を結ぶ線の略中間における垂直線上に位置するように縦添え巻きされていることが好ましい。

差動信号伝送用ケーブル１０は、ドレイン線を有していないことが好ましく、２本の信号線導体１は、第１のシールドテープ導体との間に空隙が生じないような形状の絶縁体２で一括被覆されていることが好ましい。本実施の形態では、図２（断面図）に示されるように、２本の信号線導体１は、２本の信号線導体１の並び方向に対して平行な平坦部を有する扁平楕円形の断面形状を有する絶縁体２で一括被覆されている。

図３は、図２の変形例に係る差動信号伝送用ケーブルの断面構造を示す断面図である。当該変形例における２本の信号線導体１は、２本の信号線導体の並び方向に長い楕円形の断面形状を有する絶縁体２で一括被覆されている。
図２に示す構造のものが比較的、製造が容易であるメリットを有するのに対し、図３に示す構造のものはシールドテープの全面に内側（絶縁体側）に向いた力がかけられているため、シールドテープと絶縁体間に空隙がより生じにくいというメリットがある。

信号線導体１、絶縁体２、シールドテープ導体３、及び絶縁テープ４の材料としては、ケーブルに一般的に使用されるものを使用できる。信号線導体１は、めっきが施された銅線を使用しても良い。絶縁体２は、ソリッドであっても、発泡体であっても良く、例えば、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）等のテフロン系材料（テフロンは登録商標）や発泡エチレン等の発泡ポリオレフィンを使用できる。

（多対差動信号伝送用ケーブルの用途）
第１の実施の形態に係る多対差動信号伝送用ケーブル１００は、数Ｇｂｐｓ以上の大容量の高速伝送に適しており、１０Ｇｂｐｓクラス以上の高速伝送にも好適に使用できる。データセンタなどに設置されるルータ、スイッチ、サーバで使用されるケーブルアッセンブリに適用が可能である。また、パソコン（ＰＣ）やハードディスク（ＨＤＤ）などに用いられるケーブルアッセンブリに適用が可能である。さらに、上記用途に使用されるケーブルデバイス（アクティブケーブル）への適用が可能である。

（本発明の第１の実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、対間の漏話（クロストーク）が少ない多対差動信号伝送用ケーブルを提供することができ、より具体的には以下の効果を奏する。
（１）対間のコモンモードエネルギーの乗り移りを低減するには、シールドテープ導体により各対を遮蔽するほか、アグレッサからのコモンモード電界の広がりがビクティムに干渉しないよう、両者の間に物理的な距離を確保する必要がある。従来、これを十分に確保しようとすると、介在などを用いて対間の距離を広げるしか方法が無く、ケーブルが太いものとなってしまっていた。本実施の形態では、実施例で後述するようにシールドテープ導体３のオーバーラップ部５がある面からの電磁エネルギー漏洩（コモンモード電流に起因）がその反対面からのそれよりも大きいことを確認したことに基づき、オーバーラップ部５が隣接する差動信号伝送用ケーブル１０の方向を向かないように配置した。好ましくは多対差動信号伝送用ケーブル１００の外側を向くように撚り合わせるように配置した。これにより、コモンモード電界はケーブル１００の外側に向かって広がることとなり、隣接するケーブル１０に対する、特にケーブル中央部に位置するケーブル１０に対する電磁干渉の度合いが低減されることとなる。また、多対差動信号伝送用ケーブル１００の外側に向かって広がるコモンモード電界は外層にある編組線（フレームＧＮＤ）１３により遮蔽される構成となっており、広がったコモンモード電界が隣り合う多対差動信号伝送用ケーブル１００間で干渉することもない。したがって、ケーブルが太くなることもなく、アグレッサからビクティムへコモンモード電界が干渉しない多対差動信号伝送用ケーブルを実現することができる。

（２）各対におけるコモンモード電流を低減するには、各差動信号伝送用ケーブルにおいて、シールドテープ導体に電流が流れるきっかけとなる同相モード成分を低減する必要がある。このため、差動モードから同相モードへのモード変換を引き起こす、差動ペアをなす２本の信号線間に発生する電気的な非平衡状態をなくす必要がある。本実施の形態では、電気的な平衡が崩れる要因となりやすいドレインワイヤや空隙をなくす構造、すなわち図２及び図３のような構造の差動信号伝送用ケーブル１０，２０を適用することで、ドレインワイヤが空隙に起因して発生する差動モードから同相モードへのモード変換、及びそれに伴うコモンモード電流の発生量を低減することができ、各差動信号伝送用ケーブルから発生するコモンモード電界を低減することができる。これにより、対間の漏話が少ない多対差動信号伝送用ケーブルを実現することができる。

〔本発明の第２の実施の形態〕
（多対差動信号伝送用ケーブルの構成）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る多対差動信号伝送用ケーブルの断面構造を示す断面図である。

第２の実施の形態に係る多対差動信号伝送用ケーブル２００は、多対差動信号伝送用ケーブル２００の断面中央に介在１５が配置され、介在１５の周囲に８本の差動信号伝送用ケーブル１０がほぼ等間隔に配置されている。

その他の点は、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。

（本発明の第２の実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、第１の実施の形態よりもケーブルが太くなってしまうという点以外は、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

以下の方法により、シールドテープ導体３のオーバーラップ部５がある面からの電磁エネルギー漏洩がその反対面からのそれよりも大きいことを確認した。

図５は、差動信号伝送用ケーブルにおける近傍磁界強度の評価系を示す概略図である。

ネットワークアナライザ２１に接続したケーブル２２の端部がキャリブレーション面３０となるよう補正処理を実施した測定系において、被測定物となる差動信号伝送用ケーブル１０に、ケーブル端末処理治具２５を通じてミックスドモード（差動モードと同相モードで定義される信号伝搬モード）の信号を入力する。このとき、被測定物となる差動信号伝送用ケーブル１０の開放端側で生じる不要な反射信号を低減するため、差動信号伝送用ケーブル１０の遠端側はケーブル端末処理治具２５と終端器２６によって無反射処理を行う。

漏話（クロストーク）の要因となるコモンモード電流はシールドテープ導体の表面を流れるため、磁界プローブ２７を差動信号伝送用ケーブル１０の表面に近接させ、これを検出する。磁界プローブ２７で検出した信号（コモンモード電流成分）はプリアンプ２８で増幅され、ケーブル２３、ＳＭＡコネクタ２４、ケーブル２２を経由してネットワークアナライザ２１においてシングルエンドモード信号として計測される。

図６は、差動モードを差動信号伝送用ケーブルに入力した際の近傍磁界強度スペクトルを示す図であり、図５の評価系において、差動信号伝送用ケーブル１０に差動モード信号を入力したときに差動信号伝送用ケーブル１０から発生したコモンモード電流成分を示したものである。
また、図７は、同相モードを差動信号伝送用ケーブルに入力した際の近傍磁界強度スペクトルを示す図であり、図５の評価系において、差動信号伝送用ケーブル１０に同相モード信号を入力したときに差動信号伝送用ケーブル１０から発生したコモンモード電流成分を示したものである。

図６に示すように、差動モード信号を入力した場合は、オーバーラップ部５のある面の表面に磁界プローブ２７を近接させた場合とオーバーラップ部５のある面と正対する面に磁界プローブ２７を近接させた場合とでコモンモード電流成分に差異がないことが確認できる。

一方、図７に示すように、同相モード信号を入力した場合は、オーバーラップ部５のある面の表面のコモンモード電流成分はオーバーラップ部５のある面と正対する面の表面のコモンモード電流成分よりも大きくなっていることが分かる。これはすなわち、オーバーラップ部５のある面からの電磁エネルギーの漏洩が、オーバーラップ部５のある面と正対する面から漏洩するそれよりも大きいことを示しており、漏洩（クロストーク）に寄与する電磁エネルギー量がオーバーラップ部５のある面とそれに正対する面とで異なることを示している。この傾向は周波数が高いほど（５ＧＨｚ以上、特に８ＧＨｚ以上において）顕著であることが図７より分かり、数Ｇｂｉｔ／ｓの信号伝送を対象とした本発明の実施の形態に係る多対差動信号伝送用ケーブルの漏洩（クロストーク）設計において有意な差として考えることができる。

１００，２００：多対差動信号伝送用ケーブル
１０，２０：差動信号伝送用ケーブル
１：信号線導体、２：絶縁体
３：シールドテープ導体（第１のシールドテープ導体）
４：絶縁テープ、５：オーバーラップ部
１１，１５：介在
１２：シールドテープ導体（第２のシールドテープ導体）
１３：編組線、１４：ジャケット
２１：ネットワークアナライザ、２２，２３：ケーブル
２４：ＳＭＡコネクタ、２５：ケーブル端末処理治具
２６：終端器、２７：磁界プローブ、２８：プリアンプ
２９：ＥＭＩ測定器、３０：測定系におけるキャリブレーション面

Claims (10)

1. 差動ペアをなす２本の信号線導体を被覆する絶縁体の周囲に第１のシールドテープ導体を備えた差動信号伝送用ケーブルを複数本、束ねた多対差動信号伝送用ケーブルであって、
   前記第１のシールドテープ導体は、ケーブル長手方向にオーバーラップ部を有するように縦添え巻きされており、
   前記複数本の差動信号伝送用ケーブルは、隣接する２本の差動信号伝送用ケーブルを少なくとも一組以上を含み、
   前記隣接する２本の差動信号伝送用ケーブルの少なくとも一方の前記オーバーラップ部が当該隣接する差動信号伝送用ケーブルの方向に向かないように前記差動信号伝送用ケーブルが配置されていることを特徴とする多対差動信号伝送用ケーブル。
2. 前記複数本の差動信号伝送用ケーブルのうち少なくとも１本の前記オーバーラップ部が前記多対差動信号伝送用ケーブルの外側を向くように前記差動信号伝送用ケーブルが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の多対差動信号伝送用ケーブル。
3. 前記複数本の差動信号伝送用ケーブルのすべての前記オーバーラップ部が前記多対差動信号伝送用ケーブルの外側を向くように前記差動信号伝送用ケーブルが配置されていることを特徴とする請求項２に記載の多対差動信号伝送用ケーブル。
4. 前記第１のシールドテープ導体は、前記オーバーラップ部が前記２本の信号線導体を結ぶ線の略中間における垂直線上に位置するように縦添え巻きされていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の多対差動信号伝送用ケーブル。
5. 前記差動信号伝送用ケーブルは、ドレイン線を有しておらず、前記２本の信号線導体は、前記第１のシールドテープ導体との間に空隙が生じないような形状の前記絶縁体で一括被覆されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の多対差動信号伝送用ケーブル。
6. 前記２本の信号線導体は、前記２本の信号線導体の並び方向に対して平行な平坦部を有する扁平楕円形の断面形状を有する前記絶縁体で一括被覆されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の多対差動信号伝送用ケーブル。
7. 前記２本の信号線導体は、前記２本の信号線導体の並び方向に長い楕円形の断面形状を有する前記絶縁体で一括被覆されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の多対差動信号伝送用ケーブル。
8. 前記多対差動信号伝送用ケーブルの断面中央に２本の前記差動信号伝送用ケーブルが配置され、介在を介してその周囲に６本の前記差動信号伝送用ケーブルが配置されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の多対差動信号伝送用ケーブル。
9. 前記多対差動信号伝送用ケーブルの断面中央に介在が配置され、前記介在の周囲に８本の前記差動信号伝送用ケーブルが配置されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の多対差動信号伝送用ケーブル。
10. 前記複数の差動信号伝送用ケーブルの周囲に一括して巻き付けられた第２のシールドテープ導体と、前記第２のシールドテープ導体の周囲を被覆する編組線と、前記編組線を被覆するジャケットとを有することを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の多対差動信号伝送用ケーブル。

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