JP2015041519A - 差動信号伝送用ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】スキューの発生を抑制して伝送信号の高速化に確実に対応できるようにする。
【解決手段】スキン層１３の表面に、一対の信号線導体１１の並び方向と直交する方向でかつ一対の信号線導体１１の軸心の各々からの距離Ｄが等しい等距離部Ｐに配置されるシールド導体１４を、部分的に設けた。絶縁部材１２内で各信号線導体１１の配置ズレが起きても、各信号線導体１１の軸心からシールド導体１４までの距離Ｄを略等しくできる。スキン層１３の表面において、一対の信号線導体１１の並び方向にはシールド導体１４が配置されず当該部分を空間にできる。よって、絶縁部材１２内で各信号線導体１１の配置ズレが起きても、空間部分の誘電率は小さく、かつ各々の信号線導体１１の並び方向の実効誘電率は、空間部分の誘電率に近づくため、各信号線導体１１の実効誘電率に差異が生じるのを抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一対の信号線導体を備え、位相を180度反転させた差動信号を伝送する差動信号伝送用ケーブルに関する。

従来、数Gbit／s以上の高速デジタル信号を扱うサーバやルータ，ストレージ製品等の機器においては、差動インターフェース規格、例えばLVDS（Low Voltage Differential Signal）が採用され、各機器間あるいは機器内の各回路基板間では、差動信号伝送用ケーブルを用いて差動信号の伝送が行われている。差動信号は、システム電源の低電圧化を実現しつつ外来ノイズに対する耐性が高いという特徴を有している。

差動信号伝送用ケーブルは一対の信号線導体を備え、各信号線導体には、位相を180度反転させたプラス側信号およびマイナス側信号がそれぞれ伝送されるようになっている。そして、これらの２つの信号の電位差が信号レベルとなって、例えば電位差がプラスであれば「High」，マイナスであれば「Low」として、当該信号レベルが受信側で認識されるようになっている。

このような差動信号を伝送する差動信号伝送用ケーブルとしては、例えば、特許文献１〜３に記載された技術が知られている。これらの特許文献１〜３に記載された差動信号伝送用ケーブルは、いずれも所定間隔で平行に並べられた一対の信号線導体を備え、これらの各信号線導体は絶縁体によって覆われている。そして、絶縁体の周囲にはシート状のシールド導体が設けられ、当該シールド導体は絶縁体の全周を覆っている。

特開２０１１−０８６４５８号公報 特開２０１１−０９６５７４号公報 特開２０１２−１６９２５１号公報

しかしながら、上述の各特許文献１〜３に記載された差動信号伝送用ケーブルにおいては、絶縁体の全周をシールド導体で覆うようにしている。したがって、差動信号伝送用ケーブルの製造誤差等によって、各信号線導体からシールド導体までの距離がそれぞれ異なるようなことが生じ得る。

図７は、従前の差動信号伝送用ケーブルに製造誤差が生じた場合を例示した横断面図を示している。具体的には、差動信号伝送用ケーブルａにおけるP側（Positive：＋）の信号線導体ｂおよびN側（Negative：−）の信号線導体ｃの並び方向に沿う絶縁体ｄの厚み寸法（シールド導体ｇまでの距離）が、それぞれ距離ｅ，ｆのように異なることが生じ得る。つまり、図７に示す場合においては、P側の信号線導体ｂとシールド導体ｇとの間の距離ｅの方が、N側の信号線導体ｃとシールド導体ｇとの間の距離ｆよりも短くなっている（ｅ＜ｆ）。

このような絶縁体ｄの厚み寸法の差（距離ｅ，ｆの差）がそれぞれ誘電率εの差となり、ひいてはP側の信号線導体ｂとN側の信号線導体ｃとで実効誘電率εefが異なることになる。この各信号線導体ｂ，ｃの実効誘電率εefの差異は、各信号線導体ｂ，ｃを伝搬する伝送信号の伝搬時間に差を生じさせる。そして、このような所謂「スキュー（Skew）」は、伝送信号が高速であるほど信号に対する影響が顕著に現れるため、さらなる伝送信号の高速化に対応するために、差動信号伝送用ケーブルの構造等を見直す必要が生じていた。

本発明の目的は、スキューの発生を抑制して伝送信号の高速化に確実に対応し得る差動信号伝送用ケーブルを提供することにある。

本発明の一態様では、一対の信号線導体と、前記一対の信号線導体の各々の周囲に設けられる絶縁体と、前記絶縁体の表面に部分的に設けられ、前記各信号線導体の並び方向と直交する方向でかつ前記各信号線導体の軸心の各々からの距離が等しい等距離部に配置されるシールド導体と、を有する。

本発明の他の態様では、前記絶縁体は、前記各信号線導体の周囲に設けられて気泡を含有する第１絶縁体と、前記第１絶縁体の周囲に設けられて気泡を含有しない第２絶縁体とを備える。

本発明の他の態様では、前記シールド導体は、接着剤により前記絶縁体に固定される。

本発明の他の態様では、前記絶縁体と前記シールド導体との間に、前記シールド導体を前記絶縁体に固定する接着シートが設けられる。

本発明の他の態様では、前記絶縁体の横断面形状が、前記各信号線導体の並び方向に延在される長軸、および前記長軸と直交する短軸を有する楕円形形状である。

本発明の他の態様では、前記絶縁体の横断面形状が、前記各信号線導体の並び方向に延在される一対の直線部、および前記各直線部間に設けられる一対の円弧部を有するトラック状形状である。

本発明によれば、絶縁体の表面に、一対の信号線導体の並び方向と直交する方向でかつ一対の信号線導体の軸心の各々からの距離が等しい等距離部に配置されるシールド導体を、部分的に設ける。これにより、絶縁体の内部において各信号線導体の配置ズレが起きるような製造誤差が生じたとしても、各信号線導体からシールド導体までの距離を略等しくすることができる。

また、絶縁体の表面において、一対の信号線導体の並び方向にはシールド導体が配置されないので当該部分を空間にできる。これにより、絶縁体の内部において各信号線導体の配置ズレが起きるような製造誤差が生じたとしても、空間部分の誘電率は小さく、各々の信号線導体の並び方向の実効誘電率は、空間部分の誘電率に近づくため、各信号線導体の実効誘電率に差異が生じるのを抑制できる。

したがって、スキューの発生を抑制して伝送信号の高速化に確実に対応し得る差動信号伝送用ケーブルを提供することができる。

（ａ）は実施の形態１に係る差動信号伝送用ケーブルの斜視図、（ｂ）は図１（ａ）の横断面図である。 （ａ）はシールド導体の貼付手順を示す横断面図，（ｂ）は信号線導体からシールド導体へ広がる電界を模式的に示す横断面図である。 （ａ）は実施の形態２に係る差動信号伝送用ケーブルの横断面図、（ｂ）は図３（ａ）のシールド導体の装着手順を示す横断面図である。 （ａ）は実施の形態３に係る差動信号伝送用ケーブルの横断面図、（ｂ）は図４（ａ）のシールド導体の装着手順を示す横断面図である。 （ａ）は実施の形態４に係る差動信号伝送用ケーブルの斜視図、（ｂ）は図５（ａ）の横断面図である。 実施の形態５に係る差動信号伝送用ケーブルの横断面図である。 従前の差動信号伝送用ケーブルに製造誤差が生じた場合を例示した横断面図である。

以下、本発明の実施の形態１について図面を用いて詳細に説明する。

図１（ａ）は実施の形態１に係る差動信号伝送用ケーブルの斜視図、（ｂ）は図１（ａ）の横断面図を、図２（ａ）はシールド導体の貼付手順を示す横断面図，（ｂ）は信号線導体からシールド導体へ広がる電界を模式的に示す横断面図をそれぞれ示している。

図１に示すように、実施の形態１に係る差動信号伝送用ケーブル１０は、一対の信号線導体１１を備えている。各信号線導体１１のうちのいずれか一方には差動信号としてのプラス側信号（Positive：＋）が伝送され、各信号線導体１１のうちのいずれか他方には差動信号としてのマイナス側信号（Negative：−）が伝送されるようになっている。各信号線導体１１は、例えば、その表面に銀めっき処理が施された軟銅線（Silver platedCopper Wire）によって形成され、これにより、高速伝送用途に優れたものとなっている。ただし、必要に応じて錫めっき処理等の安価な表面処理が施された軟銅線（Tinned Annealed Copper Wire）を用いることもできる。

各信号線導体１１の周囲は、共通の絶縁部材（絶縁体）１２によって一括して被覆されている。この絶縁部材１２は、差動信号伝送用ケーブル１０の高周波損失を低減させるために、例えば、気泡を含有する発泡ポリエチレン（Foamed Poly-Ethylene）によって形成されている。このように、絶縁部材１２は気泡を含有するため、その誘電率ε１は低い値を示すようになっている。

絶縁部材１２の周囲は、気泡を含有しないポリエチレン（Poly-Ethylene）等よりなるスキン層（絶縁体）１３によって覆われている。ここで、スキン層１３は、気泡を含有しない分、絶縁部材１２よりも高い剛性に設定されており、絶縁部材１２を押し出し成形等する際に、柔らかい状態で硬化する前の絶縁部材１２を、所定の楕円形形状に保持する役割を果たしている。このように、スキン層１３は気泡を含有しないため、その誘電率ε２は、絶縁部材１２の誘電率ε１よりも高い値を示すようになっている（ε２＞ε１）。

ここで、絶縁部材１２は本発明における第１絶縁体を構成し、スキン層１３は本発明における第２絶縁体を構成している。つまり、絶縁部材１２は各信号線導体１１側に配置され、スキン層１３は各信号線導体１１側とは反対側に配置されている。スキン層１３は、その周方向に沿って略均一の厚み寸法となっており、絶縁部材１２を含むスキン層１３の横断面形状は、各信号線導体１１の並び方向に延在される長軸Ａ１を有するとともに、当該長軸Ａ１と直交する短軸Ａ２を有する楕円形形状に形成されている。

スキン層１３の表面には、各信号線導体１１に対するグラウンド導体として、一対のシールド導体１４が部分的に設けられている。これらの各シールド導体１４は、スキン層１３を短軸Ａ２の方向から挟むようにして対向配置され、かつ各信号線導体１１の長手方向に沿うようそれぞれ真っ直ぐに延在されている。

各シールド導体１４は、例えばシート状の銅箔によって形成され、その幅寸法Ｗ１は、各信号線導体１１の軸心間距離Ｌよりも大きい寸法に設定されている（Ｗ１＞Ｌ）。ただし、各シールド導体１４としては、銅箔に限らず他の金属箔であっても良いし、さらには軟銅線等の金属細線を編み込んだ編組線であっても良い。

各シールド導体１４には、同じ分量の接着剤Ｓが同じ厚みで塗布され、これにより各シールド導体１４はスキン層１３にそれぞれ隙間無く固定されるようになっている。ここで、接着剤Ｓとしては、例えばポリエステル系接着剤が用いられている。

各シールド導体１４の幅方向に沿う中間部分、つまり各シールド導体１４の幅寸法Ｗ１の半分の位置（Ｗ１／２の位置）は、スキン層１３の表面にある等距離部Ｐに位置されている。ここで、等距離部Ｐは、スキン層１３の表面に２箇所形成、つまり短軸Ａ２の両端部分に形成され、各信号線導体１１の並び方向と直交する方向で、かつ各信号線導体１１の軸心の各々からの距離Ｄが等しくなる部分に形成されている。すなわち、各シールド導体１４は、スキン層１３の等距離部Ｐを、それぞれ幅方向の略真ん中で覆うようになっている。

このように、各シールド導体１４の幅寸法Ｗ１を各信号線導体１１の軸心間距離Ｌよりも大きい寸法にしつつ、等距離部Ｐをそれぞれ覆うようにしたので、絶縁部材１２の内部において各信号線導体１１の配置ズレが起き、当該配置ズレに起因する等距離部Ｐの位置ズレが起きた（製造誤差が生じた）としても、各シールド導体１４により確実に等距離部Ｐを覆うことが可能となっている。

なお、スキン層１３の表面において、各信号線導体１１の並び方向（図１（ｂ）の左右側）にはシールド導体１４が配置されておらず、当該部分は空間となっている。ここで、空気の誘電率εａは、絶縁部材１２の誘電率ε１およびスキン層１３の誘電率ε２よりも小さい誘電率となっている（εａ＜ε１＜ε２）。

また、シールド導体１４の周囲には何も設けられていないが、スキン層１３やシールド導体１４の周囲を保護するために、保護外皮として機能する絶縁層（図示せず）を設けても良い。絶縁層は、例えば絶縁テープを巻き付けて形成したり、絶縁材料を押出被覆して形成する。この場合、差動信号伝送用ケーブル１０のあらゆる使用環境等を考慮して、絶縁層の材質としては、例えば耐熱ＰＶＣ（Heat Resistant Polyvinyl Chloride）を選択するのが望ましい。

図２（ａ）に示すように、スキン層１３の表面に各シールド導体１４を固定するには、まず、各シールド導体１４のスキン層１３側の面（接着面）に、同じ分量の接着剤Ｓを同じ厚みで塗布する。これにより、各シールド導体１４に対応する各接着剤Ｓの厚みの相違に起因する電気的特性の悪化が防止される。その後、図２中矢印Ｍ１に示すように、スキン層１３の表面にある等距離部Ｐに、各シールド導体１４の幅寸法Ｗ１の半分の位置を臨ませる。これにより、スキン層１３の所定箇所に各シールド導体１４が固定される。ここで、スキン層１３と各シールド導体１４との間にエア溜まり等の空気層が形成されないようにする。

図２（ｂ）の実線矢印に示すように、各信号線導体１１からシールド導体１４へ向かう電界は、絶縁部材１２およびスキン層１３の略同じ部分を通過するため、各信号線導体１１の実効誘電率εefに差異が生じることは殆ど無い。また、図２（ｂ）の破線矢印に示すように、各信号線導体１１からその並び方向に沿って相反する方向に広がる電界は、それぞれ絶縁部材１２，スキン層１３および空間を迂回してシールド導体１４に広がる。したがって、例えば、絶縁部材１２の内部において各信号線導体１１の配置ズレが起きたり、図中左右側でスキン層１３の厚みに誤差が生じたりしても、空気の誘電率εａが小さいことや破線矢印の経路（電界の迂回経路）が長いこと等から、各々の信号線導体１１の並び方向の実効誘電率εefは、空間部分の誘電率εａに近づくため、ひいては各信号線導体１１の実効誘電率εefに差異が生じるのを抑制できる。

以上詳述したように、実施の形態１に係る差動信号伝送用ケーブル１０によれば、スキン層１３の表面に、一対の信号線導体１１の並び方向と直交する方向でかつ一対の信号線導体１１の軸心の各々からの距離Ｄが等しい等距離部Ｐに配置されるシールド導体１４を、部分的に設けた。これにより、絶縁部材１２の内部において各信号線導体１１の配置ズレが起きるような製造誤差が生じたとしても、各信号線導体１１の軸心からシールド導体１４までの距離Ｄを略等しくすることができる。

また、スキン層１３の表面において、一対の信号線導体１１の並び方向にはシールド導体１４が配置されないので当該部分を空間にできる。これにより、絶縁部材１２の内部において各信号線導体１１の配置ズレが起きるような製造誤差が生じたとしても、空間部分の誘電率εａは小さく、かつ各々の信号線導体１１の並び方向の実効誘電率εefは、空間部分の誘電率εａに近づくため、各信号線導体１１の実効誘電率εefに差異が生じるのを抑制できる。

したがって、スキューの発生を抑制して伝送信号の高速化に確実に対応し得る差動信号伝送用ケーブル１０を提供することができる。

次に、本発明の実施の形態２について図面を用いて詳細に説明する。なお、上述した実施の形態１と同様の機能を有する部分については同一の記号を付し、その詳細な説明を省略する。

図３（ａ）は実施の形態２に係る差動信号伝送用ケーブルの横断面図、（ｂ）は図３（ａ）のシールド導体の装着手順を示す横断面図を示している。

図３に示すように、実施の形態２に係る差動信号伝送用ケーブル２０は、スキン層１３の表面に、絶縁体および接着シートとしてのＰＥＴテープ（Polyethylene terephthalate）２１を介して、シールド導体２２を固定するようにしている。つまり、ＰＥＴテープ２１はスキン層１３とシールド導体２２との間に設けられている。ここで、ＰＥＴテープ２１には、シールド導体２２が予め固定されており、これによりシールド導体２２のスキン層１３に対する位置決めがし易くなっている。つまり、シールド導体２２よりも表面積が大きいＰＥＴテープ２１を、図中矢印Ｍ２に示すように、スキン層１３に対して位置決めして貼り付けることで、シールド導体２２は等距離部Ｐを自動的に覆うようになる。ただし、実施の形態２においても、スキン層１３とＰＥＴテープ２１との間に空気層ができないようにする。

以上のように形成した実施の形態２においても、実施の形態１と同様の作用効果を奏することができる。また、スキン層１３がＰＥＴテープ２１で覆われるため、保護目的の絶縁層を設けることなく、差動信号伝送用ケーブル２０の強度アップ等を図ることができる。

次に、本発明の実施の形態３について図面を用いて詳細に説明する。なお、上述した実施の形態１と同様の機能を有する部分については同一の記号を付し、その詳細な説明を省略する。

図４（ａ）は実施の形態３に係る差動信号伝送用ケーブルの横断面図、（ｂ）は図４（ａ）のシールド導体の装着手順を示す横断面図を示している。

図４に示すように、実施の形態３に係る差動信号伝送用ケーブル３０は、実施の形態１に比してスキン層１３（図１参照）を省略しつつ、気泡を含有しないソリッドのポリエチレンによって絶縁部材（絶縁体）３１を形成している。また、一対のシールド導体３２を、絶縁体および接着シートとしての一枚のＰＥＴテープ３３を絶縁部材３１に巻き付けて貼付することで固定している。つまり、ＰＥＴテープ３３は絶縁部材３１とシールド導体３２との間に設けられている。ここで、ＰＥＴテープ３３には、各シールド導体３２が所定間隔で予め固定されている。これにより、図中矢印Ｍ３に示すように、一方のシールド導体３２（図中下側）をスキン層１３の所定位置に位置決めした状態のもとで、ＰＥＴテープ３３を絶縁部材３１に巻き付けることで、他方のシールド導体３２がスキン層１３の所定位置（図中上側）に自動的に位置決めされる。

以上のように形成した実施の形態３においても、実施の形態１と同様の作用効果を奏することができる。これに加えて、ＰＥＴテープ３３を１回巻くだけで差動信号伝送用ケーブル３０が完成され、さらにスキン層１３を備えないため、差動信号伝送用ケーブル３０の製造工程を簡素化して、ひいてはコスト低減を図ることができる。ただし、実施の形態１および実施の形態２においても、スキン層１３を省略しつつ、気泡を含有しない絶縁部材を用いるようにしても良い。

次に、本発明の実施の形態４について図面を用いて詳細に説明する。なお、上述した実施の形態１と同様の機能を有する部分については同一の記号を付し、その詳細な説明を省略する。

図５（ａ）は実施の形態４に係る差動信号伝送用ケーブルの斜視図、（ｂ）は図５（ａ）の横断面図を示している。

図５に示すように、実施の形態４に係る差動信号伝送用ケーブル４０は、絶縁部材（絶縁体，第１絶縁体）４１の横断面形状が、各信号線導体１１の並び方向に延ばされた等しい長さの一対の直線部４２と、各直線部４２間に設けられる一対の円弧部４３とからなり、陸上競技場のトラック（Track）に略等しい形状のトラック状形状に形成されている。そして、絶縁部材４１の横断面形状に倣って、スキン層（絶縁体，第２絶縁体）４４の横断面形状もトラック状形状に形成されている。

一対のシールド導体４５は、各直線部４２の上に、接着剤や接着シート等を介さずに添えられている。そして、各シールド導体４５を各直線部４２の上に配置した状態のもとで、図中矢印Ｍ４に示すように、絶縁層としての絶縁テープ４６を巻き、これにより各シールド導体４５が、スキン層４４の所定位置に固定される。

以上のように形成した実施の形態４においても、実施の形態１と同様の作用効果を奏することができる。ただし、実施の形態４においても、実施の形態３と同様に、スキン層４４を省略しつつ、気泡を含有しない絶縁部材を用いるようにしても良い。

次に、本発明の実施の形態５について図面を用いて詳細に説明する。なお、上述した実施の形態１と同様の機能を有する部分については同一の記号を付し、その詳細な説明を省略する。

図６は実施の形態５に係る差動信号伝送用ケーブルの横断面図を示している。

図６に示すように、実施の形態５に係る差動信号伝送用ケーブル６０は、絶縁部材（絶縁体，第１絶縁体）６１およびスキン層（絶縁体，第２絶縁体）６２の横断面形状が、それぞれ円形形状に形成されている。なお、絶縁部材６１は、気泡を含有する発泡ポリエチレンにより形成されている。また、各信号線導体１１の周囲には、それぞれスキン層６３，６４が設けられており、これにより各信号線導体１１を部品単体で管理する際に、各信号線導体１１の周囲を損傷する不具合等の発生を防止している。

以上のように形成した実施の形態５においても、実施の形態１と同様の作用効果を奏することができる。ただし、実施の形態５においても、絶縁部材６１を、気泡を含有しないポリエチレンにより形成しても良い。この場合、スキン層６２を省略することができる。

本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、上記各実施の形態においては、各信号線導体１１の周囲に銀めっき処理が施されたものを示したが、本発明はこれに限らず、周囲にめっき処理が施されていない信号線導体を用いることもできる。この場合、差動信号伝送用ケーブル１０，２０，３０，４０，６０の製造コストを低減することができる。

１０ 差動信号伝送用ケーブル
１１ 信号線導体
１２ 絶縁部材（絶縁体，第１絶縁体）
１３ スキン層（絶縁体，第２絶縁体）
１４ シールド導体
Ａ１ 長軸
Ａ２ 短軸
Ｄ 距離
Ｐ 等距離部
Ｓ 接着剤
２０ 差動信号伝送用ケーブル
２１ ＰＥＴテープ（絶縁体，接着シート）
２２ シールド導体
３０ 差動信号伝送用ケーブル
３１ 絶縁部材（絶縁体）
３２ シールド導体
３３ ＰＥＴテープ（絶縁体，接着シート）
４０ 差動信号伝送用ケーブル
４１ 絶縁部材（絶縁体，第１絶縁体）
４２ 直線部
４３ 円弧部
４４ スキン層（絶縁体，第２絶縁体）
４５ シールド導体
６０ 差動信号伝送用ケーブル
６１ 絶縁部材（絶縁体，第１絶縁体）
６２ スキン層（絶縁体，第２絶縁体）

Claims (6)

1. 一対の信号線導体と、
   前記一対の信号線導体の各々の周囲に設けられる絶縁体と、
   前記絶縁体の表面に部分的に設けられ、前記各信号線導体の並び方向と直交する方向でかつ前記各信号線導体の軸心の各々からの距離が等しい等距離部に配置されるシールド導体と、
   を有する差動信号伝送用ケーブル。
2. 請求項１記載の差動信号伝送用ケーブルにおいて、
   前記絶縁体は、前記各信号線導体の周囲に設けられて気泡を含有する第１絶縁体と、前記第１絶縁体の周囲に設けられて気泡を含有しない第２絶縁体とを備える、差動信号伝送用ケーブル。
3. 請求項１または２記載の差動信号伝送用ケーブルにおいて、
   前記シールド導体は、接着剤により前記絶縁体に固定される、差動信号伝送用ケーブル。
4. 請求項１または２記載の差動信号伝送用ケーブルにおいて、
   前記絶縁体と前記シールド導体との間に、前記シールド導体を前記絶縁体に固定する接着シートが設けられる、差動信号伝送用ケーブル。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の差動信号伝送用ケーブルにおいて、
   前記絶縁体の横断面形状が、前記各信号線導体の並び方向に延在される長軸、および前記長軸と直交する短軸を有する楕円形形状である、差動信号伝送用ケーブル。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の差動信号伝送用ケーブルにおいて、
   前記絶縁体の横断面形状が、前記各信号線導体の並び方向に延在される一対の直線部、および前記各直線部間に設けられる一対の円弧部を有するトラック状形状である、差動信号伝送用ケーブル。

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