JP2015109494A - アクティブケーブルモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】幅広い環境温度範囲で高い伝送品質を維持することが可能なアクティブケーブルモジュールを提供する。【解決手段】複数の信号線５を有するケーブル２と、ケーブル２の両端に設けられたコネクタ３と、コネクタ３の少なくとも一方に搭載され、ケーブル２から入力された電気信号を、ケーブル２の損失特性に応じて補償して出力する補償回路４と、を備えたアクティブケーブルモジュールにおいて、信号線５に沿うように設けられ、温度により抵抗値が変化する温度検知線２０と、温度検知線２０の抵抗値を測定する抵抗測定回路２１と、を備え、補償回路４は、抵抗測定回路２１が測定した抵抗値に応じて補償を行うように構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、ケーブルから入力された電気信号をケーブルの損失特性に応じてアクティブに補償する補償回路を備えたアクティブケーブルモジュールに関するものである。

電気信号の長距離伝送を可能にするコネクタ付きケーブルとして、複数の信号線を有するケーブルと、ケーブルの両端に設けられたコネクタと、コネクタの少なくとも一方に搭載された補償回路と、を備えたアクティブケーブルモジュール（アクティブダイレクトアタッチケーブル（アクティブＤＡＣ）とも呼称される）が知られている。

アクティブケーブルモジュールでは、補償回路は、コネクタ内に搭載されるパドルカード基板に搭載され、ケーブルから入力された電気信号を、ケーブルの損失特性に応じてアクティブに補償するように構成されている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１，２がある。

特開２００７−３０５４７８号公報 特開平８−２６４０３５号公報

しかしながら、アクティブケーブルモジュールでは、ケーブルでの伝送損失を補償できるという前提で長尺のものが使用されるため、ケーブルの損失特性に僅かな温度依存性があっても大きな損失変化となってしまうという問題がある。

そのため、環境温度が変化する等してケーブルの温度が変化すると、コネクタに内蔵された補償回路の補償特性とケーブルの損失特性との間で乖離が生じやすく、幅広い環境温度範囲で高い伝送品質を維持することが困難であった。

一般に、ケーブルでは、ケーブルの温度が高温となるほど、そして電気信号の周波数が高くなるほど伝送損失が増加することが知られている。よって、補償回路の補償特性とケーブルの損失特性との間で乖離が生じると、特に高い周波数で適切に補償が行われず問題が生じるおそれがあり、近年の高速伝送化に対応するためにも対策が望まれる。

なお、例えば、コネクタに温度センサを搭載するなどして温度を測定し、その温度に応じて補償特性を変化させることも考えられる。しかし、この場合、コネクタを接続する電気機器側の影響を大きく受けてしまい、測定される温度は実際のケーブルの温度からはかけ離れたものとなってしまう。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、幅広い環境温度範囲で高い伝送品質を維持することが可能なアクティブケーブルモジュー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創案されたものであり、複数の信号線を有するケーブルと、前記ケーブルの両端に設けられたコネクタと、前記コネクタの少なくとも一方に搭載され、前記ケーブルから入力された電気信号を、前記ケーブルの損失特性に応じて補償して出力する補償回路と、を備えたアクティブケーブルモジュールにおいて、前記信号線に沿うように設けられ、温度により抵抗値が変化する温度検知線と、該温度検知線の抵抗値を測定する抵抗測定回路と、を備え、前記補償回路は、前記抵抗測定回路が測定した抵抗値に応じて補償を行うように構成されるアクティブケーブルモジュールである。

前記温度検知線は、前記ケーブルに備えられた２本の絶縁電線からなり、該２本の絶縁電線の一端が前記抵抗測定回路に接続され、他端が短絡されていてもよい。

前記両コネクタにそれぞれ前記補償回路を搭載し、前記両補償回路に対応するように２つの前記温度検知線を備えるようにしてもよい。

前記信号線の導体と、前記温度検知線の導体とが、同じ材料からなってもよい。

前記信号線の導体と、前記温度検知線の導体とが、銅または銅合金からなってもよい。

前記抵抗測定回路は、前記温度検知線の一端に定電流を印加する電流源と、前記温度検知線の他端を接地する接地回路と、前記温度検知線の抵抗値に応じて変化する前記温度検知線の一端の電圧を測定する電圧測定部と、を備え、前記補償回路は、前記電圧測定部で測定した電圧に応じて補償を行うように構成されてもよい。

前記補償回路は、入力される電圧の大きさにより抵抗値が可変に構成された可変抵抗を備え、該可変抵抗の抵抗値により補償特性を調整可能に構成されており、かつ、前記電圧測定部で測定した電圧に、予め設定したゲインを乗じると共に、予め設定したオフセットを足し合わせた電圧信号を、前記制御信号として前記可変抵抗に出力する制御部を備えていてもよい。

本発明によれば、幅広い環境温度範囲で高い伝送品質を維持することが可能なアクティブケーブルモジュールを提供できる。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係るアクティブケーブルモジュールの概略構成図であり、（ｂ）は、そのケーブルの横断面図である。 本発明において、ケーブルの損失特性の一例を示す図である。 （ａ）は、図１のアクティブケーブルモジュールに用いる抵抗測定回路および補償回路の一例を示す概略構成図であり、（ｂ）は、その補償回路の補償特性を示すグラフ図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は（ａ）は、本発明の一実施形態に係るアクティブケーブルモジュールの概略構成図であり、図１（ｂ）は、そのケーブルの横断面図である。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、アクティブケーブルモジュール１は、複数の信号線５を有するケーブル２と、ケーブル２の両端に設けられたコネクタ３と、コネクタ３の少なくとも一方に搭載された補償回路４と、を備えている。

ケーブル２は、導体５ａの周囲に絶縁体５ｂを形成した２本の信号線５の周囲に外部導体６を設けた内蔵ケーブル７を２本束ね、その周囲に押え巻きテープ８とジャケット９を順次設けて構成されている。外部導体６と信号線５との間には、外部導体６の接地用のドレイン線１０が設けられている。

本実施形態では、１チャンネル双方向の通信を可能とすべく２本の内蔵ケーブル７を用いているが、一方向のみの通信とする場合には内蔵ケーブル７を１本としてもよいし、３本以上の内蔵ケーブル７を用いて他チャンネルの通信を可能としてもよい。また、本実施形態では導体５ａを個別に覆うように絶縁体５ｂを形成しているが、２本の導体５ａを一括して覆うように絶縁体５ｂを形成してもよい。また、ドレイン線１０を省略しても構わない。

ケーブル２の一端（図１（ａ）の上側）には第１コネクタ３ａが設けられ、他端（図１（ａ）の下側）には第２コネクタ３ｂが設けられている。

第１コネクタ３ａには第１補償回路４ａが搭載され、第２コネクタ３ｂには第２補償回路４ｂが搭載されている。第１補償回路４ａは、第１コネクタ３ａに内蔵された第１パドルカード基板１２ａに搭載されており、第２補償回路４ｂは、第２コネクタ３ｂに内蔵された第２パドルカード基板１２ｂに搭載されている。

第１パドルカード基板１２ａおよび第２パドルカード基板１２ｂの一端部（ケーブル２の接続側と反対側の端部）には、電気機器等に接続される複数の送信側電極１３と複数の受信側電極１４とが形成されている。

また、第１パドルカード基板１２ａおよび第２パドルカード基板１２ｂの他端部には、ケーブル２の信号線５の導体５ａが接続されるケーブル接続用送信側電極１５とケーブル接続用受信側電極１６が形成されている。

送信側電極１３とケーブル接続用送信側電極１５とは、パドルカード基板１２ａ，１２ｂに形成された配線パターンを介して電気的に接続されている。受信側電極１４とケーブル接続用受信側電極１６とは、パドルカード基板１２ａ，１２ｂに形成された配線パターンを介して電気的に接続されている。受信側電極１４とケーブル接続用受信側電極１６間を接続する配線パターンには、補償回路４ａ，４ｂが設けられている。

第１内蔵ケーブル７ａにおける信号線５の導体５ａは、その一端が第１パドルカード基板１２ａのケーブル接続用送信側電極１５に接続され、その他端が第２パドルカード基板１２ｂのケーブル接続用受信側電極１６に接続される。第２内蔵ケーブル７ｂにおける信号線５の導体５ａは、その一端が第１パドルカード基板１２ａのケーブル接続用受信側電極１６に接続され、その他端が第２パドルカード基板１２ｂのケーブル接続用送信側電極１５に接続される。

これにより、第１コネクタ３ａから第２コネクタ３ｂに、第１内蔵ケーブル７ａの信号線５を介して電気信号を送信し、第２コネクタ３ｂから第１コネクタ３ａに、第２内蔵ケーブル７ｂの信号線５を介して電気信号を送信することが可能になる。なお、図示省略しているが、内蔵ケーブル７ａ，７ｂのドレイン線１０は、パドルカード基板１２ａ，１２ｂのグランドパターンに接続されている。

補償回路４ａ，４ｂは、ケーブル２から入力された電気信号を、ケーブル２の損失特性に応じて補償して出力するものである。

コネクタ３ａ，３ｂにて、ケーブル２からケーブル接続用受信側電極１６を介して受信された電気信号は、補償回路４ａ，４ｂに入力され、ケーブル２の損失特性に応じた補償がなされた後、受信側電極１４を介して接続対象の電気機器等に出力されるようになっている。補償回路４ａ，４ｂの具体的な回路構成については後述する。

さて、本実施形態に係るアクティブケーブルモジュール１では、信号線５に沿うように設けられ、温度により抵抗値が変化する温度検知線２０と、温度検知線２０の抵抗値を測定する抵抗測定回路２１と、をさらに備えており、補償回路４ａ，４ｂは、抵抗測定回路２１が測定した抵抗値に応じて補償を行うように構成されている。

本実施形態では、両コネクタ３ａ，３ｂにそれぞれ補償回路４ａ，４ｂを搭載しているため、両補償回路４ａ，４ｂに対応するように２つの温度検知線２０ａ，２０ｂが備えられている。温度検知線２０ａ，２０ｂは、信号線５と並走するように配置される。

温度検知線２０ａ，２０ｂは、ケーブル２に備えられた２本の絶縁電線２２からなる。絶縁電線２２は、導体２２ａの周囲に絶縁体２２ｂを設けて構成されている。本実施形態では、２つの温度検知線２０ａ，２０ｂを備えているので、合計４本の絶縁電線２２がケーブル２に備えられることになる。絶縁電線２２は、内蔵ケーブル７ａ，７ｂと押え巻きテープ８との間に設けられる。

温度検知線２０ａ，２０ｂを構成する２本の絶縁電線２２は、その一端が温度検知線用電極２４に接続され、パドルカード基板１２ａ，１２ｂに形成された配線パターンを介して抵抗測定回路２１に接続されており、他端が短絡部２３により短絡されている。

ここでは、両絶縁電線２２の導体２２ａ同士を直接はんだ付けして短絡部２３としているが、これに限らず、例えば、両絶縁電線２２の導体２２ａをパドルカード基板１２ａ，１２ｂに接続し、パドルカード基板１２ａ，１２ｂに形成された配線パターンを介して両者を電気的に接続するように構成してもよい。

これにより、抵抗測定回路２１では、短絡部２３を介して接続された２本の絶縁電線２２の全長（つまりケーブル２の２倍の長さ）の抵抗を測定することになる。

温度検知線２０に用いる絶縁電線２２の導体２２ａとしては、信号線５の導体５ａと同じ材料からなるものを用いるとよい。ここでは、信号線５の導体５ａおよび温度検知線２０に用いる絶縁電線２２の導体２２ａとして、銅または銅合金からなるものを用いた。例えば、長さ２０ｍ、直径０．１ｍｍの銅からなる導体２２ａでは、０℃〜７０℃の温度変化で抵抗値が４３Ω〜５３Ωと１０Ω変化する。よって、抵抗測定回路２１で導体２２ａの抵抗値を測定することで、ケーブル２の温度を常時検出することができる。

ここで、抵抗測定回路２１と補償回路４の具体的な構成について説明する。

図２に示すように、ケーブル２では、温度が高くなるほど、そして伝送する電気信号の周波数が高くなるほど伝送損失が大きくなる（差動モード利得ＳＤＤ２１が小さくなる）。補償回路４では、周波数毎の伝送損失が略等しくなるように（つまり損失特性がフラットに近づくように）補償を行う。

図３（ａ）に示すように、抵抗測定回路２１は、温度検知線２０の一端に定電流を印加する電流源３１と、温度検知線２０の他端を接地する接地回路３２と、温度検知線２０の抵抗値に応じて変化する温度検知線２０の一端の電圧を測定する電圧測定部３３と、を備えている。つまり、抵抗測定回路２１は、温度検知線２０の抵抗値を電圧により測定するように構成されている。

補償回路４は、差動増幅回路４１と、緩衝増幅回路４２と、これら増幅回路４１，４２を制御する制御部４３と、から構成されている。補償回路４の入力端子４４は、ケーブル接続用受信側電極１６に電気的に接続され、出力端子４５は、受信側電極１４に電気的に接続される。

制御部４３および抵抗測定回路２１の電圧測定部３３は、共通のアナログ演算回路４６により構成されている。

補償回路４は、入力される電圧の大きさにより抵抗値が可変に構成された可変抵抗Ｒ９を備え、可変抵抗Ｒ９の抵抗値により補償特性を調整可能に構成されている。可変抵抗Ｒ９としては、例えば、ゲート電圧により抵抗値を変化させることが可能なＭＯＳトランジスタ等を用いることができる。

制御部４３は、抵抗測定回路２１の電圧測定部３３で測定した電圧に応じて補償を行うように構成される。具体的には、制御部４３は、電圧測定部３３で測定した電圧に、予め設定したゲインを乗じると共に、予め設定したオフセットを足し合わせた電圧信号を、制御信号として可変抵抗Ｒ９に出力するように構成される。ゲインやオフセットは、ケーブル２の損失特性や可変抵抗Ｒ９の特性、補償回路４の回路構成等に応じて、所望の補償特性が得られるように予め設定される。

ケーブル２の温度が高くなると、ケーブル２の抵抗値が大きくなり、電圧測定部３３で測定される電圧が高くなる。その結果、制御部４３により出力される制御信号の電圧が高くなり、可変抵抗Ｒ９の抵抗値が高くなる。

ここで、補償回路４の補償特性の一例を図３（ｂ）に示す。

図３（ｂ）に示すように、ケーブル２の温度が高くなり、可変抵抗Ｒ９の抵抗値が大きくなるほど、比較的低い周波数の領域でゲインが低下して出力が低下し、低い周波数と比較して高い周波数の出力が相対的に大きくなる補償特性を実現できる。

図３（ｂ）のような補償特性とすることで、ケーブル２の温度が高温となるほど、そして電気信号の周波数が高くなるほど伝送損失が増加する、というケーブル２の損失特性を適切に補償し、補償後の損失特性をフラットに近づけることが可能になる。なお、本実施形態では、比較的低い周波数の領域をディエンファシスすることで補償を行っているため、補償回路４の後段にさらに増幅回路を追加し、全体を増幅した後に外部に出力するように構成してもよい。

なお、補償回路４の具体的な構成や補償特性は図３（ａ），（ｂ）に示したものに限定されるものではなく、使用するケーブル２の長さや特性等に応じて適宜変更可能である。

以上説明したように、本実施形態に係るアクティブケーブルモジュール１では、信号線５に沿うように設けられ、温度により抵抗値が変化する温度検知線２０と、温度検知線２０の抵抗値を測定する抵抗測定回路２１と、を備え、補償回路４を、抵抗測定回路２１が測定した抵抗値に応じて補償を行うように構成している。

このように構成することで、測定したケーブル２の温度に応じて補償特性を変化させることが可能となり、環境温度の変化によるケーブル２の損失特性の変化に応じた適切な補償を行うことが可能になる。その結果、幅広い環境温度範囲で高い伝送品質を維持することが可能になる。

また、アクティブケーブルモジュール１では、ケーブル２の温度に応じて補償特性を変化させることが可能であるため、絶縁体５ｂとして、誘電損失特性に大きな温度係数を有する絶縁材料を使用した場合であっても、補償により絶縁材料の損失特性を相殺することが可能となる。つまり、アクティブケーブルモジュール１では、絶縁体５ｂとして、誘電損失特性に大きな温度係数を有する安価な絶縁材料を使用した場合であっても、幅広い環境温度範囲で高い伝送品質を維持することが可能であり、コストの低減が可能である。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施形態では、温度検知線２０として２本の絶縁電線２２を短絡させて使用したが、温度検知線２０として用いる絶縁電線２２の本数はこれに限されるものではない。

例えば、温度検知線２０として１本の絶縁電線２２を用いてもよい。ただし、この場合、測定対象となる絶縁電線２２が短くなるため抵抗値の変化が小さくなり、さらに、電流源３１を設けるコネクタ３と別のコネクタ３で絶縁電線２２を接地させることになるため、特に両コネクタ３間の距離が離れている場合には、両コネクタ３間のグランドレベルの差により測定誤差が発生するおそれがある。よって、測定対象となる絶縁電線２２を長くして抵抗値の変化を大きくし、かつ、グランドレベルの差による測定誤差を抑制するため、温度検知線２０は２本以上の偶数本とし、電流源３１を設ける側のコネクタ３で絶縁電線２２を接地するように構成することが望ましい。

１ アクティブケーブルモジュール
２ ケーブル
３ コネクタ
４ 補償回路
５ 信号線
２０ 温度検知線
２１ 抵抗測定回路

Claims (7)

1. 複数の信号線を有するケーブルと、
   前記ケーブルの両端に設けられたコネクタと、
   前記コネクタの少なくとも一方に搭載され、前記ケーブルから入力された電気信号を、前記ケーブルの損失特性に応じて補償して出力する補償回路と、
   を備えたアクティブケーブルモジュールにおいて、
   前記信号線に沿うように設けられ、温度により抵抗値が変化する温度検知線と、
   該温度検知線の抵抗値を測定する抵抗測定回路と、を備え、
   前記補償回路は、前記抵抗測定回路が測定した抵抗値に応じて補償を行うように構成される
   ことを特徴とするアクティブケーブルモジュール。
2. 前記温度検知線は、前記ケーブルに備えられた２本の絶縁電線からなり、該２本の絶縁電線の一端が前記抵抗測定回路に接続され、他端が短絡されている
   請求項１記載のアクティブケーブルモジュール。
3. 前記両コネクタにそれぞれ前記補償回路を搭載し、前記両補償回路に対応するように２つの前記温度検知線を備えるようにした
   請求項１または２記載のアクティブケーブルモジュール。
4. 前記信号線の導体と、前記温度検知線の導体とが、同じ材料からなる
   請求項１〜３いずれかに記載のアクティブケーブルモジュール。
5. 前記信号線の導体と、前記温度検知線の導体とが、銅または銅合金からなる
   請求項４記載のアクティブケーブルモジュール。
6. 前記抵抗測定回路は、
   前記温度検知線の一端に定電流を印加する電流源と、
   前記温度検知線の他端を接地する接地回路と、
   前記温度検知線の抵抗値に応じて変化する前記温度検知線の一端の電圧を測定する電圧測定部と、を備え、
   前記補償回路は、前記電圧測定部で測定した電圧に応じて補償を行うように構成される
   請求項１〜５いずれかに記載のアクティブケーブルモジュール。
7. 前記補償回路は、
   入力される電圧の大きさにより抵抗値が可変に構成された可変抵抗を備え、該可変抵抗の抵抗値により補償特性を調整可能に構成されており、
   かつ、前記電圧測定部で測定した電圧に、予め設定したゲインを乗じると共に、予め設定したオフセットを足し合わせた電圧信号を、前記制御信号として前記可変抵抗に出力する制御部を備えている
   請求項６記載のアクティブケーブルモジュール。