JP2015505634A

JP2015505634A - データケーブル

Info

Publication number: JP2015505634A
Application number: JP2014552576A
Authority: JP
Inventors: アムブレヒトグンナル; トーマス　ミュラー; ミュラートーマス; ヴォリッツァーミヒャエル
Original assignee: ローゼンベルガーホーフフレクベンツテクニークゲーエムベーハーウントツェーオーカーゲー
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2015-02-23
Also published as: EP2805335A1; DE102012000935A1; CA2860452A1; HK1201978A1; US20150034358A1; EP2805335B1; CA2860452C; CN104115240B; CN104115240A; WO2013107655A1; KR20140113940A; US9443646B2

Abstract

本発明は、データ信号のデファレンシャル伝送のための少なくとも２本の導体（１）とともに導体（１）を囲繞するケーシング（４）を有するデータケーブルに関する。本発明によるデータケーブルは、導体（１）の各々が導体シールド（２）を有することを特徴とする。本発明は、さらに、このようなデータケーブルの使用法に関するものであり、少なくとも２本の導体の少なくとも一方を介して、非対称データ信号もデファレンシャルデータ信号とともに伝送される。

Description

本発明は、デファレンシャル信号伝送のための少なくとも２本の導体とともに、導体を囲繞する、特に電気絶縁材料製のケーシングを有するデータケーブルに関する。

デファレンシャル信号又は対称信号の伝送中には、異極性を有する少なくとも２本の導体を介して同一のデータ信号が伝送される。ケーブルの２本の導体は、全ての誘導性及び容量性の干渉を可能な限り等しくこれらに影響するように設計される。その際に、干渉は、２つの信号間のデファレンシャルの形成によって除去され得る。

４本の導体が所謂スターカッド配置で設けられ、データ伝送に用いられるケーブルは周知である。このようなケーブルは２つのデファレンシャル信号ペアを提供することができ、スターカッドで相互に対角線上で対向する２本の導体の各々がデファレンシャル導体ペアを形成する。スターカッド配置の重要な利点は、導体ペアの各々が他の導体ペアの仮想接地面に常に位置することである。これは高いクロストーク減衰量を実現し、同時に、ケーブルを可能な限りコンパクトにすることを可能にする。相互に独立したブロードバンドデータストリームを有害な相互干渉を伴わずに両方の導体ペアで伝送することを可能にするため、可能である最高のクロストーク減衰量が必要とされる。

最新のスターカッドケーブルは、特に長いケーブル長が必要とされる場合には、例えばＵＳＢ３．０（ＵＳＢ：ユニバーサル・シリアル・バス）またはＭＨＬ（モバイル・ハイ・ディフィニション・リンク）規格で提供されるような、２ＧＢｉｔ／ｓを超えるデータ速度でリミットに到達する。特に、モード変換、クロストーク、及びケーブル減衰量は高周波数で全て増加する。

この先行技術を開始点として、本発明は、充分に良質な高いデータ速度（＞２ＧＢｉｔ／ｓ）の伝送を特に可能にするため、データケーブル、特にスターカッドケーブルをさらに改良するという問題に基づいている。

この問題は、独立請求項１の主題により解決される。本発明によるデータケーブルの有利な実施形態は、従属請求項の主題であり、発明についての以下の記載で説明される。本発明によるデータケーブルとプラグコネクタとで構成されるユニットは、付加的な請求項１１の主題である。本発明によるデータケーブルの有利な使用法は、付加的な請求項１２及び請求項１３の主題である。

本発明によれば、デファレンシャル信号伝送のための（例えばポリプロピレンまたはポリ塩化ビニル製の）（非導電性）ケーシングにより囲繞される少なくとも２本の導体を有するデータケーブルの伝送容量が、導体シールド、つまり絶縁体によって導体から分離される導電材料製の被覆材を導体の各々が備えることで改良される。

（導電性の）導体は、例えば銅で構成され、単線または撚線の形であり得る。導体の一方のインピーダンスは（シングルエンドモードで）好ましくは５０Ωになるため、１００Ωという導体ペアのデファレンシャルインピーダンスが結果的に得られる。しかしながら、例えば（シングルエンドモードで）７５Ωという他の導体インピーダンスが、例えばビデオデータ信号の伝送などの特殊な用途では実用的であり得る。

絶縁体は、例えば、（実質的に）非導電性のプラスチック、例えばポリプロピレンやポリテトラフルオロエチレンで構成することが可能である。絶縁体は、また、導体とそれぞれの導体シールドとの間の介在スペースを完全に充填しうるか、それぞれの導体シールド内で導体の位置を固定する１つ以上の導体シースの形であって、残りの介在スペースは（実質的に）非導電性の流体、特に気体、例えば空気で充填することが可能である。

好ましくは、本発明によれば、本発明による少なくとも２本、可能であれば４本の全ての導体が導体シールドを備えることで、周知のスターカッド構成のデータケーブルがさらに発展する。

好ましくは、４本の導体が撚線状である。従来のスターカッドケーブルでは、環境に対するデファレンシャル導体ペアの結合減衰量を増加させるのに撚り加工が役立つ。しかしながら、本発明による個々の導体のシールド材はすでに導体間の結合を最小にするので、電気的な理由から本発明によるデータケーブルの導体の撚り加工は必要ではない。しかし、いずれの事例でも、ケーブルの可撓性および機械的完全性は撚り加工によって改良することができる。

本発明によるデータケーブルの実施形態では、（スターカッド配置で相互に対角線上で対向する）４本の導体のうちの２本の導体はデータ信号の伝送のため、他の２本の導体は電気（給電）エネルギーの伝送のために設けることが可能である。したがって、このようなデータケーブルは、例えばＵＳＢ規格から周知であるように、複合的なデータ伝送およびコンポーネントのエネルギー供給に適している。このような実施形態において、電気エネルギーの伝送のために設けられる導体の事例では、導体シールドは省略することが可能である。

さらに好適な実施形態では、導体の間にガイド要素が配置される。これは、導体の対称的配置の安定性を保証するために設けることが可能である。ガイド要素は、１本以上の充填撚線の形で設計することが可能である。充填撚線は、（特にデータケーブルがスターカッド配置である場合）、４本の導体により形成される介在スペースに、及び／又は、（データケーブルの設計が何であれ）、導体とケーシングとの間に配置することが可能である。

好ましくは、充填撚線は導電性である。これは、データケーブルのＥＭＣ作用（ＥＭＣ：電磁適合性）を改良させる。

全ての導体は、（付加的な）コモンシールド材（包括的シールド）、つまり共通の導電性被覆材も備えることが可能である。これは、特に、データケーブルのＥＭＣ作用の改良が達成されることを可能にする。ある状況では、この付加的な包括的シールドは導体シールドのシールド効果の向上を導くことが可能である。包括的シールドは、いかなる形でも、例えば編組シールドとして、又は箔シールドとして（例えば片面又は両面が金属被覆されたプラスチックフィルムの形で）設計することが可能である。

好ましくは、包括的シールド及び導体シールドがこうして電気接触しており、その結果、一方では電気シールド効果が改良され、他方では、既存の電気コンポーネント、例えばプラグコネクタ、特にＨＳＤシリーズへの本発明によるデータケーブルの接続を単純化することが可能である。これは、例えば、このようなプラグコネクタの外部導体に包括的シールドを接続し、その結果、この外部導体が同時にデータケーブルの導体シールドと導電状態で接続されることを可能にする。これは、データケーブルの製造中に、プラグコネクタの外部導体との個々の導体シールドの複雑な接続が回避されることを可能にする。包括的シールドと導体シールドとの間の電気接触は、好ましくは導電性要素（「導体」）を介して直接的または間接的に行われる。

したがって、本発明は、導体シールドと接触している包括的シールドを有する本発明による（少なくとも）１本のデータケーブルと、包括的シールドがプラグコネクタの外部導体と電気接続され、導体がプラグコネクタの内部導体と電気接続される（少なくとも）１本のプラグコネクタとで構成されるユニットに関する。

データケーブルの電気的および機械的特性を改良させるため、（非導電性または低伝導性（つまり損失発生））中間ジャケット材（例えばポリプロピレンまたはポリ塩化ビニル製）は、導体と包括的シールドとの間に設けることが可能である。好ましくは、低導電性の中間ジャケット材である。

本発明によれば、低導電性または「低伝導性」（いくつかの事例では「半導電性」と称される）は、導体、特に金属、例えば銅、非伝導材料、又は絶縁体の導電性の間に存する伝導性を指すものと理解される。特に、この伝導性は、１０^−４Ω・ｃｍと１０^１２Ω・ｃｍとの間の範囲に存在することが可能である。

特に、箔シールドの形の導体シールドにシールド効果の低下がみられる低周波数まで、導体シールドを通して結合される電磁エネルギーは低伝導性の中間ジャケット材で減衰され、こうして、外側の包括的シールドは充分なシールド効果を呈することができる。

さらに好適な実施形態では、ケーシングと導体（又は導体における導体シールド）との間のスペース、特に導体とケーシングとの間及び／又は導体（又は導体における導体シールド）そのものの間に形成される空隙には、（好ましくは（実質的に）非導電性の）充填剤が少なくとも部分的に充填される。これは、特に、データケーブルの機械的安定性を改良させることができる。

本発明によれば、導体間のクロストークは、データケーブル、好ましくはスターカッド配置のデータケーブルの導体の個別シールド材を通して減少させることが可能である。加えて、干渉点から生じるモード変換及び／又は導体の撚り加工の非対称性への影響が軽減され得る。特に、従来のスターカッドデータケーブルに含まれる複数の導体から得られるものなど伝搬可能モード形成器からの、導体上での高次モードの伝搬は、とりわけ高い動作周波数では、やはり抑制される可能性がある。これは、データケーブルでの損失を減少させ、その伝送性能を改良させる。結果的に、こうして（所与の適切な伝送品質で）可能な最大のデータケーブルの動作周波数を上昇させることが可能である。

本発明によるデータケーブルは、基準電位と比較した信号電圧の変化を通して信号の伝送が実施されるデータ信号のデファレンシャル伝送ばかりでなく、同時に非対称伝送にも適している。そのため、本発明によるデータケーブルの、本発明による使用法は、デファレンシャルデータ信号に加えて、少なくとも２本の導体の少なくとも一方、好ましくは両方を介して伝送される非対称データ信号も含まれる。特に、個々の導体の導体シールドは基準電位（接地）として機能することが可能である。本発明によれば、（デファレンシャルデータ伝送に同時に使用される）２本の導体を介した同じ極性のデータ信号の非対称伝送は、「コモンモード」伝送と称される。データケーブルの導体の個別シールド材は、デファレンシャルデータ伝送（プッシュ・プル伝送）の間ばかりでなく「コモンモード」伝送の間でのクロストーク減衰量を改良させる。

本発明によるデファレンシャルデータ信号および非対称データ信号の重畳は、良好な伝送品質を維持しながら伝送速度をさらに向上させることを可能にする。特に、実データ信号は導体を介してデファレンシャル伝送され、低速（およそ１ＭＢｉｔ／ｓ）での所謂「クロック信号」はコモンモードで重畳されることが可能である。そして、受信器において、信号が、比較的単純な回路により再びデファレンシャル及びコモンモードに分離することが可能となる。

導体の個別シールド材により、コモンモード信号のフィールドは、データ信号のデファレンシャル伝送のために設けられる導体ペアの内部導体および導体シールドの間に、等しい強度で集中する。導体シールドがないならば、導体と、一般に使用される包括的シールドとの間でコモンモード信号が伝搬されるだろう。したがって、隣接の導体ペアへのクロストークが極めて高くなるだろう。

個別の導体シールドを有する（少なくとも）二つの導体ペアを有するデータケーブルの事例において、特にスターカッド構成のデータケーブルでは、デファレンシャルデータ信号とコモンモードデータ信号（特に「クロック」信号）の両方が、すべて（両方）の導体ペアを介して伝送させることが可能である。

他方、各々が導体シールドを備える少なくとも２本以上の導体を含む本発明によるデータケーブルの事例では、デファレンシャルデータ信号がコモンモード信号（例えば「クロック」信号）とともに、個別の導体シールドを備える導体ペアを介して伝送され、給電エネルギー及び／又は信号（例えば制御信号）は、付加的な（好ましくは２本の）導体を介して（シングルエンドモードで）低データ速度で伝送させることが可能である。

本発明によるデータケーブルは、こうして複数の個別ケーブルの代わりに使用され、典型的なケーブルハーネスの厚さの減少に役立つ。

本発明の第１実施形態によるデータケーブルの端部の等角図を示す。図１によるデータケーブルの断面を示す。本発明の第２実施形態によるデータケーブルの端部の等角図を示す。図３によるデータケーブルの断面を示す。本発明の第３実施形態によるデータケーブルの端部の等角図を示す。図５によるデータケーブルの断面を示す。本発明の第４実施形態によるデータケーブルの端部の等角図を示す。図７によるデータケーブルの断面を示す。本発明の第５実施形態によるデータケーブルの端部の等角図を示す。図９によるデータケーブルの断面を示す。

図面に示された例示的実施形態を参照して、本発明が以下でさらに詳しく説明される。

図１及び図２に図示されたデータケーブルは、所謂スターカッド構成で配置され、やはり撚線状である４本の同軸導体を含む。これらの同軸導体の各々の（内部）導体１は、データ信号又は電気エネルギーの伝送に使用され、本発明によれば、導体シールド２（外部導体）に囲繞される。絶縁体３は、導体１と関連の導体シールド２との間に非導電性接続を確立する。

同軸導体は、同軸導体を破損から保護して、導体シールド２を環境から電気絶縁する非導電性プラスチック製のケーシング４により囲繞される。同軸導体と直接接触するようにケーシング４が形成されるという事実は、これらの導体が対称的なスターカッド配置に維持されることも保証する。

充填撚線５は４本の同軸導体の間に配置されて、スターカッド配置の安定性を改良させる。

図３及び図４に描かれた本発明によるデータケーブルの実施形態は、同軸導体とケーシング４との間での包括的シールド６の付加的配置において、図１及び図２に示されたものと異なる。包括的シールド６は全ての同軸導体を囲繞して、特に、データケーブルのＥＭＣ作用を改良する。したがって、包括的シールド６は全ての同軸導体の導体シールド（２）と接触している。

図５及び図６に示された本発明によるデータケーブルの実施形態は、図３及び図４に示されたものと比較して、付加的な充填撚線５を備えている。４本の同軸導体により形成される介在スペースに配置される充填撚線５に加えて、各事例では、同軸導体又は導体シールド２の各ペアと包括的シールド６との間に形成される合計４個の中間スペース（いわゆる空隙）に、別の充填撚線５が配置される。合計すると、５本の充填撚線５がこうして設けられる。この実施形態でも、全ての同軸導体の包括的シールド６及び導体シールド２は接触している。

図７及び図８に図示された本発明によるデータケーブルの実施形態は、４本の導体１のうち２本のみが（包括的シールド６と接触している）導体シールド２に囲繞されているという点で、図５及び図６に示されたものと異なる。ここで、同軸導体として形成される２本の導体１、つまり導体シールド２を備える導体は、スターカッド配置で相互に対向位置にあり、こうしてデータ信号の有利なデファレンシャル伝送が行われることが可能になる。このようなデータ伝送は、導体シールド２を備える導体１のみを介して行われるのに対して、導体シールド２を備えていない他の２本の導体１は、電気（給電）エネルギー及び／又は信号を低データ速度で伝送するために設けられる。

図９及び図１０に図示された本発明によるデータケーブルの実施形態は、同軸導体と包括的シールド６との間に配置される中間ジャケット材７が設けられることで、図３及び図４に示されたものと異なる。中間ジャケット材７は、非伝導性または低伝導性の材料で製作されることが可能である。

４本の同軸導体のうち２本のみに導体シールド２を設けるという図７及び図８に描かれた可能性は、当然、図１乃至図６ばかりでなく図９及び図１０に示された実施形態でも可能である。当然、例えば図１及び図２に図示された実施形態、又は図９及び図１０に図示された実施形態の、その他の点では対応するデータケーブルに対して、包括的シールド６を使用せずに、図５及び図６に図示された実施形態や、図７及び図８に図示された実施形態で使用される５本の充填撚線５を使用することも可能である。

特許文献１では、導体絶縁体の表面に密閉金属スリーブを各々が有する複数の絶縁導体を有するデータ伝送ケーブルを開示している。導体は、中間ケーシングと、これを被覆する金属スリーブと、外部ケーシングとにより囲繞され得る。

独国実用新案ＤＥ２９９０７０３９Ｕ１号公報

この問題は、独立請求項１の主題により解決される。本発明によるデータケーブルの有利な実施形態は、従属請求項の主題であり、発明についての以下の記載で説明される。本発明によるデータケーブルとプラグコネクタとで構成されるユニットは、付加的な請求項９の主題である。本発明によるデータケーブルの有利な使用法は、付加的な請求項１０及び請求項１１の主題である。

本発明によれば、デファレンシャル信号伝送のための（例えばポリプロピレンまたはポリ塩化ビニル製の）（非導電性）ケーシングにより囲繞される少なくとも２本の導体を有するデータケーブルの伝送容量が、導体シールド、つまり絶縁体によって導体から分離される導電材料製の被覆材を導体の各々が備え、導体シールドと電気接触している包括的シールドの形の付加的なコモンシールド材に導体が囲繞されることで改良される。

本発明によれば、全ての導体は、（付加的な）コモンシールド材（包括的シールド）、つまり共通の導電性被覆材を備える。これは、特に、データケーブルのＥＭＣ作用の改良が達成されることを可能にする。ある状況では、この付加的な包括的シールドは導体シールドのシールド効果の向上を導くことが可能である。包括的シールドは、いかなる形でも、例えば編組シールドとして、又は箔シールドとして（例えば片面又は両面が金属被覆されたプラスチックフィルムの形で）設計することが可能である。

加えて、本発明によれば、包括的シールド及び導体シールドがこうして電気接触しており、その結果、一方では電気シールド効果が改良され、他方では、既存の電気コンポーネント、例えばプラグコネクタ、特にＨＳＤシリーズへの本発明によるデータケーブルの接続を単純化することが可能である。これは、例えば、このようなプラグコネクタの外部導体に包括的シールドを接続し、その結果、この外部導体が同時にデータケーブルの導体シールドと導電状態で接続されることを可能にする。これは、データケーブルの製造中に、プラグコネクタの外部導体との個々の導体シールドの複雑な接続が回避されることを可能にする。包括的シールドと導体シールドとの間の電気接触は、好ましくは導電性要素（「導体」）を介して直接的又は間接的に行われ、低導電性（「低伝導性」）要素も導体である。

データケーブルの電気的および機械的特性を改良させるため、低伝導性（つまり損失発生）中間ジャケット材は、導体と包括的シールドとの間に設けることが可能である。

本発明によれば、低導電性または「低伝導性」（いくつかの事例では「半導電性」と称される）は、導体、特に金属、例えば銅、非伝導材料、または絶縁体の導電性の間に存する伝導性を指すものと理解される。

本発明の第１実施形態による包括的シールドを含まないデータケーブルの端部の等角図を示す。図１によるデータケーブルの断面を示す。本発明の第１実施形態によるデータケーブルの端部の等角図を示す。図３によるデータケーブルの断面を示す。本発明の第２実施形態によるデータケーブルの端部の等角図を示す。図５によるデータケーブルの断面を示す。本発明の第３実施形態によるデータケーブルの端部の等角図を示す。図７によるデータケーブルの断面を示す。本発明の第４実施形態によるデータケーブルの端部の等角図を示す。図９によるデータケーブルの断面を示す。

図３及び図４に描かれた本発明によるデータケーブルの第１実施形態は、同軸導体とケーシング４との間での包括的シールド６の付加的配置において、図１及び図２に示されたものと異なる。包括的シールド６は全ての同軸導体を囲繞して、特に、データケーブルのＥＭＣ作用を改良する。したがって、包括的シールド６は全ての同軸導体の導体シールド（２）と接触している。

図５及び図６に示された本発明によるデータケーブルの第２実施形態は、図３及び図４に示されたものと比較して、付加的な充填撚線５を備えている。４本の同軸導体により形成される介在スペースに配置される充填撚線５に加えて、各事例では、同軸導体又は導体シールド２の各ペアと包括的シールド６との間に形成される合計４個の中間スペース（いわゆる空隙）に、別の充填撚線５が配置される。合計すると、５本の充填撚線５がこうして設けられる。この実施形態でも、全ての同軸導体の包括的シールド６及び導体シールド２は接触している。

図７及び図８に図示された本発明によるデータケーブルの第３実施形態は、４本の導体１のうち２本のみが（包括的シールド６と接触している）導体シールド２に囲繞されているという点で、図５及び図６に示されたものと異なる。ここで、同軸導体として形成される２本の導体１、つまり導体シールド２を備える導体は、スターカッド配置で相互に対向位置にあり、こうしてデータ信号の有利なデファレンシャル伝送が行われることが可能になる。このようなデータ伝送は、導体シールド２を備える導体１のみを介して行われるのに対して、導体シールド２を備えていない他の２本の導体１は、電気（給電）エネルギー及び／又は信号を低データ速度で伝送するために設けられる。

図９及び図１０に図示された本発明によるデータケーブルの第４実施形態は、同軸導体と包括的シールド６との間に配置される中間ジャケット材７が設けられることで、図３及び図４に示されたものと異なる。中間ジャケット材７は、低伝導性の材料で製作される。

４本の同軸導体のうち２本にのみ導体シールド２を設けるという図７及び図８に描かれた可能性は、当然、図９及び図１０に示された実施形態でも可能である。

Claims

データ信号のデファレンシャル伝送のための少なくとも２本の導体（１）とともに前記導体（１）を囲繞するケーシング（４）を有するデータケーブルにおいて、
前記導体（１）の各々が導体シールド（２）を有することを特徴とするデータケーブル。
請求項１に記載のデータケーブルにおいて、
スターカッド構成で配置される４本の導体（１）を有することを特徴とするデータケーブル。
請求項２に記載のデータケーブルにおいて、
前記導体（１）は、撚線状であることを特徴とするデータケーブル。
請求項２又は請求項３に記載のデータケーブルにおいて、
２本の対向する導体（１）は、導体シールド（２）を備え、２本の他の導体（１）は、導体シールドを備えていないことを特徴とするデータケーブル。
請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のデータケーブルにおいて、
少なくとも１本の充填撚線（５）を有することを特徴とするデータケーブル。
請求項５に記載のデータケーブルにおいて、
前記充填撚線（５）は、導電性であることを特徴とするデータケーブル。
先行する請求項のいずれか１項に記載のデータケーブルにおいて、
前記導体（１）を囲繞する包括的シールド（６）を有することを特徴とするデータケーブル。
請求項７に記載のデータケーブルにおいて、
前記導体シールド（２）は、前記包括的シールド（６）と電気接触していることを特徴とするデータケーブル。
請求項７又は請求項８に記載のデータケーブルにおいて、
前記導体（１）と前記包括的シールド（６）との間に配置され、低伝導性である中間ジャケット材（７）を有することを特徴とするデータケーブル。
先行する請求項のいずれか１項に記載のデータケーブルにおいて、
前記ケーシング（４）と前記導体（１）との間のスペースは、非導電性充填材で少なくとも部分的に充填されることを特徴とするデータケーブル。
請求項８、又は請求項８に従属する請求項のいずれか１項に記載のデータケーブルと、プラグコネクタとで構成されるユニットにおいて、
前記データケーブルの前記包括的シールド（６）は、導電状態で前記プラグコネクタの外部導体と接続されるとともに、前記データケーブルの前記導体（１）は、導電状態で前記プラグコネクタの内部導体と接続されることを特徴とするユニット。
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のデータケーブル、又は請求項１１に記載のユニットの使用法において、
デファレンシャルデータ信号に加えて非対称データ信号も、少なくとも２本の導体（１）の少なくとも一方を介して伝送されることを特徴とする使用法。
請求項２から請求項１０のいずれか１項に記載のデータケーブル、又は請求項１１に記載のユニットの使用法において、
デファレンシャルデータ信号とともにコモンモード信号は導体シールド（２）を備えた２本の導体（１）を介して伝送され、２本の導体は、給電エネルギー及び／又は信号を低データ速度で伝送するために使用されることを特徴とする使用法。