JP2017021902A - 中継コネクタ及びクロストーク調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クロストークを改善した中継コネクタ及びクロストーク調整方法を提供する。
【解決手段】通信ケーブルが接続される２つのコネクタ２と、２つのコネクタ２の対応する電極同士を接続する伝送線路４と、を備え、予め測定した任意の対間の近端クロストークをＮ’、遠端クロストークをＦ’、近端クロストークの要求値をＮｓ、遠端クロストークの要求値をＦｓ、近端クロストークの要求値に対する比と遠端クロストークの要求値に対する比のばらつきの設定値をβとしたとき、伝送線路４の前記任意の対間に、下式で表されるΔｃ−α以上、Δｃ＋α以下のインピーダンスとなる容量素子５を設けたものである。
Δｃ＝｛（Ｎｓ＋Ｆｓ）／（Ｎｓ−Ｆｓ）｝・Δａ−Δｂ
但し、Δａ＝（Ｎ’−Ｆ’）／２、Δｂ＝（Ｎ’＋Ｆ’）／２
α＝β／｛｜（１／Ｎｓ）−（１／Ｆｓ）｜｝
【選択図】図１

Description

本発明は、中継コネクタ及びクロストーク調整方法に関するものである。

通信ケーブル同士を接続する中継コネクタが一般に知られている。

中継コネクタは、通信ケーブルが接続される２つのコネクタと、２つのコネクタが搭載される回路基板と、回路基板に形成され、２つのコネクタの対応する電極（端子）同士を接続する伝送線路と、を備えている。

通信ケーブルとしては、差動信号を伝送する４対の信号線を有し、端部に８つの電極（端子）を有するプラグコネクタを一体に設けたものが一般に用いられている。そのため、中継コネクタに設けられるコネクタとしては、８つの電極を有するジャックコネクタが一般に用いられている。

中継コネクタのコネクタとして用いるジャックコネクタの電極の配置は、米国規格協会が定めるＴＩＡ／ＥＩＡ−５６８−Ｂ等により規格化されており、１番と２番、３番と６番、４番と５番、７番と８番がペアとして用いられている。中継コネクタの回路基板には、両コネクタの同じ番号の電極同士を接続する１番〜８番の８本（４対）の伝送線路が形成される。

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がある。

特開平１０−１１６６６７号公報

ところで、近年、通信の高速化に伴い、要求されるクロストークの仕様が非常に厳しくなってきている。

クロストークを低減する方法として、回路基板に形成される伝送線路の整列順序を入れ替える方法等が知られているが、このような対策を行った場合であっても、コネクタの寸法ばらつき、伝送線路を構成する配線パターンの寸法ばらつき、回路基板の誘電率のばらつき等により、クロストークにばらつきが生じてしまい、クロストークの仕様値（要求値）を満足できない場合がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、クロストークを改善した中継コネクタ及びクロストーク調整方法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、少なくとも２対以上の信号線を有する通信ケーブルが接続される２つのコネクタと、前記２つのコネクタの対応する電極同士を接続する少なくとも２対以上の伝送線路と、を備え、予め測定した任意の対間の近端クロストークをＮ’、遠端クロストークをＦ’としたとき、前記伝送線路の前記任意の対間に、下式
Δｃ＝｛（Ｎｓ＋Ｆｓ）／（Ｎｓ−Ｆｓ）｝・Δａ−Δｂ
但し、Ｎｓ：近端クロストークの要求値
Ｆｓ：遠端クロストークの要求値
Δａ＝（Ｎ’−Ｆ’）／２
Δｂ＝（Ｎ’＋Ｆ’）／２
α＝β／｛｜（１／Ｎｓ）−（１／Ｆｓ）｜｝
但し、β：近端クロストークの要求値に対する比と、
遠端クロストークの要求値に対する比のばらつきの設定値
で表されるΔｃ−α以上、Δｃ＋α以下のインピーダンスとなる容量素子を設けた中継コネクタである。

前記容量素子が、静電容量を任意に変化させることが可能な可変容量素子からなり、前記可変容量素子の静電容量を調整することで、インピーダンスをΔｃ−α以上、Δｃ＋α以下に調整するように構成されてもよい。

前記伝送線路の全ての対間に、前記容量素子を設けてもよい。

また、本発明は、少なくとも２対以上の信号線を有する通信ケーブルが接続される２つのコネクタと、前記２つのコネクタの対応する電極同士を接続する少なくとも２対以上の伝送線路と、を備えた中継コネクタのクロストーク調整方法であって、予め測定した任意の対間の近端クロストークをＮ’、遠端クロストークをＦ’としたとき、前記伝送線路の前記任意の対間に、下式
Δｃ＝｛（Ｎｓ＋Ｆｓ）／（Ｎｓ−Ｆｓ）｝・Δａ−Δｂ
但し、Ｎｓ：近端クロストークの要求値
Ｆｓ：遠端クロストークの要求値
Δａ＝（Ｎ’−Ｆ’）／２
Δｂ＝（Ｎ’＋Ｆ’）／２
α＝β／｛｜（１／Ｎｓ）−（１／Ｆｓ）｜｝
但し、β：近端クロストークの要求値に対する比と、
遠端クロストークの要求値に対する比のばらつきの設定値
で表されるΔｃ−α以上、Δｃ＋α以下のインピーダンスとなる容量素子を設けるクロストーク調整方法である。

前記容量素子が、静電容量を任意に変化させることが可能な可変容量素子からなり、前記可変容量素子の静電容量を調整することで、インピーダンスをΔｃ−α以上、Δｃ＋α以下に調整してもよい。

前記伝送線路の全ての対間に、前記容量素子を設けてもよい。

本発明によれば、クロストークを改善した中継コネクタ及びクロストーク調整方法を提供できる。

本発明の一実施形態に係る中継コネクタを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は伝送線路の回路図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明で用いる可変容量素子の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るクロストーク調整方法の手順を示すフロー図である。

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、本実施形態に係る中継コネクタを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は伝送線路の回路図である。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、中継コネクタ１は、少なくとも２対以上の信号線を有する通信ケーブル（図示せず）が接続される２つのコネクタ２と、２つのコネクタ２が搭載される回路基板３と、回路基板３に形成され、２つのコネクタ２の対応する電極（端子）同士を接続する少なくとも２対以上の伝送線路４と、を備えている。

通信ケーブルとしては、汎用のＬＡＮ（Local Area Network）ケーブルを用いることができる。本実施形態では、通信ケーブルとして、差動信号を伝送する信号線を４対（合計８本）有するものを用いた。

コネクタ２は、例えば、ＲＪ４５規格に準拠したジャックコネクタであり、通信ケーブルの端部に設けられたコネクタ（例えばＲＪ４５規格に準拠したプラグコネクタ）を接続可能に構成されている。

コネクタ２は、通信ケーブルの８本の信号線に対応した８個の電極（端子）を有している。伝送線路４は、両コネクタ２の対応する電極同士を接続するように、回路基板３に形成される。ここでは、４対（８本）の伝送線路４が形成されることになる。伝送線路４は、回路基板３に形成された配線パターンからなる。

図１（ｂ）では、一例として、図示右側から左側にかけて、１番〜８番の伝送線路４を整列して配置する場合を示しているが、伝送線路４の実際の配置（整列順序）は適宜変更可能である。この１番〜８番の伝送線路４のうち、１番と２番、３番と６番、４番と５番、７番と８番の伝送線路４が、ペアとして差動信号の伝送に用いられることになる。以下、１番と２番の伝送線路４のペアをペアａ、３番と６番の伝送線路４のペアをペアｂ、４番と５番の伝送線路４のペアをペアｃ、７番と８番の伝送線路４のペアをペアｄと呼称する。

さて、本実施形態に係る中継コネクタ１では、予め測定した任意の対（ペア）間の近端クロストークをＮ’、遠端クロストークをＦ’としたとき、伝送線路４の前記任意の対（ペア）間に、Δｃ−α以上、Δｃ＋α以下のインピーダンスとなる容量素子５を設けている。ここで、Δｃは、下式（１）
Δｃ＝｛（Ｎｓ＋Ｆｓ）／（Ｎｓ−Ｆｓ）｝・Δａ−Δｂ ・・・（１）
但し、Ｎｓ：近端クロストークの要求値（仕様値）
Ｆｓ：遠端クロストークの要求値（仕様値）
Δａ＝（Ｎ’−Ｆ’）／２
Δｂ＝（Ｎ’＋Ｆ’）／２
で表され、αは下式（２）
α＝β／｛｜（１／Ｎｓ）−（１／Ｆｓ）｜｝ ・・・（２）
但し、β：近端クロストークの要求値に対する比と、
遠端クロストークの要求値に対する比のばらつきの設定値
で表される。式（１），（２）の根拠については後述する。

本実施形態では、伝送線路４の全ての対（ペア）間に、容量素子５を設けている。

具体的には、ペアａ，ｂ間については、１番と３番の伝送線路４間にＣａｂ１、１番と６番の伝送線路４間にＣａｂ２が、容量素子５として設けられている。ペアａ，ｃ間については、１番と４番の伝送線路４間にＣａｃ１、１番と５番の伝送線路４間にＣａｃ２が、容量素子５として設けられている。ペアａ，ｄ間については、１番と７番の伝送線路４間にＣａｄ１、１番と８番の伝送線路４間にＣａｄ２が、容量素子５として設けられている。

さらに、ペアｂ、ｃ間については、３番と４番の伝送線路４間にＣｂｃ１、３番と５番の伝送線路４間にＣｂｃ２が、容量素子５として設けられている。ペアｂ、ｄ間については、３番と７番の伝送線路４間にＣｂｄ１、３番と８番の伝送線路４間にＣｂｄ２が、容量素子５として設けられている。ペアｃ、ｄ間については、４番と７番の伝送線路４間にＣｃｄ１、４番と８番の伝送線路４間にＣｃｄ２が、容量素子５として設けられている。

本実施形態では、これら容量素子５（Ｃａｂ１〜Ｃｃｄ２）の静電容量（インピーダンス）を調整することで、対間のクロストークの調整を行っている。

容量素子５としては、例えば、静電容量を任意に変化させることが可能な可変容量素子を用いることができる。可変容量素子としては、例えば、図２（ａ）に示すような、対向する電極パターン２２と電極パターン２２を導通させる導体パターン２３とを有し、その電極パターン２２や導体パターン２３の一部を欠損させることで静電容量を調整可能な、チップ型の可変容量素子２１を用いることができる。

または、図２（ｂ）に示すように、容量素子５に用いる可変容量素子として、可変容量ダイオードＤを用いてもよい。可変容量ダイオードＤは、印加される電圧（制御電圧）に応じて容量が変化するので、直流電源Ｖからの電圧を抵抗Ｒ１，Ｒ２にて分圧して可変容量ダイオードＤの両端に印加するように構成すればよい。図２（ｂ）におけるＬｃは伝送線路４を伝送される電気信号が直流電源Ｖ側に漏れないようにする交流カット用の誘導素子であり、Ｃｃは直流電源Ｖからの電圧が外部に漏れないようにする直流カット用の容量素子である。

容量素子５として可変容量素子を用いることで、対間に挿入する静電容量の調整、すなわちクロストークの調整が容易になる。なお、これに限らず、容量素子５として固定の静電容量の素子を用い、素子を適宜追加、あるいは取り替えることで、静電容量を調整するように構成してもよい。

以下、上述の式（１），（２）の根拠について説明する。

クロストークの補正を行わない状態における近端クロストーク（ＮＥＸＴ）Ｎ、および遠端クロストーク（ＦＥＸＴ）Ｆは、下式（３），（４）
Ｎ＝Ｖｎｅ／Ｖｓ＝（１／４）・ｊω（Ｌｓ／Ｒ＋ＲＣｓ） ・・・（３）
Ｆ＝Ｖｆｅ／Ｖｓ＝（１／４）・ｊω（−Ｌｓ／Ｒ＋ＲＣｓ）・・・（４）
で表すことができる。Ｒ，Ｌｓ，Ｃｓは、中継コネクタ１全体での対間の抵抗成分、誘導成分、容量成分を表している。なお、ここでは、式の簡略化のため、実数成分を無視している。

さらなる式の簡略化のため、式（３），（４）を下式（５），（６）
Ｎ＝ａ＋ｂ ・・・（５）
Ｆ＝−ａ＋ｂ ・・・（６）
但し、ａ＝（１／４）・ｊω・（Ｌｓ／Ｒ）
ｂ＝（１／４）・ｊω・（ＲＣｓ）
とする。

ここで、伝送線路４の配置等によりクロストークの補正を行ったとすると、補正後の近端クロストークＮ’および遠端クロストークＦ’は、下式（７），（８）
Ｎ’＝Δａ＋Δｂ ・・・（７）
Ｆ’＝−Δａ＋Δｂ ・・・（８）
で表すことができる。ここで、ΔａとΔｂは、補正後の誘導成分、容量成分をそれぞれ表している。中継コネクタ１の製造後にネットワークアナライザ等を用いて測定を行うことで、これら近端クロストークＮ’、遠端クロストークＦ’を測定することができる。

ここで、さらに対間に容量素子５を挿入して補正を行う場合を考える。このときの近端クロストークＮ’’および遠端クロストークＦ’’は、式（７），（８）に容量成分Δｃをさらに加えた値、すなわち、下式（９），（１０）
Ｎ’’＝Δａ＋Δｂ＋Δｃ ・・・（９）
Ｆ’’＝−Δａ＋Δｂ＋Δｃ ・・・（１０）
で表すことができる。

ここで、容量素子５による補正後の近端クロストークＮ’’、遠端クロストークＦ’’は、要求値（仕様値）Ｎｓ，Ｆｓに対して同じマージンとしたいという要求がある。そのためには、近端クロストークＮ’’の要求値Ｎｓに対する比（Ｎ’’／Ｎｓ）と、遠端クロストークＦ’’の要求値Ｆｓに対する比（Ｆ’’／Ｆｓ）とを等しくすればよく、下式（１１）
（Ｎ’’／Ｎｓ）＝（Ｆ’’／Ｆｓ） ・・・（１１）
の関係を成立させればよいことになる。

式（１１）に式（９），（１０）を代入して整理すると、下式（１）
Δｃ＝｛（Ｎｓ＋Ｆｓ）／（Ｎｓ−Ｆｓ）｝・Δａ−Δｂ ・・・（１）
の関係が得られる。

式（１）におけるΔａとΔｂは、式（７），（８）の連立方程式を解くことにより求めることができ、下式（１２），（１３）
Δａ＝（Ｎ’−Ｆ’）／２ ・・・（１２）
Δｂ＝（Ｎ’＋Ｆ’）／２ ・・・（１３）
となる。

上述のように、クロストークＮ’、Ｆ’は、中継コネクタ１の製造後にネットワークアナライザ等を用いて測定することができる。よって、測定したクロストークＮ’、Ｆ’が仕様を満たさない場合には、上式（１）で表されるΔｃのインピーダンスとなる容量素子５を対間に挿入することで、近端および遠端クロストークを補正し、かつ、近端クロストークと遠端クロストークの要求値に対するマージンを同じにすることが可能になる。

ここでさらに、容量素子５のインピーダンスの望ましい範囲について検討する。

挿入する容量素子５のインピーダンスをΔｃ±αと仮定する。ここで、Δｃは上式（１）で表される値である。このとき、補正後の近端クロストークＮ’’、遠端クロストークＦ’’は、下式（１４），（１５）
Ｎ’’＝Δａ＋Δｂ＋Δｃ±α ・・・（１４）
Ｆ’’＝−Δａ＋Δｂ＋Δｃ±α ・・・（１５）
で表される。

式（１４），（１５）に式（１）を代入すると、下式（１６），（１７）
Ｎ’’＝２Ｎｓ／（Ｎｓ−Ｆｓ）±α ・・・（１６）
Ｆ’’＝２Ｆｓ／（Ｎｓ−Ｆｓ）±α ・・・（１７）
となる。

ここで、近端クロストークＮ’’と遠端クロストークＦ’’の要求値Ｎｓ，Ｆｓに対するマージンのばらつきをβとすると、このばらつきβは、下式（１８）
β＝｜（Ｎ’’／Ｎｓ）−（Ｆ’’／Ｆｓ）｜ ・・・（１８）
で表される。

式（１８）に式（１６），（１７）を代入すると、下式（１９）
β＝｜（α／Ｎｓ）−（α／Ｆｓ）｜
＝α｜（１／Ｎｓ）−（１／Ｆｓ）｜ ・・・（１９）
となる。この式（１９）をαについて整理すると、下式（２）
α＝β／｛｜（１／Ｎｓ）−（１／Ｆｓ）｜｝ ・・・（２）
となる。

つまり、近端クロストークＮ’’と遠端クロストークＦ’’の要求値Ｎｓ，Ｆｓに対するマージンのばらつきをβ以下に抑えるためには、挿入する容量素子５のインピーダンスをΔｃ±αの範囲、すなわちΔｃ−α以上Δｃ＋α以下の範囲とする必要がある。

次に、本実施形態に係るクロストーク調整方法について図３を用いて説明する。

まず、クロストークの調整に先立ち、中継コネクタ１の作製（生産）を行う。その後、中継コネクタ１の各対間に対して、図３のフローを実行し、クロストークの調整を行う。

図３に示すように、本実施形態に係るクロストーク調整方法では、まず、ステップＳ１にて、作製した中継コネクタ１の任意の対間の近端クロストークＮ’と遠端クロストークＦ’をネットワークアナライザにより測定する。

その後、ステップＳ２にて、近端クロストークＮ’の要求値Ｎｓに対するマージンＮ’／Ｎｓが所定の閾値範囲内であり、かつ、遠端クロストークＦ’の要求値Ｆｓに対するマージンＦ’／Ｆｓが所定の閾値範囲内であるかを判断する。すなわち、近端クロストークＮ’と遠端クロストークＦ’が仕様を満たしているかを判断する。

ステップＳ２でＮＯと判断された場合、仕様を満たさずクロストークの調整が必要となるためステップＳ４に進む。ステップＳ２でＹＥＳと判断された場合、ステップＳ３にて、Ｎ’／ＮｓとＦ’／Ｆｓの差が所定の閾値範囲内であるかを判断する。

ステップＳ３でＹＥＳと判断された場合、クロストークの調整は必要がないためクロストークの調整を終了する。ステップＳ３でＮＯと判断された場合、近端と遠端でクロストークの要求値に対するマージンの差が大きく、特性上好ましくないため、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、上述の式（１）によりΔｃを演算する。その後、ステップＳ５にて、対間にインピーダンスがΔｃとなる容量素子５を挿入する。既に容量素子５が挿入されている場合は、その容量素子５の静電容量を調整したり、新たな容量素子５を追加したり、異なる静電容量の容量素子５に取り替える等して、対間の静電容量を調整する。その後、クロストークの調整を終了する。

なお、図３のフローでは、αを考慮していないが、例えば、ステップＳ４にて上述の式（２）にてαを演算しておき、ステップＳ５にて、インピーダンスがΔｃ−α以上Δｃ＋α以下の範囲となるように容量素子５の静電容量を調整してもよい。

以上説明したように、本実施形態では、予め測定した任意の対間の近端クロストークをＮ’、遠端クロストークをＦ’としたとき、伝送線路４の前記任意の対間に、上式（１），（２）で表されるΔｃ−α以上、Δｃ＋α以下のインピーダンスとなる容量素子５を設けている。

これにより、量産時にコネクタ２の寸法ばらつき、伝送線路４を構成する配線パターンの寸法ばらつき、回路基板３の誘電率のばらつき等の影響によりクロストークの仕様値（要求値）を満足できない場合であっても、容量素子５によりクロストークを容易に調整（補正）して、クロストークを改善した中継コネクタ１を実現することが可能になる。

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、コネクタ２を２つ備える場合を説明したが、これに限らず、複数対のコネクタ２を備えたものであってもよい。この場合、各対のコネクタ２間に形成される伝送線路４のそれぞれの対間に、容量素子５が設けられることになる。

１ 中継コネクタ
２ コネクタ
３ 回路基板
４ 伝送線路
５ 容量素子

Claims (6)

1. 少なくとも２対以上の信号線を有する通信ケーブルが接続される２つのコネクタと、
   前記２つのコネクタの対応する電極同士を接続する少なくとも２対以上の伝送線路と、を備え、
   予め測定した任意の対間の近端クロストークをＮ’、遠端クロストークをＦ’としたとき、前記伝送線路の前記任意の対間に、下式
   Δｃ＝｛（Ｎｓ＋Ｆｓ）／（Ｎｓ−Ｆｓ）｝・Δａ−Δｂ
   但し、Ｎｓ：近端クロストークの要求値
   Ｆｓ：遠端クロストークの要求値
   Δａ＝（Ｎ’−Ｆ’）／２
   Δｂ＝（Ｎ’＋Ｆ’）／２
   α＝β／｛｜（１／Ｎｓ）−（１／Ｆｓ）｜｝
   但し、β：近端クロストークの要求値に対する比と、
   遠端クロストークの要求値に対する比のばらつきの設定値
   で表されるΔｃ−α以上、Δｃ＋α以下のインピーダンスとなる容量素子を設けた
   ことを特徴とする中継コネクタ。
2. 前記容量素子が、静電容量を任意に変化させることが可能な可変容量素子からなり、
   前記可変容量素子の静電容量を調整することで、インピーダンスをΔｃ−α以上、Δｃ＋α以下に調整するように構成される
   請求項１記載の中継コネクタ。
3. 前記伝送線路の全ての対間に、前記容量素子を設けた
   請求項１または２記載の中継コネクタ。
4. 少なくとも２対以上の信号線を有する通信ケーブルが接続される２つのコネクタと、
   前記２つのコネクタの対応する電極同士を接続する少なくとも２対以上の伝送線路と、を備えた中継コネクタのクロストーク調整方法であって、
   予め測定した任意の対間の近端クロストークをＮ’、遠端クロストークをＦ’としたとき、前記伝送線路の前記任意の対間に、下式
   Δｃ＝｛（Ｎｓ＋Ｆｓ）／（Ｎｓ−Ｆｓ）｝・Δａ−Δｂ
   但し、Ｎｓ：近端クロストークの要求値
   Ｆｓ：遠端クロストークの要求値
   Δａ＝（Ｎ’−Ｆ’）／２
   Δｂ＝（Ｎ’＋Ｆ’）／２
   α＝β／｛｜（１／Ｎｓ）−（１／Ｆｓ）｜｝
   但し、β：近端クロストークの要求値に対する比と、
   遠端クロストークの要求値に対する比のばらつきの設定値
   で表されるΔｃ−α以上、Δｃ＋α以下のインピーダンスとなる容量素子を設ける
   ことを特徴とするクロストーク調整方法。
5. 前記容量素子が、静電容量を任意に変化させることが可能な可変容量素子からなり、
   前記可変容量素子の静電容量を調整することで、インピーダンスをΔｃ−α以上、Δｃ＋α以下に調整する
   請求項４記載のクロストーク調整方法。
6. 前記伝送線路の全ての対間に、前記容量素子を設ける
   請求項４または５記載のクロストーク調整方法。

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