JP2017034372A - Cable harness device and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ケーブルハーネス装置、および当該ケーブルハーネス装置を備えた電子機器に関する。 The present invention relates to a cable harness device and an electronic apparatus including the cable harness device.
電子機器を構成する複数の回路基板または電子機器間同士でデジタル信号を高速に伝送する方式として、例えばLVDS(Low Voltage Differential Signaling)やUSB(Universal Serial Bus)が知られており、伝送路としては差動信号ライン対を使用している。この作動信号ライン対としては、回路基板上では2本の信号ライン対とグランドパターンとにより、特定の伝送路インピーダンスとなるように構成して伝送させている。また、回路基板間および電子機器間の伝送については、2本の信号ライン対をリード線として引き出し、ツイスト構造のケーブルハーネス部材として伝送させている。 For example, LVDS (Low Voltage Differential Signaling) and USB (Universal Serial Bus) are known as methods for transmitting digital signals at high speed between a plurality of circuit boards or electronic devices constituting an electronic device. A differential signal line pair is used. The operation signal line pair is configured to transmit a specific transmission line impedance by using two signal line pairs and a ground pattern on the circuit board. For transmission between circuit boards and between electronic devices, two signal line pairs are drawn out as lead wires and transmitted as a cable harness member having a twist structure.
このツイスト構造のケーブルハーネス部材以外にも、廉価な部材として、例えば、絶縁材料で複数の導電ラインを支持した構造のFFC(Flexible Flat Cable)を使って、特許文献1や特許文献2に開示されているように、差動信号ライン対をそのままFFCに形成して差動信号の送受信を行う方式が知られていた。
また、ツイスト構造のケーブルハーネス部材を用いた差動信号の伝送については、例えば特許文献3のように、流れる電流による不要輻射を低減するために、差動信号ライン対の入力側および出力側の両方において、差動信号ライン対とそれぞれ電気的に接続された配線同士が、抵抗器を介して電気的に接続された差動信号伝送方法が知られていた。
In addition to the cable harness member of this twist structure, as an inexpensive member, for example, an FFC (Flexible Flat Cable) having a structure in which a plurality of conductive lines are supported by an insulating material is used, and disclosed in
For transmission of differential signals using a twisted cable harness member, for example, as in
上記のような差動信号ラインを扱う場合、まず信号を送信する電子デバイス側の信号の差動出力インピーダンスと、信号を受信する電子デバイス側に設定される終端側のインピーダンスとを一致させる必要がある。これは、送受信する信号の反射損失を低減させるためであり、所謂インピーダンス整合設計である。さらに、送受信する電子デバイス間の信号の伝送路に関しては、特に10MHzを超える高周波信号では、信号伝送路においても伝送路のインピーダンスを、信号を送信する側の電子デバイスの出力インピーダンスに合わせる必要がある。このようなインピーダンス整合設計を採用しなければ、信号源の入力部と信号伝送路との接続箇所、および信号伝送路と負荷となる終端部との接続箇所の、それぞれにおいて反射を抑制することが難しくなる。 When handling a differential signal line as described above, it is necessary to first match the differential output impedance of the signal on the electronic device side that transmits the signal with the impedance on the termination side that is set on the electronic device side that receives the signal. is there. This is to reduce reflection loss of a signal to be transmitted and received, and is a so-called impedance matching design. Further, regarding a signal transmission path between electronic devices to be transmitted and received, particularly in a high-frequency signal exceeding 10 MHz, it is necessary to match the impedance of the transmission path with the output impedance of the electronic device on the signal transmission side even in the signal transmission path. . Unless such an impedance matching design is adopted, reflection at each of the connection portion between the input portion of the signal source and the signal transmission path and the connection portion between the signal transmission path and the termination portion serving as a load can be suppressed. It becomes difficult.
そのため従来技術では、信号を送信する側の電子デバイスの差動出力インピーダンスを100Ωとし、実装基板上では差動インピーダンスが100Ωとなるように差動伝送路を設計していた。そして、回路基板間を電気的に接続するケーブルハーネス部材についても、差動信号ラインのインピーダンスが100Ωとなる部材を選択し、受信する側の電子デバイスでは差動負荷となる終端抵抗を100Ωとする整合設計を行っていた。 Therefore, in the prior art, the differential transmission path is designed so that the differential output impedance of the electronic device on the signal transmission side is 100Ω and the differential impedance is 100Ω on the mounting substrate. For the cable harness member that electrically connects the circuit boards, a member having a differential signal line impedance of 100Ω is selected, and the terminal resistor serving as a differential load is set to 100Ω in the receiving electronic device. Consistent design was performed.
しかしながら、従来のケーブルハーネス部材では、差動信号ラインに関して上記の構成でインピーダンス制御された市販部材を購入することになるため、製造する電子機器の部品構成上、複雑で高価な部材となり易かった。またLVDSなどの構成では、クロックライン用、多チャンネルのデータライン用など、複数の差動信号ライン対を使用するため、個別仕様のケーブルハーネス部材が必要となる場合が多く、さらに高価な部材となり易かった。 However, since the conventional cable harness member purchases a commercially available member whose impedance is controlled with the above-described configuration with respect to the differential signal line, it is easy to be a complicated and expensive member due to the component configuration of the electronic device to be manufactured. In addition, in the configuration such as LVDS, since a plurality of differential signal line pairs such as for clock lines and multi-channel data lines are used, individual-specific cable harness members are often required, which further increases the cost. It was easy.
また、同一電子機器内における実装基板間の信号の送受信に、上記のようなケーブルハーネス部材を適用する場合、該電子機器の余剰空間または隙間などにケーブルハーネス部材を収納する必要があるので、可撓性を有したケーブルハーネス部材を用いて、該ケーブルハーネス部材を折り畳むなどして収納させることになる。このとき、信号ラインのインピーダンスが50Ω、100Ωといった値に制御されたケーブルハーネス部材は、折り畳みなどの外的形状変化により信号ラインのインピーダンスが変化し易く、このインピーダンス変化により伝送する信号の波形品質を劣化させる懸念があった。 In addition, when the cable harness member as described above is applied to transmission / reception of signals between mounting boards in the same electronic device, it is necessary to store the cable harness member in an excess space or a gap of the electronic device. The cable harness member having flexibility is stored by folding the cable harness member. At this time, the cable harness member in which the impedance of the signal line is controlled to a value such as 50Ω or 100Ω is likely to change the impedance of the signal line due to an external shape change such as folding, and the waveform quality of the signal to be transmitted is changed by this impedance change. There was a concern of deterioration.
本発明は、このような課題を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、電子機器間および電子機器内の実装基板間を電気的に接続するケーブルハーネス装置に関して、簡易な構成によって、伝送する信号の波形品質を維持しつつ、且つケーブルハーネス装置に起因する不要輻射を低減させる、より安価なケーブルハーネス装置を提供することである。 The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to provide a simple configuration for a cable harness device that electrically connects between electronic devices and between mounting boards in the electronic devices. Thus, it is an object to provide a cheaper cable harness device that maintains the waveform quality of a signal to be transmitted and reduces unnecessary radiation caused by the cable harness device.
[適用例1]第1の回路基板と第2の回路基板と第1の回路基板および第2の回路基板を電気的に接続する複数の導電ラインとを含んだケーブルハーネス装置であって、複数の導電ラインは、第1の信号ラインと第2の信号ラインとにより差動信号を伝送する差動信号ライン対を有し、第1の回路基板上で差動信号ライン対をなす第1の配線パターンおよび第2の配線パターンは、第1の信号ラインおよび第2の信号ラインの一方の端部とそれぞれ電気的に接続し、第1の配線パターンと第2の配線パターンとが、第1の抵抗体を介して電気的に接続され、第2の回路基板上で差動信号ライン対をなす第3の配線パターンおよび第4の配線パターンは、第1の信号ラインおよび第2の信号ラインの他方の端部とそれぞれ電気的に接続し、第3の配線パターンと第4の配線パターンとが、第2の抵抗体を介して電気的に接続され、第1の抵抗体と第2の抵抗体とを並列接続したときの合成抵抗値を、第1の信号ラインおよび第2の信号ラインに差動信号を供給する、第1の回路基板上に実装され、第1の配線パターンおよび第2の配線パターンに差動信号を出力する電子デバイスの差動信号出力インピーダンス値の±20%以内に設定したことを特徴とする。 Application Example 1 A cable harness device including a first circuit board, a second circuit board, and a plurality of conductive lines that electrically connect the first circuit board and the second circuit board. The first conductive line has a differential signal line pair for transmitting a differential signal by the first signal line and the second signal line, and the first conductive line forms a differential signal line pair on the first circuit board. The wiring pattern and the second wiring pattern are electrically connected to one end portions of the first signal line and the second signal line, respectively, and the first wiring pattern and the second wiring pattern are connected to each other. The third wiring pattern and the fourth wiring pattern, which are electrically connected via the resistor and form a differential signal line pair on the second circuit board, are the first signal line and the second signal line. Electrically connected to the other end of the The wiring pattern and the fourth wiring pattern are electrically connected via the second resistor, and the combined resistance value when the first resistor and the second resistor are connected in parallel is the first resistance value. A differential of an electronic device mounted on a first circuit board for supplying a differential signal to the first signal line and the second signal line and outputting the differential signal to the first wiring pattern and the second wiring pattern It is characterized by being set within ± 20% of the signal output impedance value.
本適用例によれば、簡易な構成により、回路基板間を送受信する信号の波形品質を維持し、ケーブルハーネス装置に起因する不要輻射を低減させる、より安価なケーブルハーネス装置を提供できる。詳しくは、上記の構成によれば、電子デバイスの差動信号出力インピーダンスとケーブルハーネス装置が接続された負荷側のインピーダンスとが、インピーダンス整合状態となる。これにより、実装基板間で送受信する信号の波形品質を保持できると共に、ケーブルハーネス装置に起因する不要輻射を低減することができる。 According to this application example, it is possible to provide a cheaper cable harness device that maintains the waveform quality of signals transmitted and received between circuit boards and reduces unnecessary radiation caused by the cable harness device with a simple configuration. Specifically, according to the above configuration, the differential signal output impedance of the electronic device and the impedance on the load side to which the cable harness device is connected are in an impedance matching state. Thereby, while being able to hold | maintain the waveform quality of the signal transmitted / received between mounting boards, the unnecessary radiation resulting from a cable harness apparatus can be reduced.
[適用例2]上記適用例に記載のケーブルハーネス装置は、第1の回路基板と第2の回路基板との間における信号の送受信の関係が、第1の回路基板側が送信側であり、第2の回路基板側が受信側であって、第2の抵抗体の抵抗値を、第1の信号ラインと第2の信号ラインとの間の差動伝送路インピーダンス値の±20%以内に設定することが好ましい。 Application Example 2 In the cable harness device described in the application example, the signal transmission / reception relationship between the first circuit board and the second circuit board is such that the first circuit board side is the transmission side, The second circuit board side is the receiving side, and the resistance value of the second resistor is set within ± 20% of the differential transmission line impedance value between the first signal line and the second signal line. It is preferable.
本適用例によれば、一般に市販されているケーブルハーネス部材を用いても、第1の信号ラインおよび第2の信号ラインの間の伝送路インピーダンスと、第2の抵抗体とがインピーダンス整合設計される。これにより、伝送される差動信号において第2の抵抗体によって反射される成分が低減され、実装基板間で送受信する信号の波形品質を保持できると共に、ケーブルハーネス装置に起因する不要輻射を低減させる、より安価なケーブルハーネス装置を提供できる。 According to this application example, even when a commercially available cable harness member is used, the impedance of the transmission line impedance between the first signal line and the second signal line and the second resistor are designed to be impedance matched. The Thereby, the component reflected by the second resistor in the transmitted differential signal is reduced, the waveform quality of the signal transmitted / received between the mounting boards can be maintained, and unnecessary radiation caused by the cable harness device is reduced. A cheaper cable harness device can be provided.
[適用例3]上記適用例に記載のケーブルハーネス装置は、ケーブルハーネス装置におけるケーブルハーネス部材の長さが、ケーブルハーネス部材の長さに由来する、伝送する信号の伝達時間T、および伝送する信号となる波形の電圧レベル状態の遷移時間tに関して、T>tとなる関係式を満たすことが好ましい。 Application Example 3 In the cable harness device according to the application example, the length of the cable harness member in the cable harness device is derived from the length of the cable harness member, the transmission time T of the signal to be transmitted, and the signal to be transmitted. It is preferable that the relational expression T> t is satisfied with respect to the transition time t of the voltage level state of the waveform.
本適用例によれば、電子機器の差動信号ライン対において、特に立ち上がり時間の早い高周波の信号波形を、長いケーブルハーネス装置で伝送する場合においても、信号波形の品質を維持すると共に、不要輻射のノイズを低減できる。 According to this application example, in the case of transmitting a high-frequency signal waveform with a fast rise time, particularly in a differential signal line pair of an electronic device, using a long cable harness device, the quality of the signal waveform is maintained and unnecessary radiation is transmitted. Noise can be reduced.
[適用例4]上記適用例に記載のケーブルハーネス装置は、第1の回路基板と第2の回路基板とが、異なる電子機器にそれぞれ実装され、異なる電子機器間で信号の送受信を行うことが好ましい。 Application Example 4 In the cable harness device according to the application example described above, the first circuit board and the second circuit board are mounted on different electronic devices, and signals are transmitted and received between different electronic devices. preferable.
本適用例によれば、電子機器間において送受信する信号の波形品質を維持し、ケーブルハーネス装置に起因する不要輻射を低減させる、より安価なケーブルハーネス装置を提供できる。 According to this application example, it is possible to provide a less expensive cable harness device that maintains the waveform quality of signals transmitted and received between electronic devices and reduces unnecessary radiation caused by the cable harness device.
[適用例5]上記適用例に記載のケーブルハーネス装置は、第1の回路基板と第2の回路基板とが同一の電子機器内に実装され、電子機器内で信号の送受信を行うことが好ましい。 Application Example 5 In the cable harness device according to the application example described above, it is preferable that the first circuit board and the second circuit board are mounted in the same electronic device, and signals are transmitted and received in the electronic device. .
本適用例によれば、同一の電子機器の筐体内において、実装された回路基板間で送受信する信号の波形品質を維持し、ケーブルハーネス装置に起因する不要輻射を低減させる、より安価なケーブルハーネス装置を提供でき、さらに電子機器の小型化設計にも貢献できる。 According to this application example, a less expensive cable harness that maintains the waveform quality of signals transmitted and received between mounted circuit boards and reduces unnecessary radiation caused by the cable harness device in the same electronic device casing. It is possible to provide a device and contribute to the miniaturization design of electronic equipment.
[適用例6]上記適用例に記載のケーブルハーネス装置は、複数の差動信号ライン対を有することが好ましい。 Application Example 6 The cable harness device described in the application example preferably includes a plurality of differential signal line pairs.
本適用例によれば、製造する電子機器に対してケーブルハーネス装置を集約することが可能となり、安価なケーブルハーネス装置を提供できる。 According to this application example, it is possible to consolidate the cable harness devices for the electronic equipment to be manufactured, and it is possible to provide an inexpensive cable harness device.
[適用例7]上記適用例に記載のケーブルハーネス装置は、ケーブルハーネス部材が、テープ状で可撓性を有する絶縁材料上に、複数の導電ラインをケーブルハーネス部材の長手方向に並列させることが好ましい。 Application Example 7 In the cable harness device according to the application example described above, the cable harness member has a plurality of conductive lines arranged in parallel in the longitudinal direction of the cable harness member on a tape-like flexible insulating material. preferable.
本適用例によれば、製造する電子機器に対して小型化設計に貢献するケーブルハーネス装置を提供できる。 According to this application example, it is possible to provide a cable harness device that contributes to miniaturization design for electronic equipment to be manufactured.
[適用例8]上記適用例に記載の電子機器は、上記のケーブルハーネス装置を備えることが好ましい。 Application Example 8 It is preferable that the electronic device described in the application example includes the cable harness device.
本適用例によれば、簡易な構成により、基板間を送受信する信号の波形品質を維持し、ケーブルハーネスに起因する不要輻射を低減させる、より安価なケーブルハーネス装置を備えた電子機器を提供できる。 According to this application example, it is possible to provide an electronic device including a cheaper cable harness device that maintains the waveform quality of signals transmitted and received between boards and reduces unnecessary radiation caused by the cable harness with a simple configuration. .
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each member is made different from the actual scale so that each member can be recognized.
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係わるケーブルハーネス装置の原理を説明した概略構成図である。まず、本実施形態に係わるケーブルハーネス装置の概略構成について、図1を参照して説明する。本実施形態では、ケーブルハーネス装置を用いて、二つの回路基板を接続した例について述べる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating the principle of the cable harness device according to the first embodiment. First, a schematic configuration of the cable harness device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, an example in which two circuit boards are connected using a cable harness device will be described.
図1に示したケーブルハーネス装置70は、第1の回路基板100と第2の回路基板200とを電気的に接続している。図1において一点鎖線で囲んだ部分が、ケーブルハーネス装置70である。このケーブルハーネス装置70は、ケーブルハーネス部材10、第1の回路基板100上の抵抗体150、第2の回路基板200上の抵抗体250などを備えている。
The
ケーブルハーネス部材10は複数の導電ラインを有している。複数の導電ラインは、グランドライン3、第1の信号ライン、第2の信号ラインを備えている。第1の信号ラインは差動対ライン1であり、第2の信号ラインは差動対ライン2である。この差動対ライン1と差動対ライン2とは差動信号ライン対を形成している。
The
差動対ライン1,2の一方の端部は、回路基板100上において、第1の配線パターンとしての配線パターン101、および第2の配線パターンとしての配線パターン102に、それぞれ接続されている。この配線パターン101,102は、回路基板100上の差動信号の送信側である、電子デバイスとしてのIC(Integrated Circuit)110の差動信号の出力端111,112に、それぞれ電気的に接続され、差動対を形成している。また、差動対をなす配線パターン101と配線パターン102とは、第1の抵抗体としての抵抗体150を介して電気的に接続されている。
One end portions of the
差動対ライン1,2の他方の端部は、回路基板200上において第3の配線パターンとしての配線パターン201、および第4の配線パターンとしての配線パターン202に、それぞれ電気的に接続されている。この配線パターン201,202は、回路基板200上の差動信号の受信側である、IC210の差動信号の入力端211,212に、それぞれ電気的に接続され、差動対を形成している。また、差動対をなす配線パターン201と配線パターン202とは、第2の抵抗体としての抵抗体250を介して電気的に接続されている。
The other ends of the
さらに、デジタルの差動信号を送受信する際に必要なグランド電位として、第1の回路基板100内のグランド配線パターン103は、ケーブルハーネス部材10のグランドライン3により、第2の回路基板200内のグランド配線パターン203に接続されている。
Furthermore, the
このとき、抵抗体250の抵抗値(R2とする)は、ケーブルハーネス部材10の差動対ライン1,2およびグランドライン3により設定される差動インピーダンスに等しい値とすることが好ましい。但し、抵抗体250は通常のチップ部品などにより設定されるので、E24系(JIS C 5063)の中で上記差動インピーダンス値に比較的近い選択とすることになる。目安としては、上記差動インピーダンス値(Z0とする)に対してZ0±20%以内で、実際の電気特性を見ながら選択することが好ましい。これは、発明者らのシミュレーション結果に基づくものである。そもそも、上記差動インピーダンス値は伝送路の断面構造から計算する方法や、デジタイジングオシロスコープなどの測定により得ることもできる。しかし、実際には周波数特性を有することがあるので、得られた上記差動インピーダンス値Z0に対して±20%程度の幅を設けることが実際的である。
At this time, the resistance value (referred to as R2) of the
上述した構成により、差動対ライン1,2とその終端抵抗となる抵抗体250とが、インピーダンス整合の状態となる。これによって、差動対ライン1,2を伝送する信号は、抵抗体250で反射される成分を極めて小さくすることができる。
With the above-described configuration, the
次に、抵抗体150の抵抗値(R1とする)については次のように設定する。IC110の信号の出力インピーダンス値(Z1とする)に対して、出力負荷側のインピーダンス値が等しくなるように設定する必要があるので、下記の(式1)を満足するように抵抗体150の抵抗値を設定すればよい。
1/Z1=1/R1+1/R2 ・・・(式1)
Next, the resistance value (R1) of the
1 / Z1 = 1 / R1 + 1 / R2 (Formula 1)
即ち、負荷側の抵抗体150および抵抗体250の並列接続の合成抵抗値と、IC110の信号の出力インピーダンス値とが等しくなるので、IC110の出力信号は全て負荷側に送信することが可能となる。(式1)の両辺を変形して、
Z1=R1×R2/(R1+R2) ・・・(式2)
とするとき、(式2)の右辺(抵抗体150と抵抗体250の合成抵抗値)は左辺Z1(IC110の信号の出力インピーダンス)に対して±20%の幅を持たせて設計することが好ましい。これは、発明者らのシミュレーション結果に基づくものである。即ち、R1,R2の抵抗値は、E24系などの定数値のチップ抵抗部品から設定されることになるので、上記Z1の±20%以内に入るように設定することになる。
That is, since the combined resistance value of the parallel connection of the
Z1 = R1 × R2 / (R1 + R2) (Formula 2)
In this case, the right side of (Equation 2) (the combined resistance value of the
これにより、IC110より出力される信号の電圧振幅を、受信側のIC210側へ信号の電圧振幅での損失を最小にして伝送することができる。
As a result, the voltage amplitude of the signal output from the
なお、図1におけるIC110,IC210については、送受信の関係が上記と逆の関係でもよく、また、IC110,IC210のそれぞれが送受信を兼用しているものでもよい。
Note that the
図2に、本発明に係わるケーブルハーネス装置500をプリンターに実装した構成を示す。ケーブルハーネス装置500を電子機器に実装した場合に、伝送される差動信号の波形品質の状況を検討するため、電磁界シミュレーションを行った。この電磁界シミュレーションでは、電子機器としてプリンターを例に用いた。
ここで、プリンター800は、主として電磁気的に影響がある金属部分を抽出したモデルとなっており、第1の回路基板としてのメイン基板300(プリンターの機能を実現する回路)と第2の回路基板としてのサブ基板600(LCD:Liquid Crystal Displayなどの表示体を実装)を有している。また、ケーブルハーネス装置500は、メイン基板300とサブ基板600との間を電気的に接続するために実装されている。
FIG. 2 shows a configuration in which the
Here, the
図2のモデルにおける空間1000は計算する領域であり、各部位の寸法については、メイン基板300が外形(概略形状)で幅方向141mm、高さ方向64mm、厚さ方向1.2mmであり、モデルの単純化のために銅単体で構成している。ここで、プリンター800において、幅方向をX方向、高さ方向をY方向、奥行き(厚さ)方向をZ方向と定義する。
同じくサブ基板600の外形は、X方向186mm、Y方向55mm、Z方向1.6mmであり、モデルの単純化のために銅単体で構成している。メイン基板300は、鋼板からなる金属フレーム400(外形:X方向380mm、Y方向74mm、Z方向112mm)に装着されており、ねじ止め301,302,303により電気的に金属フレーム400と接続されている。また、ケーブルハーネス装置500は、一方の端部がメイン基板300のコネクター部305に接続され、他方の端部はサブ基板600のコネクター部605に接続している。
A
Similarly, the sub-board 600 has an outer shape of 186 mm in the X direction, 55 mm in the Y direction, and 1.6 mm in the Z direction, and is made of copper alone for the sake of simplicity of the model. The
ここで、ケーブルハーネス装置500のケーブルハーネス部材として、図3に示したFFC50を用いた。図3に示すように、FFC50は銅製の複数の導電ライン、絶縁材料57を有している。この複数の導電ラインとして、ライン状配線51,52,53,54が配列されている。ライン状配線51からライン状配線54は、幅方向の断面形状に関して、厚み0.035mm、幅0.7mmで、ライン状配線間のスペースを0.3mmとする、所謂1mmピッチで構成されている。また、各ライン状配線を支持する絶縁材料57は比誘電率が3.5で、各ライン状配線を厚み方向でそれぞれ0.05mm被覆している。なお、本実施形態ではケーブルハーネス部材としてFFCを用いたが、これに限定されない。例えば、ツイスト構造のケーブルハーネスを用いてもよい。
Here, the
また、FFC50の長手方向の長さは236mmとしている。ここで、ライン状配線53,54は、メイン基板300及びサブ基板600のそれぞれのグランド配線パターンに接続するグランドラインであり、メイン基板300及びサブ基板600に直接接続した構成となっている。また、ライン状配線51,52は、メイン基板300とサブ基板600との間で差動信号を伝送するための差動対ラインとしている。
The length of the
<波形品質の検討>
以上の構成について、先ずFFC50を伝送する信号の波形品質を検討するため、FFC50のライン状配線51,52の各両端部とメイン基板300とサブ基板600のそれぞれのグランド配線パターンとの間に、直流から1GHzのSパラメーターを取得する計4個のポートを設定して電磁界シミュレーションを行った。
<Examination of waveform quality>
In order to examine the waveform quality of the signal transmitted through the
上記の電磁界シミュレーションにより、ケーブルハーネス装置500のケーブルハーネス部材となるFFC50の4ポートのSパラメーターが得られる。これをSPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)などの回路シミュレーションを行うための回路モデルに変換し、図1に示した回路構成の回路シミュレーションに適用する。ここで、FFC50の回路モデルはケーブルハーネス装置70のケーブルハーネス部材10(図1)とした。
By the electromagnetic field simulation described above, the 4-port S parameter of the
また、FFC50において、ライン状配線53,54をグランドラインとし、ライン状配線51,52を差動対ラインとした。ここで、図1のケーブルハーネス装置70ではグランドラインを1本としたが、FFC50(ケーブルハーネス装置500)では2本としている。これは、ケーブルハーネス装置70を単純化した構成で説明したためであり、実際はFFC50のように、グランドライン間に差動信号ライン対が配列された構成がより好ましい。また、複数の差動信号ライン対を備える場合は、複数のグランドラインを設けて、それぞれの差動信号ライン対がグランドライン間に配列される構成が好ましい。
In the
上述した構成の差動インピーダンスは、FFC50の幅方向の断面構造に対する電磁界シミュレーションにより算出することができ、約135Ωとなる。従って、図1における抵抗体250の抵抗値(R2)を135Ωとすると、FFC50の差動インピーダンスと抵抗体250は完全なインピーダンス整合になるが、実際はチップ抵抗部品から抵抗体250を選択するため、R2=130(Ω)とすることになる。
The differential impedance having the above-described configuration can be calculated by electromagnetic field simulation with respect to the cross-sectional structure in the width direction of the
次に、図1における、送信側となるIC110の差動信号の出力の回路モデルは、半導体ベンダーなどから提供される回路モデルを適用する。具体的には、差動信号の出力インピーダンス値(Z1)は通常100Ωとなっているため、抵抗体150の抵抗値(R1)はR1=430(Ω)とすると(式1)を略満足することができる。また、受信側となるIC210の差動信号の入力の回路モデルも、半導体ベンダーなどから提供される回路モデルを適用することができる。なお、抵抗値R1,R2は、先ず(式2)の左辺(Z1)に対し±20%以内の範囲となるように、また、抵抗値R2は差動ラインのインピーダンス値に対し±20%以内の範囲となるように、それぞれチップ抵抗部品として選択されることが好ましい。これは、発明者らのシミュレーション結果に基づくものである。
Next, a circuit model provided from a semiconductor vendor or the like is applied as the circuit model of the differential signal output of the
上述した回路モデルの構成により、信号波形のシミュレーションを行った。扱う信号としては、送信側のIC110より電圧振幅±0.35Vの差動信号を500Mbpsで送信した。このときの受信側IC210の差動信号の入力端211,212における、差動電圧の状況を特定期間で電圧波形を重ね書きした、所謂アイパターンを図4に示す。比較のために、従来の構成として、抵抗体150を省き、抵抗体250を100Ωとしたときの、差動信号の入力端211,212の差動電圧のアイパターンを図5に示す。ここで、図4および図5において、横軸は特定期間0nsから4ns(単位:ナノ秒)、縦軸は差動電圧(単位:V)としている。
A signal waveform was simulated by the configuration of the circuit model described above. As a signal to be handled, a differential signal having a voltage amplitude of ± 0.35 V was transmitted at 500 Mbps from the
このアイパターンでの検証は、さまざまなBit列に対する矩形波波形を重ね書き表示することにより、信号品質の良否を判定することが可能である。即ち、矩形波の重なり度合いが高い程、波形の中央部の領域が広がり(アイが開く)、受信した信号品質がよいことを意味し、逆に矩形波の重なり具合が低い程、波形の中央部の領域が狭く(アイが閉じる)なり、受信した信号品質が悪いことを意味する。 In the verification with the eye pattern, it is possible to determine whether the signal quality is good or not by overlaying and displaying rectangular wave waveforms for various bit columns. That is, the higher the degree of rectangular wave overlap, the wider the central area of the waveform (the eye opens), and the better the received signal quality. Conversely, the lower the degree of rectangular wave overlap, the lower the center of the waveform. This means that the area of the part is narrow (the eye is closed), and the received signal quality is poor.
図4および図5を比較すると、ケーブルハーネス装置500のアイパターン(図4)の方が電圧で±0.05V程度開いていることが分かる。即ち、従来の構成(図5)に対して、受信される信号波形品質が向上している。さらに受信側の最大電圧振幅に関しても、差動電圧±0.35Vにおいて、従来の構成(図5)では±0.55V以上が出ているのに対して、本実施形態の構成(図4)では±0.45V以下となっており、最大電圧振幅が抑えられ改善されている。また、従来の構成では最大電圧振幅が大きく、受信側の入力端の許容電圧レベルを超える可能性があることが分かる。
Comparing FIG. 4 and FIG. 5, it can be seen that the eye pattern (FIG. 4) of the
以上のことから、ケーブルハーネス装置500は、伝送する信号波形の品質を維持することができる。
From the above, the
また、上述したようにFFC50の長さは236mmとした。このFFC50の信号ラインにおける伝送する信号の伝達時間T(信号ラインの一方の端部から入力した信号が他方の端部に到達する時間)は、FFC50の構成により1ns程度になる。このとき、入力した信号の波形における電圧レベルの遷移時間(立ち上がり時間:電圧レベル値変化10%から90%までの時間)(t)は、図4および図5から約0.7nsであり、
T>t ・・・(式3)
となる関係になっている。即ち伝送する信号は、FFC50の伝送路中に矩形波の電圧レベルの状態遷移が完了する状態であり、FFC50の長さの範囲内で信号の波長による電位分布が存在することを意味している。そのため、伝送路の終端部でインピーダンス不整合が生じると、終端部における電圧が設計値よりも高くなったり、低くなったりする現象が顕著になる。このような現象を解消するため、高周波回路設計の考え方として、信号の伝送路の特性インピーダンスと伝送する信号源のインピーダンスとを同一にすると共に、該伝送路終端の抵抗(負荷)も同一のインピーダンスとする、所謂インピーダンス整合を採用することが信号波形品質を維持する上で必要となる。
Further, as described above, the length of the
T> t (Formula 3)
It has become a relationship. That is, the signal to be transmitted is in a state in which the state transition of the voltage level of the rectangular wave is completed in the transmission path of the
本発明のケーブルハーネス装置によれば、上述したインピーダンス整合を実現することができるため、長いケーブルハーネス装置(Tが大)であっても、高速なデータ転送による信号波形(tが小)の品質を維持することができる。 According to the cable harness device of the present invention, since the impedance matching described above can be realized, even if the cable harness device is long (T is large), the quality of the signal waveform (t is small) by high-speed data transfer. Can be maintained.
<不要輻射の検討>
次に、本発明のケーブルハーネス装置を実装したプリンターにおいて、不要輻射の状況についてシミュレーション検討を行った。検討したシミュレーションモデルは図2と略同じであるが、ケーブルハーネス装置500のメイン基板300上のコネクター部305において、FFC50の差動対の各信号ラインにそれぞれ信号源(各信号源インピーダンスは50Ω)の一方を接続し、各信号源の他方をメイン基板300上(グランド配線パターン)で接地接続させ、且つ該信号源間の信号の位相差が180度となるようにした。これにより、差動信号源としての信号の出力インピーダンスを100Ωとすることができる。さらに、本発明に合致するケーブルハーネス装置の構成とするために、コネクター部305付近において、FFC50の差動対の信号ライン間に430Ωの抵抗体(R1)を電気的に接続させた。
<Examination of unnecessary radiation>
Next, in the printer mounted with the cable harness device of the present invention, a simulation study was performed on the situation of unnecessary radiation. The simulation model examined is substantially the same as that in FIG. 2, but in the
また、サブ基板600上のコネクター部605付近では、本発明に合致するケーブルハーネス装置とすべく、FFC50の差動対となる信号ライン間に130Ωの抵抗体(R2)を電気的に接続させた。なお、FFC50の差動対となる各信号ラインは、サブ基板600上(グランド配線パターン)においてそれぞれ3pFの負荷容量で接地接続させて、IC素子の擬似負荷を付けた状態にした。
In addition, in the vicinity of the
上述したシミュレーションモデルについて、信号源の動作時における、プリンター800からの放射電磁界を不要輻射として評価した。また、従来のケーブルハーネス装置を実装したシミュレーションモデルの場合と比較した。具体的には、上述したシミュレーションモデルに対して、上記430Ωの抵抗体を省き、上記130Ωの抵抗体の抵抗値を100Ωに換装したものを、従来のケーブルハーネス装置とした。次に、本発明のケーブルハーネス装置を適用したシミュレーションモデルにおける不要輻射量(X)と、従来のケーブルハーネス装置を適用した場合の不要輻射量(Y)との比較を行った。その結果を図6に示す。
With respect to the simulation model described above, the radiated electromagnetic field from the
図6は、入力された各周波数の信号源に対して、プリンター800から放射された不要輻射量の最大値を示している。ここで、横軸は入力された信号源の周波数(単位:MHz)である。縦軸は、放射された不要輻射量について、不要輻射量(X)から不要輻射量(Y)を引いた数値、つまり電界強度の差(単位:dB)としている。従って、電界強度の差が0dBより低い値(負の値)では、ケーブルハーネス装置500の適用によって、不要輻射のレベルが従来から改善(低減)されることを示している。図6に示したように、ケーブルハーネス装置500の構成によれば、従来の構成に比べて不要輻射が改善される傾向であることが分かる。
これは、FFC50の差動対の信号ラインに生じる定在波の電圧振幅レベルが、ケーブルハーネス装置500の構成により低減されたためである。その傾向は、図5に対して図4の信号波形におけるリンギングのレベルの低減からも確認できる。
FIG. 6 shows the maximum value of the amount of unnecessary radiation radiated from the
This is because the voltage amplitude level of the standing wave generated in the signal line of the differential pair of the
以上に述べたように、本実施形態のケーブルハーネス装置500によれば、以下の効果を得ることができる。即ち、簡易、且つ安価な構成で、基板間を送受信する信号の波形品質を維持し、不要輻射の発生を低減させるケーブルハーネス装置を提供することができる。
As described above, according to the
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be added to the above-described embodiment. A modification will be described below.
(変形例1)
上記実施形態(図2参照)では、メイン基板300とサブ基板600とを電気的に接続するFFC50を略直線状に配置した構成として説明したが、この構成に限定するものではなく、FFCは屈曲や湾曲を有していても良い。以下、変形例1に係わるケーブルハーネス装置501として、屈曲を有するFFC59について説明する。なお、実施形態1と同一の構成部位については、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。
(Modification 1)
In the above embodiment (see FIG. 2), the
図7は、ケーブルハーネス装置501を実装した、プリンター801のモデル図である。プリンター801は、ケーブルハーネス装置501によって、メイン基板300とサブ基板600とが電気的に接続されている。このプリンター801は、ケーブルハーネス装置501を用いている以外は、プリンター800と同様な構成としている。ここで、上述したプリンター800(図2)にて定義したXYZ方向を、プリンター801にも適用して説明する。即ち、メイン基板300とサブ基板600とはZ方向において対向しており、その間をケーブルハーネス装置501(FFC59)が、略Z方向に延伸して実装されている。
FIG. 7 is a model diagram of the
図8は、ケーブルハーネス装置501における、FFC59の屈曲(折り畳み)の状態を示すモデル図であり、図7のケーブルハーネス装置501の中央部Aを拡大している。図8に示すように、FFC59は二箇所の鉤の手状の折り畳み504,505を有している。
FIG. 8 is a model diagram showing a state of bending (folding) of the
この折り畳み504,505について、メイン基板300からサブ基板600に向って屈曲状態を説明する。ここでX方向(プリンター801の幅方向)において、プリンター801の外側に向う方向を右方、逆の方向を左方とする。まず、FFC59の略中央に折り畳み504が設けられている。折り畳み504は左方に約90度の屈曲を有している。この折り畳み504により、FFC59の延伸方向は、Z方向からX方向(プリンター801の内部へ向かう方向)へ、一旦向きが変えられている。次に、折り畳み504から60mm進んだ位置に折り畳み505が設けられている。折り畳み505は、再びZ方向のサブ基板600に向かって約90度の屈曲を有している。この折り畳み505により、FFC59は、延伸方向がX方向から再びZ方向に向きを変えられ、サブ基板600に到達して接続されている。なお、FFC59は折り畳み504,505を有する以外は、上述したFFC50と同様の構成としている。
Regarding the
以上に説明した、屈曲を有するFFC59を含むケーブルハーネス装置501について、上記実施形態と同様に、伝送する差動信号の波形品質の検討を行った。その結果を図9に示す。
図9は、ケーブルハーネス装置501における、伝送する差動信号のアイパターンを示した図である。ケーブルハーネス装置500におけるアイパターン(図4)と比較して、信号の劣化が小さいことが分かる。また、従来の構成である図5に対しては、依然良好なレベルが保たれている。以上に述べたように、本変形例に係わるケーブルハーネス装置501によれば、上記実施形態での効果に加えて以下の効果を得ることができる。
ケーブルハーネス装置を収容、設置する空間が限られ、ケーブルハーネス部材(FFC)を屈曲または湾曲させて実装しても、伝送する信号波形の品質が維持可能な電子機器を提供することができる。
Regarding the
FIG. 9 is a diagram showing an eye pattern of a differential signal to be transmitted in the
A space for housing and installing the cable harness device is limited, and it is possible to provide an electronic device capable of maintaining the quality of a signal waveform to be transmitted even when the cable harness member (FFC) is bent or curved and mounted.
(変形例2)
上記実施形態の電子機器はプリンターを例に説明したが、本発明のケーブルハーネス装置は、筐体内に複数の回路基板を有する電子機器、または回路基板を有する複数の電子機器において、それら基板間の差動信号の伝送に適用できる。従って、例えばスキャナー、プロジェクター、HMD(Head Mounted Display)などのウェアラブル端末、携帯電話、小型情報端末、ゲーム機、AV(Audio Visual)機器、撮影機器などにも、上記実施形態および変形例のケーブルハーネス装置を用いることが可能であり、同様の作用効果を得ることができる。
以上により、本変形例によれば上記実施形態での効果、即ち簡素、且つ安価な構成で、伝送する信号の波形品質を維持すると共に、不要輻射ノイズを低減する効果を備えた、多種多様な電子機器を提供することができる。
(Modification 2)
Although the electronic device of the above embodiment has been described by taking a printer as an example, the cable harness device of the present invention is an electronic device having a plurality of circuit boards in a housing or a plurality of electronic devices having circuit boards. Applicable to transmission of differential signals. Accordingly, for example, the cable harness of the above-described embodiment and the modified example is applied to a wearable terminal such as a scanner, a projector, an HMD (Head Mounted Display), a mobile phone, a small information terminal, a game machine, an AV (Audio Visual) device, and a photographing device. An apparatus can be used, and similar effects can be obtained.
As described above, according to the present modification, the effects of the above-described embodiment, that is, a simple and inexpensive configuration, maintaining the waveform quality of a signal to be transmitted and having various effects of reducing unnecessary radiation noise are provided. An electronic device can be provided.
1,2…差動対ライン、3…グランドライン、10…ケーブルハーネス部材、50,59…FFC、70,500,501…ケーブルハーネス装置、100…第1の回路基板、101,102,201,202…配線パターン、150,250…抵抗体、200…第2の回路基板、800,801…プリンター。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記複数の導電ラインは、第1の信号ラインと第2の信号ラインとにより差動信号を伝送する差動信号ライン対を有し、
前記第1の回路基板上で差動信号ライン対をなす第1の配線パターンおよび第2の配線パターンは、前記第1の信号ラインおよび前記第2の信号ラインの一方の端部とそれぞれ電気的に接続し、
前記第1の配線パターンと前記第2の配線パターンとが、第1の抵抗体を介して電気的に接続され、
前記第2の回路基板上で差動信号ライン対をなす第3の配線パターンおよび第4の配線パターンは、前記第1の信号ラインおよび前記第2の信号ラインの他方の端部とそれぞれ電気的に接続し、
前記第3の配線パターンと前記第4の配線パターンとが、第2の抵抗体を介して電気的に接続され、
前記第1の抵抗体と前記第2の抵抗体とを並列接続したときの合成抵抗値を、前記第1の信号ラインおよび前記第2の信号ラインに差動信号を供給する、前記第1の回路基板上に実装され、前記第1の配線パターンおよび前記第2の配線パターンに差動信号を出力する電子デバイスの差動信号出力インピーダンス値の±20%以内に設定したことを特徴とする、ケーブルハーネス装置。 A cable harness device including a first circuit board, a second circuit board, and a plurality of conductive lines that electrically connect the first circuit board and the second circuit board,
The plurality of conductive lines have a differential signal line pair for transmitting a differential signal by a first signal line and a second signal line,
The first wiring pattern and the second wiring pattern forming a differential signal line pair on the first circuit board are electrically connected to one end of the first signal line and the second signal line, respectively. Connected to
The first wiring pattern and the second wiring pattern are electrically connected via a first resistor,
The third wiring pattern and the fourth wiring pattern forming a differential signal line pair on the second circuit board are electrically connected to the other ends of the first signal line and the second signal line, respectively. Connected to
The third wiring pattern and the fourth wiring pattern are electrically connected via a second resistor,
A combined resistance value when the first resistor and the second resistor are connected in parallel is used to supply a differential signal to the first signal line and the second signal line. It is mounted on a circuit board and is set within ± 20% of a differential signal output impedance value of an electronic device that outputs a differential signal to the first wiring pattern and the second wiring pattern, Cable harness device.
前記第2の抵抗体の抵抗値を、前記第1の信号ラインと前記第2の信号ラインとの間の差動伝送路インピーダンス値の±20%以内に設定したことを特徴とする、請求項1に記載のケーブルハーネス装置。 The signal transmission / reception relationship between the first circuit board and the second circuit board is such that the first circuit board side is a transmitting side, and the second circuit board side is a receiving side,
The resistance value of the second resistor is set within ± 20% of a differential transmission line impedance value between the first signal line and the second signal line. The cable harness device according to 1.
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