JP2019009038A - ダミーケーブル、コネクタ及び調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】伝送線路の共振周波数を所望の周波数にずらすことが可能なダミーケーブル等を提供する。
【解決手段】ダミーケーブル２（Ｇ）は、導電性の信号伝送用の第１のコンタクトと接地用の第２のコンタクトとが一列に配置されたプラグコネクタ１Ａに用いられるダミーの同軸ケーブル２である。ダミーケーブル２（Ｇ）は、信号伝送用の第１のコンタクトに電気的に接続される同軸ケーブル２（Ｓ）と並んで接地用の第２のコンタクトに対応して配置されている。ダミーケーブル２（Ｇ）は、一端が第２のコンタクトと電気的に接続される内部導体と、一端が接地される外部導体とを備える。ダミーケーブル２（Ｇ）は、内部導体と外部導体とが他端で短絡され、内部導体と外部導体とが短絡された部分で切断されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダミーケーブル、コネクタ及び調整方法に関する。

特許文献１には、回路基板に実装された第１のコネクタに、信号線が接続された第２のコネクタを嵌合させて信号線を回路基板に接続するコネクタ装置が開示されている。このコネクタ装置では、嵌合の際、第１のコネクタに設けられた第１のシェルと、第２のコネクタに設けられた第２のシェルとを互いに面接触させて、信号を伝送するコンタクトを覆うことにより、そのシールド性を高めている。

特開２０１０−１５７３６７号公報

このようなコネクタ装置では、伝送される信号の周波数帯域が年々高くなっている。周波数帯域が高くなると、信号に含まれるノイズ成分は、コンタクト間のクロストークに起因するものが支配的となる。特に、伝送される信号がデジタル信号である場合には、信号に含まれる周波数（矩形波を形成する周波数）と伝送線路の共振周波数とが近く、伝送線路が共振すると、クロストークに起因するノイズ成分（以下、単に、「クロストーク」とする）が大きくなることが知られている。

したがって、クロストークを十分に低減するためには、伝送線路の共振周波数を、信号に含まれる周波数とは異なる所望の周波数にずらす必要がある。上述の電気コネクタにおいては、シェル同士の接触状態を変更すれば、伝送線路の共振周波数をずらすことはできるが、そのシフト量はわずかである。よって、上述の電気コネクタにおいては、伝送線路の共振周波数を所望の周波数にずらすことが困難であるという不都合があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、伝送線路の共振周波数を所望の周波数にずらすことが可能なダミーケーブル、コネクタ及び調整方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係るダミーケーブルは、
導電性の信号伝送用コンタクトと接地用コンタクトとが一列に配置されたコネクタに用いられるダミーの同軸ケーブルであって、
前記信号伝送用コンタクトに電気的に接続される信号伝送用の同軸ケーブルに沿って前記接地用コンタクトに対応して配置され、
一端が前記接地用コンタクトと電気的に接続される内部導体と、
一端が接地される外部導体と、
を備え、
前記内部導体と前記外部導体とが他端で短絡され、
前記内部導体と前記外部導体とが短絡された部分で切断されている。

本発明の第２の観点に係るコネクタは、
本発明の第１の観点に係るダミーケーブルと、
導電性の信号伝送用コンタクトと接地用コンタクトとが一列に配置されて構成されるコンタクト列と、
前記信号伝送用コンタクトに接続された信号伝送用の同軸ケーブルの外部導体と、前記ダミーケーブルの外部導体とをまとめて接地するグランド部材と、
を備える。

また、前記ダミーケーブルにおける、外部導体が接地された位置から、内部導体と外部導体とが短絡された位置までの長さによって、前記信号伝送用コンタクトを含む信号の伝送線路の共振周波数を調整する、
こととしてもよい。

前記ダミーケーブルが、
前記同軸ケーブルの配置の方向において、差動信号を送信する２本の信号伝送用の同軸ケーブルの両側に配置されている、
こととしてもよい。

回路基板に接続された相手コネクタと嵌合すると、前記相手コネクタの導電性部材を介して接地される導電性のシェルを備え、
前記グランド部材は、前記シェルを介して接地される、
こととしてもよい。

本発明の第３の観点に係る調整方法は、
導電性の信号伝送用コンタクトと接地用コンタクトとが一列に配置されたコネクタにおける信号の伝送線路の共振周波数を調整する調整方法であって、
前記共振周波数に応じた長さにダミーの同軸ケーブルを切断し、
切断された部分で、前記ダミーの同軸ケーブルの内部導体と外部導体とを短絡し、
前記接地用コンタクトに前記ダミーの同軸ケーブルの内部導体を接続し、
前記ダミーの同軸ケーブルの外部導体の端部を接地する。

本発明によれば、信号の伝送線路の共振周波数を所望の周波数にずらすために信号伝送用コンタクトの間に挿入された接地用コンタクトに接続されるダミーケーブルを備える。そのダミーケーブルは、内部導体が接地用コンタクトに接続され、外部導体が接地されており、内部導体と外部導体とが短絡されている。これにより、接地用コンタクト、内部導体、外部導体という接地用の伝送線路が生成される。これにより、信号の伝送線路の共振周波数を所望の周波数にずらすことが可能である。

本発明の実施の形態に係るコネクタ装置の外観を示す斜視図である。 図２（Ａ）は、同軸ケーブル及びグランドバーの上面図である。図２（Ｂ）は、グランドバーとシェルとの接続状態を示す図である。 図１のコネクタ装置の上面図である。 図４（Ａ）は、図３のＡ−Ａ断面図（プラグコネクタのみ）である。図４（Ｂ）は、図３のＢ−Ｂ断面図（プラグコネクタのみ）である。 図５（Ａ）は、図３のＡ−Ａ断面図である。図５（Ｂ）は、図３のＢ−Ｂ断面図である。 ダミーケーブルの長さが異なるコネクタ装置の構成を示す断面図である。 共振周波数の調整結果を示すグラフである。 信号の伝送線路の共振周波数の調整方法のフローチャートである。

本発明の実施の形態について、図１〜図８を参照して詳細に説明する。図中、同一又は対応する部分には同一の符号が付されている。

図１に示すように、このコネクタ装置１は、本実施の形態に係るコネクタとしてのプラグコネクタ１Ａと、相手コネクタとしてのリセプタクルコネクタ１Ｂとを備える。プラグコネクタ１Ａは、一方向（ｘ軸方向）に配列された複数の信号伝送用の同軸ケーブル２（Ｓ）の一端に接続される。一方、リセプタクルコネクタ１Ｂは、基板３に実装され、基板３の電極と接続されている。

本実施の形態に係るプラグコネクタ１Ａは、信号を伝送しない複数のダミーケーブル２（Ｇ）を備え、ダミーケーブル２（Ｇ）が、配列された複数の信号伝送用の同軸ケーブル２（Ｓ）の間に挿入されている。ダミーケーブル２（Ｇ）は、信号の伝送線路の共振周波数を所望の周波数にずらすための同軸ケーブル２である。

本実施の形態では、隣接する一対の同軸ケーブル２（Ｓ）を用いて差動信号が伝送される。差動信号を伝送する同軸ケーブル２の組を同軸ケーブル２（Ｓ，Ｓ）とする。プラグコネクタ１Ａでは、一方向（ｘ軸方向）における同軸ケーブル２（Ｓ，Ｓ）の両端に、同軸ケーブル２であるダミーケーブル２（Ｇ）が配置される。１つの差動信号を伝送するために設けられる同軸ケーブル２の配列は、図２（Ａ）に示すように、ｘ軸方向にダミーケーブル２（Ｇ）、同軸ケーブル２（Ｓ，Ｓ）、ダミーケーブル２（Ｇ）と並ぶ４本の同軸ケーブル２となる。

ダミーケーブル２（Ｇ）は、同軸ケーブル２（Ｓ）よりも短く切断されており、切断された部分で、内部導体２１と外部導体２２とが例えばはんだ５で短絡している（図４（Ｂ）等参照）。

コネクタ装置１の構成について、さらに詳細に説明する。図３のＡ−Ａ断面（プラグコネクタ１Ａのみ）である図４（Ａ）と、図３のＢ−Ｂ断面（プラグコネクタのみ）である図４（Ｂ）に示すように、プラグコネクタ１Ａは、ハウジング１０Ａと、コンタクト列を構成する複数のコンタクト１１Ａ（第１のコンタクト１１Ａａ、第２のコンタクト１１Ａｂ）と、グランド部材としてのシェル１２Ａと、グランドバー１３と、を備える。

ハウジング１０Ａは、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、全体的に外面がシェル１２Ａに囲まれており、絶縁性の部材（例えば樹脂製）で構成された筐体である。ハウジング１０Ａは、図１及び図３に示すように、ｘ軸方向を長手方向とし、一列に配列された全ての同軸ケーブル２と接続できるような長さとなっている。ハウジング１０Ａは、複数のコンタクト１１Ａ及びグランドバー１３を収容する。また、このハウジング１０Ａに、−ｚ側に突出した凸部１０ａが設けられている。

コンタクト１１Ａ（第１のコンタクト１１Ａａ、第２のコンタクト１１Ａｂ）は、例えば、金属製の導電性の部材である。コンタクト１１Ａは、図１及び図３に示すように、同軸ケーブル２の配列に合わせて、ハウジング１０Ａ内においてｘ軸方向に沿って一列に配列されている。コンタクト１１Ａは、同軸ケーブル２の内部導体２１に接続される。

コンタクト１１Ａは、同軸ケーブル２（Ｓ）と接続する信号伝送用コンタクトとしての第１のコンタクト１１Ａａ（図４（Ａ）参照）と、ダミーケーブル２（Ｇ）と接続される接地用コンタクトとしての第２のコンタクト１１Ａｂ（図４（Ｂ）参照）とに分けられる。第１のコンタクト１１Ａａと、第２のコンタクト１１Ａｂとは、形状が同一である。

シェル１２Ａは、嵌合したリセプタクルコネクタ１Ｂのシェル１２Ｂと接続する導電性の部材である。シェル１２Ａは、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、複数のコンタクト１１Ａと絶縁した状態で、ハウジング１０Ａを覆うように配設されている。

グランドバー１３は、図２（Ａ）に示すように、ｘ軸方向に延びる細長板状の導電性の部材である。グランドバー１３は、同軸ケーブル２の外部導体２２に接触している。グランドバー１３は、図２（Ｂ）に示すように、プラグコネクタ１Ａのシェル１２Ａに接触する。グランドバー１３は、同軸ケーブル２の外部導体２２とシェル１２Ａとを導通させる。

続いて、リセプタクルコネクタ１Ｂの構成について説明する。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、リセプタクルコネクタ１Ｂは、ハウジング１０Ｂと、複数のコンタクト１１Ｂと、導電性部材としてのシェル１２Ｂと、を備える。

ハウジング１０Ｂは、絶縁性の部材（例えば樹脂製）で構成された筐体である。ハウジング１０Ｂは、ｘ軸方向を長手方向として、配列された同軸ケーブル２から信号を受信する基板３の信号電極３Ａと接続できるような大きさとなっている。ハウジング１０Ｂには、複数のコンタクト１１Ｂが収容される。

ハウジング１０Ｂには、図１に示すように、−ｚ側に窪んだ凹部１０ｂが設けられている。プラグコネクタ１Ａの凸部１０ａが、リセプタクルコネクタ１Ｂの凹部１０ｂに入り込むことにより、両者がずれなく嵌合する。リセプタクルコネクタ１Ｂのｘ軸方向の両端には、嵌合したプラグコネクタ１Ａをロックするつまみ４が設けられている。

コンタクト１１Ｂは、例えば、金属製の導電性の部材である。コンタクト１１Ｂは、コンタクト１１Ａの配列に合わせて、ハウジング１０Ａ内においてｘ軸方向に沿って一列に配列されている。コンタクト１１Ｂは、第１のコンタクト１１Ａａと接続される第１のコンタクト１１Ｂａ（図５（Ａ）参照）と、第２のコンタクト１１Ａｂと接続される第２のコンタクト１１Ｂｂ（図５（Ｂ）参照）とに分けられる。第１のコンタクト１１Ｂａと、第２のコンタクト１１Ｂｂとは、形状が同一である。

第１のコンタクト１１Ｂａは、図５（Ａ）に示すように、基板３の信号電極３Ａに接続される。また、第２のコンタクト１１Ｂｂは、図５（Ｂ）に示すように、基板３の接地電極３Ｂに接続される。プラグコネクタ１Ａとリセプタクルコネクタ１Ｂとが嵌合すると、信号伝送用の第１のコンタクト１１Ｂａは、プラグコネクタ１Ａの信号伝送用の第１のコンタクト１１Ａａと一対一で接続し、接地用の第２のコンタクト１１Ｂｂは、プラグコネクタ１Ａの接地用の第２のコンタクト１１Ａｂと一対一で接続する。

シェル１２Ｂは、複数のコンタクト１１Ｂと絶縁した状態で、ハウジング１０Ｂを囲むように設けられ、嵌合したプラグコネクタ１Ａのシェル１２Ａと接続する導電性の部材である。シェル１２Ｂは、基板３の接地電極３Ｂと接続され、接地されている。

また、同軸ケーブル２（Ｓ）の内部導体２１については、内部導体２１→第１のコンタクト１１Ａａ→第１のコンタクト１１Ｂａ→基板３の信号電極３Ａという信号用の伝送線路が形成される。また、同軸ケーブル２（Ｓ）の外部導体２２については、外部導体２２→グランドバー１３→シェル１２Ａ→シェル１２Ｂ→基板３の接地電極３Ｂという接地用の伝送線路が形成される。

さらに、信号の伝送線路の共振周波数を所望の周波数にずらすためのダミーケーブル２（Ｇ）については、第２のコンタクト１１Ｂｂ→第２のコンタクト１１Ａｂ→ダミーケーブル２（Ｇ）の内部導体２１→ダミーケーブル２（Ｇ）の外部導体２２→グランドバー１３→プラグコネクタ１Ａのシェル１２Ａ→リセプタクルコネクタ１Ｂのシェル１２Ｂ→基板３の接地電極３Ｂという接地用の伝送線路が形成される。このコネクタ装置１は、この接地用の伝送線路を設け、同軸ケーブル２の長さを適当な長さとすることにより、コネクタ装置１における信号の伝送線路の共振周波数を所望の値とすることができる。

次に、コネクタ装置１の動作について説明する。

コネクタ装置１を動作させるに当たり、コネクタ装置１では、まず、信号の伝送線路における共振周波数の調整が行われる。ここでは、伝送される信号に対するノイズの影響を低減するために、伝送される信号に含まれる周波数と、伝送線路の共振周波数とがずれるように調整が行われる。この調整では、プラグコネクタ１Ａにダミーケーブル２（Ｇ）を設けることによって、信号の伝送線路の共振周波数をずらす。

上述のように、ダミーケーブル２（Ｇ）が設けられたプラグコネクタ１Ａは、複数の同軸ケーブル２と接続され、基板３に実装されたリセプタクルコネクタ１Ｂと嵌合される。

プラグコネクタ１Ａとリセプタクルコネクタ１Ｂとが嵌合すると、差動信号を伝送する同軸ケーブル２（Ｓ，Ｓ）の両端に配置されたダミーケーブル２（Ｇ）について、第２のコンタクト１１Ｂｂ→第２のコンタクト１１Ａｂ→内部導体２１→外部導体２２→グランドバー１３→シェル１２Ａ→シェル１２Ｂ→基板３の接地電極３Ｂという接地用の伝送線路が形成される。この伝送線路の長さを調整すれば、信号の伝送線路の共振周波数を、信号に含まれる周波数からずらすことができる。伝送線路の長さは、ダミーケーブル２（Ｇ）の長さで変更する。

例えば、図６に示すように、ダミーケーブル２（Ｇ）のグランドバー１３からの長さをＬ１よりも短いＬ２とした場合、図７に示すように、信号の伝送線路の共振周波数は、５．７ＧＨｚ（Ｆ１）から１０．０ＧＨｚ（Ｆ２）に変化した。このように、ダミーケーブル２（Ｇ）の長さを短くすればするほど、信号の伝送線路の共振周波数を高くすることができるようになる。このように、ダミーケーブル２（Ｇ）の長さと信号の伝送線路の共振周波数とは相関関係にあるため、ダミーケーブル２（Ｇ）の長さを調整することにより、信号の伝送線路の共振周波数を所望の周波数に設定することができる。

このようにして、このコネクタ装置１では、ダミーケーブル２（Ｇ）を設けることによって、伝送線路の共振周波数を所望の周波数にずらすことができる。これにより、コネクタ装置１では、クロストークを低減することができる。このため、同軸ケーブル２（Ｓ，Ｓ）からコネクタ装置１を介して伝送される信号は、クロストークが低減された状態で、基板３に送られる。基板３では、隣接する同軸ケーブル２（Ｓ）の信号レベルの差分が差分信号の信号レベルとして検出される。伝送される信号ではクロストークが低減されているため、ノイズに影響を受けにくい正確な信号伝達が可能となる。

図８に示すように、ダミーケーブル２（Ｇ）を用いた信号の伝送経路の共振周波数の調整方法は、概略以下の通りである。

まず、調整目標となる所望の周波数に応じた長さにダミーケーブル２（Ｇ）を切断する（ステップＳ１）。ダミーケーブル２（Ｇ）の長さは、シミュレーションにより予め求めておくことができる。続いて、ダミーケーブル２（Ｇ）において、切断された部分で内部導体２１と外部導体２２とを短絡する（ステップＳ２）。短絡は、はんだ５を付けることにより行ってもよいし、内部導体２１と外部導体２２とを電気的に接続するキャップ状の部材を用いるようにしてもよい。

さらに、ダミーケーブル２（Ｇ）の外部導体２２を信号伝送用の同軸ケーブル２（Ｓ）とともに、グランドバー１３にはんだ付けして接続する（ステップＳ３）。さらに、ダミーケーブル２（Ｇ）の内部導体２１の端部を第２のコンタクト１１Ａｂにはんだ付けにより電気的に接続する（ステップＳ４）。このとき、信号伝送用の第１のコンタクト１１Ａａにも信号伝送用の同軸ケーブル２（Ｓ）の内部導体２１が第１のコンタクト１１Ａａにはんだ付けされる。

完成したプラグコネクタ１Ａは、リセプタクルコネクタ１Ｂと嵌合する（ステップＳ５）。この嵌合により、ダミーケーブル２（Ｇ）の外部導体２２に接続されたシェル１２Ａと、基板３の接地電極３Ｂに接続されたシェル１２Ａとが接触し、ダミーケーブル２（Ｇ）の外部導体２２が基板３の接地電極３Ｂに接地される。

これにより、第２のコンタクト１１Ｂｂ→第２のコンタクト１１Ａｂ→内部導体２１→外部導体２２→グランドバー１３→シェル１２Ａ→シェル１２Ｂ→基板３の接地電極３Ｂという接地用の伝送線路が形成され、信号の伝送線路の共振周波数を所望の周波数にずらすことができる。

以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、信号の伝送線路の共振周波数を所望の周波数にずらすために信号伝送用の第１のコンタクト１１Ａａの間に挿入された接地用の第２のコンタクト１１Ａｂに接続されるダミーケーブル２（Ｇ）を備える。そのダミーケーブル２（Ｇ）では、内部導体２１が第２のコンタクト１１Ａｂに接続され、外部導体２２がグランドバー１３に接続され接地されており、内部導体２１と外部導体２２とが短絡されている。これにより、第２のコンタクト１１Ａｂ、内部導体２１、外部導体２２という接地用の伝送線路が生成されるので、伝送線路の共振周波数を所望の周波数にずらすことができる。

伝送線路の共振周波数のシフト量は、ダミーケーブル２（Ｇ）の長さによって調整することができる。これにより、信号の伝送線路の共振周波数を所望の周波数に設定することができる。例えば、伝送線路の共振周波数を、信号に含まれる周波数成分やその倍数次成分から確実にずらすことができる。

また、上記実施の形態では、ダミーケーブル２（Ｇ）が、同軸ケーブル２の配置の方向において、差動信号を送信する２本の信号伝送用の同軸ケーブル２（Ｓ）の両側に配置されている。これにより、異なる差動信号を伝送する２つの伝送線路の間に、ダミーケーブル２（Ｇ）を含む接地用の伝送線路を挿入することができるので、クロストークをより確実に低減することができる。

また、上記実施の形態によれば、基板３に接続されたリセプタクルコネクタ１Ｂと嵌合すると、リセプタクルコネクタ１Ｂのシェル１２Ｂを介して接地される導電性のシェル１２Ａを備え、グランドバー１３を、シェル１２Ａを介して接地されるものとした。しかしながら、本発明はこれには限られない。グランドバー１３はシェル１２Ａに当接せず、第２のコンタクト１１Ａｂに接続されるようにしてもよい。

この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

本発明に係るコネクタ装置は、同軸ケーブルと基板上の回路とを接続し、高周波の信号を伝送するのに用いることができる。

１ コネクタ装置、１Ａ プラグコネクタ、１Ｂ リセプタクルコネクタ、２，２（Ｓ） 同軸ケーブル、２（Ｓ，Ｓ） 同軸ケーブル、２（Ｇ） ダミーケーブル、３ 基板、３Ａ 信号電極、３Ｂ 接地電極、４ つまみ、５ はんだ、１０Ａ，１０Ｂ ハウジング、１０ａ 凸部、１０ｂ 凹部、１１Ａ，１１Ｂ コンタクト、１１Ａａ，１１Ｂａ 第１のコンタクト、１１Ａｂ，１１Ｂｂ 第２のコンタクト、１２Ａ，１２Ｂ シェル、１３ グランドバー、２１ 内部導体、２２ 外部導体

Claims (6)

1. 導電性の信号伝送用コンタクトと接地用コンタクトとが一列に配置されたコネクタに用いられるダミーの同軸ケーブルであって、
   前記信号伝送用コンタクトに電気的に接続される信号伝送用の同軸ケーブルに沿って前記接地用コンタクトに対応して配置され、
   一端が前記接地用コンタクトと電気的に接続される内部導体と、
   一端が接地される外部導体と、
   を備え、
   前記内部導体と前記外部導体とが他端で短絡され、
   前記内部導体と前記外部導体とが短絡された部分で切断されている、
   ダミーケーブル。
2. 請求項１に記載のダミーケーブルと、
   導電性の信号伝送用コンタクトと接地用コンタクトとが一列に配置されて構成されるコンタクト列と、
   前記信号伝送用コンタクトに接続された信号伝送用の同軸ケーブルの外部導体と、前記ダミーケーブルの外部導体とをまとめて接地するグランド部材と、
   を備えるコネクタ。
3. 前記ダミーケーブルにおける、外部導体が接地された位置から、内部導体と外部導体とが短絡された位置までの長さによって、前記信号伝送用コンタクトを含む信号の伝送線路の共振周波数を調整する、
   請求項２に記載のコネクタ。
4. 前記ダミーケーブルが、
   前記同軸ケーブルの配置の方向において、差動信号を送信する２本の信号伝送用の同軸ケーブルの両側に配置されている、
   請求項２又は３に記載のコネクタ。
5. 回路基板に接続された相手コネクタと嵌合すると、前記相手コネクタの導電性部材を介して接地される導電性のシェルを備え、
   前記グランド部材は、前記シェルを介して接地される、
   請求項２から４のいずれか一項に記載のコネクタ。
6. 導電性の信号伝送用コンタクトと接地用コンタクトとが一列に配置されたコネクタにおける信号の伝送線路の共振周波数を調整する調整方法であって、
   前記共振周波数に応じた長さにダミーの同軸ケーブルを切断し、
   切断された部分で、前記ダミーの同軸ケーブルの内部導体と外部導体とを短絡し、
   前記接地用コンタクトに前記ダミーの同軸ケーブルの内部導体を接続し、
   前記ダミーの同軸ケーブルの外部導体の端部を接地する、
   調整方法。

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