JP4248042B2

JP4248042B2 - コネクタのコンタクトに差動信号を割り当てる方法及びケーブルアセンブリ

Info

Publication number: JP4248042B2
Application number: JP04360698A
Authority: JP
Inventors: 圭遠山
Original assignee: 3M Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1998-02-25
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2018-02-25
Also published as: JPH11273800A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のコンタクトを有するコネクタのコンタクトに差動信号を割り当てる方法とその方法を実施するに適したケーブルアセンブリ、特に、接続相手のコンタクトとの接触部分が２列に並んで配置された複数のコンタクトを有するコネクタのコンタクトに差動信号を割り当てる方法とその方法を実施するに適したケーブルアセンブリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の如く、平衡伝送ではホット／コールド（または＋／−）の２つの信号（差動信号）の電位差が正であるか負であるかで信号が伝送される。一方、不平衡伝送では、基準電位からの電圧が閾値よりも高いか低いかで信号が伝送される。平衡伝送は不平衡伝送に較べて他からのクロストークノイズの影響を受けにくく、また、他へのクロストークノイズの影響が少ないので、長距離、高速の信号伝送が可能であることが良く知られている。
【０００３】
２列に並んだ複数のコンタクトを有するコネクタの各コンタクトに平衡伝送の差動信号を割り当てるにあたり、通常、図１に示すようにそれぞれが異なる列に属して互いに対向する１対のコンタクトに差動信号の対が割り当てられる。例えば、ディファレンシャル型のＳＣＳＩ−２（Small Computer System Interface-2 ）では、図２に示すようなコンタクト＃１〜＃３４の列とコンタクト＃３５〜＃６８の列を有するコネクタに対して、図３に示すように、コンタクト＃１と＃３５の対、＃２と＃３６の対…といったように、それぞれが異なる列に属して互いに対向する１対のコンタクトに差動信号の対が割り当てられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＳＣＳＩ規格を例にとってみても、転送速度最大５MB／ｓのＳＣＳＩ−１から最大１０MB／ｓのＳＣＳＩ−２、２０MB／ｓ（ＳＣＳＩ−３）、４０MB／ｓ（ＳＣＳＩ−４）、８０−１００MB／ｓ（ＳＣＳＩ−５）と高速化が進んでいる。また、コンタクトのピッチも２．５４mmから１．２７mm（ピン間の隙間約０．６mm）、０．８mm（ピン間の隙間約０．２mm）と高密度化が進んでいる。この場合に前述のような差動信号割当ではクロストークが大きいという問題があった。
【０００５】
この原因は、多くのＩ／Ｏ用コネクタでは、図４に示すように列間のコンタクトの対向間隔よりも隣接コンタクトのピッチのほうが小さいため、▲１▼対向間に差動対を配置すると、その距離が相対的に離れてしまう為、隣接するコンタクトの位置においては差動対から発生する電磁界はキャンセルされない、▲２▼コンタクト間の電磁気的な結合は、対向列よりも隣接間のほうが強い。よって、差動信号対を対向間に配置すると、そこから発生する電磁界は各々独立したものとなり、隣接ピンへは差動信号の極性（「＋」と「−」）と同相のクロストークが発生してしまう。この場合のノイズは同相ノイズとはならず接続される差動レシーバでは除去出来ない。
【０００６】
図５及び図６はこれの実際の例を示すもので、図５はコネクタの信号入力側（Near End）において差動信号を伝送するコンタクト対の隣りのコンタクト対ＳＥＮＳＥ＋及びＳＥＮＳＥ−に誘起されるノイズを示し、図６はコネクタの信号出力側（Far End ）において同様に誘起されるノイズを示す。図５及び図６から明らかなように、ＳＥＮＳＥ＋及びＳＥＮＳＥ−に比較的大きなノイズが誘起されしかも誘起されるノイズは同相にならないので、差動レシーバの出力（ＳＥＮＳＥ＋）−（ＳＥＮＳＥ−）に大きなクロストークノイズが観測されている。
【０００７】
クロストークを低減するために、図７に示すように信号ライン（以下「信号」と略称する）の間に電磁遮蔽用接地ライン（以下ＧＮＤと略称する）を配置することで、各信号間の結合を低くすることも行われていた。しかしこの方法だと、余分なＧＮＤが必要になり、実装密度を高くできない欠点があった。
したがって本発明の目的は、高密度のままで従来よりもクロストークノイズの少ない差動信号の割当方法と、その方法の実施に適したケーブルアセンブリを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、接続相手方のコンタクトとの接触部分が２列に並んで配置された複数のコンタクトを有するコネクタのコンタクトに差動信号を割り当てる方法であって、一方の列内で互いに隣接する２つのコンタクトに差動信号を構成する２つの信号をそれぞれ割り当てることを特徴とする方法が提供される。
【０００９】
本発明によれば、接続相手方のコンタクトとの接触部分が２列に並んで配置された複数のコンタクトを有するコネクタと、該コネクタのコンタクトの一方の列内で互いに隣接する２つのコンタクトにそれぞれ接続されたツイストペア線を含むケーブルとを具備するケーブルアセンブリもまた提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図８に示すように、本発明では差動信号の対が２列のコンタクトの一方の列内で互いに隣接する２つのコンタクトにそれぞれ割り当てられる。このように配置することにより、余分なＧＮＤを一切入れることなくクロストークノイズを低減することができる。その理由は、差動信号を隣接して配置すると、▲１▼隣接コンタクトは各々極めて近くに配置されている為、そこから発生する電磁界は差動対で打ち消し合う、▲２▼隣接する差動対間の各々のコンタクト間の距離の差は従来の布線に比べて小さいため、発生するクロストークノイズは同相ノイズとなり接続される差動レシーバで除去される、したがって、隣接ピンへのクロストークは極めて小さいものとなるからである。
【００１１】
図９及び図１０にそれぞれNear End及びFar End におけるクロストークノイズの測定結果を示す。図５及び図６とそれぞれ比較すると、本発明による信号割当では誘起されるクロストークノイズのレベルが低く、かつ、同相であるので差動レシーバで有効に低減できることがわかる。
図１１に前述のＳＣＳＩ−２の信号割当を本発明に従って改良した例を示す。
【００１２】
これまでには、隣接コンタクト間のピッチよりも列間の間隔が大きいコネクタについて説明したが、列間の間隔が隣接コンタクト間のピッチと同程度かそれよりも小さいコネクタの多くについても本発明の信号割当が有利であることを以下に説明する。
図１２はケーブル用コネクタでありコンタクトとしてケーブル側がＵビームを有した圧接用タイプ、他のコネクタとの嵌合側が片持ち梁りタイプであるものを用いたコネクタを示す。（ａ）欄はケーブル側の後方から見た図、（ｂ）欄は側断面図、（ｃ）欄は上方から見た部分断面図である。
【００１３】
このタイプのコネクタでは、相手方のコネクタのコンタクトと接触するコンタクトの部分１０（以下接触部分と呼ぶこととする）については列間の間隔が隣接コンタクトのピッチと同程度かそれよりも小さい。しかし、ケーブルと圧接される部分１２（以下圧接部分と呼ぶこととする）については（ｂ）欄に示されるようにケーブルとの圧接を可能にするために上下に離れており、しかも、（ａ）欄に示すように千鳥状に配置され、対向コンタクト間の間隔は隣接コンタクト間のピッチよりもはるかに大きい。したがってこのタイプのコネクタにおいても本発明に従う信号割当を適用することによりクロストークノイズを低減することができる。この場合、クロストークの低減は、コンタクトの間隔に加え、向い合うコンタクトの重なり（写影面積が大）がＵビーム側の方が片持ち梁側に比し、大きく電磁結合的にも強くなっていることにも起因するものである。
【００１４】
図１２（ｂ）に示したような圧接部分１２が水平に伸びているタイプのコネクタだけでなく、図１３に示すような圧接部分１２が上下に垂直に伸びているタイプのコネクタにおいても同様に本発明の信号割当を適用してクロストークノイズを低減することができる。
図１４および図１５はそれぞれ図１２および図１３に示したコネクタ１４，１６にツイストペアケーブル１８を接続した本発明に係るケーブルアセンブリを示す。ツイストペアケーブル１８内には複数のツイストペア線２０が含まれている。それぞれのツイストペア線２０はコネクタ１４，１６内の２列に並んだコンタクトの一方の列内で隣接する２つのコンタクトに接続されている。
【００１５】
図１７は本発明に係るケーブルアセンブリについてFar End においてクロストークノイズを測定した結果を示す。比較のために各ツイストペアを対向コンタクト間に布線した従来タイプのケーブルアセンブリの測定結果を図１６に示す。図１７を図１６と比較すれば明らかなように、本発明のケーブルアセンブリを使用すれば誘起されるクロストークノイズのレベルが小さく、かつ、同相であるので差動レシーバで除去することができる。
【００１６】
本発明のケーブルアセンブリを使用すれば差動信号を２５ｍの距離で伝送することが容易になった。
なお、上記のツイストペア線２０の代わりに、ツイストペアごとにシールドで覆ったツイナックス線またはシールド内にさらにドレインワイヤを通すことによってシールドをコネクタのコンタクトに接続できるようにしたドレインワイヤ入りツイナックス線もまた使用可能である。
【００１７】
また、上記の圧接タイプのワイヤーマウントプラグ以外にも、ストラドルタイプのプラグやボートｔｏボートやワイヤｔｏワイヤの各コネクタが使用可能である。
これまでは、主に、ケーブルに接続されるコネクタに対する本発明の差動信号割当方法の適用について説明してきたが、次に、それと嵌合すべき、プリント基板に実装されるコネクタについて説明する。
【００１８】
図１８はスルーホールを使って実装されるＰＴＨ（plated through hole ）タイプのコネクタの断面図であり、図１９は表面実装により実装されるＳＭＴ（surface mount technology）タイプのコネクタの断面図である。
ＳＭＴタイプのコネクタは、ＰＴＨタイプのコネクタに比べて、伝送特性が優れているため高速伝送用コネクタとして広く使われている。ＳＭＴタイプのコネクタが高速伝送に優れている理由は下記の通りである。
▲１▼ プリント基板に穴を開ける必要が無いため、プリント基板のトレース（多くの場合マイクロストリップ線路）からコネクタへの接続部分での寄生ＬＣ成分が極めて小さい
▲２▼ 各コンタクトの物理長をほぼ同等にそろえられるため、各信号間の伝搬遅延時間の差（チャネルスキュー）が少ないために、高速伝送時にも同期エラーが発生しない
▲３▼ 各コンタクトの物理長をほぼ同等にそろえられるため、差動伝送時の差動対内の伝搬遅延時間の差（ディファレンシャルスキュー）が少ないために、高速伝送時にもきれいな差動信号が確保でき高速伝送が可能である
▲４▼ さらに、差動伝送時にディフアレンシャルスキューが少ないために、コネクタ及びプリント基板のトレースからの電磁界の放射を少なくでき、ＥＭＩやクロストークノイズが少ない
ＳＭＴタイプのコネクタではコンタクトの接触部分１０の２列配置をプリント基板との接続部分２２の１列配置に変換する必要がある。通常、この変換は図２０に示すように図の左から「上下上下…」というように上の列のコンタクトと下の列のコンタクトを順に交互に並べることで行なわれる。
【００１９】
図２１はこの関係を模式的に表わすもので、上と下の列は接触部分１０の２列配置を表わし、中央の列は接続部分２２の１列配置を表わしている。この様なコネクタに本発明の信号割当を適用すると図２１からわかるように、接続部分２２において差動対が隣接しなくなる。
一方、差動信号を送受信する一般的な半導体デバイスのピンは、各差動対が隣り合う様に配置してある。したがって、従来のＳＭＴコネクタと差動伝送用の半導体デバイス間をプリント基板上のトレースで接続しようとすると、図２２に示すようにトレースの入れ替えを行う必要が出てくる。このトレースの入れ替えの際、差動伝送路はヴィアを介して別のレイヤのトレースを使うため、伝送特性が乱れてしまい、高速差動伝送の際に問題となる。
【００２０】
図２３は上記の点を解決したコネクタを模式的に表わした図２１と同様な図である。接触部分１０の２列配置を図２３に示すように１列配置に変換することにより、図２４に示すようにトレースの入れ替なしでスムーズにＳＭＴコネクタに半導体デバイスを接続することができる。なおこの様な構成のコンタクトを有するコネクタはすでに特開昭６４−３１３６１号公報及び特開平４−１４７５７７号公報に開示されているが、いずれも差動信号の伝送のためのものではない。
【００２１】
図２３の構成によれば図２４に示すように、どうしても両端に差動信号用として使用できないコンタクトが生じるが、図２５のような構成にすることですべてのコンタクトを差動信号用として使用することができる。
コンタクトが接触部分で２列に配置されるコネクタについて本発明を説明したが、同様な考えを３列あるいはそれ以上の配置のコネクタにも適用可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べてきたように本発明によれば、高密度、高速伝送に適した差動信号の割当方法およびその方法の実施に適したケーブルアセンブリが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の差動信号の割当方法を説明する図である。
【図２】コネクタの一例としてのＳＣＳＩ−２用コネクタを表わす図である。
【図３】差動信号の割当方法の一例を示すＳＣＳＩ−２における信号配置図である。
【図４】コネクタのピッチと間隔の関係を示す図である。
【図５】従来の方法により差動信号が割り当てられたコネクタのNear Endにおけるクロストークノイズの測定結果のグラフである。
【図６】従来の方法により差動信号が割り当てられたコネクタのFar End におけるクロストークノイズの測定結果のグラフである。
【図７】従来の差動信号の割り当て方法の他の例を示す図である。
【図８】本発明に係る差動信号の割り当て方法を示す図である。
【図９】本発明により差動信号が割り当てられたコネクタのNear Endにおけるクロストークノイズの測定結果のグラフである。
【図１０】本発明により差動信号が割り当てられたコネクタのFar End におけるクロストークノイズの測定結果のグラフである。
【図１１】本発明による差動信号の割り当ての一例としてのＳＣＳＩ−２の信号配置図である。
【図１２】ケーブル圧接型のコネクタの一例を示す３面図である。
【図１３】ケーブル圧接型のコネクタの他の例を示す断面図である。
【図１４】本発明に係るケーブルアセンブリの一例を示す図である。
【図１５】本発明に係るケーブルアセンブリの他の例を示す図である。
【図１６】従来のケーブルアセンブリのFar End におけるクロストークノイズの測定結果の図である。
【図１７】本発明に係るケーブルアセンブリのFar End におけるクロストークノイズの測定結果の図である。
【図１８】ＰＴＨタイプのコネクタの一例の断面図である。
【図１９】ＳＭＴタイプのコネクタの一例の断面図である。
【図２０】従来のＳＭＴタイプのコネクタを示す斜視図である。
【図２１】従来のＳＭＴタイプのコネクタにおける２列→１列変換を説明する概念図である。
【図２２】従来のＳＭＴタイプのコネクタに本発明の差動信号割り当て方法を適用したときの半導体デバイスとの接続パターンを示す図である。
【図２３】本発明に係るＳＭＴタイプのコネクタの第１の例における２列→１列変換の概念図である。
【図２４】図２３のコネクタを使用したときの半導体デバイスとの接続パターンを示す図である。
【図２５】本発明に係るＳＭＴタイプのコネクタの第２の例における２列→１列変換の概念図である。
【符号の説明】
１０…コンタクトの接触部分
１２…コンタクトの圧接部分
１８…ツイストペアケーブル
２０…ツイストペア線

Claims

接続相手方のコンタクトとの接触部分が２列に並んで配置された複数のコンタクトを有するコネクタのコンタクトに差動信号を割り当てる方法であって、
一方の列内で互いに隣接する２つのコンタクトからなるコンタクト対に差動信号を構成する２つの信号をそれぞれ割り当て、かつ、複数の差動信号がそれぞれ割り当てられた複数のコンタクト対が一方の列内で隣接するように割り当て、
前記コネクタはケーブルに接続されるためのコネクタであり、それが有するコンタクトが、ケーブル側の隣り合うコンタクトとの重なりまたはケーブル側のコンタクトの写影面積が、嵌合側の隣り合うコンタクトとの重なりまたは隣り合うコンタクトと対向する面の写影面積に比べ大きいものであり、
コネクタのコンタクトのケーブルとの接続部分については異なる列に属するコンタクト間の最小距離が同一の列内で隣接するコンタクト間の距離よりも大であるコネクタである信号割当方法。