JP5098344B2

JP5098344B2 - 信号伝送ケーブル接続構造

Info

Publication number: JP5098344B2
Application number: JP2007015601A
Authority: JP
Inventors: 祐石渡; 貴博東
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-01-25
Filing date: 2007-01-25
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2027-01-25
Also published as: JP2008181818A

Description

この発明は、装置間を信号伝送ケーブルで接続して信号伝送を行う信号伝送ケーブル接続構造に関するものである。

特許文献１に示されている伝送ケーブルの断面構造を図１に示す。これは２芯同軸ケーブルであり、信号線としての中心導体１０３Ａ，１０３Ｂが平行に配置され、この中心導体１０３Ａ，１０３Ｂの外周に被覆材１０５Ａ，１０５Ｂが被覆されていて、且つドレイン線１０７とともに全体がシールド材１０９で覆われて２芯同軸ケーブル１０１が構成されている。

図２は特許文献２に示されている信号伝送線路の斜視図である。この信号伝送線路は、センス線Ｓとフォース線Ｆとでツイストペアを構成し、その周囲にガードＧＲＤおよびグランドＧＮＤを二重に配置して、シールド導体とガード線を一体化したものである。

図３は特許文献３に示されているシリアル式ディスクドライブケーブルの構造を示す図である。このケーブルは、平行伝送線路の一方の信号ラインＤ＋とＧＮＤラインとでツイストペアを形成し、それに隣接してもう一方の信号ラインＤ−とＧＮＤラインとでツイストペアを形成し、これらを平行に配置することによって構成している。

図４は特許文献４に示されている差動ケーブルの断面図である。この差動ケーブル１０は、一対の信号線１１と、これら信号線１１間に配置された一対のドレイン線１２と、信号線１１およびドレイン線１２を一括被覆するシールド１３とを備えている。各信号線１１は中心導体１４とそれを被覆する絶縁体１５とからなる。

図５は図４に示した差動ケーブルの基板への実装方法を示す基板部分での断面図である。図５（Ａ）に示すように、複数の差動ケーブル１０を基板１６に実装する際、１つの差動ケーブル１０について、一方の信号線１１の中心導体１４を基板１６の表面の差動配線１７に接続し、他方の信号線１１の中心導体１４を基板１６の裏面の差動配線１７に接続し、一方のドレイン線１２を基板１６の表面のグランド１８に接続し、他方のドレイン線１２を基板１６の裏面のグランド１８に接続する。

図５（Ｂ）は上記信号線の中心導体１４と、それに隣接するドレイン線１２とによる、ノーマルモードで発生する磁界の打ち消し作用について示している。図中、中心導体１４およびドレイン線１２の周囲を取り巻く矢印はノーマルモードで発生する磁界である。図５（Ａ）に示した基板１６の表裏いずれの中心導体１４とドレイン線１２のペアについてもノーマルモードで発生する磁界が逆方向であるので打ち消されることになる。
特開２００４−０７１３８４号公報実用新案登録第２５８６１５７号公報実用新案登録第３０９１４３８号公報特開２００５−１３５８３９号公報

ところが、図１に示したような伝送ケーブルでは、ドレイン線１０７をシールド材１０９に接地させることによってシールド効果をもたせることが可能であるが、シールド材を備えたシールドケーブルは単位長さ当たりの重量が大きく、長距離配線や多線路配線では問題となる。

また、図２に示したようなガード線を別に有する信号伝送線路では、単位長さ当たりの容積が大きくなり、配線の自由度が低いという問題を備えている。

また図３に示したような、信号ラインとＧＮＤラインとをツイストペアにした信号ケーブルや図４に示したような、信号ラインと信号のリターン経路であるドレイン線とをペアにした信号ケーブルでは、信号ライン間の相互干渉や外部ノイズによる干渉は抑制できるが、ケーブルから放射されるコモンモードノイズの抑制効果は殆ど無い。

そもそも信号のグランド（シグナルグランド）が筐体から分離されている電子機器では、その電子機器が例えば自動車に搭載されるものである場合、電子機器のシグナルグランドは自動車のシャーシから分離されているため、コモンモードノイズの放射を抑制できないという問題があった。

そこで、この発明の目的は、単位長さ当たりの重量・容積を増大させることなく、且つ配線の自由度を低下させることなく、ノーマルモードノイズとコモンモードノイズを低減できるようにした信号伝送ケーブルの接続構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、この発明は次のように構成する。
（１）対をなす第１・第２の信号線（５１，５２）と、それぞれ前記第１・第２の信号線に沿って配置または前記第１・第２の信号線に対して並行に配置した第１・第２のグランド線（７１，７２）とを備え、ドライバ回路のグランドに第１のグランド線の一端を接続し、レシーバ回路のグランドに前記第１のグランド線の他端を接続し、前記ドライバ回路を備える筐体に前記第２のグランド線の一端を接続し、前記レシーバ回路を備える筐体に前記第２のグランド線の他端を接続する。

前記第１・第２の信号線は当該第１・第２の信号線同士で撚り線を構成し、該撚り線の外側で当該撚り線を挟む対向位置に前記第１・第２のグランド線を配置したものとする。

（２）また、前記第１・第２の信号線同士が対向し且つ前記第１・第２のグランド線同士が対向するとともに、前記第１・第２の信号線および前記第１・第２のグランド線の全体で撚り線を構成する。

この発明によれば、次のような効果を奏する。
（１）第１のグランド線が信号電流のリターン経路となり、信号電流により発生する磁界と第１のグランド線により発生する磁界とが打ち消しあってノーマルモードノイズが低減できる。しかも、第２のグランド線を筐体に接続することによって、コモンモードのリターン経路が形成され、コモンモードノイズも同時に低減することができる。しかもシールド材で被覆する必要がないので、単位長さ当たりの重量・容積を増大させることなく、且つ配線の自由度を低下させることもない。

（２）第１・第２の信号線同士で撚り線を構成し、その撚り線の外側で撚り線を挟む対向位置に第１・第２のグランド線を配置することにより、第１・第２の信号線がツイストペアを構成するので、この第１・第２の信号線で平衡信号を伝送する場合に、外部への不要輻射および外部からのノイズの干渉を抑制できる。また、第１のグランド線（ＳＧ）と第１・第２の信号線との間隔を平均的に一定に保つことができるので、第１・第２の信号線に流れる信号電流により発生する磁界と第１のグランド線に流れるリターンの信号電流により発生する磁界との打ち消しが均等になり、ノーマルモードノイズの低減効果が高まる。また第１・第２の信号線と第２のグランド線（ＦＧ）との組で考えた時も第１・第２の信号線によるツイストペアと第２のグランド線との間隔が均等になるので第１・第２の信号線を流れるコモンモードの電流と第２のグランド線を流れるコモンモードの電流による磁界とが均等に打ち消しあってコモンモードノイズの低減効果が高まる。

（３）第１・第２の信号線同士を対向および第１・第２のグランド線同士をそれぞれ対向させるとともに全体で撚り線を構成することによって、その撚り線の外周を絶縁被覆することも容易となる。また、信号伝送ケーブルの曲率半径の小さな屈曲に対しても断面における第１・第２の信号線同士の関係およびそれに対する第１・第２のグランド線の位置関係を適正に保つことができるので、安定したノイズ低減効果が得られる。また第１・第２の信号線同士はツイストペアを構成するので外部への不要輻射および外部からのノイズの干渉を抑制できる。

《第１の実施形態》
図６は第１の実施形態に係る信号伝送ケーブル接続構造を示す図であり、図６（Ａ）は全体の模式図、図６（Ｂ）はその断面図である。
図６（Ｂ）において、第１の信号線５１の周囲には絶縁被覆６１を施している。同様に第２の信号線５２の周囲に絶縁被覆６２を施している。そして、第１・第２の信号線５１，５２は図６（Ａ）に示すように撚り線を構成していて、その撚り線の外側で撚り線を挟む対向位置に第１のグランド線７１および第２のグランド線７２をそれぞれ配置している。そして、これら全体の外周を樹脂材料からなる絶縁性の外皮９０で被覆している。

図６（Ａ）は、ドライバ回路１１４から出力する信号を信号伝送ケーブル２０１を介して伝送し、レシーバ回路１２４で受けるようにしたものである。図６（Ａ）に示すように第１・第２の信号線５１，５２はＤ＋，Ｄ−の平衡信号の伝送ラインを構成する。第１のグランド線７１はドライバ回路のグランド（ＳＧ）に接続し、もう一方の端部をレシーバ回路のグランド（ＳＧ）にそれぞれ接続している。

信号伝送ケーブル２０１の第２のグランド線７２の一端はドライバ回路の筐体１１０に接続し、他端はレシーバ回路の筐体１２０に接続している。これらの筐体１１０，１２０は車載用機器であり、共に車のシャーシに電気的に接続している。

なお、図６（Ｂ）に示す断面図では第１・第２の信号線５１，５２の中心同士を結ぶ直線と第１・第２のグランド線７１，７２の中心同士を結ぶ直線とが直交するような位置関係にあるが、信号伝送ケーブル２０１の断面位置によっては、第１・第２の信号線５１，５２の中心および第１・第２のグランド線７１，７２の中心がそれぞれ同一直線上を並ぶことになる。

図７は図６に示した信号伝送ケーブル接続構造での信号およびノイズの伝搬経路を従来のタイプの信号伝送ケーブル接続構造と比較して表したものであり、図７（Ａ）は第１の実施形態に係る信号伝送ケーブル接続構造についての図、図７（Ｂ）（Ｃ）はその比較例としての従来構造についての図である。

図７（Ａ）において、基板１１１の上面には配線パターン１１２、下面にはグランド電極１１３をそれぞれ形成している。この基板１１１にはドライバ回路を備えていて、ドライバ回路の出力に信号伝送ケーブルの第１・第２の信号線５１，５２を接続している。また第１のグランド線７１の一端をドライバ回路のグランドに接続している。そして、第２のグランド線７２の一端をドライバ回路の筐体１１０に接続している。この筐体１１０は車体のシャーシ（ＧＮＤ）に接続している。

基板１２１の上面には配線パターン１２２、下面にはグランド電極１２３をそれぞれ形成している。この基板１２１にはレシーバ回路を備えていて、レシーバ回路の入力に信号伝送ケーブルの第１・第２の信号線５１，５２を接続している。また第１のグランド線７１の一端をレシーバ回路のグランドに接続している。そして、第２のグランド線７２の一端をレシーバ回路の筐体１２０に接続している。この筐体１２０は車体のシャーシ（ＧＮＤ）に接続している。

図７（Ａ）において、白抜きの実線の矢印および白抜きの破線の矢印はそれぞれ信号線５１，５２を通るノーマルモードノイズおよび第１のグランド線７１を通るノーマルモードノイズのリターン電流をそれぞれ表している。第１・第２の信号線５１，５２と第１のグランド線７１とは平行しているので、すなわちノーマルモードの電流とリターン電流は大きさが等しく方向が逆であるので、それぞれの電流によって生じる磁界は相殺されてノーマルモードノイズの輻射が抑制される。また外部との電磁界結合（干渉）によるノーマルモードノイズの発生も抑制される。すなわち、［第１の信号線５１−第１のグランド線７１］の対および［第２の信号線５２−第１のグランド線７１］の対によってノーマルモードノイズが抑制される。

また、図中黒の塗りつぶしの矢印はコモンモードノイズの電流経路を示している。このようにコモンモードのノイズは、その電流が第１・第２の信号線５１，５２を流れ、そのリターン電流が第２のグランド線７２を流れる。この第２のグランド線７２は第１・第２の信号線５１，５２および第１のグランド線７１と平行しているので、すなわちコモンモードノイズの電流とリターン電流は大きさが等しく方向が逆であるので、コモンモードノイズの電流によって生じる磁界は相殺されてコモンモードノイズの外部への輻射が抑えられる。また外部との電磁界結合（干渉）によるコモンモードノイズの発生も抑制される。すなわち［第１・第２の信号線５１，５２−第２のグランド線７２］の対によってコモンモードノイズが抑制される。

図７（Ｂ）は、ドライバ回路とレシーバ回路との間を信号線１５１，１５２のみによって伝送するようにした例である。このような構成では白抜きの破線の矢印で示すように、ノーマルモードノイズのリターン電流はドライバ回路およびレシーバ回路のグランドと筐体１１０，１２０およびシャーシ（ＧＮＤ）との間の浮遊容量を経由して流れる。また黒塗りつぶしの矢印で示すように、コモンモードのノイズも筐体１１０，１２０とシャーシとの間に生じる浮遊容量を経由して信号線１５１，１５２およびシャーシ（ＧＮＤ）を流れる。そのためノーマルモードノイズ・コモンモードノイズのいずれについても信号線１５１，１５２から輻射されることになる。

図７（Ｃ）は、信号伝送ケーブルのグランド線１７１がドライバ回路のグランドおよびレシーバ回路のグランドにそれぞれ接続されている例である。このような構成では白抜きの破線の矢印で示すように、ノーマルモードノイズのリターン電流が信号伝送ケーブルのグランド線１７１を流れるのでノーマルモードのノイズについては打ち消されるが、コモンモードのノイズについては黒塗りつぶしの矢印で示すように、筐体１１０，１２０とシャーシ（ＧＮＤ）との間の浮遊容量を経由してシャーシ（ＧＮＤ）を流れるので輻射されることになる。

この第１の実施形態によれば図７（Ａ）に示したとおり、ノーマルモード・コモンモードのいずれのノイズについても抑制される。

《第２の実施形態》
図８は第２の実施形態に係る信号伝送ケーブル接続構造を示すものである。図８（Ａ）は全体の模式図、図８（Ｂ）はその断面図である。図６に示した例では第１・第２の信号線をツイストペアとしたが、この図８の例では第１・第２の信号線５１，５２を第１のグランド線７１および第２のグランド線７２とともに平行に配置している。この信号伝送ケーブル２０２の両端部での回路への接続構造は図６（Ａ）に示したものと同様である。

図８（Ｂ）に示すように、第１の信号線５１，第２の信号線５２はそれぞれ絶縁被覆６１，６２で被覆していて、この２つの信号線５１，５２を近接配置するとともに、その外側に信号線５１，５２に沿って第１・第２のグランド線７１，７２を配置している。そして全体を外皮９０で絶縁被覆している。

図８（Ｂ）に示した例では信号伝送ケーブル全体がフラットなものとなる。このような構造以外に第１・第２の信号線５１，５２を近接して平行配置するとともに、この２つの信号線の近接配置によって生じる２つの谷間にそれぞれ第１のグランド線７１および第２のグランド線７２を沿わせるようにして平行配置してもよい。このような信号伝送ケーブルの断面図はちょうど図６（Ｂ）に示したものと同様となる。但し図６（Ａ）の場合とは異なり、信号伝送ケーブルのどの断面で見ても合同の断面形状となる。

《第３の実施形態》
図９は第３の実施形態に係る信号伝送ケーブル接続構造を示すものである。図９（Ａ）は全体の模式図、図９（Ｂ）はその断面図である。図６に示した例では第１・第２の信号線だけを撚り線としたが、この図９の例では第１・第２の信号線５１，５２および第１・第２のグランド線７１，７２の全体で撚り線を構成している。この信号伝送ケーブル２０３の両端部での回路への接続構造は図６（Ａ）に示したものと同様である。

図９（Ｂ）に示すように、第１の信号線５１，第２の信号線５２はそれぞれ絶縁被覆６１，６２で被覆していて、この２つの信号線５１，５２を近接配置するとともに、この２つの信号線の近接配置によって生じる２つの谷間にそれぞれ第１のグランド線７１および第２のグランド線７２を沿わせるようにして平行配置している。この例では第１・第２のグランド線７１，７２には絶縁被覆８１，８２をそれぞれ施していて、絶縁被覆を含めた４本の芯線の直径を揃えている。そして全体を外皮９０で絶縁被覆している。

このように４本で撚り線を構成することによって、その撚り線の外周の絶縁被覆が容易となる。また、信号伝送ケーブルの曲率半径の小さな屈曲に対しても断面における第１・第２の信号線５１，５２同士の関係およびそれに対する第１・第２のグランド線７１，７２の位置関係を適正に保つことができるので、安定したノイズ低減効果が得られる。また第１・第２の信号線５１，５２同士はツイストペアを構成するので外部への不要輻射および外部からのノイズの干渉を抑制できる。

特許文献１に示されている伝送ケーブルの断面図である。特許文献２に示されている信号伝送路の斜視図である。特許文献３に示されているケーブルの構成を示す図である。特許文献４に示されている差動ケーブルの断面図である。同差動ケーブルの実装構造および通電電流による磁界の打ち消しの様子を示す図である。第１の実施形態に係る信号伝送ケーブル接続構造および信号伝送ケーブルの断面構造を示す図である。第１の実施形態に係る信号伝送ケーブル接続構造での信号およびノイズの伝搬経路を従来のタイプの信号伝送ケーブル接続構造と比較して表した図である。第２の実施形態に係る信号伝送ケーブル接続構造および信号伝送ケーブルの断面構造を示す図である。第３の実施形態に係る信号伝送ケーブル接続構造および信号伝送ケーブルの断面構造を示す図である。

符号の説明

５１−第１の信号線
５２−第２の信号線
６１，６２−絶縁被覆
７１−第１のグランド線
７２−第２のグランド線
８１，８２−絶縁被覆
９０−外皮
１１０−ドライバ回路の筐体
１１１，１２１−基板
１１２，１２２−配線パターン
１１３，１２３−グランド電極
１１４−ドライバ回路
１２０−レシーバ回路の筐体
１２４−レシーバ回路
２０１，２０２，２０３−信号伝送ケーブル

Claims

対をなす第１・第２の信号線と、それぞれ前記第１・第２の信号線に沿って配置または前記第１・第２の信号線に対して並行に配置した第１・第２のグランド線とを備え、ドライバ回路のグランドに第１のグランド線の一端を接続し、レシーバ回路のグランドに前記第１のグランド線の他端を接続し、前記ドライバ回路を備える筐体に前記第２のグランド線の一端を接続し、前記レシーバ回路を備える筐体に前記第２のグランド線の他端を接続し、前記第１・第２の信号線は当該第１・第２の信号線同士で撚り線を構成し、該撚り線の外側で当該撚り線を挟む対向位置に前記第１・第２のグランド線を配置したことを特徴とする信号伝送ケーブル接続構造。
対をなす第１・第２の信号線と、それぞれ前記第１・第２の信号線に沿って配置または前記第１・第２の信号線に対して並行に配置した第１・第２のグランド線とを備え、ドライバ回路のグランドに第１のグランド線の一端を接続し、レシーバ回路のグランドに前記第１のグランド線の他端を接続し、前記ドライバ回路を備える筐体に前記第２のグランド線の一端を接続し、前記レシーバ回路を備える筐体に前記第２のグランド線の他端を接続し、前記第１・第２の信号線同士が対向し且つ前記第１・第２のグランド線同士が対向するとともに、前記第１・第２の信号線および前記第１・第２のグランド線の全体で撚り線を構成したことを特徴とする信号伝送ケーブル接続構造。