JP5443794B2 - 高速差動ケーブル - Google Patents

Description

本発明は、２芯の信号線を用いて信号の差動伝送を行う高速差動ケーブルに関する。

従来、データ伝送が高速ビットレートで行われる場合に用いられる伝送線路として、高速差動ケーブルがある。このような高速差動ケーブルは、特許文献１に示されており、この特許文献１には、内部導体の外周に絶縁体層（誘電体層）を設けて信号線とし、この信号線を２芯平行に並べそれらの一方外側にドレイン線を１本配置し、３芯フラット構造を保持しつつアルミポリエステルテープを金属面内側で縦添え若しくは螺旋巻きして外部導体を形成し、この外部導体の外周に外被を設けた構成の高速差動ケーブルが開示されている。この高速差動ケーブルによれば、ドレイン線が２芯の信号線の一側に配置されているためケーブルの屈曲性の自由度が高いと共にアセンブリ性も良好であるためケーブルの取り扱い性に優れている。ところが、この特許文献１に開示されている高速差動ケーブルでは、外部導体は完全導体ではないため、２芯の信号線間の電位差のある導体電位が外部導体上に誘導されて電位差が生じ、この結果、外部導体上に電流が流れて損失が生じるので減衰量が大きく低下する。また、絶縁体層の比誘電率に差があるときはスキューが大きくなる。

これに対し、特許文献２には、上記信号線を２本平行に並べそれらの外周に絶縁体層（誘電体層）を設け、その中央谷間部に１本のドレイン線を縦添えで配置し、絶縁体層及びドレイン線の外周に外部導体を形成し、この外部導体の外周に外被を設けた構成の高速差動ケーブルが開示されている。この高速差動ケーブルでは、絶縁体層の厚さを、この絶縁体層の外周に外部導体を接して配したときに必要とされる静電容量より大きくなる厚さとして内部導体間の離間距離を小さくしている。よって、外部導体上に発生する電流を抑えて損失を少なくすることができ、減衰量の低下を抑えることができるというものである。また、対の内部導体の結合度を高めることができ、スキューを小さくすることができるというものである。

特開２００２−３５８８４１号公報 特開２００７−２６９０９号公報

上述した後者の高速差動ケーブルでは、ドレイン線が２芯の信号線の中央谷間部に配置されているためケーブルの屈曲性に制限がでると共にアセンブリ加工の際にはドレイン線の突き出しや引っ込みに注意する必要があり、ケーブルの取り扱い性が悪く、配線作業効率が低下するという問題がある。上述した種々の問題を解決するために、本発明者は、鋭意、研究、開発を続けた結果、３芯フラット構造によりケーブルの取り扱い性を維持しつつ、周波数の増加に伴う減衰量の低下を抑えることができ、スキューを小さくできる高速差動ケーブルの構成を見出し、本発明を完成するに至ったものである。

本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、その目的は、伝送特性に優れ、さらにはケーブルの取り扱い性が良好な高速差動ケーブルを提供することにある。

上記目的達成のため、本発明の高速差動ケーブルでは、内部導体の外周に誘電体層を設けた信号線を２芯平行に配置し、前記２芯の信号線の外周に導体側を内側にし絶縁側を外側にした第１の外部導体を設け、該第１の外部導体の外側にドレイン線を前記信号線と平行になるように配置し、前記第１の外部導体および前記ドレイン線の外周に導体側を内側にし絶縁側を外側にした第２の外部導体を設け、該第２の外部導体の外周に外被を設けたことを特徴としている。

これにより、第１の外部導体層内側の絶縁側により２芯の信号線が覆われ、第１の外部導体層外側の導体側にドレイン線が接触することになるので、２芯の信号線間の電位差のある導体電位は第１の外部導体上に誘導されず、この結果、第１の外部導体上に発生する電流を抑えて損失を少なくすることができ、従来例よりも減衰量の低下を抑えることができる。さらに、対の内部導体の結合度を高めることができ、従来例よりもスキューを小さくすることができる。

また、前記ドレイン線は、前記２芯の信号線の中心軸を結ぶ線の延長線上に中心軸が位置するように配置されていることを特徴としている。これにより、ドレイン線は２芯の信号線の一側に配置されることになるためケーブルの取り扱い性に優れ、配線作業の効率を高めることができる。また、３芯フラット構造であるためケーブル幅を小さくすることができ、小型機器に使用することができる。

本発明の実施形態に係る高速差動ケーブルの軸と直交する方向の図である。 実施例および比較例の高速差動ケーブルの周波数と減衰量との関係を示す図である。 実施例および比較例の高速差動ケーブルの周波数とシールド効果との関係を示す図である。

以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の成立に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の実施形態に係る高速差動ケーブルの軸と直交する方向の図である。この高速差動ケーブル１は、中心導体１１（内部導体）の外周に誘電体層１２を形成した信号線１０を２芯平行に配置し、２芯の信号線１０の外周に、後述する第１のシールド層１３の導体側を外側にし絶縁側を内側にした第１のシールド層（第１の外部導体層）１３を形成する。そして、第１のシールド層の外側であって２芯の信号線１０の一側にドレイン線１４を平行配置し、第１のシールド層１３およびドレイン線１４の外周に、後述する第２のシールド層１５の導体側を内側にし絶縁側を外側にした第２のシールド層（第２の外部導体層）１５を形成する。そして、第２のシールド層１５の外周にジャケット（外被）１６を形成した構成となっている。

中心導体１１は、例えば銀めっき軟銅線が使用可能である。誘電体層１２には、例えば多孔質ポリテトラフルオロエチレン（ＥＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂が使用可能である。第１および第２のシールド層１３、１５には、ＡＬＰＥＴ、即ちアルミ箔とポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）とを、接着層としてポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を介して積層してテープ状に形成した金属化テープが使用可能である。第１のシールド層１３は、絶縁側であるＰＥＴの面１３ａが２本の信号線１０の誘電体層１２と接触する態様で、誘電体層１２を包囲するように外周に巻回される。第２のシールド層１５は、導体側であるアルミ箔の面１５ａが第１のシールド層１３およびドレイン線１４と接触する態様で、第１のシールド層１３およびドレイン線１４を包囲するように外周に巻回される。ドレイン線１４には、例えば錫めっき軟銅線が使用可能である。ジャケット１６には、例えばＰＶＣが使用可能である。

このような構成の高速差動ケーブル１は以下の手順により作製される。先ず、１本の中心導体１１の外周にＥＰＴＦＥのテープを巻回して誘電体層１２を形成した単線の信号線１０を作製する。もちろん、この誘電体層１２には、押出機（図示せず）を用いて誘電体を押出し形成しても良い。次に、２本の信号線１０を誘電体層１２が軸方向に接触するように平行に配置し、２芯の信号線１０の誘電体層１２の外周を包囲するように前述した金属化テープを、前述した態様で螺旋状に巻回（スパイラル巻き）若しくは縦添えに巻回（シガレット巻き）して第１のシールド層１３を形成する。

そして、２芯の信号線１０の中心軸１０Ｃを結ぶ線Ｌの延長線上に中心軸１４Ｃが位置するようにドレイン線１４を配置し、２芯の信号線１０の第１のシールド層１３およびドレイン線１４の外周を包囲するように前述した金属化テープを、前述した態様で螺旋状に巻回（スパイラル巻き）若しくは縦添えに巻回（シガレット巻き）して第２のシールド層１５を形成する。最後に、第２のシールド層１５の外周に押出機を用いて絶縁体を押出し被覆してジャケット１６を形成する。以上により、高速差動ケーブル１が完成する。

以上のような構成の高速差動ケーブル１によれば、第１のシールド層１３の絶縁側であるＰＥＴ面１３ａにより２芯の信号線１０が覆われ、第１のシールド層１３の導体側であるアルミ面１３ｂにドレイン線１４が接触することになる。このため、２芯の信号線１０間の電位差のある導体電位は第１のシールド層１３上に誘導されないので、第１のシールド層１３上に発生する電流を抑えて損失を少なくすることができ、減衰量の低下を抑えることができる。さらに、対の中心導体１１の結合度を高めることができ、スキューを小さくすることができる。また、ドレイン線１４が２芯の信号線１０の一側に配置されているため、ケーブルの屈曲性の自由度が高いと共にアセンブリ性も良好であるためケーブルの取り扱い性に優れ、配線作業の効率を高めることができる。また、２芯の信号線１０と１本のドレイン線１４が平行配置された３芯フラット構造であるためケーブル幅を小さくすることができ、小型機器に使用することができる。

次に、実施例として本実施形態の高速差動ケーブル１および比較例として従来の高速差動ケーブルを作製し、それらの減衰量、スキューおよびシールド効果を測定したので、これらの測定結果について図２および図３を参照して説明する。ここで、測定に使用した実施例の高速差動ケーブル１は、以下のようにして作製されている。中心導体１１として外径０．２０３ｍｍの銀めっき軟銅線を用意し、この中心導体１１の外周に厚さ０．４８ｍｍとなるようにＥＰＴＦＥのテープを巻回して誘電体層１２を形成し信号線１０とする。２本の信号線１０を誘電体層１２が軸方向に接触するように平行に配置し、２本の信号線１０の誘電体層１２の外周を包囲するように、厚さ７μｍのアルミ箔と厚さ４μｍのＰＥＴとを厚さ２〜３μｍのＰＶＣを介して積層してなるＡＬＰＥＴを、ＰＥＴ面１３ａが密着するように巻回して第１のシールド層１３を形成する。

そして、２芯の信号線１０の一側に外径０．２０３ｍｍの錫メッキ軟銅線をドレイン線１４として平行配置し、第１のシールド層１３およびドレイン線１４の外周を包囲するように、厚さ７μｍのアルミ箔と厚さ７μｍのＰＥＴとを厚さ２〜３μｍのＰＶＣ（接着層）を介して積層してなるＡＬＰＥＴを、アルミ箔面１５ａが密着するように巻回して第２のシールド層１５を形成する。最後に、第２のシールド層１５の外周を包囲するように、厚さ０．９ｍｍ、幅１．５ｍｍのＰＶＣからなるジャケット１６を押出し被覆して形成する。一方、測定に使用した比較例の高速差動ケーブルは、実施例の高速差動ケーブルと比較して、第１のシールド層１３が形成されていない点を除いて同一構成となっている。

図２は、実施例の高速差動ケーブルおよび比較例の高速差動ケーブルに対し、周波数（ＧＨｚ）を０〜１２ＧＨｚまで変化させたときの減衰量（ｄＢ／ｍ）の変化を示す図である。図２から明らかなように、例えば周波数が１ＧＨｚ、３ＧＨｚ、５ＧＨｚ、６ＧＨｚ、１０ＧＨｚのとき、比較例の高速差動ケーブルの減衰量は、１．７２ｄＢ／ｍ、３．３４ｄＢ／ｍ、４．４４ｄＢ／ｍ、５．０３ｄＢ／ｍ、８．３ｄＢ／ｍであるのに対し、実施例の高速差動ケーブルの減衰量は、１．７２ｄＢ／ｍ、３．１ｄＢ／ｍ、４．０８ｄＢ／ｍ、４．５１ｄＢ／ｍ、６．３９ｄＢ／ｍとなり、比較例の高速差動ケーブルの減衰量と比べて実施例の高速差動ケーブルの減衰量の低下を抑えることができる。また、比較例の高速差動ケーブルのスキューが、６．０〜９．０ｐｓ／ｍであったのに対し、実施例の高速差動ケーブルのスキューは、２．６ｐｓ／ｍと小さくすることができる。

図３は、実施例の高速差動ケーブルおよび比較例の高速差動ケーブルに対し、周波数（ＭＨｚ）を１０〜１０００ＭＨｚまで変化させたときのシールド効果（ｄＢ）の変化を示す図である。図３から明らかなように、例えば周波数が３０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、９０ＭＨｚ、３００ＭＨｚ、６００ＭＨｚ、９００ＭＨｚ、１０００ＭＨｚのとき、比較例の高速差動ケーブルのシールド効果は、−２９．９ｄＢ、−３５ｄＢ、−３２．１ｄＢ、−２１．３ｄＢ、−１１．１ｄＢ、−１１．９ｄＢ、−１２．２ｄＢであるのに対し、実施例の高速差動ケーブルのシールド効果は、−３６．８ｄＢ、−４３．５ｄＢ、−４４．２ｄＢ、−３８．５ｄＢ、−２５．８ｄＢ、−２４．５ｄＢ、−２５．４ｄＢとなり、比較例の高速差動ケーブルのシールド効果と比べて実施例の高速差動ケーブルのシールド効果を高めることができる。

本発明の高速差動ケーブルは、高速ビットレートで長距離のデータ伝送を行う機器、例えば、コンピュータ、計算機、携帯電話等の電子機器に適用可能であり、更に、自動車、飛行機等の制御回路にも適用可能である。

１ 高速作動ケーブル、１１ 中心導体（内部導体）、１２ 誘電体層、
１３ 第１のシールド層（第１の外部導体層）、１３ａ、１５ｂ ＰＥＴ面、
１３ｂ、１５ａ アルミ面、１４ ドレイン線、１５ 第２のシールド層（第２の外部導体層）、１６ ジャケット（外被）

Claims (2)

1. 内部導体の外周に誘電体層を設けた信号線を２芯平行に配置し、前記２芯の信号線の外周に導体側を外側にし絶縁側を内側にした第１の外部導体を設け、該第１の外部導体の外側にドレイン線を前記信号線と平行になるように配置し、前記第１の外部導体および前記ドレイン線の外周に導体側を内側にし絶縁側を外側にした第２の外部導体を設け、該第２の外部導体の外周に外被を設けたことを特徴とする高速差動ケーブル。
2. 前記ドレイン線は、前記２芯の信号線の中心軸を結ぶ線の延長線上に中心軸が位置するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の高速差動ケーブル。

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