JP6206347B2 - アクティブケーブル - Google Patents

Description

本発明は、アクティブケーブルに関するものである。

複数の差動信号伝送用ケーブルを内蔵したケーブルと、ケーブルの両端に設けられたコネクタと、を備えたコネクタ付きケーブルが用いられている。

コネクタには、接続対象の機器と差動信号伝送用ケーブルとを電気的に接続するパドルカード基板が内蔵されている。このパドルカード基板における受信側の伝送路、すなわち、差動信号伝送用ケーブルから入力された電気信号を機器に伝送する伝送路に、差動信号伝送用ケーブルの損失特性に応じて電気信号をアクティブに補償して出力する補償回路を備えたものが、アクティブケーブル（アクティブダイレクトアタッチケーブル、アクティブＤＡＣ、アクティブカッパーケーブル（ＡＣＣ：Active Copper Cable）とも呼称される）である。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、従来のアクティブケーブル４１では、複数の差動信号伝送用ケーブル４２を備えたケーブル４３と、ケーブル４３の両端に設けられたコネクタ４４と、コネクタ４４に内蔵され、接続対象の機器（図示せず）と差動信号伝送用ケーブル４２とを電気的に接続するパドルカード基板４５と、を備えている。このアクティブケーブル４１は、１チャンネルの送受信が可能に構成されており、送信用と受信用にそれぞれ１本ずつ、合計２本の差動信号伝送用ケーブル４２が備えられている。

パドルカード基板４５の一端部には、機器に電気的に接続される複数の送信側電極４６および複数の受信側電極４７が形成されている。また、パドルカード基板４５の他端部には、送信用の差動信号伝送用ケーブル４２が電気的に接続される複数のケーブル接続用送信側電極４８と、受信用の差動信号伝送用ケーブル４２が電気的に接続される複数のケーブル接続用受信側電極４９と、が形成されている。

送信側電極４６と対応するケーブル接続用送信側電極４８とは、送信側の伝送路５０により電気的に接続されている。また、受信側電極４７と対応するケーブル接続用受信側電極４９とは、受信側の伝送路５１により電気的に接続されている。受信側の伝送路５１には、差動信号伝送用ケーブル４２の損失特性に応じて電気信号をアクティブに補償して出力する補償回路５２が設けられている。

パドルカード基板４５の内層および裏面（伝送路５０，５１を形成した層以外の層）には、送信側と受信側で共通のグランド層５３が形成されている。

従来のアクティブケーブル４１では、送信側の伝送路５０と受信側の伝送路５１とが、ともにマイクロストリップ構造となっており、送信側の伝送路５０と受信側の伝送路５１の両者が同じ層（パドルカード基板４５の表層）に形成される構造となっていた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１がある。

特開２０１３−１２２８２５号公報

しかしながら、一般に、アクティブケーブルでは、特に長尺のケーブルを用いて長距離伝送を行う場合に、送信側と受信側の信号レベルの差が大きくなり、コモンモードに起因した近端クロストークの影響を受け易くなる。

従来のアクティブケーブル４１では、送信側の伝送路５０と受信側の伝送路５１が同じ層に形成されているため、線路間の結合により特にクロストークが大きくなり易いという問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、クロストークを低減可能なアクティブケーブルを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、複数の差動信号伝送用ケーブルを備えたケーブルと、該ケーブルの両端に設けられたコネクタと、前記コネクタに内蔵され、接続対象の機器に電気的に接続される電極が一端に形成されると共に、他端に前記差動信号伝送用ケーブルが電気的に接続され、前記機器と前記差動信号伝送用ケーブルとを電気的に接続する多層基板からなるパドルカード基板と、前記パドルカード基板に形成され、前記機器から入力された電気信号を前記差動信号伝送用ケーブルに伝送する送信側の伝送路と、前記パドルカード基板に形成され、前記差動信号伝送用ケーブルから入力された電気信号を前記機器に伝送する受信側の伝送路と、前記受信側の伝送路に設けられ、前記差動信号伝送用ケーブルから入力された電気信号を、前記差動信号伝送用ケーブルの損失特性に応じて補償して出力する補償回路と、を備え、前記補償回路よりも他端側の前記送信側の伝送路と、前記補償回路よりも他端側の前記受信側の伝送路のいずれか一方、もしくは両方を各々に挟み込むように、グランドパターンを形成したアクティブケーブルである。

前記送信側の伝送路と前記受信側の伝送路とを前記パドルカード基板の表層に形成すると共に、前記補償回路よりも他端側の前記送信側の伝送路と、前記補償回路よりも他端側の前記受信側の伝送路のいずれか一方、もしくは両方を、前記パドルカード基板の表面と平行な方向から挟み込むように前記グランドパターンを形成し、コプレーナ構造の伝送路としてもよい。

前記補償回路よりも他端側の前記送信側の伝送路と、前記補償回路よりも他端側の前記受信側の伝送路のいずれか一方を、ビアを介して前記パドルカード基板の内層に形成し、当該内層に形成した伝送路を前記パドルカード基板の厚さ方向から挟み込むように前記グランドパターンを形成し、ストリップ構造の伝送路としてもよい。

前記受信側の伝送路を前記パドルカード基板の表層に形成し、前記送信側の伝送路を前記パドルカード基板の内層に形成してストリップ構造の伝送路としてもよい。

前記パドルカード基板に形成されるグランド層が、前記送信側の伝送路に対応するグランド層と前記受信側の伝送路に対応する前記グランド層とに分割されていてもよい。

本発明によれば、クロストークを低減可能なアクティブケーブルを提供できる。

本発明の一実施形態に係るアクティブケーブルを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はその１Ｂ−１Ｂ線断面図である。 本発明の一実施形態に係るアクティブケーブルを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はその２Ｂ−２Ｂ線断面図、（ｃ）はその２Ｃ−２Ｃ線断面図である。 本発明の一変形例に係るアクティブケーブルの平面図である。 従来のアクティブケーブルを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はその４Ｂ−４Ｂ線断面図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施形態に係るアクティブケーブルを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はその１Ｂ−１Ｂ線断面図である。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、アクティブケーブル１は、複数の差動信号伝送用ケーブル２を備えたケーブル３と、ケーブル３の両端に設けられたコネクタ４と、コネクタ４に内蔵され、接続対象の機器（図示せず）に電気的に接続される電極６，７が一端に形成されると共に、他端に差動信号伝送用ケーブル２が電気的に接続され、機器と差動信号伝送用ケーブル２とを電気的に接続する多層基板からなるパドルカード基板５と、を備えている。

本実施形態では、１チャンネルの送受信が可能にアクティブケーブル１を構成する場合を説明する。この場合、送信用と受信用にそれぞれ１本ずつ、合計２本の差動信号伝送用ケーブル２が備えられる。

パドルカード基板５の表面の一端部（ケーブル３の接続側と反対側の端部）には、機器に電気的に接続される複数の送信側電極６および複数の受信側電極７が形成されている。パドルカード基板５の表面の一端部には、送信側電極６，受信側電極７の他に、グランド電極１５や電源用電極（図示せず）、制御信号用電極（図示せず）等が整列して形成されており、カードエッジコネクタが構成されている。

パドルカード基板５の他端部（ケーブル３の接続側の端部）には、送信用の差動信号伝送用ケーブル２ａが電気的に接続される複数のケーブル接続用送信側電極８と、受信用の差動信号伝送用ケーブル２ｂが電気的に接続される複数のケーブル接続用受信側電極９と、が形成されている。なお、本明細書では、パドルカード基板５から差動信号伝送用ケーブル２に電気信号を出力することを送信、差動信号伝送用ケーブル２からパドルカード基板５に電気信号を入力することを受信、としている。

送信側電極６と対応するケーブル接続用送信側電極８とは、送信側の伝送路１０により電気的に接続されている。送信側の伝送路１０は、機器から送信側電極６を介して入力された電気信号をケーブル接続用送信側電極８に伝送し、差動信号伝送用ケーブル２ａに伝送するものであり、主にパドルカード基板５に形成された配線パターンからなる。

受信側電極７と対応するケーブル接続用受信側電極９とは、受信側の伝送路１１により電気的に接続されている。受信側の伝送路１１は、差動信号伝送用ケーブル２ｂからケーブル接続用受信側電極９を介して入力された電気信号を受信側電極７に伝送し、機器に伝送するものであり、主にパドルカード基板５に形成された配線パターンからなる。

受信側の伝送路１１には、差動信号伝送用ケーブル２ｂから入力された電気信号を、差動信号伝送用ケーブル２ｂの損失特性に応じてアクティブ補償して出力する補償回路１２が設けられる。

本実施形態では、パドルカード基板５として４層基板を用いており、第１層（表層）に送信側の伝送路１０と受信側の伝送路１１を形成し、第２層〜第４層にそれぞれグランド層１３を形成している。

本実施形態では、パドルカード基板５の第２層〜第４層に形成されるグランド層１３が、送信側の伝送路１０に対応するグランド層１３ａと受信側の伝送路１１に対応するグランド層１３ｂとに分割されている。両グランド層１３ａ，１３ｂ間にはスリット１６が形成されており、このスリット１６を隔てて両グランド層１３ａ，１３ｂが離間している。送信側と受信側でグランド層１３を分割することにより、送受信間のクロストークを低減することが可能になる。

ここでは、図１（ｂ）における左側に送信側の伝送路１０、右側に受信側の伝送路１１が形成されているため、グランド層１３を左右方向の中央部で分割するように構成しているが、グランド層１３の分割位置や分割後のグランド層１３ａ，１３ｂの形状については特に限定するものではなく、伝送路１０，１１の形状等に応じて適宜変形させても構わない。

さて、本実施形態に係るアクティブケーブル１では、補償回路１２よりも他端側（差動信号伝送用ケーブル２側）の送信側の伝送路１０を挟み込むように、グランドパターン１４を形成している。

本実施形態では、送信側の伝送路１０の全体を挟み込むようにグランドパターン１４を形成する場合を説明するが、グランドパターン１４は、少なくとも、補償回路１２よりも他端側の送信側の伝送路１０を挟み込むように形成されていればよい。これは、特に長距離伝送においては、補償回路１２にて補償が行われる前の受信側の電気信号は信号レベルが小さくなっており、送信側からのクロストークの影響を受けやすいためである。

本実施形態では、送信側の伝送路１０を、パドルカード基板５の表面と平行な方向から挟み込むようにグランドパターン１４を形成し、コプレーナ構造の伝送路としている。ここでは、パドルカード基板５の長さ方向（図１（ａ）における左右方向）に沿って直線状に送信側の伝送路１０を形成しているため、グランドパターン１４は、送信側の伝送路１０の両側に送信側の伝送路１０に沿うように長さ方向に沿って形成され、送信側の伝送路１０を幅方向（図１（ａ）における上下方向）から挟み込むように形成される。

グランドパターン１４は、グランド電極１５からパドルカード基板５の他端まで形成されており、パドルカード基板５の略全体を横切るように帯状に形成されている。

グランドパターン１４を形成することにより、送信側の電界が受信側に漏れることを抑制でき、クロストークを抑制することが可能になる。

なお、本実施形態では、送信側の伝送路１０を挟み込むようにグランドパターン１４を形成する場合について説明したが、これに限らず、補償回路１２よりも他端側の受信側の伝送路１１を挟み込むようにグランドパターン１４を形成してもよいし、補償回路１２よりも他端側の送信側の伝送路１０と、補償回路１２よりも他端側の受信側の伝送路１１の両方を各々に挟み込むようにグランドパターン１４を形成してもよい。

以上説明したように、本実施形態に係るアクティブケーブル１では、補償回路１２よりも他端側（差動信号伝送用ケーブル２側）の送信側の伝送路１０と、補償回路１２よりも他端側の受信側の伝送路１１のいずれか一方、もしくは両方を各々に挟み込むように、グランドパターン１４を形成している。

これにより、クロストークの影響が出やすい領域である補償回路１２よりも他端側の領域にて、送信側の伝送路１０と受信側の伝送路１１の少なくとも一方がグランドパターン１４で挟み込まれてシールドされることになり、送信側から受信側への電界の漏れを抑えてクロストークを抑制することが可能になる。

また、従来技術では、クロストークの影響を抑制するために補償回路１２をなるべくケーブル接続用受信側電極９に近い位置に形成する必要があったが、本実施形態では、クロストークの影響を抑制できるので、補償回路１２をパドルカード基板５のどの位置に形成してもよくなり、レイアウトの自由度が高くなる。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。

図２（ａ）〜（ｃ）に示すアクティブケーブル２１は、図１のアクティブケーブル１において、送信側の伝送路１０を、ビア（ＩＶＨ（Interstitial Via Hole））２２を介してパドルカード基板５の内層に形成し、当該内層に形成した伝送路をパドルカード基板５の厚さ方向から挟み込むようにグランドパターン２３を形成し、ストリップ構造の伝送路としたものである。

ビア２２は、ケーブル接続用送信側電極８の直近と、送信側電極６の直近にそれぞれ形成されており、内層に形成された送信側の伝送路１０とケーブル接続用送信側電極８、送信側電極６とをそれぞれ接続するように構成されている。

ここでは、パドルカード基板５の第２層に送信側の伝送路１０を形成しているが、他の層であっても構わない。グランドパターン２３は、送信側の伝送路１０を形成した層と隣接する層に形成される。ここでは第１層（表層）と第３層にグランドパターン２３を形成している。なお、グランドパターン２３は、グランド層１３の一部であり、送信側の伝送路１０に対応するグランド層１３ａでもある。

また、本実施形態では、送信側の伝送路１０の略全体をストリップ構造としているが、少なくとも、補償回路１２よりも他端側の送信側の伝送路１０がストリップ構造となっていればよい。

さらに、本実施形態では、送信側の伝送路１０をストリップ構造としているが、受信側の伝送路１１をストリップ構造としても構わない。ただし、補償回路１２があるために、受信側の伝送路１１をストリップ構造とするにはビア２２を多く形成しなければならない（または補償回路１２よりも他端側のみをストリップ構造とする）。よって、全体を容易にストリップ構造とすることが可能な送信側の伝送路１０を、ストリップ構造とすることがより望ましい。

なお、送信側の伝送路１０と受信側の伝送路１１の両者をストリップ構造とすることも考えられるが、この場合、少なくとも送信側の伝送路１０と受信側の伝送路１１を別の層に形成する必要がある。両方の伝送路１０，１１にビア２２を形成するのはコストがかかるため、いずれか一方の伝送路１０，１１のみをストリップ構造とするのが望ましい。

表層に形成されるグランドパターン２３は、ケーブル接続用送信側電極８、送信側電極６、およびそれらの直近に形成されたビア２２の周囲を覆うように形成され、送信側から受信側に電界が漏れないようにされる。

アクティブケーブル２１では、両伝送路１０，１１が別の層に形成され、かつ、送信側の伝送路１０が厚さ方向から面積の広いグランドパターン２３で挟み込むように形成されているため、送信側から受信側へのクロストークの影響をより低減することが可能になる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施形態では、１チャンネルの送受信を可能に構成する場合について説明したが、これに限らず、複数チャンネルの送受信を可能に構成することも可能である。

例えば、図３に示すアクティブケーブル３１のように、送信側、受信側に４本ずつ合計８本の差動信号伝送用ケーブル２を用い、４チャンネルの送受信を可能に構成することも可能である。パドルカード基板５の表面には、送信用の差動信号伝送用ケーブル２ａが２本、受信用の差動信号伝送用ケーブル２ｂが２本接続され、パドルカード基板５の裏面には、図示していないが、送信用の送信用の差動信号伝送用ケーブル２ａが２本、受信用の差動信号伝送用ケーブル２ｂが２本接続される。カードエッジコネクタを構成する各電極は、例えば、ＳＦＦ−８４３６（SFF-8436 Specification for QSFP+ 10Gbs 4X PLUGGABLE TRANSCEIVER Rev 4.4）にて規定された配置とされる。

送信側の伝送路１０をストリップ構造とするためには３層が必要となり、アクティブケーブル３１ではパドルカード基板５の表面側と裏面側のそれぞれに送信側の伝送路１０を形成する必要があるために、６層以上のパドルカード基板５を用いる必要がある。

１ アクティブケーブル
２ 差動信号伝送用ケーブル
３ ケーブル
４ コネクタ
５ パドルカード基板
６ 送信側電極
７ 受信側電極
１０ 送信側の伝送路
１１ 受信側の伝送路
１２ 補償回路
１４ グランドパターン

Claims (5)

1. 複数の差動信号伝送用ケーブルを備えたケーブルと、
   該ケーブルの両端に設けられたコネクタと、
   前記コネクタに内蔵され、接続対象の機器に電気的に接続される電極が一端に形成されると共に、他端に前記差動信号伝送用ケーブルが電気的に接続され、前記機器と前記差動信号伝送用ケーブルとを電気的に接続する多層基板からなるパドルカード基板と、
   前記パドルカード基板に形成され、前記機器から入力された電気信号を前記差動信号伝送用ケーブルに伝送する送信側の伝送路と、
   前記パドルカード基板に形成され、前記差動信号伝送用ケーブルから入力された電気信号を前記機器に伝送する受信側の伝送路と、
   前記受信側の伝送路に設けられ、前記差動信号伝送用ケーブルから入力された電気信号を、前記差動信号伝送用ケーブルの損失特性に応じて補償して出力する補償回路と、を備え、
   前記補償回路よりも他端側の前記送信側の伝送路と、前記補償回路よりも他端側の前記受信側の伝送路のいずれか一方、もしくは両方を各々に挟み込むように、グランドパターンを形成した
   ことを特徴とするアクティブケーブル。
2. 前記送信側の伝送路と前記受信側の伝送路とを前記パドルカード基板の表層に形成すると共に、
   前記補償回路よりも他端側の前記送信側の伝送路と、前記補償回路よりも他端側の前記受信側の伝送路のいずれか一方、もしくは両方を、前記パドルカード基板の表面と平行な方向から挟み込むように前記グランドパターンを形成し、コプレーナ構造の伝送路とした
   請求項１記載のアクティブケーブル。
3. 前記補償回路よりも他端側の前記送信側の伝送路と、前記補償回路よりも他端側の前記受信側の伝送路のいずれか一方を、ビアを介して前記パドルカード基板の内層に形成し、当該内層に形成した伝送路を前記パドルカード基板の厚さ方向から挟み込むように前記グランドパターンを形成し、ストリップ構造の伝送路とした
   請求項１記載のアクティブケーブル。
4. 前記受信側の伝送路を前記パドルカード基板の表層に形成し、前記送信側の伝送路を前記パドルカード基板の内層に形成してストリップ構造の伝送路とした
   請求項３記載のアクティブケーブル。
5. 前記パドルカード基板に形成されるグランド層が、前記送信側の伝送路に対応するグランド層と前記受信側の伝送路に対応する前記グランド層とに分割されている
   請求項１〜３いずれかに記載のアクティブケーブル。

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