JP6589752B2

JP6589752B2 - 差動信号伝送用ケーブル及び多芯差動信号伝送用ケーブル

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Publication number: JP6589752B2
Application number: JP2016127863A
Authority: JP
Inventors: 石川　弘; 弘石川; 杉山　剛博; 剛博杉山
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2016-06-28
Filing date: 2016-06-28
Publication date: 2019-10-16
Anticipated expiration: 2036-06-28
Also published as: CN107545955A; US20170372818A1; JP2018006040A; CN118016370A

Description

本発明は、差動信号伝送用ケーブル及び多芯差動信号伝送用ケーブルに関する。

従来、差動信号を伝送する一対の導線を絶縁体で被覆した差動信号伝送用ケーブルが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の差動信号伝送用ケーブルにおいては、一対の導線に互いに逆位相の電流を流して、差動信号を伝送する。

特許文献１に記載の差動信号伝送用ケーブルにおいては、２層のシールドが用いられており、内側のシールドをどこにも電気的に接続しない状態で差動信号伝送用ケーブルを電気機器に接続することにより、差動信号の伝送損失を増加させずに差動信号伝送用ケーブルのペア内スキューを低減することができる。

特許第５２１４０５６号公報

一方で、近年、情報処理装置等の小型高密度化により、より小径の差動信号伝送用ケーブルが望まれている。

本発明は、小径の差動信号伝送用ケーブル、及び複数の差動信号伝送用ケーブルを有する多芯差動信号伝送用ケーブルを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、導体と、前記導体の周囲を被覆する第１の誘電体と、前記第１の誘電体の周囲を被覆する外部導体と、前記外部導体の周囲を被覆する、前記第１の誘電体よりも伝送損失の高い材料からなる第２の誘電体と、前記第２の誘電体の周囲を覆うシールドと、を有する、差動信号伝送用ケーブルを提供する。

本発明によれば、小径の差動信号伝送用ケーブル、及び複数の差動信号伝送用ケーブルを有する多芯差動信号伝送用ケーブルを提供することができる。

図１は、第１の実施の形態に係る差動信号伝送用ケーブルである差動信号伝送用単芯同軸ケーブルの径方向の断面図である。図２は、差動信号を出力する差動基板と、差動信号伝送用単芯同軸ケーブルとの電気的な接続構成を示す模式図である。図３は、第２の実施の形態に係る多芯差動信号伝送用ケーブルの一例の径方向の断面図である。図４（ａ）、（ｂ）は、第２の実施の形態に係る多芯差動信号伝送用ケーブルの他の一例の径方向の断面図である。

［第１の実施の形態］
（差動信号伝送用単芯同軸ケーブルの構成）
図１は、第１の実施の形態に係る差動信号伝送用ケーブルである差動信号伝送用単芯同軸ケーブル１の径方向の断面図である。

差動信号伝送用単芯同軸ケーブル１は、導体１０と、導体１０の周囲を被覆する第１の誘電体１１と、第１の誘電体１１の周囲を被覆する外部導体１２と、外部導体１２の周囲を被覆する第２の誘電体１３と、第２の誘電体１３の周囲を覆うシールド１４とを有する。

この差動信号伝送用単芯同軸ケーブル１は、例えば、数十ＧＨｚ以上の周波数の差動信号を用いたサーバ、ルータ、ストレージ等の電子機器間、又はこれら電子機器の内部に用いられる差動信号伝送用のケーブルである。

図２は、差動信号を出力する差動基板２と、差動信号伝送用単芯同軸ケーブル１との電気的な接続構成を示す模式図である。差動基板２は、例えば、上述の電子機器内に備えられる基板である。

導線１０と外部導体１２は、差動信号を伝送するための信号線であり、導線１０は差動基板２のｐ電極２０に接続され、外部導体１２は差動基板２のｎ電極２１に接続される。差動基板２から導線１０と外部導体１２に電流を流し、導線１０と外部導体１２の間の第１の誘電体１１中に差動信号を伝播させる。

差動信号伝送用単芯同軸ケーブル１においては、１本の導線１０を芯線とする単芯同軸ケーブルであるため、平行に配置された一対の導体を信号線とする従来の差動信号伝送用ケーブルと比較して、径を小さくすることができる。また、その構造上、従来の差動信号伝送用ケーブルよりも製造コストを低くすることができる。

差動信号伝送用単芯同軸ケーブル１を用いた通信では、導線１０と外部導体１２に互いに逆位相となる電流を流し、導線１０と外部導体１２との電位差で信号を伝送する。

導線１０は、銅等の導体からなり、表面にメッキが施されていてもよい。また、差動信号伝送用単芯同軸ケーブル１に屈曲性が求められる場合には、複数の導線を撚って形成する撚線を導線１０として用いてもよい。

外部導体１２は、例えば、誘電体１１の周囲に螺旋巻きにより巻き付けられた銅箔テープ、又は第１の誘電体１１の表面にメッキされた銅箔膜である。

第１の誘電体１１は、例えば、ポリエチレンやフッ素樹脂からなる。また、第１の誘電体１１の厚さは、差動信号の特性インピーダンスの大きさ（例えば５０Ω又は１００Ω）に基づいて設定される。

シールド１４は、差動基板２のグランド電極２２、２３、２４に接続される。差動信号伝送用単芯同軸ケーブル１には、差動信号だけでなく、差動基板２において発生した同相信号も入力される。この同相信号の大部分は、外部導体１２とシールド１４との間の第２の誘電体１３中を伝播する。

シールド１４は、例えば、第２の誘電体１３の周囲に螺旋巻きにより巻き付けられた金属テープからなる。低周波では、シールド１４の表面伝達インピーダンスが低いほど、シールド１４による外部ノイズの遮蔽効果が大きくなるので、シールド１４は、アルミニウム等の導電率の低い金属からなることが好ましい。また、高周波では、シールド１４の表皮抵抗が高いほど、同相信号の伝送損失が大きくなるので、同相信号の伝送損失を増加させるために、外部導体１２の外側表面（第２の誘電体１３に接触する面）とシールド１４の内側表面を粗面化してもよい。

第２の誘電体１３は、第１の誘電体１１よりも通信に用いる信号の伝送損失の高い材料からなる。信号の伝送損失は、材料の比誘電率の１／２乗と誘電正接の積に比例する。このため、第２の誘電体１３は、第１の誘電体１１よりも比誘電率の１／２乗と誘電正接の積が大きい材料からなるといえる。なお、材料の比誘電率及び誘電正接は信号の周波数に依存するが、上記の比誘電率及び誘電正接は、信号の伝送損失の関数として用いられるものであるため、通信に用いる信号の周波数における比誘電率及び誘電正接を意味している。

第２の誘電体１３は、例えば、一般的なノイズ抑制シートに用いられる材料からなる。これらの材料は、誘電率を増加させるためにフェライト粉末等の磁性粉末を含んだ樹脂である。また、第２の誘電体１３の厚さは、可能な限り薄いほうがよい。第２の誘電体１３が薄いほど、同相信号の特性インピーダンスが低くなり、ケーブル１と差動基板２の接続部での反射によって、同相信号の透過率が減少する。第２の誘電体１３の厚さは、差動信号の特性インピーダンスをＲｄとして、外部導体１２と第２の誘電体１３とシールド１４によって形成される同軸線路の特性インピーダンスがＲｄ×０．２５以下、またはＲｄ×１以上になるように設定することが好ましい。

差動信号伝送用単芯同軸ケーブル１では、伝送損失の低い第１の誘電体１１中に差動信号を伝播させることにより、差動信号の減衰を抑え、伝送損失の高い第２の誘電体１３中に同相信号を伝播させることにより、意図的に同相信号を減衰させる。

また、差動信号伝送用単芯同軸ケーブル１の同相信号の特性インピーダンスと、差動基板２における同相信号の特性インピーダンスの差が大きくなるほど、差動信号伝送用単芯同軸ケーブル１の差動基板２側の端末で同相信号が反射しやすくなるため、差動信号伝送用単芯同軸ケーブル１に入力される同相信号を低減することができる。

（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態に係る差動信号伝送用ケーブルである差動信号伝送用単芯同軸ケーブル１は、単芯同軸ケーブルでありながら、同相信号を反射又は減衰させつつ、差動信号を伝送することができる。また、単芯であるために、従来の２芯の差動信号伝送用ケーブルと比較して、径を小さくすることができる。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、第１の実施の形態に係る差動信号伝送用単芯同軸ケーブルと同等の差動信号伝送用単芯同軸ケーブルを複数有する多芯差動信号伝送用ケーブルに関する。なお、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。

（多芯差動信号伝送用ケーブルの構成）
図３は、第２の実施の形態に係る多芯差動信号伝送用ケーブルの一例である多芯差動信号伝送用ケーブル３の径方向の断面図である。

多芯差動信号伝送用ケーブル３は、第１の実施の形態に係る差動信号伝送用単芯同軸ケーブル１を構成する導体１０、第１の誘電体１１、及び外部導体１２からなる線材３０を複数有する。束ねられた複数の線材３０は、第１の実施の形態に係る差動信号伝送用単芯同軸ケーブル１を構成する第２の誘電体１３と同じ材料からなる第２の誘電体３１により、一括して被覆される。また、第１の実施の形態に係る差動信号伝送用単芯同軸ケーブル１を構成するシールド１４と同じ材料からなるシールド３２が、第２の誘電体３１の周囲を被覆している。

線材３０の本数は、図３に示される例では８本であるが、特に限定されるものではなく、例えば、２本、８本、又は２４本であることが好ましい。

多芯差動信号伝送用ケーブル３の複数の導線１０は差動基板２のｐ電極２０に接続され、複数の外部導体１２は差動基板２のｎ電極２１に接続される。差動基板２から導線１０と外部導体１２に電流を流し、導線１０と外部導体１２の間の第１の誘電体１１中に差動信号を伝播させる。

また、シールド３２は、差動基板２のグランド電極２２、２３、２４に接続される。差動基板２から入力された同相信号は、外部導体１２とシールド３２との間の第２の誘電体３１中を伝播する。

図４（ａ）、（ｂ）は、第２の実施の形態に係る多芯差動信号伝送用ケーブルの他の一例である多芯差動信号伝送用ケーブル４、５の径方向の断面図である。

多芯差動信号伝送用ケーブル４、５は、多芯差動信号伝送用ケーブル３と同様に、線材３０を複数有する。多芯差動信号伝送用ケーブル４、５はフラット型の多芯ケーブルであり、複数の線材３０は互いに平行にほぼ一列に配置される。なお、“互いに平行にほぼ一列”とは、当然ながら、多芯差動信号伝送用ケーブル４、５に湾曲等の変形を加えない状態において互いに平行にほぼ一列であることを意味する。

多芯差動信号伝送用ケーブル４、５において、複数の線材３０は、第１の実施の形態に係る差動信号伝送用単芯同軸ケーブル１を構成する第２の誘電体１３と同じ材料からなる第２の誘電体４１、５１により、一括して被覆される。また、第１の実施の形態に係る差動信号伝送用単芯同軸ケーブル１を構成するシールド１４と同じ材料からなるシールド４２、５２が、第２の誘電体４１、５１の周囲を被覆している。

線材３０の本数は、図４（ａ）、（ｂ）に示される例では８本であるが、特に限定されるものではなく、例えば、２本、８本、又は２４本であることが好ましい。

多芯差動信号伝送用ケーブル４、５の複数の導線１０は差動基板２のｐ電極２０に接続され、複数の外部導体１２は差動基板２のｎ電極２１に接続される。差動基板２から導線１０と外部導体１２に電流を流し、導線１０と外部導体１２の間の第１の誘電体１１中に差動信号を伝播させる。

また、シールド４２、５２は、差動基板２のグランド電極２２、２３、２４に接続される。差動基板２から入力された同相信号は、外部導体１２とシールド４２、５２との間の第２の誘電体４１、５１中を伝播する。

多芯差動信号伝送用ケーブル４、５は、シールド４２、５２を複数の線材３０で共有しているため、単体の差動信号伝送用単芯同軸ケーブル１を複数並べた場合より、ケーブル幅を小さくできる利点がある。

（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態に係る多芯差動信号伝送用ケーブル３、４、５は、第１の実施の形態に係る差動信号伝送用単芯同軸ケーブル１と同様の構成を有するため、単芯の線材３０を用いながら、同相信号を反射又は減衰させつつ、差動信号を伝送することができる。また、線材３０が単芯であるために、複数の２芯の差動信号伝送用ケーブルを含む従来の多芯差動信号伝送用ケーブルと比較して、径を大幅に小さくすることができる。

（実施の形態のまとめ）
次に、前述の実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。

［１］導体（１０）と、導体（１０）の周囲を被覆する第１の誘電体（１１）と、第１の誘電体（１１）の周囲を被覆する外部導体（１２）と、外部導体（１２）の周囲を被覆する、第１の誘電体（１１）よりも伝送損失の高い材料からなる第２の誘電体（１３）と、第２の誘電体（１３）の周囲を覆うシールド（１４）と、を有する、差動信号伝送用単芯同軸ケーブル（１）。

［２］第２の誘電体（１３）が磁性粉末を含む樹脂からなる、前記［１］に記載の差動信号伝送用単芯同軸ケーブル（１）。

［３］シールド（１４）の導電率が、外部導体（１２）の導電率よりも低い、前記［１］又は［２］に記載の差動信号伝送用単芯同軸ケーブル（１）。

［４］外部導体（１２）の外側表面が粗面化された、前記［１］乃至［３］のいずれか１項に記載の差動信号伝送用単芯同軸ケーブル。

［５］導体（１０）、導体（１０）の周囲を被覆する第１の誘電体（１１）、及び第１の誘電体（１１）の周囲を被覆する外部導体（１２）を各々が有する複数の線材（３０）と、複数の線材（３０）を一括して被覆する、第１の誘電体（１１）よりも伝送損失の高い材料からなる第２の誘電体（３１、４１、５１）と、第２の誘電体（３１、４１、５１）の周囲を覆うシールド（３２、４２、５２）と、を有する、多芯差動信号伝送用ケーブル（３、４、５）。

［６］第２の誘電体（３１、４１、５１）が磁性粉末を含む樹脂からなる、前記［５］に記載の多芯差動信号伝送用ケーブル（３、４、５）。

［７］外部導体（１２）の外側表面が粗面化された、前記［５］又は［６］に記載の多芯差動信号伝送用ケーブル（３、４、５）。

［８］複数の線材（３０）が互いに平行に一列に配置された、前記［５］乃至［７］のいずれか１項に記載の多芯差動信号伝送用ケーブル（４、５）。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。

また、上記に記載した実施の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い。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１…差動信号伝送用単芯同軸ケーブル
２…差動基板
３、４、５…多芯差動信号伝送用ケーブル
１０…導体
１１…第１の誘電体
１２…外部導体
１３、３１、４１、５１…第２の誘電体
１４、３２、４２、５２…シールド
３０…線材

Claims

導体と、
前記導体の周囲を被覆する第１の誘電体と、
前記第１の誘電体の周囲を被覆する外部導体と、
前記外部導体の周囲を被覆する、前記第１の誘電体よりも伝送損失の高い材料からなる第２の誘電体と、
前記第２の誘電体の周囲を覆うシールドと、
を有し、
前記導体と前記外部導体とにより差動信号が伝送可能である、差動信号伝送用ケーブル。
導体と、
前記導体の周囲を被覆する第１の誘電体と、
前記第１の誘電体の周囲を被覆する外部導体と、
前記外部導体の周囲を被覆する、前記第１の誘電体よりも伝送損失の高い材料からなる第２の誘電体と、
前記第２の誘電体の周囲を覆うシールドと、
を有し、
ｐ電極、ｎ電極、及びグランド電極を有し、差動信号を出力する差動基板に対して、
前記導体は、前記ｐ電極に接続され、
前記外部導体は、前記ｎ電極に接続され、
前記シールドは、前記グランド電極に接続される、差動信号伝送用ケーブル。
前記第２の誘電体が磁性粉末を含む樹脂からなる、
請求項１又は２に記載の差動信号伝送用ケーブル。
前記シールドの導電率が、前記外部導体の導電率よりも低い、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の差動信号伝送用ケーブル。
前記外部導体の外側表面が粗面化された、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の差動信号伝送用ケーブル。
前記第２の誘電体の厚さは、前記差動信号の特性インピーダンスをＲｄとして、前記外部導体と前記第２の誘電体と前記シールドによって形成される同軸線路の特性インピーダンスがＲｄ×０．２５以下、またはＲｄ×１以上になる厚さである、
請求項５に記載の差動信号伝送用ケーブル。
前記外部導体は、前記第１の誘電体の表面にメッキされた銅薄膜である、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の差動信号伝送用ケーブル。
導体、前記導体の周囲を被覆する第１の誘電体、及び前記第１の誘電体の周囲を被覆する外部導体を各々が有する複数の線材と、
前記複数の線材を一括して被覆する、前記第１の誘電体よりも伝送損失の高い材料からなる第２の誘電体と、
前記第２の誘電体の周囲を覆うシールドと、
を有し、
前記複数の線材は、各々が前記導体と前記外部導体とにより差動信号が伝送可能である、多芯差動信号伝送用ケーブル。
導体、前記導体の周囲を被覆する第１の誘電体、及び前記第１の誘電体の周囲を被覆する外部導体を各々が有する複数の線材と、
前記複数の線材を一括して被覆する、前記第１の誘電体よりも伝送損失の高い材料からなる第２の誘電体と、
前記第２の誘電体の周囲を覆うシールドと、
を有し、
ｐ電極、ｎ電極、及びグランド電極を有し、差動信号を出力する差動基板に対して、
前記導体は、前記ｐ電極に接続され、
前記外部導体は、前記ｎ電極に接続され、
前記シールドは、前記グランド電極に接続される、多芯差動信号伝送用ケーブル。
前記第２の誘電体が磁性粉末を含む樹脂からなる、
請求項８または９に記載の多芯差動信号伝送用ケーブル。
前記外部導体の外側表面が粗面化された、
請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の多芯差動信号伝送用ケーブル。
前記複数の線材が互いに平行に一列に配置された、
請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の多芯差動信号伝送用ケーブル。
前記外部導体は、前記第１の誘電体の表面にメッキされた銅薄膜である、
請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の多芯差動信号伝送用ケーブル。