JP7004209B2 - 差動伝送ケーブルモジュール - Google Patents

Description

本発明は、電子機器間で差動信号を伝送するための差動伝送ケーブルモジュールに関するものである。

従来から、高速な電気信号の伝送には、差動信号伝送方式が用いられている。従来の差動信号伝送用ケーブルでは、１種類の差動信号を伝送するために３本以上の導体が使われていた。その理由は以下の通りである。

まず、一般に、高速伝送用の電気配線では、電流の往路と復路を確保し、かつ、配線の特性インピーダンスを定義するために、電流の経路となる導体が少なくとも２本必要になる。これが、高速伝送用の電気配線に必要とされる最低限の導体の本数である。

しかし、電子機器を構成するプリント基板上では、導体の配線パターンが機器ごとに異なるために、高周波ノイズの発生量を正確に予測しにくいという問題がある。そのため、プリント基板上の高速伝送用の電気配線では、差動伝送配線を構成するのが一般的である。

差動伝送配線では、往路の導体と復路の導体が近接して配置され、かつ、往路の導体と復路の導体の形状が対称にされている。これにより、差動伝送配線では、往路の導体と復路の導体によって発生する高周波ノイズを互いにキャンセルすることができる。したがって、差動伝送配線では、ノイズ電磁界の発生量を小さくすることができる。その際、差動伝送配線の特性インピーダンスを長手方向に一定にするためには、往路の導体と復路の導体の近くに、幅広なグランド導体を１本以上配置することが必要である。したがって、プリント基板上の差動信号配線では、１種類の差動信号を送信するために、少なくとも、１本以上の往路導体、１本以上の復路導体、１本以上のグランド導体からなる３本以上の導体が必要になる。

差動信号伝送用ケーブルは、異なるプリント基板に設けられた差動信号配線を互いに接続するために用いられている。従来の差動信号伝送用ケーブルは、プリント基板上の差動信号配線を構成する往路導体、復路導体、グランド導体を互いに接続していた。このため、従来の差動信号伝送用ケーブルでは、１種類の差動信号を送信するために、少なくとも、１本以上の往路導体、１本以上の復路導体、１本以上のグランド導体からなる３本以上の導体が使われていた。

図７、８に、従来の差動信号伝送用ケーブルの構造、および、差動信号伝送用ケーブルとプリント基板の接続構造の例を示す。

図７の差動信号伝送用ケーブル１０２は、２本の信号線導体１２１と、グランド導体の役割を果たす１層のシールド導体１２２と１本のドレイン線１２３により構成されている。２本の信号線導体１２１は、プリント基板１０３上に形成された２本の信号導体１３３に接続され、ドレイン線１２３は、１本のグランド導体１３４に接続されている。差動信号伝送用ケーブル１０２では、シールド導体１２２とドレイン線１２３が電気的に接続されている場合には、グランド導体の本数は１本、シールド導体１２２とドレイン線１２３が適切に電気的に接続されていない場合には、グランド導体の本数は２本である。したがって、図７の例では、ケーブルを構成する導体の本数は、３本ないし４本である。

図８の差動信号伝送用ケーブル２０２は、２本の信号線導体２２１と、グランド導体の役割を果たす１層のシールド導体２２２により構成されている。２本の信号線導体２２１は、プリント基板２０３上に形成された２本の信号導体２３３に接続され、シールド導体２２２は、グランド導体２３４に接続されている。図８の例では、ケーブルを構成する導体の本数は３本である。

また、特許文献１に記載された差動信号伝送用ケーブルでは、２本の信号線導体と、グランド導体の役割を果たす２層のシールド導体を用いて差動信号伝送用ケーブルを構成している。特許文献１の差動信号伝送用ケーブルでは、２層あるシールド導体のうちの一方を電気的にどこにも接続しないことによって、差動信号の伝送損失を増加させずにペア内スキューを低減している。したがって、特許文献１の例では、ケーブルを構成する導体の本数は４本である。

このように、従来の差動信号伝送用ケーブルには、１種類の差動信号あたり３本以上の導体が使われていた。

特許第５２１４０５６号公報

しかし、近年のデータ伝送量の増加に伴って、１枚のプリント基板にできるだけ多くの差動信号伝送用ケーブルを接続したいという要求が高まってきている。そのためには、差動信号伝送用ケーブルの外径を、従来のケーブルよりも小さくする必要がある。ところが、差動信号伝送用ケーブルの外径を小さくするために、信号線導体の外径を小さくすると、信号線導体の電気抵抗が大きくなって、差動信号を伝送できる距離が小さくなってしまう問題がある。また、差動信号伝送用ケーブルの外径を小さくするために、信号線導体の外径を同一にして絶縁体の外径だけを小さくすると、差動信号の特性インピーダンスが最適値（１００Ω程度）から外れて、一定の周波数帯域を持つ差動信号を伝送できる距離が短くなってしまう問題がある。したがって、従来の差動信号伝送用ケーブルでは、差動信号伝送用ケーブルの外径を小さくしようとすると、信号の伝送速度または伝送距離が低下してしまうことが避けられないという問題があった。

そこで、本発明の目的は、差動信号の伝送速度と伝送距離を低下させることなく、従来よりもケーブルの外径を小さくすることができる差動伝送ケーブルモジュールを提供することにある。

この目的を達成するために創案された本発明は、電子機器間における差動信号の伝送に用いられる差動伝送ケーブルモジュールであって、１本の内部導体と、前記内部導体の外周を覆う誘電体と、前記誘電体の外周を覆う外部導体と、を備えたケーブルと、前記ケーブルの一端に設けられた送信側基板と、前記ケーブルの他端に設けられた受信側基板と、を備え、前記送信側基板は、前記電子機器に接続される２本の送信側信号導体と、前記電子機器に接続される送信側グランド導体と、前記２本の送信側信号導体と前記送信側グランド導体によって伝送される差動信号を前記内部導体と前記外部導体とで伝送される差動信号に変換する送信側信号変換部とを備え、前記受信側基板は、前記電子機器に接続される２本の受信側信号導体と、前記電子機器に接続される受信側グランド導体と、前記内部導体と前記外部導体とによって伝送される差動信号を前記２本の受信側信号導体と前記受信側グランド導体によって伝送される差動信号に変換する受信側信号変換部とを備え、前記ケーブルは、前記内部導体と前記外部導体とにより差動信号を伝送する差動伝送ケーブルモジュールである。

本発明の差動伝送ケーブルモジュールによれば、差動信号の伝送速度と伝送距離を低下させることなく、ケーブルの外径を小さくすることができる。

第１の実施の形態に係る差動伝送ケーブルモジュール１の全体図である。 第１の実施の形態における単芯同軸ケーブル２の径方向の断面図である。 第１の実施の形態に係る差動伝送ケーブルモジュール１と送信側電子機器５との電気的な接続構成を示す模式図である。 第１の実施の形態に係る送信側信号変換部３５を示す回路図である。 第１の実施の形態に係る受信側信号変換部４５を示す回路図である。 第２の実施の形態に係る送信側信号変換部６５を示す概略図である。 従来技術による差動信号伝送用ケーブルを示す斜視図である。 従来技術による差動信号伝送用ケーブルを示す斜視図である。

上述の課題を解決するために、ケーブル配線とプリント基板配線では、高周波ノイズの発生の仕方に大きな違いがあることに着目した。第一に、ケーブル配線では、配線パターンが自由に変更できないので、プリント基板配線と違って、高周波ノイズの発生経路が予測可能である。第二に、ケーブル配線において、往路導体を復路導体で覆った構造（又は復路導体を往路導体で覆った構造）にすれば、ケーブル配線の特性インピーダンスが周囲の環境によって変化してしまうことを抑制できる。したがって、ケーブル配線では、１本の往路導体と、その周囲に設けられた１本の復路導体によって高周波の伝送路を構成すれば、２本の導体だけで信号を伝送したとしても、高周波の耐ノイズ性能や特性インピーダンスの安定性が大きく損なわれてしまうことはない。また、復路導体は、グランド導体を兼ねることも可能である。グランド導体を兼ねることにより、さらに耐ノイズ性能や特性インピーダンスの安定性を高めることが可能である。

１本の往路導体とその周囲に設けられた１本の復路導体とによって構成されたケーブルとして、例えば、単芯の同軸ケーブルを用いることが可能である。単芯の同軸ケーブルを用いることで、導体の本数を少なくとも１本減らすことができ、さらに、差動信号の伝送速度と伝送距離の低下を抑制しつつ、従来の差動信号伝送用ケーブルよりも外径を小さくすることができる。

一方、差動信号を伝送するプリント基板配線は３本以上の導体によって構成されている。このため、プリント基板配線と、２本の導体からなるケーブル配線とは、そのままでは接続することができない。そこで、本発明では、３本以上の導体によって構成されたプリント基板配線と２本の導体からなるケーブル配線との間で差動信号を伝送できるように信号を変換する信号変換部を備えている。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

（第１の実施の形態）
図１に、本発明の第１の実施の形態に係る差動伝送ケーブルモジュール１の全体図を示す。差動伝送ケーブルモジュール１は、ケーブル２と、送信側基板３と、受信側基板４とを有する。

この差動伝送ケーブルモジュール１は、例えば、１０ＧＨｚ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、あるいは、それらの電子機器の内部にある電子回路間の接続のために用いられる。

送信側基板３と受信側基板４は、例えばＳＦＰ＋（Small Form-factor Pluggable＋）やＱＳＦＰ（Quad Small Form-Factor Pluggable）といった共通規格で規定されたコネクタの内部に配置することができる。差動伝送ケーブルモジュール１は、このようなコネクタを備えたダイレクトアタッチケーブルやアクティブカッパーケーブルを構成することができる。

また、差動伝送ケーブルモジュール１は、数ＧＨｚ以上の周波数の差動信号を用いる各種の映像機器とＰＣ，車載機器，医療機器，ゲーム機等の接続にも使用できる。ただし、これはあくまでも一例であって、本発明の差動伝送ケーブルモジュール１は、細径かつ広帯域な差動信号伝送用ケーブルが必要とされる用途に、一般的に使用できる。

本発明のケーブル２としては、単芯同軸ケーブルを好適に用いることができる。図２は、単芯同軸ケーブル２の径方向の断面図である。

単芯同軸ケーブル２は、１本の内部導体２１と、内部導体２１の外周を覆う誘電体２２と、誘電体２２の外周を覆う外部導体２３とを備えている。誘電体２２は、内部導体２１と外部導体２３との間を絶縁する。内部導体２１と外部導体２３は、単芯同軸ケーブル２の２本の導体を構成している。

往路電流が内部導体２１を流れるとき、復路電流は外部導体２３を流れる。このとき、外部導体２３は、内部導体２１に対するグランド導体の役割を果たす。したがって、外部導体２３は、単芯同軸ケーブル２の外部にあるノイズ電磁界が、単芯同軸ケーブル２の内部に侵入することを防止するシールド機能も持つ。

内部導体２１は、例えば、銅等の導体からなる単線であり、表面にメッキが施されていてもよい。また、単芯同軸ケーブル２に屈曲性が求められる場合には、内部導体２１は、複数の導線を撚って形成された撚線であってもよい。

外部導体２３は、例えば、誘電体２２の周囲に螺旋巻き又は縦添え巻きにより巻き付けられた銅箔テープである。銅箔テープは、プラスチックテープの表面に銅箔が形成された積層テープであってもよい。また、外部導体２３は、誘電体２２の表面にメッキされた銅薄膜であってもよい。

誘電体２２としては、例えば、ポリエチレン、発泡ポリエチレン、フッ素樹脂、発泡フッ素樹脂を用いることができる。誘電体２２の厚さは、単芯同軸ケーブル２を伝送する差動信号の特性インピーダンスが４５～１０５Ωの範囲になるように設定される。

単芯同軸ケーブル２は、１本の内部導体２１を芯線とする単芯の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、単芯同軸ケーブル２は、ケーブル配線を構成する導体が従来よりも少ない２本であり、また径も小さいため、従来の差動信号伝送用ケーブルよりも製造コストを小さくできる。

送信側基板３には、単芯同軸ケーブル２と接続される１本の第１ケーブル送信導体３１と少なくとも１本の第２ケーブル送信導体３２が形成されている。また、送信側基板３には、送信側電子機器５と接続される２本の送信側信号導体３３Ａ、３３Ｂと少なくとも１本の送信側グランド導体３４が形成されている。また、第１ケーブル送信導体３１及び第２ケーブル送信導体３２と、送信側信号導体３３Ａ、３３Ｂ及び送信側グランド導体３４との間には、送信側信号変換部３５が設けられている。送信側基板３の裏面には、基板グランド導体３６が形成されている。

同様に、受信側基板４には、単芯同軸ケーブル２と接続される１本の第１ケーブル受信導体４１と、少なくとも１本の第２ケーブル受信導体４２と、受信側電子機器６と接続される２本の受信側信号導体４３Ａ、４３Ｂと、少なくとも１本の受信側グランド導体４４が形成されている。また、第１ケーブル受信導体４１及び第２ケーブル受信導体４２と、受信側信号導体４３Ａ、４３Ｂ及び受信側グランド導体４４との間には、受信側信号変換部４５が設けられている。

差動信号の電磁界のエネルギーは、送信側信号導体（往路導体）３３Ａと送信側グランド導体３４の間、及び、送信側信号導体（復路導体）３３Ｂと送信側グランド導体３４の間の両方に存在する。このため、単純に、送信側信号導体３３Ａを単芯同軸ケーブル２の内部導体２１に接続し、送信側信号導体３３Ｂを単芯同軸ケーブル２の外部導体２３に接続するだけでは、送信側信号導体３３Ａ、３３Ｂと単芯同軸ケーブル２との接続部で電流と電圧の不平衡が生じるために、差動信号を単芯同軸ケーブル２に入力することはできない。同様に、単芯同軸ケーブル２の内部導体２１と外部導体２３を単純に受信側信号導体４３Ａ、４３Ｂに接続するだけでは、差動信号を単芯同軸ケーブル２から受信側基板４に入力することはできない。

そこで、本発明では、送信側信号導体３３Ａ、３３Ｂと送信側グランド導体３４によって伝送される差動信号を内部導体２１と外部導体２３とで伝送される差動信号に変換する送信側信号変換部３５と、内部導体２１と外部導体２３とによって伝送される差動信号を受信側信号導体４３Ａ、４３Ｂと受信側グランド導体４４によって伝送される差動信号に変換する受信側信号変換部４５とを備えている。

図３は、差動伝送ケーブルモジュール１と送信側電子機器５との電気的な接続構成を示す模式図である。単芯同軸ケーブル２は、送信側基板３を介して送信側電子機器５に接続される。

送信側電子機器５は、差動信号を送信するための送信ＩＣ（Integrated Circuit）５３と送信ＩＣ５３から送信された差動信号を伝送するための２本の信号導体５１及び少なくとも１本のグランド導体５２（本実施の形態では２本のグランド導体５２）とを備えている。信号導体５１とグランド導体５２は、接続部品５４を介して送信側基板３の送信側信号導体３３及び送信側グランド導体３４と接続されている。

送信ＩＣ５３は、２本の信号導体５１に、グランド導体５２を基準にした電圧が逆符号になるように電圧を印可する。このため、送信側電子機器５においては、１種類の差動信号を伝送するために、２本の信号導体５１と少なくとも１本のグランド導体５２が必要である。

送信ＩＣ５３から送信された差動信号は、接続部品５４を介して送信側基板３に伝送される。送信側基板３に設けられた送信側信号変換部３５は、２本の送信側信号導体３３と１本以上の送信側グランド導体３４によって供給される差動信号を受信する。送信側信号変換部３５は、２本の送信側信号導体３３と１本以上の送信側グランド導体３４によって伝送される差動信号を１本の内部導体２１と１本の外部導体２３とで伝送される差動信号に変換する。送信側信号変換部３５で変換され送信された差動信号は、第１ケーブル送信導体３１及び第２ケーブル送信導体３２を介して単芯同軸ケーブル２に伝送される。

また、差動伝送ケーブルモジュール１は、図示しない受信側電子機器に接続される。単芯同軸ケーブル２から受信側基板４に供給された差動信号は、受信側信号変換部４５によって、２本の受信側信号導体４３と１本以上の受信側グランド導体４４によって伝送される差動信号に変換される。変換された差動信号は、図示しない接続部品を介して受信側電子機器に伝送され、差動信号を受信するための受信ＩＣに伝送される。

図４は、第１の実施の形態に係る送信側信号変換部３５を示す回路図であり、図５は、受信側信号変換部４５を示す回路図である。

図４（ａ）に示した送信側信号変換部３５では、送信側電子機器５から供給された差動信号は、２本の送信側信号導体３３を通して、送信側グランド導体３４に対する電圧Ｖｐと電圧Ｖｎとして、受信回路３５Ａに供給される。本実施の形態では、受信回路３５Ａの２本の入力の送信側グランド導体３４に対する特性インピーダンスは５０Ωである。

２種類の電圧信号からなる差動信号は、増幅回路３５Ｂによって増幅された後、ドライバ回路３５Ｃに供給される。ドライバ回路３５Ｃは、差動信号の一方を第１ケーブル送信導体３１に電圧信号Ｖｓとして送信し、他方を負荷抵抗３５Ｄによって減衰させる。本実施の形態では、第１ケーブル送信導体３１の第２ケーブル送信導体３２に対する特性インピーダンスは５０Ωであり、負荷抵抗３５Ｄの抵抗値Ｚ_Dも５０Ωである。

第１ケーブル送信導体３１は、単芯同軸ケーブル２の内部導体２１に接続される。また、第２ケーブル送信導体３２は、単芯同軸ケーブル２の外部導体２３に接続される。ここで、第２ケーブル送信導体３２は、外部導体２３と接続される部分に送信側接続パッド３７を備えている。送信側接続パッド３７の幅は、単芯同軸ケーブル２の幅よりも大きいことが好ましい。これにより、第２ケーブル送信導体３２と外部導体２３との接続部において、電磁波の放射に起因する信号の損失を低減することが可能である。

図４（ｂ）に、送信側信号変換部３５の別な構成例を示す。図４（ｂ）の送信側信号変換部３５ｔでは、受信回路３５Ａからドライバ回路３５Ｃまでの構成は、図４（ａ）と同様であるが、ドライバ回路３５Ｃの差動出力がバッファ回路３５Ｅに供給される点で異なる。バッファ回路３５Ｅからは、第１ケーブル送信導体３１に信号が出力される。本実施の形態では、第１ケーブル送信導体３１と第２ケーブル送信導体３２の間の特性インピーダンスは５０Ωである。

第１ケーブル送信導体３１は、単芯同軸ケーブル２の内部導体２１に接続される。また、第２ケーブル送信導体３２は、単芯同軸ケーブル２の外部導体２３に接続される。送信側接続パッド３７の幅は、単芯同軸ケーブル２の幅よりも大きいことが好ましい。

次に、図５に示した受信側信号変換部４５について説明する。単芯同軸ケーブル２の内部導体２１は、第１ケーブル受信導体４１に接続され、外部導体２３は、第２ケーブル受信導体４２に接続される。第２ケーブル受信導体４２は、外部導体２３と接続される部分に受信側接続パッド４７を備えている。受信側接続パッド４７の幅は、単芯同軸ケーブル２の幅よりも大きいことが好ましい。これにより、第２ケーブル受信導体４２と外部導体２３との接続部において、電磁波の放射に起因する信号の損失を低減することが可能である。本実施の形態では、第１ケーブル受信導体４１と第２ケーブル受信導体４２の間の特性インピーダンスは５０Ωである。

第１ケーブル受信導体４１と第２ケーブル受信導体４２の間の電圧Ｖｓは、受信回路４５Ａの一方の入力に供給される。この際、受信回路４５Ａの他方の入力は、第２ケーブル受信導体４２にビアを介して接続される。受信回路４５Ａによって受信された信号は、増幅回路４５Ｂによって増幅され、ドライバ回路４５Ｃに供給される。ドライバ回路４５Ｃは、受信側グランド導体４４に対する電圧Ｖｐと電圧Ｖｎを、受信側電子機器６に向けて出力する。本実施の形態では、ドライバ回路４５Ｃの２本の出力の特性インピーダンスは５０Ωである。

なお、送信側信号変換部３５及び受信側信号変換部４５は、ＩＣで形成することが可能である。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る差動伝送ケーブルモジュールは、第１の実施の形態と同様に、単芯同軸ケーブル２と、送信側基板３と、受信側基板４（図示しない）とを有するが、信号変換部の構成が異なっている。第２の実施の形態では、送信側信号変換部３５と受信側信号変換部４５の一方または両方を、受動部品によって構成する。

図６は、第２の実施の形態に係る送信側信号変換部６５を示す概略図である。送信側信号変換部６５では、差動結合率を変換する結合率変換回路６６と、同相信号を遮断する同相遮断回路６７とが従属接続されている。

結合率変換回路６６は、互いの配置位置及び導体幅を変化することにより、差動信号のエネルギーを往路導体６３Ａと復路導体６３Ｂの間に集中させるものである。結合率変換回路６６は、６５Ａ～６５Ｃにより構成されている。結合率変換回路６６の初段（６５Ａ）は、左右方向に平行に配置された往路導体６３Ａ及び復路導体６３Ｂと、往路導体６３Ａ及び復路導体６３Ｂを上下から挟み込むように配置されたグランド導体６４とを備えている。送信側信号導体３３Ａは、往路導体６３Ａに接続され、送信側信号導体３３Ｂは、復路導体６３Ｂに接続され、送信側グランド導体３４は、グランド導体６４に接続される。

次に、差動信号の特性インピーダンスを一定に保ったまま、往路導体６３Ａと復路導体６３Ｂを上下方向に平行になるように配置して（６５Ｂ）、さらに、往路導体６３Ａの幅を小さく、復路導体６３Ｂの幅を大きくなるようにする（６５Ｃ）。それにより、差動信号の特性インピーダンスをおおむね一定に（例えば１００Ωに）保ったまま、同相信号の特性インピーダンスを低下させて、差動信号のエネルギーを２本の導体間（往路導体６３Ａと復路導体６３Ｂの間）に集中させる。

同相遮断回路６７は、６５Ｃと６５Ｄにより構成されている。同相遮断回路６７は、差動信号のエネルギーを往路導体６３Ａと復路導体６３Ｂの間に集中させた状態で、グランド導体６４を開放終端（断線）するように構成されている。すなわち、６５Ｃに示される状態から、往路導体６３Ａと復路導体６３Ｂの上下のグランド導体６４がケーブル２に向かってなくなるように構成されている（６５Ｄ）。プリント基板上の差動信号配線には、ノイズ源となる同相信号が存在している可能性があるが、同相遮断回路６７により、同相信号をグランド導体６４の開放終端する箇所で反射しつつ、差動信号を反射させずにケーブル２に入力することができる。

最後に、往路導体６３Ａと復路導体６３Ｂは、送信側信号変換部６５の表面に露出する（６５Ｅ）。往路導体６３Ａは、ケーブル２の内部導体２１に接続され、復路導体６３Ｂは、単芯同軸ケーブル２の外部導体２３に接続される。なお、第２の実施の形態では、単芯同軸ケーブル２の特性インピーダンスは１００Ω±１５Ωである。

なお、往路導体６３Ａと復路導体６３Ｂを逆にすることも可能である。ただし、結合率変換回路６６において、往路導体６３Ａと復路導体６３Ｂのうち幅が大きくなるように形成された方を単芯同軸ケーブル２の外部導体２３に接続するのが好ましい。

表１に、ケーブルの外径と単位長さあたり伝送損失の計算結果を示す。

（実施例１）
図２に示す単芯同軸ケーブル２の構造を有し、内部導体と外部導体が銅であり、誘電体が発泡ポリエチレンである。芯線径は、内部導体２１の外径である。
（実施例２）
図２に示す単芯同軸ケーブル２の構造を有し、内部導体と外部導体が銅であり、誘電体が発泡ポリエチレンである。芯線径は、内部導体２１の外径である。差動信号の特性インピーダンスが５０Ωとした。
（比較例）
図８に示す差動信号伝送用ケーブル２０２の構造を有し、信号線導体とシールド導体が銅であり、誘電体が発泡ポリエチレンである。芯線径は、各信号線導体の外径であり、長径は、２本の信号線導体の並び方向の外径であり、短径は、２本の信号線導体の並び方向に対して直角方向の外径である。

実施例１、実施例２及び比較例は、ケーブルの外径をほぼ同一にした。ケーブルの外径としては長径を用いている。これは、差動信号伝送用ケーブルのプリント基板への実装を想定した場合、実装密度にはケーブルの長径の大きさが影響するためである。

実施例１と比較例とを比較すると、実施例１の方が、芯線径が小さいにも関わらず導体損が小さくなっている。比較例では、ケーブルの断面において電磁界が２本の信号線導体間に集中するため、信号は２本の信号線導体の対向する表面を主に使って伝送される。これに対し、実施例１では、外部導体が内部導体を覆う構造を有しているため、ケーブル断面において電磁界が均一に分布する。このため、信号は、内部導体の表面全体を使って伝送される。したがって、実施例１の方が比較例よりも導体損が小さくなる。

また、実施例１と実施例２を比較すると、実施例２の方が実施例１よりも伝送損失が小さくなっている。これは、実施例２では特性インピーダンスを５０Ωにするために芯線径が実施例１よりも大きくなっていることにより、導体損が実施例１よりも小さくなっているためである。本発明では、信号変換部を備えることによって、信号変換部において差動信号の特性インピーダンスを１００Ωから５０Ωに変換することが可能である。これにより、特性インピーダンスが１００Ωよりも小さいケーブルを用いて差動信号を伝送することが可能である。

以上の計算結果から、実施例１と実施例２の両方ともに比較例よりも単位長さあたりの伝送損失が小さくなっていることが分かる。したがって、伝送損失を同一とした場合には、実施例１と実施例２の方が、比較例よりも外径を小さくできる。

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、差動伝送ケーブルモジュール１は、１本の内部導体２１と、内部導体２１の外周を覆う誘電体２２と、誘電体２２の外周を覆う外部導体と２３、を備えたケーブル２と、ケーブル２の一端に設けられた送信側基板３と、ケーブル２の他端に設けられた受信側基板４と、を備え、送信側基板３は、電子機器に接続される２本の送信側信号導体３３と、電子機器に接続される送信側グランド導体３４と、２本の送信側信号導体３３と送信側グランド導体３４によって伝送される差動信号を内部導体２１と外部導体２３とで伝送される差動信号に変換する送信側信号変換部３５とを備え、受信側基板４は、電子機器に接続される２本の受信側信号導体４３と、電子機器に接続される受信側グランド導体４４と、内部導体２１と外部導体２３とによって伝送される差動信号を２本の受信側信号導体４３と受信側グランド導体４４によって伝送される差動信号に変換する受信側信号変換部４５とを備えている。

これにより、本発明の差動伝送ケーブルモジュール１は、ケーブル２の２本の導体（内部導体２１と外部導体２３）により差動信号を伝送することが可能である。よって、本発明の差動伝送ケーブルモジュール１では、差動信号の伝送速度と伝送距離を低下させることなく、差動信号伝送用のケーブルの外径を小さくすることが可能である。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、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。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。

例えば、本発明の差動伝送ケーブルモジュールを２個用意して、送信側と受信側が逆になるようにして束ねて、差動信号を送受信可能な差動伝送ケーブルモジュールとすることが可能である。この際、一方の差動伝送ケーブルモジュールの送信側基板と他方の差動伝送ケーブルモジュールの受信側基板を一つのコネクタに配置することが可能である。さらに、送信側基板と受信側基板を同一のプリント基板で形成することが可能である。

また、上記のよう差動信号を送受信可能な差動伝送ケーブルモジュールを複数（例えば４個、８個など）束ねて、多チャンネルの差動信号を送受信可能な差動伝送ケーブルモジュールとすることも可能である。

１ 差動伝送ケーブルモジュール
２ ケーブル（単芯同軸ケーブル）
３ 送信側基板
４ 受信側基板
５ 送信側電子機器
６ 受信側電子機器
２１ 内部導体
２２ 誘電体
２３ 外部導体
３１ 第１ケーブル送信導体
３２ 第２ケーブル送信導体
３３ 送信側信号導体
３４ 送信側グランド導体
３５、３５ｔ 送信側信号変換部
３７ 送信側接続パッド
４１ 第１ケーブル受信導体
４２ 第２ケーブル受信導体
４３ 受信側信号導体
４４ 受信側グランド導体
４５ 受信側信号変換部
４７ 受信側接続パッド
６５ 送信側信号変換部

Claims (10)

1. 電子機器間における差動信号の伝送に用いられる差動伝送ケーブルモジュールであって、
   １本の内部導体と、前記内部導体の外周を覆う誘電体と、前記誘電体の外周を覆う外部導体と、を備えたケーブルと、
   前記ケーブルの一端に設けられた送信側基板と、
   前記ケーブルの他端に設けられた受信側基板と、
   を備え、
   前記送信側基板は、送信側電子機器に接続される２本の送信側信号導体と、前記送信側電子機器に接続される送信側グランド導体と、前記２本の送信側信号導体と前記送信側グランド導体によって伝送される差動信号を前記内部導体と前記外部導体とで伝送される差動信号に変換する送信側信号変換部とを備え、
   前記受信側基板は、受信側電子機器に接続される２本の受信側信号導体と、前記受信側電子機器に接続される受信側グランド導体と、前記内部導体と前記外部導体とによって伝送される差動信号を前記２本の受信側信号導体と前記受信側グランド導体によって伝送される差動信号に変換する受信側信号変換部とを備え、
   前記ケーブルは、前記内部導体と前記外部導体とにより差動信号を伝送し、
   前記送信側信号変換部は、前記２本の送信側信号導体に接続される往路導体及び復路導体を備え、
   前記往路導体及び復路導体は、互いの配置位置及び導体幅を変化することにより、差動信号のエネルギーを前記往路導体と前記復路導体の間に集中させる結合率変換回路を形成している、
   差動伝送ケーブルモジュール。
2. 前記送信側基板は、前記内部導体と接続される１本の第１ケーブル送信導体と、前記外部導体と接続される少なくとも１本の第２ケーブル送信導体と、を備え、
   前記送信側信号変換部は、前記送信側信号導体及び前記送信側グランド導体と前記第１ケーブル送信導体及び前記第２ケーブル送信導体との間に接続されている
   請求項１に記載の差動伝送ケーブルモジュール。
3. 前記第２ケーブル送信導体は、前記外部導体と接続される部分に送信側接続パッドを備え、
   前記送信側接続パッドの幅は、前記ケーブルの幅よりも大きい
   請求項２に記載の差動伝送ケーブルモジュール。
4. 前記受信側基板は、前記内部導体と接続される１本の第１ケーブル受信導体と、前記外部導体と接続される少なくとも１本の第２ケーブル受信導体と、を備え、
   前記受信側信号変換部は、前記第１ケーブル受信導体及び前記第２ケーブル受信導体と前記受信側信号導体及び前記受信側グランド導体との間に接続されている
   請求項１又は２に記載の差動伝送ケーブルモジュール。
5. 前記第２ケーブル受信導体は、前記外部導体と接続される部分に受信側接続パッドを備え、
   前記受信側接続パッドの幅は、前記ケーブルの幅よりも大きい
   請求項４に記載の差動伝送ケーブルモジュール。
6. 前記送信側信号変換部は、前記送信側グランド導体に接続されたグランド導体を開放終端することにより、同相信号を反射させる同相遮断回路を備えた、
   請求項１に記載の差動伝送ケーブルモジュール。
7. 前記送信側信号変換部は、前記送信側電子機器から入力された差動信号の特性インピーダンスを小さく変換して前記ケーブルへ出力する、
   請求項１～６のいずれか１項に記載の差動伝送ケーブルモジュール。
8. 前記受信側信号変換部は、前記ケーブルから入力された差動信号の特性インピーダンスを大きく変換して前記受信側電子機器へ出力する、
   請求項１～７のいずれか１項に記載の差動伝送ケーブルモジュール。
9. 前記ケーブルの差動信号の特性インピーダンスは、５０Ωである、
   請求項７又は８に記載の差動伝送ケーブルモジュール。
10. 前記ケーブルは、単芯の同軸ケーブルである、
    請求項１～９のいずれか１項に記載の差動伝送ケーブルモジュール。

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