JP7327139B2

JP7327139B2 - コネクタ

Info

Publication number: JP7327139B2
Application number: JP2019226611A
Authority: JP
Inventors: 啓雄五十嵐; 康誌齋藤; 由浩今西; 太郎樋口; 峰日登吉田; 紗弥佳関口; みゆき野尻; 宏之本多
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2023-08-16
Anticipated expiration: 2039-12-16
Also published as: JP2021096932A

Description

本発明は、コネクタに関する。

車両に搭載される車載機器等においては、機器間で大量のデータを通信したいという要請がある。また、車載機器等においては、外来妨害電波に対する耐性を高めることを目的として、同軸ケーブルやシールド付きツイストペアケーブルが用いられる。特許文献１には、複数の同軸ケーブルの端部に設けられたプラグコネクタと、基板側に設けられたレセプタクルコネクタとを有する接続用コネクタが記載されている。プラグコネクタと、レセプタクルコネクタとが接続されて、複数の同軸ケーブルは、基板側の配線と電気的に接続される。

特開２０１１－７６８１１号公報

レセプタクルコネクタは、例えば基板に設けられた配線パターン等の制約を受けやすい。レセプタクルコネクタ内に設けられた信号導体は、基板側の配線パターンと、プラグコネクタの信号ピンとを接続するために、屈曲部を有して形成される場合がある。このような屈曲部では、電磁界分布の乱れによりコモンモードノイズが発生する可能性がある。

本発明は、レセプタクルで発生するコモンモードノイズを抑制することが可能なコネクタを提供することを目的とする。

本発明の一側面のコネクタは、第１信号線と、前記第１信号線の周囲を被覆する第１シールドと、を有する第１シールド線と、第２信号線と、前記第２信号線の周囲を被覆する第２シールドと、を有する第２シールド線と、前記第１シールド線及び前記第２シールド線と接続されるプラグと、第１コイルと、第２コイルとを有し、前記プラグに内蔵されるコモンモードチョークコイルと、屈曲部を有する信号ピンと、グランドに接続される金属シェルとを有し、前記プラグに接続されるレセプタクルと、を備え、前記第１コイルの一端は前記第１シールドに接続され、前記第１コイルの他端は前記金属シェルに接続され、前記第２コイルの一端は前記第２シールドに接続され、前記第２コイルの他端は前記金属シェルに接続される。

本発明の一側面のコネクタは、第１シールド線及び第２シールド線と、基板とを接続するコネクタであって、前記第１シールド線及び前記第２シールド線と接続されるプラグと、第１コイルと、第２コイルとを有し、前記プラグに内蔵されるコモンモードチョークコイルと、屈曲部を有する信号ピンと、グランドに接続される金属シェルとを有し、前記プラグに接続されるレセプタクルと、を備え、前記第１コイルの一端は、前記第１シールド線の第１シールドに接続され、前記第１コイルの他端は前記金属シェルに接続され、前記第２コイルの一端は、前記第２シールド線の第２シールドに接続され、前記第２コイルの他端は前記金属シェルに接続される。

本発明のコネクタによれば、レセプタクルで発生するコモンモードノイズを抑制することが可能である。

図１は、第１実施形態に係るコネクタの構成を示す模式図である。図２は、第１実施形態に係るコネクタの構成を模式的に示す断面図である。図３は、第１実施形態に係るコモンモードチョークコイルの動作を説明するための説明図である。図４は、第２実施形態に係るコネクタの構成を示す模式図である。図５は、第２実施形態に係るコネクタの構成を模式的に示す断面図である。

以下に、本発明のコネクタの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。各実施の形態は例示であり、異なる実施の形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもない。第２実施形態以降では第１実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るコネクタの構成を示す模式図である。図１に示すように、コネクタ１は、ケーブル２と、プラグコネクタ５０と、レセプタクルコネクタ５１と、コモンモードチョークコイル２０と、を有する。

ケーブル２は、第１シールド線１０－１と、第２シールド線１０－２と、を有する。なお、以下の説明では、第１シールド線１０－１と、第２シールド線１０－２とを区別して説明する必要がない場合には、単にシールド線１０と表す場合がある。

第１シールド線１０－１は、第１信号線１１と、第１信号線１１の周囲を被覆する第１シールド１５と、を有する。第２シールド線１０－２は、第２信号線１２と、第２信号線１２の周囲を被覆する第２シールド１６と、を有する。２つのシールド線１０のそれぞれが、外部の電子機器１００との間で信号の伝送を行う。第１シールド線１０－１及び第２シールド線１０－２は、それぞれ同軸ケーブルである。

なお、本実施形態では、説明を分かりやすくするために、２本の第１シールド線１０－１及び第２シールド線１０－２がプラグコネクタ５０に接続されている構成を説明するが、これに限定されない。コネクタ１は、１つのプラグコネクタ５０に３本以上の多数のシールド線１０が束ねて接続されて、ワイヤハーネスとして形成されてもよい。また、本実施形態のコネクタ１は、例えば、車載機器用差動伝送技術の一つであるＰＣＩ－ｅｘｐｒｅｓｓに採用されてもよい。ＰＣＩ－ｅｘｐｒｅｓｓにおいては、４本のシールド線１０が、１つのプラグコネクタ５０に接続される。

プラグコネクタ５０は、内部導体として設けられる複数のプラグ信号ピン５６、５７及びプラググランドピン５８と、これら内部導体の周囲を被覆するシェル５９と、を有する。プラグコネクタ５０は、第１シールド線１０－１及び第２シールド線１０－２と接続される。すなわち、第１信号線１１は、プラグ信号ピン５６と電気的に接続され、第２信号線１２は、プラグ信号ピン５７と電気的に接続される。また、第１シールド１５及び第２シールド１６は、プラグコネクタ５０に内蔵されたコモンモードチョークコイル２０を介して、プラググランドピン５８と電気的に接続される。

レセプタクルコネクタ５１は、内部導体として設けられる複数のレセプタクル信号ピン５２、５４及びレセプタクルグランドピン５３と、これら内部導体の周囲を被覆する金属シェル５５と、を有する。レセプタクルコネクタ５１は、基板３０に実装され、プラグコネクタ５０と接続される。これにより、レセプタクルコネクタ５１の複数のレセプタクル信号ピン５２、５４と、プラグコネクタ５０の複数のプラグ信号ピン５６、５７とが、それぞれ電気的に接続される。また、レセプタクルコネクタ５１のレセプタクルグランドピン５３と、プラグコネクタ５０のプラググランドピン５８とが電気的に接続される。

レセプタクルグランドピン５３は、接続部５５ａで金属シェル５５と電気的に接続される。レセプタクルグランドピン５３は、任意の箇所で金属シェル５５と接続されていればよく、１箇所に限らず複数箇所で金属シェル５５と接続されてもよい。また、複数のレセプタクル信号ピン５２、５４及び複数のプラグ信号ピン５６、５７は、金属シェル５５と非接触である。金属シェル５５は、ＩＣ４０のグランド端子ＧＮＤあるいは基板３０に設けられた基板グランド３１（図２参照）を介して、一定の基準電位に接続される。

基板３０には、基板グランド３１と、ＩＣ（Integrated Circuit）４０と、が設けられる。基板３０は、平板状の絶縁性基板であり、例えばガラスエポキシ等のプリント基板、あるいは、アルミナ基板等のセラミックス基板、あるいは、ポリイミド等のフレキシブル基板である。

ＩＣ４０は、基板３０に実装される。ＩＣ４０は、シールド線１０ごとに設けられた複数の信号源４３、４５と、グランド端子４４と、を有する。第１信号線１１は、プラグ信号ピン５６及びレセプタクル信号ピン５２を介して、ＩＣ４０の信号源４３に接続される。第２信号線１２は、プラグ信号ピン５７及びレセプタクル信号ピン５４を介して、ＩＣ４０の信号源４５に接続される。また、プラグコネクタ５０のプラググランドピン５８は、レセプタクルコネクタ５１のレセプタクルグランドピン５３を介してＩＣ４０のグランド端子４４に接続される。

コモンモードチョークコイル２０は、プラグコネクタ５０に内蔵され、第１コイル２１と、第２コイル２２とを有する。つまり、プラグコネクタ５０のシェル５９が、コモンモードチョークコイル２０の周囲を覆う。１対のシールド線１０（第１シールド線１０－１及び第２シールド線１０－２）に対して１つのコモンモードチョークコイル２０が設けられる。例えば、ｎ本（ｎは偶数）のシールド線１０がプラグコネクタ５０に接続されている場合には、（ｎ／２）個のコモンモードチョークコイル２０がプラグコネクタ５０に内蔵される。

第１コイル２１の一端は第１シールド１５に接続され、第１コイル２１の他端は、プラググランドピン５８を介して金属シェル５５に接続される。第２コイル２２の一端は第２シールド１６に接続され、第２コイル２２の他端はプラググランドピン５８を介して金属シェル５５に接続される。

図２は、第１実施形態に係るコネクタの構成を模式的に示す断面図である。図２に示すように、レセプタクルコネクタ５１は、基板３０の表面と平行な面で、基板３０に実装される。また、レセプタクルコネクタ５１は、基板３０の表面と交差する面で、プラグコネクタ５０と接続される。プラグコネクタ５０に接続された第１シールド線１０－１及び第２シールド線１０－２は、基板３０の表面と平行な方向に延在する。複数のレセプタクル信号ピン５２、５４は、金属シェル５５に設けられた開口５５ｂ、５５ｃを介して、プラグコネクタ５０のプラグ信号ピン５６、５７と電気的に接続される。

複数のレセプタクル信号ピン５２、５４及びレセプタクルグランドピン５３は、基板３０の内層あるいは表層に設けられた配線パターンを介してＩＣ４０と電気的に接続される。また、レセプタクルグランドピン５３及び金属シェル５５は、基板グランド３１に接続されていてもよい。基板グランド３１は、例えば、基板３０に設けられた導電層で形成される。

複数のレセプタクル信号ピン５２、５４及びレセプタクルグランドピン５３には、屈曲部ＢＰが形成される。具体的には、複数のレセプタクル信号ピン５２、５４及びレセプタクルグランドピン５３は、それぞれ、基板３０の表面に垂直な方向に延在する部分と、基板３０の表面に平行な方向に延在する部分とが接続されて屈曲部ＢＰを形成する。複数のレセプタクル信号ピン５２、５４及びレセプタクルグランドピン５３に伝導される信号により、屈曲部ＢＰでノイズが発生する可能性がある。

本実施形態では、プラグコネクタ５０にコモンモードチョークコイル２０が設けられているので、屈曲部ＢＰで発生するコモンモードノイズが、シールド線１０に伝わることを抑制することができる。

図３は、第１実施形態に係るコモンモードチョークコイルの動作を説明するための説明図である。図３に示すように、第１コイル２１及び第２コイル２２は、コア２３に互いに逆方向に巻かれている。

第１コイル２１の他端及び第２コイル２２の他端に、矢印Ｃ１、Ｃ２で示すように、同方向のコモンモード電流が流れると、第１コイル２１及び第２コイル２２でそれぞれ磁界が発生する。第１コイル２１及び第２コイル２２でそれぞれ発生する磁界は互いに強め合う。コモンモードチョークコイル２０は、高インピーダンスとなり、フィルタとして機能する。

本実施形態では、コモンモードチョークコイル２０は、プラグコネクタ５０に内蔵される。すなわち、コモンモードチョークコイル２０は、レセプタクルコネクタ５１と、複数のシールド線１０との間に設けられる。これにより、レセプタクルコネクタ５１の屈曲部ＢＰでコモンモードノイズが発生した場合であっても、コモンモードノイズがレセプタクルコネクタ５１からシールド線１０の第１シールド１５及び第２シールド１６に伝わることを抑制することができる。この結果、コネクタ１は、コモンモードノイズによるシールド線１０からのノイズの放射を抑制することができる。

また、２つのシールド線１０に対して１つのコモンモードチョークコイル２０を実装すればよい。このため、シールド線１０ごとにコモンモードチョークコイル２０を設ける構成に比べて、ノイズ対策部品の数を抑制することができる。この結果、部品点数削減によるプラグコネクタ５０の小型化及びコストダウンを実現することができる。

なお、第１実施形態及び変形例に示した構成は、あくまで一例であり適宜変更することができる。例えば、図３では、コモンモードチョークコイル２０のコア２３はリング状であるが、理解を容易にするために例示したものであり、これに限定されない。コア２３は、例えば、Ｉ型やＥ型のコアであってもよい。Ｉ型やＥ型のコモンモードチョークコイル２０の場合、リング型とは異なり、第１コイル２１及び第２コイル２２は、同じ方向に２本束ねて巻かれる構造となる。また、コモンモードチョークコイル２０は、積層型であってもよい。また、レセプタクルコネクタ５１は、基板３０の表面と垂直な方向でプラグコネクタ５０と接続されてもよい。この場合、複数のシールド線１０は基板３０の表面と垂直な方向に延在してもよい。この場合であっても、プラグコネクタ５０のプラグ信号ピン５６、５７等の配置ピッチと、基板３０の配線パターンの配置ピッチとの整合をとるために、レセプタクルコネクタ５１のレセプタクル信号ピン５２、５４等には屈曲部ＢＰが形成される。

以上説明したように、本実施形態のコネクタ１は、第１シールド線１０－１と、第２シールド線１０－２と、プラグ（プラグコネクタ５０）と、コモンモードチョークコイル２０と、レセプタクル（レセプタクルコネクタ５１）と、を備える。第１シールド線１０－１は、第１信号線１１と、第１信号線１１の周囲を被覆する第１シールド１５と、を有する。第２シールド線１０－２は、第２信号線１２と、第２信号線１２の周囲を被覆する第２シールド１６と、を有する。プラグは、第１シールド線１０－１及び第２シールド線１０－２と接続される。コモンモードチョークコイル２０は、第１コイル２１と、第２コイル２２とを有し、プラグに内蔵される。レセプタクルは、屈曲部ＢＰを有するレセプタクル信号ピン５２、５４と、グランドに接続される金属シェル５５とを有し、プラグに接続される。第１コイル２１の一端は第１シールド１５に接続され、第１コイル２１の他端は金属シェル５５に接続される。第２コイル２２の一端は第２シールド１６に接続され、第２コイル２２の他端は金属シェル５５に接続される。

これによれば、レセプタクルコネクタ５１の屈曲部ＢＰにノイズが発生した場合であっても、コモンモードノイズがレセプタクルコネクタ５１からシールド線１０に伝わることを抑制することができる。したがって、コネクタ１は、コモンモードノイズによるノイズの放射を抑制することができる。

また、２つのシールド線１０に対して１つのコモンモードチョークコイル２０が設けられるので、シールド線１０ごとに基板グランド３１との間にコモンモードチョークコイル２０を設ける構成に比べて、ノイズ対策部品の数を抑制することができる。したがって、コネクタ１によれば、ノイズ対策部品の数を抑制しつつ、外部ノイズがシールド線１０に伝わることを抑制することが可能である。

また、コネクタ１において、レセプタクルは、複数の信号源４３、４５及び基板グランド３１が設けられた基板３０に接続される。

これによれば、レセプタクルコネクタ５１は、複数の信号源４３、４５からの信号を、第１シールド線１０－１の第１信号線１１及び第２シールド線１０－２の第２信号線１２にそれぞれ伝送できる。また、金属シェル５５と基板グランド３１とを接続することで、金属シェル５５に一定の基準電位を供給できる。

また、コネクタ１において、第１シールド線１０－１及び第２シールド線１０－２は、それぞれ同軸ケーブルである。

これによれば、第１シールド線１０－１及び第２シールド線１０－２は、ノイズ耐性を高めることができる。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係るコネクタの構成を示す模式図である。図５は、第２実施形態に係るコネクタの構成を模式的に示す断面図である。第２実施形態では、第１実施形態とは異なり、第１シールド線１０Ａ－１及び第２シールド線１０Ａ－２が、それぞれツイストペアで形成される構成について説明する。なお、以下の説明では、第１シールド線１０Ａ－１と、第２シールド線１０Ａ－２とを区別して説明する必要がない場合には、単にシールド線１０Ａと表す場合がある。

図４に示すように、第１シールド線１０Ａ－１は、１対の第１信号線１１ａ、１１ｂと、１対の第１信号線１１ａ、１１ｂを被覆する第１シールド１５と、を有する。第２シールド線１０Ａ－２は、１対の第２信号線１２ａ、１２ｂと、１対の第２信号線１２ａ、１２ｂを被覆する第２シールド１６と、を有する。

第１信号線１１ａ、１１ｂ及び第２信号線１２ａ、１２ｂは、それぞれツイストペア線として形成される。これにより、各シールド線１０Ａはノイズの放射を抑制することができる。

プラグコネクタ５０には、プラグ信号ピン５６ａ、５６ｂ、５７ａ、５７ｂが設けられる。プラグ信号ピン５６ａ、５６ｂ、５７ａ、５７ｂは、それぞれ、第１信号線１１ａ、１１ｂ及び第２信号線１２ａ、１２ｂと接続される。

同様に、レセプタクルコネクタ５１には、複数のレセプタクル信号ピン５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂが設けられている。複数のレセプタクル信号ピン５２ａ、５２ｂは、それぞれ、プラグコネクタ５０のプラグ信号ピン５６ａ、５６ｂを介して、第１信号線１１ａ、１１ｂと電気的に接続される。複数のレセプタクル信号ピン５４ａ、５４ｂは、それぞれ、プラグコネクタ５０のプラグ信号ピン５７ａ、５７ｂを介して、第２信号線１２ａ、１２ｂと電気的に接続される。また、複数のレセプタクル信号ピン５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂは、それぞれＩＣ４０の信号源４３ａ、４３ｂ、４５ａ、４５ｂに電気的に接続される。

なお、コモンモードチョークコイル２０と、シールド線１０Ａ及び金属シェル５５との接続構造は、上述した第１実施形態と同様である。

図５に示すように、複数のレセプタクル信号ピン５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂ及びレセプタクルグランドピン５３には、屈曲部ＢＰが形成される。本実施形態では、上述した第１実施形態に比べて、レセプタクル信号ピン５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂの数が増加し、レセプタクルコネクタ５１の構成が複雑になる。この結果、屈曲部ＢＰにおいてノイズが発生する可能性が高くなる。この場合であっても、レセプタクルコネクタ５１と、複数のシールド線１０Ａとの間にコモンモードチョークコイル２０が設けられるので、コモンモードノイズがレセプタクルコネクタ５１からシールド線１０Ａの第１シールド１５及び第２シールド１６に伝わることを抑制することができる。この結果、コネクタ１Ａは、コモンモードノイズによるノイズの放射を抑制することができる。

なお、上記した実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

１、１Ａコネクタ
２ケーブル
１０、１０Ａシールド線
１０－１、１０Ａ－１第１シールド線
１０－２、１０Ａ－２第２シールド線
１１、１１ａ、１１ｂ第１信号線
１２、１２ａ、１２ｂ第２信号線
１５第１シールド
１６第２シールド
２０コモンモードチョークコイル
２１第１コイル
２２第２コイル
３０基板
３１基板グランド
４０ＩＣ
４３、４３ａ、４３ｂ、４５、４５ａ、４５ｂ信号源
４４グランド端子
５０プラグコネクタ（プラグ）
５１レセプタクルコネクタ（レセプタクル）
５２、５２ａ、５２ｂ、５４、５４ａ、５４ｂレセプタクル信号ピン（信号ピン）
５６、５６ａ、５６ｂ、５７、５７ａ、５７ｂプラグ信号ピン
５３レセプタクルグランドピン
５８プラググランドピン
５５金属シェル
５９シェル

Claims

第１信号線と、前記第１信号線の周囲を被覆する第１シールドと、を有する第１シールド線と、
第２信号線と、前記第２信号線の周囲を被覆する第２シールドと、を有する第２シールド線と、
前記第１シールド線及び前記第２シールド線と接続されるプラグと、
第１コイルと、第２コイルとを有し、前記プラグに内蔵されるコモンモードチョークコイルと、
屈曲部を有する信号ピンと、グランドに接続される金属シェルとを有し、前記プラグに接続されるレセプタクルと、を備え、
前記第１コイルの一端は前記第１シールドに接続され、前記第１コイルの他端は前記金属シェルに接続され、
前記第２コイルの一端は前記第２シールドに接続され、前記第２コイルの他端は前記金属シェルに接続される
コネクタ。
請求項１に記載のコネクタであって、
前記レセプタクルは、複数の信号源及び基板グランドが設けられた基板に接続される
コネクタ。
請求項１又は請求項２に記載のコネクタであって、
前記第１シールド線は、１対の前記第１信号線を有し、前記第１シールドは、１対の前記第１信号線の周囲を被覆し、
前記第２シールド線は、１対の前記第２信号線を有し、前記第２シールドは、１対の前記第２信号線の周囲を被覆する
コネクタ。
請求項３に記載のコネクタであって、
１対の前記第１信号線及び１対の前記第２信号線は、それぞれ、ツイストペアである
コネクタ。
請求項１又は請求項２に記載のコネクタであって、
前記第１シールド線及び前記第２シールド線は、それぞれ同軸ケーブルである
コネクタ。
第１シールド線及び第２シールド線と、基板とを接続するコネクタであって、
前記第１シールド線及び前記第２シールド線と接続されるプラグと、
第１コイルと、第２コイルとを有し、前記プラグに内蔵されるコモンモードチョークコイルと、
屈曲部を有する信号ピンと、グランドに接続される金属シェルとを有し、前記プラグに接続されるレセプタクルと、を備え、
前記第１コイルの一端は、前記第１シールド線の第１シールドに接続され、前記第１コイルの他端は前記金属シェルに接続され、
前記第２コイルの一端は、前記第２シールド線の第２シールドに接続され、前記第２コイルの他端は前記金属シェルに接続される
コネクタ。