JPH09289479A - コネクタの伝送特性解析方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の課題は、コネクタのアース端子と信号
端子の位置を意識せず、コネクタを含む伝送回路の伝送
特性解析等を行う方法を提供することにある。 【解決手段】本発明は、コネクタの構造寸法を抽出する
工程１と、コネクタを信号伝送方向に垂直な断面で区分
し、コネクタ構造入力情報を作成する工程２と、断面構
造情報を基に、区分毎の電磁界解析を行い、線路定数
を、コネクタ端子間距離情報を変数にしてまとめ、線路
定数決定のための関係式もしくは表を作成する工程３
と、コネクタ端子間距離情報を、前記関係式に入力し、
区分ごとの線路定数を決定し、端子数情報及び区分間長
さ情報を基に、各区分毎の伝送回路を作成する工程４
と、区分された伝送回路の接続情報を使い、区分毎の伝
送回路を接続する工程５と、コネクタの伝送特性を解析
するための簡易回路を出力する工程６とからなることを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、信号伝送回路間の
接続に用いるコネクタを含む伝送回路の伝送特性解析等
を行う方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コネクタを含む伝送回路の伝送特性解析
は、高速信号伝送と高密度な実装を必要とする装置を実
現する場合に、設計段階で必要である。従来のコネクタ
の伝送特性の評価は、測定評価基板を作成し、実測によ
りコネクタごとの反射雑音量や誘導雑音量等を求め、結
果を外挿及び内挿し予想する事が主であった。解析によ
り伝送特性評価をする場合もあるが、その場合は、コネ
クタの特性解析評価回路は、信号端子を特性インピーダ
ンスの均一な並行線路が一個もしくは数個接続したもの
を用いて行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のコネクタの伝送
特性解析は、コネクタのアース端子と信号端子の位置を
前もって固定し、端子の位置をそれ以後任意に選択でき
ない方法であった。また、アース端子のインピーダンス
を無視し、ゼロオームと仮定する解析方法であった。さ
らに、コネクタの端子数が数端子の解析方法であった。

【０００４】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、コネクタのアース端子と信号端子の位置を意識せ
ず、また必要な端子数規模に合わせて各端子の線路定数
すべてを求め、コネクタを含む伝送回路の伝送特性解析
等を行うコネクタの伝送特性解析方法を提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のコネクタ伝送特性解析方法は、信号伝送回路
間の接続に用いるコネクタを含む伝送特性の解析方法で
あって、コネクタの構造寸法を抽出する工程１と、コネ
クタを信号伝送方向に垂直な断面で区分し、コネクタ構
造入力情報を作成する工程２と、前記作成したコネクタ
構造入力情報の断面構造情報を基に、区分ごとの電磁界
解析を行い、導出した線路定数または実測を行い導出を
した線路定数を、コネクタ構造入力情報のコネクタ端子
間距離情報を変数にしてまとめ、その結果を内挿、外挿
し、相関を求めることにより、線路定数決定のための関
係式もしくは表を作成する工程３と、コネクタ構造入力
情報のコネクタ端子間距離情報を、前記作成した関係式
に入力し、区分ごとの線路定数を決定し、決定された線
路定数と端子数情報および区分間長さ情報を基に、各区
分ごとの伝送回路を作成する工程４と、さらに区分され
た伝送回路の接続情報を使い、区分ごとの伝送回路を接
続する工程５と、コネクタの伝送特性を解析するための
簡易回路を作成する工程６とからなることを特徴とす
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態例を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態
例を示すフローチャートである。即ち、信号伝送回路間
の接続に用いるコネクタを含む伝送特性の解析方法であ
って、コネクタの構造寸法を抽出する工程１と、コネク
タを信号伝送方向に垂直な断面で区分する工程２によ
り、コネクタ構造入力情報１０を作成し、線路定数解析
と線路定数決定のための関係式もしくは表を作成する工
程３により、前記作成したコネクタ構造入力情報１０の
断面構造情報１１を基に、区分ごとの電磁界解析を行
い、導出した線路定数または実測を行い導出をした線路
定数を、コネクタ構造入力情報１０のコネクタ端子間距
離情報１２を変数にしてまとめ、その結果を内挿、外挿
し、相関を求めることにより、線路定数決定のための関
係式もしくは表を作成し、コネクタ構造入力情報１０の
コネクタ端子間距離情報１２を、前記作成した関係式に
入力し、区分ごとの線路定数を決定し、各区分ごとの伝
送回路を作成する工程４により、決定された線路定数と
端子数情報１３および区分間長さ情報１４を基に、各区
分ごとの伝送回路を作成し、さらに区分された伝送回路
の接続情報１５を使い、区分ごとの伝送回路を接続する
工程５により、区分ごとの伝送回路を接続し、コネクタ
の伝送特性を解析するための簡易回路を出力する工程６
とからなることを特徴とするコネクタ伝送特性解析方法
である。

【０００７】即ち、前記コネクタ構造入力情報１０は、
コネクタの構造寸法を抽出する工程１とコネクタを信号
伝送方向に垂直な断面で区分する工程２の中で作成す
る。コネクタ構造入力情報１０は、断面構造情報１１と
コネクタ端子間距離情報１２および、端子数情報１３、
区分間長さ情報１４、区分された伝送回路の接続情報１
５である。断面構造情報１１の区分方法は、誘電率の均
一な部分や構造の均一な部分等で区切ることを特徴とし
ている。

【０００８】上記したコネクタ構造入力情報１０の断面
構造情報１１を基に区分ごとの線路定数を解析する工程
３では、解析を行うに当たって必要な基準である理想的
なゼロ電位点をコネクタのアース端子にするのではな
く、無限遠点にあるとすることで、各端子間および端子
ごとの線路定数を求めることを特徴としている。さら
に、この工程３により作成した区分ごとの線路定数決定
関係式は、コネクタ構造入力情報１０のコネクタ端子間
距離情報１２を変数としているため、解析に必要である
端子数情報１３に対して、それぞれのコネクタ端子間距
離情報１２等を代入することで線路定数を求めることを
特徴としている。

【０００９】コネクタの特性解析評価回路は、コネクタ
構造入力情報１０である断面構造情報１１とコネクタ端
子間距離情報１２で決定しているため、３次元の解析に
比べて、比較的簡易に解析できる。

【００１０】区分ごとの線路定数決定関係式を用いてい
るため、伝送特性解析に必要なコネクタの端子数と位置
を自由に設定でき、その端子数規模に応じて線路定数を
求めることができる。

【００１１】また、区分ごとの伝送回路を接続する工程
５を用いて作成したコネクタの伝送特性を解析する簡易
回路は、コネクタの端子収容を作成段階で決定していな
い。従って、伝送特性を解析する伝送回路系に組み込む
際に端子収容を任意に決定することができる。同様に、
コネクタの特性解析に必要なすべての端子の特性インピ
ーダンスを考慮しているため、アース端子から受ける信
号伝送特性を解析できる。

【００１２】図２（ａ）、（ｂ）は、本発明に係るコネ
クタを含む伝送特性評価のための伝送回路測定系の一例
を示す構成図である。即ち、パルスジェネレータ３０か
ら出力された信号は、５０Ω系同軸ケーブル２６を通
り、プリント基板２１内の配線（５０Ω）２２を伝搬
し、コネクタ２０に入力される。さらに、信号はコネク
タ２０から出力され配線（５０Ω）２３を通り、５０Ω
の終端器２７で終端され、プリント基板２１のアース層
に流れ込む。信号が伝送される信号線２４に隣接する誘
導線２５には、コネクタ２０の伝送特性に含まれるコネ
クタ２０内で誘導された誘導雑音及びアース雑音等が現
れる。その結果は、誘導線２５に接続したオシロスコー
プ３１により観測できる。この結果の例が、図３の測定
点の実測波形である。この結果は、コネクタ２０の端子
収容や入力信号の波形形状、信号線の動作数等の違いで
異なる。２８は出力抵抗（５０Ω）、２９は入力抵抗
（５０Ω）、３２は測定点である。

【００１３】図４及び図５は、図１の作成したコネクタ
構造入力情報１０の一例であり、図４はコネクタを信号
伝送方向に平行な断面で表したコネクタ構造例、図５は
コネクタを信号伝送方向に垂直な断面で表した例であ
る。４０はケーブルコネクタピン部であり、図５（ａ）
に対応する。４１は打ち込みピン部であり、図５（ｂ）
に対応する。４３はリード部であり、図５（ｅ）に対応
する。４４は半田づけ部のＰＴＨであり、図５（ｆ）に
対応する。４５はプリント基板（バックプレーン）のパ
ッケージである。４６はプリント基板のパッケージであ
る。４７はモールドである。４８はコネクタモールド部
であり、図５（ｃ）、（ｄ）に対応する。これを基に、
抽出した垂直断面の構造寸法である断面構造情報１１
と、コネクタ端子の中心間距離であるコネクタ端子間距
離情報１２、端子数情報１３、区分した垂直断面間の距
離である区分間長さ情報１４、および区分された伝送回
路の接続情報１５を求める。

【００１４】図６は、本発明に係る線路定数決定のため
の関係式もしくは表の一例である。即ち、コネクタ構造
入力情報１０を基に電磁界解析を行い、それぞれ端子ご
との線路定数を求め、端子ごとの導出した線路定数の結
果の相関を取り求めた線路定数決定のための関係式であ
る。実測により関係式や表を求める場合には、図２の測
定系中のパルスジェネレータ３０を、インパルス波形を
入力し透過波の振幅に対する反射波の振幅の比である反
射係数を測定するＴＤＲ測定器に置き換えて、区分ごと
に端子の線路定数を実測で求め、それぞれ端子ごとの線
路定数の相関を取り、関係式を作成する。この関係式か
ら断面構造情報１１と端子数情報１３により各端子及び
端子間の線路定数である単位長さ当たりの抵抗、インダ
クタンス、キャパシタンス、コンダクタンス等を求め
る。また、区分ごとの伝送回路を作成する際、さらに精
度を向上させる場合には、端子ごとの区分間長さと、各
端子及び端子間の線路定数との相関関数を求め、定数に
重み付けをし、区分ごとの伝送回路の抵抗、インダクタ
ンス、キャパシタンス、コンダクタンスを決定する。

【００１５】図７〜図９は本発明に係るコネクタ伝送特
性を解析する簡易回路の一例を示し、図７はコネクタの
構造例、図８はコネクタ簡易回路、図９は解析のための
伝送回路例を示す。図中、図４および図５と同一部分は
同一符号を付してその説明を省略する。即ち、決定した
線路定数を基に、区分ごとの伝送回路５６を作成し、そ
れぞれの伝送回路を区分伝送回路接続情報１５を基に接
続することにより出力したコネクタ簡易回路例（図８）
である。図８のコネクタ簡易回路は、区分した伝送回路
の一例であり、ケーブルコネクタピン部４０、打ち込み
ピン部４１、コネクタモールド部４８、リード部４３、
半田付け部のＰＴＨ４４で区分した。区分した伝送回路
５６の入出力端子は、決定した端子数分ある。解析精度
向上のためには、区分した伝送回路内でもさらにいくつ
かの区分を行う。区分された一つの伝送回路５６は、図
９の解析のための伝送回路例に示すとおり、一つは、線
路定数Ｒ，Ｌ，Ｃを用いたラダー回路で表すことができ
る。また、端子位置や区間長さ当たりのＲ，Ｌ，Ｇ，Ｃ
のマトリックスで表すこともできる。その他にも、散乱
マトリックスで表す方法もある。

【００１６】図１０は、図８のコネクタの伝送特性を解
析する簡易回路を用いて伝送系の特性評価を行うために
必要な伝送回路評価系を作成した例である。即ち、コネ
クタ６０のアース端子６４は、バックプレーン６１及び
パッケージ６２のプリント基板のアース層の特性を表す
アース基板モデル７２に接続し、理想グランドへ接続す
る。信号端子６３は、両プリント基板上の配線である伝
送線路６５および６６にそれぞれ接続し、伝送線路６５
および６６のもう一方の端に終端抵抗６７、６９や信号
源等を接続し、アース基板モデル７２に接続する。端子
の開放端は、高抵抗７０や容量等を接続する。６８は出
力抵抗（５０Ω）であり、７１は測定点である。

【００１７】図１１及び図１２は、コネクタ伝送特性評
価結果を比較した図である。即ち、図１１の誘導雑音波
形の解析結果の比較例は、（ａ）の従来の解析方法で得
られた誘導線の雑音波形と、（ｂ）の本発明によって得
られた解析波形の比較である。（ａ）の従来の解析方法
で得られた結果に比べて、（ｂ）の本発明によって得ら
れた結果は、アース端子のインピーダンスの影響で波形
の不安定な特性を表すことができる。また、図１２の誘
導雑音量の実測結果と解析結果の比較例の傾向からも判
る通り、端子収容比に対する誘導雑音量は、測定結果８
４の傾向と本発明によって得られた解析結果８５の傾向
が一致している。

【００１８】以上の結果から明らかなように、従来の方
法に比べて、本発明によって得られたコネクタの伝送特
性を解析する簡易回路を用いることで、コネクタを含む
伝送回路の高精度な特性を解析できるという効果が得ら
れる。

【００１９】なお、本実施形態例では、端子構造が、ピ
ン型のコネクタを用いているが、エッジ型、ナイフ型等
あらゆる構造のコネクタについても同様の効果が得られ
る。さらに、光コネクタについても同様である。

【００２０】以上説明したように、本発明によって得ら
れたコネクタの伝送特性を解析する簡易回路を用いて伝
送特性を解析し、評価すればコネクタ解析回路作成時に
信号端子とアース端子の区別をすることなく、すべての
端子のインピーダンスを考慮し、さらに、線路定数決定
のための関係式もしくは表を用いることで任意に端子数
を設定できるため、装置の規模を問わず、また、シリア
ル伝送から任意のパラレル伝送までの伝送特性解析がで
きる。したがって、装置を設計する段階で必要な伝送回
路の雑音余裕条件を精度良く決定できるという効果があ
る。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、コネ
クタのアース端子と信号端子の位置を意識せず、また必
要な端子数規模に合わせて各端子の線路定数すべてを求
め、コネクタを含む伝送回路の伝送特性解析等を行うコ
ネクタの伝送特性解析方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態例を示すフローチャートで
ある。

【図２】本発明に係るコネクタを含む伝送特性評価のた
めの伝送回路測定系の一例を示す構成図である。

【図３】図２の測定点の実測波形である。

【図４】本発明に係るコネクタを信号伝送方向に平行な
断面で表したコネクタ構造例を示す構成図である。

【図５】本発明に係るコネクタを信号伝送方向に垂直な
断面で表した例の断面図である。

【図６】本発明に係る線路定数決定のための関係式もし
くは表の一例を示す特性図である。

【図７】本発明に係るコネクタの構造例を示す構成図で
ある。

【図８】本発明に係るコネクタ簡易回路例を示す構成図
である。

【図９】本発明に係る解析のための伝送回路例を示す構
成図である。

【図１０】本発明に係るコネクタ伝送特性解析評価系の
一例を示す構成図である。

【図１１】本発明に係る誘導雑音波形の解析結果の比較
例を示す特性図である。

【図１２】本発明に係る誘導雑音量の実測結果と解析結
果の比較例を示す特性図である。

【符号の説明】

１：コネクタの構造寸法抽出工程 ２：コネクタの垂直断面区分工程 ３：線路定数解析と線路定数決定関係式及び表作成工程 ４：伝送回路作成工程 ５：伝送回路接続工程 ６：コネクタ伝送特性解析回路出力工程 １０：コネクタ構造入力情報 １１：断面構造情報 １２：コネクタ端子間距離情報 １３：端子数情報 １４：区分間長さ情報 １５：区分伝送回路接続情報 ２０：コネクタ ２１：プリント基板 ２２：配線（５０Ω） ２３：配線（５０Ω） ２４：信号線 ２５：誘導線 ２６：同軸ケーブル（５０Ω） ２７：終端器（５０Ω） ２８：出力抵抗（５０Ω） ２９：入力抵抗（５０Ω） ３０：パルスジェネレータ ３１：オシロスコープ ３２：測定点 ４０：ケーブルコネクタピン部 ４１：打ち込みピン部 ４３：リード部 ４４：半田付け部のＰＴＨ ４５：プリント基板（バックプレーン） ４６：プリント基板（パッケージ） ４８：コネクタモールド部 ５６：伝送回路 ６０：コネクタ ６１：バックプレーン ６２：パッケージ ６３：信号端子 ６４：アース端子 ６５：伝送線路 ６６：伝送線路 ６７：終端抵抗（５０Ω） ６８：出力抵抗（５０Ω） ６９：終端抵抗（５０Ω） ７０：開放状態相当の高抵抗 ７１：測定点 ７２：アース基板のモデル ８４：測定結果 ８５：解析結果

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号伝送回路間の接続に用いるコネクタ
   を含む伝送特性の解析方法であって、 コネクタの構造寸法を抽出する工程１と、 コネクタを信号伝送方向に垂直な断面で区分し、コネク
   タ構造入力情報を作成する工程２と、 前記作成したコネクタ構造入力情報の断面構造情報を基
   に、区分ごとの電磁界解析を行い、導出した線路定数ま
   たは実測を行い導出をした線路定数を、コネクタ構造入
   力情報のコネクタ端子間距離情報を変数にしてまとめ、
   その結果を内挿、外挿し、相関を求めることにより、線
   路定数決定のための関係式もしくは表を作成する工程３
   と、 コネクタ構造入力情報のコネクタ端子間距離情報を、前
   記作成した関係式に入力し、区分ごとの線路定数を決定
   し、決定された線路定数と端子数情報および区分間長さ
   情報を基に、各区分ごとの伝送回路を作成する工程４
   と、 さらに区分された伝送回路の接続情報を使い、区分ごと
   の伝送回路を接続する工程５と、 コネクタの伝送特性を解析するための簡易回路を作成す
   る工程６とからなることを特徴とするコネクタ伝送特性
   解析方法。