KR20110127664A - 고속 차동 케이블 - Google Patents

Abstract

고속 차동 케이블(1)은 내부 도체(11)의 외주에 제 1 유전체층(12)을 설치한 신호선을 2심 평행 배치하고, 2심 신호선의 외주에 제 2 유전체층(13)을 설치하고, 제 2 유전체층의 외측으로서 2심 신호선의 양측 각각에 드레인선(14)을 신호선과 평행 배치하고, 제 2 유전체층 및 드레인선의 외주에 절연측을 외측으로 하고 도체측을 내측으로 한 외부 도체(15)를 세로를 따라 설치하고, 상기 외부 도체의 외주에 외피(16)를 설치하고, 드레인선이 배치되는 제 2 유전체층의 외주 부분에 적어도 드레인선의 원주의 일부가 감합가능한 드레인선용 홈부(17)를 형성한다. 이에 따라 신호선과 드레인선이 고정밀도로 대칭 배치 가능해지기 때문에 신호선의 2심의 전기적 밸런스를 양호에 할 수 있고, 우수한 전기적 특성 및 전송 특성을 얻을 수 있다. 또한, 외부 도체를 세로를 따라 설치했으므로 고주파수 영역에 있어서 감쇠량의 색킹 아웃의 발생을 방지할 수 있다.

Description

고속 차동 케이블{HIGH-SPEED DIFFERENTIAL CABLE}

본 발명은 2심의 신호선을 이용하여 신호의 차동 전송을 행하는 고속 차동 케이블에 관한 것이다.

종래, 데이터 전송이 고속 비트 레이트로 행하여질 경우에 이용되는 전송 선로로서 고속 차동 케이블이 있다. 이러한 고속 차동 케이블은 일본 특허 공개 제 2002-358841 호 공보에 나타나 있으며, 이 일본 특허 공개 제 2002-358841 호 공보에는 내부 도체의 외주에 절연체층(유전체층)을 설치하여 신호선으로 하고, 이 신호선을 2심 평행하게 나열하여 그들의 양 외측에 드레인선을 배치하고, 4심 플랫 구조를 유지하면서 알루미늄 폴리에스테르 테이프를 금속면 내측에서 세로를 따라 또는 나선으로 권회해서 외부 도체를 형성하고, 이 외부 도체의 외주에 외피를 설치한 구성의 고속 차동 케이블이 개시되어 있다. 이 고속 차동 케이블에 의하면 드레인선이 2심의 신호선의 양측에 배치된 4심 플랫 구조로 되어 있으므로 케이블의 굴곡성의 자유도가 높음과 아울러 어셈블리성도 양호하기 때문에 케이블의 취급성이 우수하고, 또한 신호선 2심 그라운드에 대한 전기적 평형도로부터 보면 양호한 전송 특성이 얻어져 이상적이지만, 실제로 이러한 4심 플랫 구조의 차동 케이블을 제조할 때 신호선의 양 외측에 배치되는 각 드레인선은 이들의 선을 연결하는 선상으로부터 벗어나서 이동되고, 신호선 및 드레인선이 평형이고 또한 플랫상으로 위치하는 것이 극히 곤란하였다. 그 결과, 선상으로부터 벗어나서 이동된 드레인선에 의해 전기적 밸런스가 무너져, 특성 임피던스 등의 전기적 특성이 열화된다는 문제점이 있었다. 또한, 외부 도체를 형성하기 위한 알루미늄 폴리에스테르 테이프를 나선 권회로 한 경우에는 고주파수 영역에 있어서 감쇠량의 급격한 저조[이른바, 색킹 아웃(sacking out)(드롭 아웃)]가 발생한다. 또한, 이 일본 특허 공개 2002-358841 호 공보에 개시되어 있는 고속 차동 케이블에서는 외부 도체는 완전 도체가 아니기 때문에 2심의 신호선간의 전위차가 있는 도체 전위가 외부 도체 상에 유도되어서 전위차가 발생하고, 이 결과 외부 도체 상에 전류가 흘러서 손실이 발생하므로 감쇠량이 크게 저하한다. 또한, 절연체층의 비유전율에 차이가 있을 때는 스큐(skew)가 커진다.

상술한 여러 가지의 문제를 해결하기 위해서 본 발명자는 예의, 연구, 개발을 계속한 결과 4심 플랫 구조에 의해 케이블의 취급성을 유지하고, 또한 고주파수 영역에 있어서의 감쇠량의 색킹 아웃의 발생을 방지하면서 주파수의 증가에 따른 감쇠량의 저하를 억제할 수 있고, 스큐를 작게 할 수 있고, 특성 임피던스 등의 열화를 억제할 수 있는 고속 차동 케이블의 구성을 발견하여 본 발명을 완성하는 것에 이른 것이다.

본 발명은 상기와 같은 과제에 감안한 것이며, 그 목적은 전송 특성이 우수하고, 또한 케이블의 취급성이 양호한 전기적 특성 및 전송 특성이 우수한 고속 차동 케이블을 제공하는 것에 있다.

상기 목적 달성을 위하여 본 발명의 고속 차동 케이블에서는 내부 도체의 외주에 제 1 유전체층을 설치한 신호선을 2심 평행하게 배치하고, 상기 2심의 신호선의 외주에 제 2 유전체층을 설치하고, 상기 제 2 유전체층의 외측으로서 상기 2심의 신호선의 양측 각각에 드레인선을 상기 신호선으로 평행해지도록 배치하고, 상기 제 2 유전체층 및 상기 드레인선의 외주에 절연측을 외측으로 하고 도체측을 내측으로 한 외부 도체를 세로를 따라 설치하고, 상기 외부 도체의 외주에 외피를 설치하고, 상기 드레인선이 배치되는 상기 제 2 유전체층의 외주 부분에 적어도 상기 드레인선의 원주의 일부가 감합가능한 드레인선용 홈부를 형성한 것을 특징으로 하고 있다.

이에 따라 신호선과 드레인선을 고정밀도로 대칭 배치하는 것이 가능해지기 때문에 신호선의 2심의 전기적 밸런스를 양호한 것으로 할 수 있고, 우수한 전기적 특성 및 전송 특성을 얻을 수 있다. 또한, 외부 도체를 세로를 따라 설치했으므로 고주파수 영역에 있어서 감쇠량의 색킹 아웃의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 제 2 유전체층에 의해 2심의 신호선이 덮여져 외부 도체층 내측의 도체측에 드레인선이 접촉하게 되므로 2심의 신호선간의 전위차가 있는 도체 전위는 외부 도체 상에 유도되지 않고, 이 결과 외부 도체 상에 발생하는 전류를 억제하여 손실을 적게 할 수 있고 감쇠량의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 한 쌍의 내부 도체의 결합도를 높일 수 있고, 스큐를 작게 할 수 있다. 또한, 드레인선은 2심의 신호선의 양측에 배치되는 것이기 때문에 케이블의 취급성이 우수하여 배선 작업의 효율을 높일 수 있다.

또한, 상기 드레인선용 홈부는 감합된 상기 드레인선이 상기 2심의 신호선의 중심축을 연결하는 선의 연장선 상에 중심축이 위치하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 이에 따라 신호선과 드레인선을 더욱 고정밀하게 대칭 배치하는 것이 가능해지기 때문에 신호선의 2심의 전기적 밸런스를 더욱 양호하게 할 수 있고, 우수한 전기적 특성 및 전송 특성을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 고속 차동 케이블의 축과 직교하는 방향의 도면이다.
도 2는 실시예 및 비교예의 고속 차동 케이블의 주파수와 감쇠량의 관계를 나타낸 도면이다.

이하에 설명하는 실시형태는 특허청구의 범위에 의한 발명을 한정하는 것이 아니고, 또한 실시형태 중에 설명되어 있는 특징의 조합 모두가 본 발명의 성립에 필수적이다라고는 할 수 없다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 고속 차동 케이블의 축과 직교하는 방향의 도면이다. 이 고속 차동 케이블(1)은 중심 도체(11)(내부 도체)의 외주에 제 1 유전체층(12)이 형성된 신호선(10)을 2심 평행하게 배치하고, 2심의 신호선(10)의 외주에 제 2 유전체층(13)을 형성한다. 이 제 2 유전체층(13)을 형성할 때 제 2 유전체층(13)의 외측으로서 2심의 신호선(10)의 양측에 적어도 드레인선(14)의 원주의 일부가 감합가능한 드레인선용 홈부(17)를 형성한다. 이 드레인선용 홈부(17)는 감합된 드레인선(14)이 2심의 신호선(10)의 중심축(10C)을 연결하는 선(L)의 연장선 상에 중심축(14C)이 위치하도록 형성된다. 이 드레인선용 홈부(17)에 드레인선(14)을 평행 배치하고, 제 2 유전체층(13) 및 드레인선(14)의 외주에 후술하는 실드층(15)의 절연측을 외측으로 하고 도체측을 내측으로 한 실드층(외부 도체층)(15)을 형성한다. 그리고, 실드층(15)의 외주에 재킷(외피)(16)을 형성한 구성으로 되어 있다.

중심 도체(11)는 예컨대 은도금 연동선이 사용가능하다. 제 1 유전체층(12)에는, 예컨대 다공질 폴리테트라플루오르에틸렌(EPTFE), 발포의 테트라플루오르에틸렌헥사플루오르프로필렌 공중합체(FEP) 등의 불소 수지가 사용가능하다. 제 2 유전체층(13)에는 예컨대 발포의 FEP 등의 불소 수지가 사용가능하다. 드레인선(14)에는 예컨대 은도금 연동선이 사용가능하다. 실드층(15)에는 ALPET, 즉 알루미늄박과 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 접착층으로서 폴리염화비닐(PVC)을 통하여 적층하여 테이프상으로 형성한 금속화 테이프가 사용가능하다. 실드층(15)은 도체측인 알루미늄의 면(15b)이 제 2 유전체층(13) 및 드레인선(14)과 접촉하는 실시형태로 제 2 유전체층(13) 및 드레인선(14)을 포위하도록 외주에 세로를 따라[이른바, 시가렛(cigarette) 권회] 설치된다. 재킷(16)에는 예컨대 폴리에스테르(PE)가 사용가능하다.

이러한 구성의 고속 차동 케이블(1)은 이하의 순서에 의해 제작된다. 우선, 1개의 중심 도체(11)의 외주에 EPTFE의 테이프를 권회해서 제 1 유전체층(12)을 형성한 단선의 신호선(10)을 제작한다. 물론, 이 제 1 유전체층(12)은 압출기(미도시)를 이용하여 유전체를 압출 형성해도 좋다. 이어서, 2개의 신호선(10)을 제 1 유전체층(12)이 축방향으로 접촉하도록 평행하게 배치하고, 2심의 신호선(10)의 제 1 유전체층(12)의 외주를 포위하도록 압출기를 이용해서 유전체를 압출 피복하여 드레인선용 홈부(17)를 갖는 제 2 유전체층(13)을 형성한다. 그리고, 드레인선용 홈부(17)에 드레인선(14)을 배치하고, 제 2 유전체층(13) 및 드레인선(14)의 외주를 포위하도록 금속화 테이프를 PET 면(15a)을 외측으로 하고 알루미늄면(15b)을 내측으로 하여 세로를 따라 권회해서(시가렛 권회) 실드층(15)을 형성한다. 마지막으로 실드층(15)의 외주에 절연 테이프를 권회하거나 또는 실드층(15)의 외주에 압출기를 이용해서 절연체를 압출 피복하여 재킷(16)을 형성한다. 이상에 의해, 고속 차동 케이블(1)이 완성된다.

상기와 같은 구성의 고속 차동 케이블(1)에 의하면 신호선(10)과 드레인선(14)을 고정밀하게 대칭 배치하는 것이 가능해지기 때문에 신호선(10)의 2심의 전기적 밸런스를 양호한 것으로 할 수 있고, 우수한 전기적 특성 및 전송 특성을 얻을 수 있다. 또한, 실드층(15)을 세로를 따라 설치하였으므로, 고주파수 영역에 있어서 감쇠량의 색킹 아웃의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 제 2 유전체층(13)에 의해 2심의 신호선(10)이 덮여져 실드층(15) 내측의 알루미늄면(15b)에 드레인선(14)이 접촉하게 된다. 이 때문에 2심의 신호선(10)간의 전위차가 있는 도체 전위는 실드층(15) 상에 유도되지 않으므로 실드층(15) 상에 발생하는 전류를 억제하여 손실을 적게 할 수 있고, 감쇠량의 저하를 억제할 수 있다. 또한 쌍의 중심 도체(11)의 결합도를 높일 수 있고, 스큐를 작게 할 수 있다. 또한, 드레인선(14)이 2심의 신호선(10)의 양측에 배치되어 있기 때문에 케이블의 굴곡성의 자유도가 높음과 아울러 어셈블리성도 양호하기 때문에 케이블의 취급성이 우수하여 배선 작업의 효율을 높일 수 있다.

이어서, 실시예 1,2로서 본 실시형태의 고속 차동 케이블(1) 및 비교예로서 종래의 고속 차동 케이블을 제작하고, 그들의 감쇠량 및 스큐를 측정했으므로 이들의 측정 결과에 대해서 도 2를 참조하여 설명한다. 여기서, 측정에 사용된 실시예 1의 고속 차동 케이블(1)은 하기와 같이 하여 제작되어 있다. 중심 도체(11)로서 외경 0.511㎜의 은도금 연동선을 준비하고, 이 중심 도체(11)의 외주에 외경 0.9㎜가 되도록 다공질 PTFE의 테이프를 권회해서 제 1 유전체층(12)을 형성하여 신호선(10)으로 한다. 2개의 신호선(10)을 제 1 유전체층(12)이 축방향으로 접촉하도록 평행하게 배치하고, 2개의 신호선(10)의 제 1 유전체층(12)의 외주를 포위하도록, 두께 0.45㎜가 되도록 발포의 FEP를 피복하여 제 2 유전체층(13)을 형성한다.

그리고, 드레인선용 홈부(17)에 외경 0.254㎜의 은도금 연동선을 드레인선(14)으로서 평행 배치하고, 제 2 유전체층(13) 및 드레인선(14)의 외주를 포위하도록 두께 10㎛의 알루미늄박과 두께 12㎛의 PET를 두께 2∼3㎛의 PVC(접착층)를 통하여 적층하여 이루어지는 ALPET를 알루미늄면(15b)이 밀착하도록 세로를 따라 권회해서 실드층(15)을 형성한다. 마지막으로, 실드층(15)의 외주를 포위하도록 두께 0.008㎜의 PE 테이프를 권회해서 재킷(16)을 형성한다. 또한, 측정에 사용된 실시예 2의 고속 차동 케이블(1)은 실시예 1의 고속 차동 케이블(1)과 비교하여 제 1 유전체층(12)이 발포의 FEP로 형성되고, 제 2 유전체층(13)의 두께가 0.5㎜로 형성되어 있는 점을 제외하고 동일 구성으로 되어 있다.

한편, 측정에 사용된 비교예의 고속 차동 케이블은 하기와 같이 하여 제작되어 있다. 중심 도체로서 외경 0.511㎜의 은도금 연동선을 준비하고 이 중심 도체의 외주에 외경 1.25㎜가 되도록 다공질 PTFE 테이프를 권회해서 유전체층을 형성하여 신호선으로 한다. 2개의 신호선을 유전체층이 축방향으로 접촉하도록 평행하게 배치하고, 2개의 신호선의 유전체층의 외주를 포위하도록 두께 10㎛의 알루미늄박과 두께 12㎛의 PET를 두께 2∼3㎛의 PVC(접착층)를 통하여 적층하여 이루어지는 ALPET를 PET 면이 밀착하도록 나선상으로 권회해서(이른바, 나선 권회) 실드층을 형성한다. 실드층의 외측으로서 신호선의 일측에 외경 0.254㎜의 은도금 연동선을 드레인선으로서 평행 배치하고, 마지막으로 실드층 및 드레인선의 외주를 포위하도록, 두께 0.05㎜가 되도록 FEP을 피복하여 재킷를 형성한다.

도 2는 실시예 1,2의 고속 차동 케이블(1) 및 비교예의 고속 차동 케이블에 대하여 주파수(㎓)를 0∼20㎓까지 변화시켰을 때의 감쇠량(㏈㏈/m)의 변화를 나타낸 도면이다. 도 2로부터 명확한 바와 같이, 비교예의 고속 차동 케이블에서는 주파수가 11∼16㎓에 걸쳐서 색킹 아웃이 발생하고 있는 것에 대해 실시예 1, 2의 고속 차동 케이블(1)에서는 색킹 아웃의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 예컨대 주파수가 1.0㎓, 2.0㎓, 3.125㎓, 5.0㎓, 6.0㎓일 때 비교예의 고속 차동 케이블의 감쇠량은 0.757㏈/m, 1.001㏈/m, 1.221㏈/m, 1.653㏈/m, 1.845㏈/m인 것에 대해서 실시예 1의 고속 차동 케이블(1)의 감쇠량은 0.603㏈/m, 0.732㏈/m, 0.887㏈/m, 1.164㏈/m, 1.311㏈/m, 실시예 2의 고속 차동 케이블(1)의 감쇠량은 0.586㏈/m, 0.758㏈/m, 0.967㏈/m, 1.262㏈/m, 1.389㏈/m이 되어 비교예의 고속 차동 케이블의 감쇠량과 비교하여 실시예 1,2의 고속 차동 케이블(1)의 감쇠량의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 비교예의 고속 차동 케이블의 스큐가 9.0㎰/10m이었던 것에 대해서 실시예 1의 고속 차동 케이블(1)의 스큐는 2㎰/10m로 작게 할 수 있다.

<산업상의 이용 가능성>

본 발명의 고속 차동 케이블은 고속 비트 레이트로 장거리의 데이터 전송을 행하는 기기, 예컨대 컴퓨터, 계산기, 휴대 전화 등의 전자 기기에 적용가능하며, 또한 자동차, 비행기 등의 제어 회로에도 적용가능하다.

Claims (2)

1. 내부 도체의 외주에 제 1 유전체층을 설치한 신호선을 2심 평행하게 배치하고, 상기 2심의 신호선의 외주에 제 2 유전체층을 설치하고, 상기 제 2 유전체층의 외측으로서 상기 2심의 신호선의 양측 각각에 드레인선을 상기 신호선과 평행하게 되도록 배치하고, 상기 제 2 유전체층 및 상기 드레인선의 외주에 절연측을 외측으로 하고 도체측을 내측으로 한 외부 도체를 세로를 따라 설치하고, 상기 외부 도체의 외주에 외피를 설치하고, 상기 드레인선이 배치되는 상기 제 2 유전체층의 외주 부분에 적어도 상기 드레인선의 원주의 일부가 감합가능한 드레인선용 홈부를 형성한 것을 특징으로 하는 고속 차동 케이블.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 드레인선용 홈부는 감합된 상기 드레인선이 상기 2심의 신호선의 중심축을 연결하는 선의 연장선 상에 중심축이 위치하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고속 차동 케이블.

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