差動信号伝送用ケーブル
【課題】スキューが低減され、特性インピーダンスがケーブル長手方向で変動せず、伝送損失が増加せず、安定に生産が可能な差動信号伝送用ケーブルを提供する。
【解決手段】平行に配置された２本の導線１０１、１０２がこれら２本の導線１０１、１０２の並び方向に対して直角な方向から２本の導線１０１、１０２を挟んで互いに対向する平坦部１０３を有する扁平な絶縁体１０４で一括被覆され、絶縁体１０４の外周に金属箔テープからなるシールド導体１０５が巻き付けられ、平坦部１０３の箇所でシールド導体１０５に接するようにドレイン線１０６が添えられ、ドレイン線１０６とシールド導体１０５がジャケット１０７により被覆された。
【解決手段】平行に配置された２本の導線１０１、１０２がこれら２本の導線１０１、１０２の並び方向に対して直角な方向から２本の導線１０１、１０２を挟んで互いに対向する平坦部１０３を有する扁平な絶縁体１０４で一括被覆され、絶縁体１０４の外周に金属箔テープからなるシールド導体１０５が巻き付けられ、平坦部１０３の箇所でシールド導体１０５に接するようにドレイン線１０６が添えられ、ドレイン線１０６とシールド導体１０５がジャケット１０７により被覆された。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１０Ｇｂｐｓ相当の高速デジタル信号を数ｍから数十ｍの距離間で伝送させる信号波形劣化の小さい差動信号伝送用ケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
数Ｇｂｐｓ以上の高速デジタル信号を扱うサーバ、ルータ及びストレージ関連機器において、機器間あるいは機器内の基板間の信号伝送には差動信号による伝送が用いられ、その伝送媒体として差動信号伝送用ケーブルが用いられている。
【０００３】
差動信号伝送とは、対をなす２本の導線により、位相が１８０度反転している２つの信号をそれぞれ伝送し、受信端側で前記２信号の差分を取り出すものである。
【０００４】
２つの導線に流れる電流は互いに逆方向を向いて流れるため伝送線路である差動信号伝送用ケーブルから放射される電磁波が小さく、また、外部から受けたノイズは２つの導線に等しく重畳するので受信端側で差分を取り出すことでノイズを相殺し、ノイズによる影響を除去することができる。これらの理由から、高速信号には差動信号伝送がよく使われている。
【０００５】
代表的な差動信号伝送用のケーブルには、導線を絶縁体で被覆した２本の絶縁電線を撚り合せて対にしたツイストペアケーブルがある。
【０００６】
ツイストペアケーブルは安価で平衡性に優れており、曲げも容易であるため、広く使われている。しかし、ツイストペアケーブルはグランドに相当する導体が無いため、近くに置かれた金属の影響を受け易く、特性インピーダンスが安定しない。ツイストペアケーブルは、数ＧＨｚの高周波領域では信号波形が崩れ易く、数Ｇｂｐｓ以上の高速信号伝送に使用することは困難である。
【０００７】
ツイストペアケーブルの外側にシールドを設けたシールド付きツイストペアケーブルはＬＡＮケーブルとしてすでに存在しており、シールドの効果により外来ノイズへの耐性は改善されている。しかし、ツイストペアケーブルは、２本の導体が対撚りされているため、信号の減衰が大きい。シールド付きツイストペアケーブルを用いるシステムでは、信号の減衰を補償するための信号処理にかかる電力が大きくなり（後述のツイナックスケーブルを用いた場合の６〜１０倍程度）、消費電力が大きい。
【０００８】
これに対し、２本の絶縁電線を撚らずに平行して並べ、これをシールド導体で覆ったツイナックスケーブルが広く用いられている。ツイナックスケーブルは、２本の絶縁電線が撚らずに平行に配置されているため、ツイストペアケーブルに比べ、２本の導線間の物理長の差が少ない。また、ツイナックスケーブルは、シールド導体が２本の絶縁電線を覆うように設けられているので、付近に金属を置いても特性インピーダンスが不安定になることがなく、ノイズ耐性が高い。
【０００９】
ツイナックスケーブルは、数Ｇｂｐｓ以上の高速信号伝送に用いられており、シールド導体として導体付きテープを用いたもの、編組線を用いたもの、シールド導体にドレイン線を付け合わせたものなどがある。
【００１０】
図１２に示されるように、従来のツイナックスケーブルは、信号用の導線１２０１、１２０４を絶縁体１２０２、１２０５で絶縁した２本の絶縁電線１２０３、１２０６に、ポリエチレンのテープにアルミニウム等を貼りつけた金属箔テープからなるシールド導体１２０７が巻き付けられている。シールド導体１２０７の接地がとれるよう、シールド導体１２０７と絶縁電線１２０３、１２０６との間にはドレイン線１２０８がシールド導体１２０７の導電面と接触するように縦添えされている。シールド導体１２０７の外側はジャケット１２０９で被覆され、ケーブル内部が保護されている。シールド導体１２０７は、シールド導体１２０７に接触しているドレイン線１２０８を介して図示しないプリント配線板に接続される。
【００１１】
図１３に示されるように、特許文献１のツイナックスケーブルは、図１２のツイナックスケーブルと同様に、導線１３０１、１３０４を絶縁体１３０２、１３０５で絶縁した２本の絶縁電線１３０３、１３０６にシールド導体１３０７が巻き付けられ、シールド導体１３０７と絶縁電線１３０３、１３０６との間にはドレイン線１３０８がシールド導体１３０７の導電面と接触するように縦添えされ、シールド導体１３０７はジャケット（図示せず）で被覆されている。ただし、ドレイン線１３０８の位置ずれを低減するため非円形形状のドレイン線１３０８が用いられている。これは、絶縁電線１３０３、１３０６とドレイン線１３０８の間に働く応力が分散されることで、絶縁体１３０２、１３０５のつぶれが抑制されることを期待したものである。
【００１２】
図１４に示されるように、特許文献２のツイナックスケーブルは、導線１４０１、１４０４が絶縁体１４０２で覆われ、絶縁体１４０２にドレイン線１４０８が縦添えされ、その外周にシールド導体１４０７が巻き付けられ、シールド導体１４０７はジャケット１４０９で被覆されている。ここでは、ドレイン線１４０８の位置ずれを解決するため、断面が瓢箪のような形状となる絶縁体１４０２を押出成型し、ドレイン線１４０８の食い込みを少なくしている。
【００１３】
また、図１４のツイナックスケーブルは、導線１４０１、１４０４が共通の絶縁体１４０２で覆われている。図１２のツイナックスケーブルでは２本の絶縁電線１２０３、１２０６において、導線１２０１、１２０４を覆う絶縁体１２０２、１２０５が存在するが、実際に２個の絶縁体１２０２、１２０５は同じタイミングではない製造工程でつくられる（例えば、ロットが異なる）ため、絶縁体１２０２、１２０５の誘電率は完全には等しくない。その点、図１４のツイナックスケーブルは、２本の導線を覆う絶縁体１４０２は同じタイミングで製造されるので、誘電率が等しい値になる。
【００１４】
図１５に示されるように、特許文献３のツイナックスケーブルは、導線１５０１、１５０４を絶縁体１５０２、１５０５で絶縁した２本の絶縁電線１５０３、１５０６にシールド導体１５０７が巻き付けられ、シールド導体１５０７の外側にドレイン線１５０８がシールド導体１５０７の導電面と接触するように縦添えされ、その外側がジャケット１５０９で被覆されている。ドレイン線１５０８は、一方の絶縁電線１５０３側に配置される。プリント配線板への接続時には、ドレイン線１５０８と導線１５０１、１５０４が一定の距離をもって平行に引き出されるため、接続作業性が良好である（図１６参照）。
【００１５】
図１６に示されるように、図１５のツイナックスケーブルをプリント配線板１６０６にはんだ接続した状態では、２本の導線１５０１、１５０４はそれぞれプリント配線板１６０６上の信号線パッド１６０４、１６０５に接続され、ドレイン線１５０８はＧＮＤパッド１６０３に接続されている。このときのプリント配線板１６０６上へのツイナックスケーブルの実装密度は、ツイナックスケーブルのジャケット１５０９の幅寸法Ｐ１に依存する。
【００１６】
図１７に示されるように、プリント配線板を用いた従来の伝送線路では、トランシーバＩＣ１７０１ａから送信された信号は配線パターン１７０９を通りコネクタ１７０７を介してバックプレーンボード１７０６に伝送される。バックプレーンボード１７０６からは、コネクタ１７０４を介して配線パターン１７０５を通り、受信端末であるトランシーバＩＣ１７０１ｂに信号が伝送される。ラインカード１７０３ａとラインカード１７０３ｂは、バックプレーンボード１７０６にコネクタ１７０７および１７０４に嵌合されて支持されている。
【００１７】
ノイズであるコモンモード成分を遮断するために、配線パターン１７０９および１７０５上に、コモンモードノイズフィルタ１７０８がそれぞれインラインで配置される。このコモンモードノイズフィルタ１７０８により、受信端末側に到達するコモンモード成分が遮断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００４−７９４３９号公報
【特許文献２】特開２００３−２９７１５４号公報
【特許文献３】特開２００２−２８９０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
従来のツイナックスケーブルには対内スキュー（２本の導線間で生じる信号伝搬時間の差；以下、単にスキューという）の問題がある。
【００２０】
図１２のツイナックスケーブルは、ドレイン線１２０８の周囲に空隙（空気）Ａが存在し、シールド導体１２０７が巻きつけられるときにドレイン線１２０８が押し付けられたり位置ずれを起こしたりし、絶縁体１２０２、１２０５がつぶれることにより、対をなす絶縁電線１２０３、１２０６が非対称な形状となる。絶縁電線１２０３、１２０６の形状が対内で非対称となった場合、対をなす導線１２０１、１２０４間で伝搬定数が異なることとなり、対内での減衰特性および位相特性が異なってくる。これが原因となってスキューが発生する。しかし、ツイナックスケーブルでは、数Ｇｂｐｓ以上の高速信号を伝送するためにはスキューを低減する必要がある。
【００２１】
スキューは、対をなす導線間で伝搬定数が異なることにより発生し、その直接的な原因として大きく３つの要因が考えられる。
【００２２】
要因（１）；対をなす導線の物理的な長さが違うこと。
【００２３】
要因（２）；絶縁体の誘電率そのものが対内で異なること。
【００２４】
要因（３）；絶縁体の形状が対内で非対称になることで対内の実効誘電率が非対称となること。
【００２５】
なお、ここで言う誘電率とは材料そのものが持つ誘電特性を示すパラメータのことを指し、一方、実効誘電率とは空間に漏れ出る電界の影響を加味して考えた実効的な誘電率のことを指す。電界が誘電体（図１２のツイナックスケーブルの場合は絶縁体１２０２、１２０５に相当、図１４のツイナックスケーブルの場合は絶縁体１４０２に相当）の内部だけに発生する場合は、誘電率を考慮すればよいが、実際のツイナックスケーブルでは誘電体の直近に空気が存在し、空気の部分にも電界は生じるためその影響が無視できなくなるので、実効誘電率を考慮する必要がある。例えば、誘電率が等しい２本の絶縁電線１２０３、１２０６を用意した場合でも、それらをペアにするケーブル構造や製造工程により２本の絶縁電線１２０３、１２０６に作用する影響が等しくない場合（非対称性が生じた場合）、２本の絶縁電線１２０３、１２０６がそれぞれ持つ実効誘電率は異なってくる。
【００２６】
上述の３つの要因に関して、図１３〜図１５のツイナックスケーブルを考察する。
【００２７】
図１３のツイナックスケーブルにおいては、絶縁電線１３０３、１３０６とドレイン線１３０８の間に働く応力を分散し絶縁体１３０２、１３０５のつぶれを抑制することで、対内に生じる絶縁体形状の非対称性を低減しているが、製造上の精度によってはドレイン線１３０８の位置が図示左右方向にずれ、２つの絶縁体１３０２、１３０５の間に働く力の関係が非対称となる。このため、絶縁電線１３０３、１３０６のつぶれ具合が完全に対称となることはなく、製造ばらつきに対して強固な構造ではない。
【００２８】
また、図１３のツイナックスケーブルにおいては、シールド導体１３０７の内側にドレイン線１３０８を配置していることから、ドレイン線１３０８と導線１３０１、１３０４間の電磁結合が強まり、絶縁体１３０２、１３０５内部の電界強度分布が不均一となる。導線１３０１、１３０４内部を流れる電流の密度分布は局所的に異なり、その結果、伝送損失（減衰量）が増大する。
【００２９】
図１４のツイナックスケーブルにおいては、２本の導線１４０１、１４０４が一つの絶縁体１４０２で一括被覆されるので、対内に生じる絶縁体の誘電率差が低減される。また、ドレイン線１４０８の位置が一意的に決まるためケーブルの特性インピーダンス値は安定する。しかし、図１３のツイナックスケーブルと同様に、シールド導体１４０７の内側にドレイン線１４０８が配置されているので、ドレイン線１４０８と導線１４０１、１４０４との間の電磁結合は局所的に強まり、絶縁体１４０２内部の電界強度分布が不均一となる。このため、導線１４０１、１４０４内部を流れる電流の密度分布が局所的に異なり、その結果、伝送損失（減衰量）が増大する。
【００３０】
図１５のツイナックスケーブルにおいては、ドレイン線１５０８がシールド導体１５０７の外側に配置されるので、伝送損失（減衰量）の増大を抑制できる。しかし、丸型のドレイン線１５０８を絶縁体１４０２の断面の円弧部分に沿うように配置させる必要があることから、ドレイン線１５０８の位置を安定した状態で製造することが難しい。その結果、ドレイン線１５０８の位置が安定しないことにより絶縁体１５０２がつぶれ、対をなす絶縁体１５０２、１５０５間で非対称性が発生しやすい。
【００３１】
また、図１５のツイナックスケーブルにおいては、ドレイン線１５０８の位置がずれた場合、空隙Ａを埋めるようにシールド導体１５０７が内側に折れ曲がって変形する。シールド導体１５０７が変形することにより、絶縁体１５０２、１５０５内部の電界強度分布が乱れ、伝送損失特性が不安定となる。シールド導体１５０７の変形度合を製造上で制御することは難しい。つまり、図１５のツイナックスケーブルは、製造上で対内に非対称性が生じやすい構造となっている。ドレイン線１５０８が逆側の絶縁電線１５０６側に位置した場合でも同じである。
【００３２】
以上のように、図１３〜図１５のツイナックスケーブルは、上述の３つの要因を改善するにあたり、製造ばらつきに対する安定性まで考慮されておらず、また、３つの要因すべてを同時には解決できない。加えて、伝送損失（減衰量）の増大に対しては有効な解決策が導かれていない。
【００３３】
また、従来のツイナックスケーブルをプリント配線板に接続するとき、図１６に示すように、対となる信号線パッド１６０４、１６０５と別の対となる信号線パッド１６０４、１６０５との間に、ドレイン線１５０８を接続するためのＧＮＤパッド１６０３を配置する必要があり、一方、ツイナックスケーブルの幅寸法Ｐ１はドレイン線１５０８の分だけ広くなる。プリント配線板１６０６上へのツイナックスケーブルの実装密度はツイナックスケーブルのジャケット１５０９の幅寸法Ｐ１に依存するので、実装密度を高めることができない。また、図１２のツイナックスケーブルのように、ドレイン線１２０８が導線１２０１、１２０４の中間に配置されていると、図１６のプリント配線板１６０６のＧＮＤパッド１６０３への接続は容易でない。
【００３４】
また、従来のツイナックスケーブルでは、伝送線路を構成するとき、図１７に示すようにコモンモードノイズフィルタ１７０８が不可欠である。
【００３５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、スキューが低減され、特性インピーダンスがケーブル長手方向で変動せず、伝送損失が増加せず、安定に生産が可能な差動信号伝送用ケーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
上記目的を達成するために本発明は、平行に配置された２本の導線が該２本の導線の並び方向に対して直角な方向から前記２本の導線を挟んで互いに対向する平坦部を有する扁平な絶縁体で一括被覆され、該絶縁体の外周に金属箔テープからなるシールド導体が巻き付けられ、前記平坦部の箇所で前記シールド導体に接するようにドレイン線が添えられ、該ドレイン線と前記シールド導体がジャケットにより被覆されたものである。
【００３７】
また、本発明は、平行に配置された２本の導線が該２本の導線の並び方向に対して直角な方向から前記２本の導線を挟んで互いに対向する平坦部を有する扁平な絶縁体で一括被覆され、該絶縁体の平坦部にドレイン線が添えられ、該ドレイン線に接するように前記絶縁体の外周に金属箔テープからなるシールド導体が巻き付けられ、該シールド導体がジャケットにより被覆されたものである。
【００３８】
前記ドレイン線は、平角導体線であってもよい。
【００３９】
前記ドレイン線は、平角導体線がフィルム基材に固着されたフレキシブルフラットケーブルであってもよい。
【００４０】
前記ドレイン線は、銅箔がフィルム基材に固着されたフレキシブルプリント配線板であってもよい。
【００４１】
前記２本の導線は、前記絶縁体の前記平坦部間の中心線上であって、前記絶縁体の前記導線の並び方向の両側間の中心線に対して対称な位置に配置されてもよい。
【００４２】
前記絶縁体の前記平坦部間の距離と前記絶縁体の前記導線の並び方向の両側間の距離との比が１：２であり、前記２本の導線間の距離が前記絶縁体の前記平坦部間の距離よりも小さくてもよい。
【００４３】
前記２本の導線と前記シールド導体との距離が前記２本の導線と前記ドレイン線との距離より大きくてもよい。
【００４４】
前記ドレイン線は、前記互いに対向する平坦部のそれぞれに設けられてもよい。
【００４５】
前記ドレイン線は、前記導線の並び方向の両側間の中心線上に中心が位置してもよい。
【発明の効果】
【００４６】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００４７】
（１）スキューが低減される。
【００４８】
（２）特性インピーダンスがケーブル長手方向で変動しない。
【００４９】
（３）伝送損失が増加しない。
【００５０】
（４）安定に生産が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第一の実施形態による差動信号伝送用ケーブルの断面図である。
【図２】図１の差動伝送用ケーブルにおいて好適条件を得るための寸法の定義を付記した断面図である。
【図３】図１の差動伝送用ケーブルより導線の直径Ｄを小さくし導線間の距離ｄを小さくした差動信号伝送用ケーブルの断面図である。
【図４】図３の差動伝送用ケーブルにおいて導線の導線間の距離ｄを変化させたときの差動モード減衰量とスキューのグラフである。
【図５】本発明の第二の実施形態による差動信号伝送用ケーブルの断面図である。
【図６】本発明の第三の実施形態による差動信号伝送用ケーブルの断面図である。
【図７】本発明の第四の実施形態による差動信号伝送用ケーブルの断面図である。
【図８】本発明の第五の実施形態による差動信号伝送用ケーブルの断面図である。
【図９】本発明による差動信号伝送用ケーブルをプリント配線板にはんだ接続した第一応用例を示す斜視図である。
【図１０】本発明による差動信号伝送用ケーブルをプリント配線板にはんだ接続した第二応用例を示す斜視図である。
【図１１】本発明による差動信号伝送用ケーブルを伝送線路に使用した応用例を示す斜視図である。
【図１２】従来のツイナックスケーブルの断面図である。
【図１３】従来のツイナックスケーブルの断面図である。
【図１４】従来のツイナックスケーブルの断面図である。
【図１５】従来のツイナックスケーブルの断面図である。
【図１６】従来のツイナックスケーブルをプリント配線板にはんだ接続した例を示す斜視図である。
【図１７】従来のプリント配線板を用いた伝送線路の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００５３】
図１に示されるように、本発明の第１実施形態による差動信号伝送用ケーブル１００は、平行に配置された２本の導線１０１、１０２がこれら２本の導線１０１、１０２の並び方向（図示左右方向）に対して直角な方向（図示上下方向）から２本の導線１０１、１０２を挟んで互いに対向する平坦部１０３を有する扁平な絶縁体１０４で一括被覆され、絶縁体１０４の外周に金属箔テープからなるシールド導体１０５が巻き付けられ、平坦部１０３の箇所でシールド導体１０５に接するようにドレイン線１０６が添えられ、ドレイン線１０６とシールド導体１０５がジャケット１０７により被覆されたものである。
【００５４】
差動信号伝送用ケーブル１００では、差動信号伝送のために対とされた２本の導線１０１、１０２が平行に配置される。導線１０１、１０２は、扁平な断面形状を持つ絶縁体１０４で一括被覆されている。断面形状は、導線１０１、１０２の並び方向に延びた直線形状と、導線１０１、１０２の並び方向の両側における半円形状とを合わせた長円形である。断面が直線形状の部分が平坦部１０３となる。導線１０１、１０２と絶縁体１０４は一括して押出成型される。
【００５５】
絶縁体１０４の材料には、誘電率および誘電正接の小さい材料が望ましく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフロロアルコキシ（ＰＦＡ）、ポリエチレン等が望ましい。また、誘電率および誘電正接を小さくするために、絶縁体１０４の材質として発泡性の絶縁樹脂を用いることもできる。発泡性の絶縁樹脂を用いる場合は、成型前に発泡剤を練りこみ、成型時の温度によって発泡度を制御する方法、窒素等のガスを成型圧力で注入しておき圧力解放時に発泡させる方法等がある。
【００５６】
絶縁体１０４の外側には金属箔テープからなるシールド導体１０５が巻きつけられている。シールド導体１０５が巻きつけられる部分、すなわち絶縁体１０４の表面には空隙を生じる凹凸がなく、シールド導体１０５は絶縁体１０４の表面に隙間なく巻きつけられる。シールド導体１０５に用いられる金属箔テープの金属材料としてはアルミニウムや銅などが望ましい。
【００５７】
シールド導体１０５の外面には、平角導体線１０８からなるドレイン線１０６がシールド導体１０５と接触するよう、差動信号伝送用ケーブル１００の長手方向（紙面奥行き方向）に沿って配置される。
【００５８】
差動信号伝送用ケーブル１００は、次のような効果を奏する。
【００５９】
差動信号伝送用ケーブル１００は、２本の導線１０１、１０２が平行に配置されているため、導線１０１、１０２の物理的な長さが等しい状態で製造が可能である。よって、要因（１）である対をなす導線の物理的な長さの違いが解消される。
【００６０】
差動信号伝送用ケーブル１００は、２本の導線１０１、１０２と絶縁体１０４が一括して押出成型される。これにより、導線１０１、１０２に関する絶縁体１０４の誘電率の差がないので、要因（２）である絶縁体の誘電率の対内での相違が解消される。
【００６１】
差動信号伝送用ケーブル１００では、シールド導体１０５が絶縁体１０４の外周に隙間なく巻きつけられている。すなわち、従来技術の空隙Ａが無い。このため、絶縁体１０４に多少の変形が生じたとしても空隙（空気；比誘電率１．０）の影響を受けることがなく、実効誘電率に大きな変化は見られなくなる。すなわち、実効誘電率の非対称性が生じにくくなる。
【００６２】
さらに、差動信号伝送用ケーブル１００は、平坦部１０３を有する扁平な絶縁体１０４の外周にシールド導体１０５が巻き付けられ、平坦部１０３の箇所でシールド導体１０５に接するようにドレイン線１０６が添えられる。このためシールド導体１０５より内側には空隙がなく、製造時やその後に形状が変形しにくくなる。
【００６３】
これらにより、要因（３）である絶縁体の形状が対内で非対称になることによる対内の実効誘電率の非対称が解消される。
【００６４】
以上のように、本発明の差動信号伝送用ケーブル１００は、先に述べた３つの要因を同時に解決することにより、スキューを低減することができる。これにより、本発明の差動信号伝送用ケーブル１００が応用される機器間及び機器内の高速信号伝送が可能となり、電子機器の性能が向上する。
【００６５】
また、差動信号伝送用ケーブル１００は、２本の導線１０１、１０２が平行に配置されているため、導線１０１、５０２の物理的な長さが等しい状態で製造が可能である。
【００６６】
また、差動信号伝送用ケーブル１００は、２本の導線１０１、１０２と絶縁体１０４が一括して押出成型されるため、絶縁体１０４の誘電率が対内で非対称になることなく絶縁体１０４を形成することが可能である。
【００６７】
また、差動信号伝送用ケーブル１００は、絶縁体１０４の断面形状が長円形であり、絶縁体１０４の内部には空隙を含まず、絶縁体１０４は全体にわたり同一の材料で均一に構成されている。仮に絶縁体１０４に外力が作用したとしても、空隙を含まず同一の材料で均一に構成されていることから、実効誘電率が対内で非対称となりにくい。
【００６８】
また、差動信号伝送用ケーブル１００は、２本の導線１０１、１０２と絶縁体１０４は一括して押出成型されるため、導線１０１、１０２間の距離および導線１０１、１０２とシールド導体１０５間の距離を安定に制御して製造できる。これにより、品質が均一化できる。
【００６９】
さらに、差動信号伝送用ケーブル１００にあっては、２本の導線１０１、１０２間の距離及び導線１０１、１０２とシールド導体１０５間の距離を制御できることにより、差動モードインピーダンスを変化させることなく、コモンモードインピーダンスだけを大きくできる。これについて以下詳しく述べる。
【００７０】
差動モードは導線１０１、１０２間に発生した電界が伝搬するモードであり、コモンモードは導線１０１、１０２とシールド導体間１０５に発生した電界が伝搬するモードである。差動モードは、２本の導線１０１、１０２間で決まるインピーダンスに従い伝搬し、コモンモードは、導線１０１、１０２とシールド導体１０５間で決まるインピーダンスに従い伝搬する。差動モードインピーダンスは２本の導線１０１、１０２間の距離によって決定され、コモンモードインピーダンスは２本の導線１０１、１０２とシールド導体１０５との間の距離によって決定される。したがって、本発明において、２本の導線１０１、１０２間の距離及び導線１０１、１０２とシールド導体１０５間の距離が安定に制御されるということは、差動モードインピーダンスとコモンモードインピーダンスの値をそれぞれ制御することが可能なことを意味する。
【００７１】
一般に、差動信号伝送用ケーブルを伝搬するモードを考えたとき、信号成分である差動モードとノイズ成分であるコモンモード間でエネルギーの変換現象が発生することが電気的な特性として観測できる。このときのエネルギー変換現象はモード変換と呼ばれ、それにかかわるエネルギー量はモード変換量と呼ばれている。差動信号伝送用ケーブル内部を伝搬するモードは、差動モードからコモンモードへ、あるいは逆にコモンモードから差動モードへの変換を繰り返しながら伝搬する。モード変換量が大きい場合、モード変換によって引き起こされる位相ずれが大きくなり、対内で位相特性の非対称が引き起こされることとなる。このときの位相ずれがスキューに大きな影響を与える。よって、モード変換量を小さくすることができれば、それによって生じる位相ずれは小さく、スキューも小さくなる。モード変換量すなわちスキューを低減するためには、信号である差動モード成分を減衰させることなく、スキュー発生の一要因であるコモンモード成分を十分に減衰させる必要がある。
【００７２】
これに関し、本発明の差動信号伝送用ケーブル１００では、以下の好適条件に従うことで、差動モードインピーダンスを変化させることなく、コモンモードインピーダンスだけを大きくできる。
【００７３】
ここで、図２に示されるように、差動信号伝送用ケーブル１００は、所望の特性を獲得するための好適条件を有する。好適条件は、絶縁体１０４の平坦部１０３間の距離（以下、絶縁体１０４の高さ寸法という）Ｈ、絶縁体１０４の導線１０１の並び方向の両側間の距離（以下、絶縁体１０４の幅寸法という）Ｗ、２本の導線１０１間の距離ｄ、導線１０１の直径Ｄを管理することで得られる。
【００７４】
図２に示すように、差動モードインピーダンスを所定の値（たいていの場合は差動信号伝送用ケーブルを使用するシステム側で決定しているインピーダンス）としつつコモンモードインピーダンスが大きくなるよう、導線１０１、１０２の直径Ｄと導線１０１、１０２間の距離ｄを決定する。これにより、差動モードインピーダンスを所定の値にしつつ、２本の導線１０１、１０２間の電磁結合状態を制御することができる。
【００７５】
２本の導線１０１、１０２間の距離ｄを小さくして導線１０１、１０２間の電磁結合を強めた場合、差動モードとコモンモード間のモード変換現象が発生し難くなる。つまり、差動モードとして差動信号伝送用ケーブル１００に入力されたエネルギーは、コモンモードに変換されることなく差動モードのまま伝搬する割合が高くなる。これにより、信号成分である差動モードが受ける位相ずれの影響は小さくなり、スキューが小さくなる。
【００７６】
また、２本の導線１０１、１０２は、そのいずれもが絶縁体１０４の高さ方向の中心線（絶縁体１０４の平坦部１０３間の中心線）Ｃ１上に位置し、かつ、導線１０１、１０２が絶縁体１０４の幅方向の中心線（導線１０１、１０２の並び方向の両側間の中心線）Ｃ２に対して互いに対称となる場所に位置するのが好ましい。つまり、絶縁体１０４の幅方向の中心線Ｃ２と導線１０１、１０２の間の距離は、導線１０１と導線１０２の間の距離ｄの半分（ｄ／２）である。これは、シールド導体１０５と導体１０１およびシールド導体１０５と導線１０２の間の距離が等しくなるために必要な条件となる。この条件を満たすことで、導線１０１、１０２の間で生じる実効誘電率の非対称をなくすことができる。
【００７７】
図３に示した差動信号伝送用ケーブル１００ａは、図２に示した差動信号伝送用ケーブル１００よりも、導線１０１、１０２の直径Ｄを小さくし、かつ、導線１０１、１０２間の距離ｄを小さくしたものである。
【００７８】
差動モードインピーダンスを所定の値としつつコモンモードインピーダンスを大きくするには、絶縁体１０４の高さ寸法Ｈと幅寸法Ｗの比を１：２とし（すなわちＷ＝２Ｈ）、２本の導線１０１、１０２間の距離ｄを絶縁体１０４の高さ寸法Ｈよりも小さくするのが好ましい。
【００７９】
ここで、従来のツイナックスケーブル（図１２）では、導線１２０１、１２０４と絶縁体１２０２、１２０５が同心円をなす位置に配置された２個の絶縁電線１２０３、１２０６が並べられている。このため、２個の絶縁電線１２０３、１２０６を並べた寸法は、高さ１に対して幅２となる。２個の導線１２０１、１２０４は、必然的に絶縁体１２０２、１２０５の直径寸法分は離れた場所に位置することになる。導線１２０１、１２０４間の結合を強めるためには、２個の導線１２０１、１２０４間の距離を小さくしつつ（言い換えると、絶縁体１２０２、１２０５の直径寸法よりも導線１２０１、１２０４間の距離を小さくしつつ）、シールド導体１２０７と導線１２０１、１２０４との距離を大きくすること（言い換えると、絶縁体１２０２、１２０５の半径寸法よりもシールド導体１２０７と導線１２０１、１２０４と間の距離を大きくすること）が必要となる。しかし、従来のツイナックスケーブルは絶縁電線１２０３、１２０６同士が接して並べられており、これ以上導線１２０１、１２０４間の距離を小さくすることができない。
【００８０】
これに対し、図３に示した差動信号伝送用ケーブル１００ａのように、導線１０１、１０２の直径Ｄを小さくし、かつ、導線１０１、１０２間の距離ｄを小さくした場合、導線１０１、１０２とシールド導体１０５との間の電磁結合状態は、絶縁体１０４の高さ方向に対しては図２の差動信号伝送用ケーブル１００と同程度となり、絶縁体１０４の幅方向に対しては差動信号伝送用ケーブル１００よりも弱くなる。つまり、差動信号伝送用ケーブル１００ａは、導線１０１、１０２とシールド導体１０５の間のインピーダンス（コモンモードインピーダンス）が大きくなる。
【００８１】
これを検証するため、図３に示した差動信号伝送用ケーブル１００ａにおいて、差動モードインピーダンスが１００Ωとなるよう、導線１０１、１０２の直径Ｄと導線１０１、１０２間の距離ｄが異なるものを数種類試作し、その特性を評価した。絶縁体１０４の高さ寸法Ｈは０．７４ｍｍとし、幅寸法Ｗは１．４８ｍｍとした。また、絶縁体１０４にはパーフロロアルコキシ（ＰＦＡ，比誘電率２．１）を用いた。伝送損失の評価には４ポートネットワークアナライザを用いた。また、スキューの評価には、立上り時間３５ｐｓのパルス信号を用いたＴＤＲ（Time Domain Reflectometry）測定器を用いた。表１に、図３における導線１０１、１０２の直径Ｄと導線１０１、１０２間の距離ｄを変化させたときのコモンモードインピーダンスの実測結果を示す。
【００８２】
【表１】
【００８３】
表１より、導線１０１、１０２の直径Ｄを小さくし、かつ、導線１０１、１０２間の距離ｄを小さくすることで、差動モードインピーダンスを所定の値（１００Ω）に保ちつつ、コモンモードインピーダンスを大きくすることが可能なことを確認できた。言い換えると、導線１０１と導線１０２の間の電磁結合状態が強くできることを確認できたこととなる。
【００８４】
図４に、導線１０１、１０２の直径Ｄと導線１０１、１０２間の距離ｄを変化させ、ケーブル長を１ｍとしたときの差動モードの伝送損失（減衰量）とスキューを実際に評価した結果を示す。導線１０１、１０２の直径Ｄと導線１０１、１０２間の距離ｄを小さくするにつれ、すなわち、導線１０１、１０２間の電磁結合を強めるにつれ、スキューが小さくなることが実際に確認できた。また、差動モードの伝送損失増加量がそれほど大きくならない導線１０１、１０２間の距離ｄの範囲があることが確認できた。これは、導線１０１、１０２間の電磁結合状態が多少強くなっても、ある範囲までは伝送損失に影響がないことを意味している。つまり、設計時に導線１０１、１０２間の距離ｄを選択することで、導線１０１、１０２間の電磁結合状態を強めながらも伝送損失の増加が問題とならない差動信号伝送用ケーブル１００ａを実現することが可能となる。
【００８５】
以上説明したように、図２の差動信号伝送用ケーブル１００を図３の差動信号伝送用ケーブル１００ａのように変形することにより、差動モードインピーダンスを変化させることなく、コモンモードインピーダンスだけを大きくでき、スキューを低減できる。
【００８６】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【００８７】
図５に示されるように、本発明の第２実施形態による差動信号伝送用ケーブル５００は、図１の差動信号伝送用ケーブル１００と同様に、平行な２本の導線５０１、５０２が平坦部５０３を有し扁平な断面形状を持つ絶縁体５０４で一括被覆され、絶縁体５０４の外側にシールド導体５０５が巻きつけられ、シールド導体５０５の外周面にはシールド導体５０５と接触するようドレイン線５０６が添えられている。ただし、ドレイン線５０６には、平角導体線５０８がフィルム基材５０９に固着され平角導体線５０８が露出した構造のＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）５１０が用いられる。ドレイン線５０６とシールド導体５０５がジャケット５０７により被覆されている。
【００８８】
図６に示されるように、本発明の第３実施形態による差動信号伝送用ケーブル６００は、図１の差動信号伝送用ケーブル１００と同様に、平行な２本の導線６０１、６０２が平坦部６０３を有し扁平な断面形状を持つ絶縁体６０４で一括被覆され、絶縁体６０４の外側にシールド導体６０５が巻きつけられ、シールド導体６０５の外周面にはシールド導体６０５と接触するようドレイン線６０６が添えられている。ただし、ドレイン線６０６には、銅箔６０８がフィルム基材６０９に固着され銅箔６０８が露出した構造のＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）６１０が用いられる。ドレイン線６０６とシールド導体６０５がジャケット６０７により被覆されている。
【００８９】
図７に示されるように、本発明の第４実施形態による差動信号伝送用ケーブル７００は、図１の差動信号伝送用ケーブル１００と同様に、平行な２本の導線７０１、７０２が平坦部７０３を有し扁平な断面形状を持つ絶縁体７０４で一括被覆されている。しかし、図１の差動信号伝送用ケーブル１００とは異なり、絶縁体７０４の平坦部７０３にドレイン線７０６が添えられ、ドレイン線７０６に接するように絶縁体７０４の外周にシールド導体７０５が巻き付けられ、シールド導体７０５がジャケット７０７により被覆されている。ドレイン線７０６には、単体の平角導体線７０８が用いられる。
【００９０】
図８に示されるように、本発明の第５実施形態による差動信号伝送用ケーブル８００は、図７の差動信号伝送用ケーブル７００と同様に、平行な２本の導線８０１、８０２が平坦部８０３を有し扁平な断面形状を持つ絶縁体８０４で一括被覆され、絶縁体８０４の平坦部８０３にドレイン線８０６が添えられ、ドレイン線８０６に接するように絶縁体８０４の外周にシールド導体８０５が巻き付けられ、シールド導体８０５がジャケット８０７により被覆されている。ただし、ドレイン線８０６には、平角導体線８０８がフィルム基材８０９に固着され平角導体線８０８が露出した構造のＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）８１０が用いられる。
【００９１】
ＦＦＣ８１０の代わりに、銅箔がフィルム基材に固着され銅箔が露出した構造のＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）を用いてもよい。
【００９２】
図５〜図８に示した差動信号伝送用ケーブル５００、６００、７００、８００は、いずれも図１の差動信号伝送用ケーブル１００と同等の作用効果を有する。
【００９３】
差動信号伝送用ケーブル５００（６００、７００、８００）においても、図３で説明したのと同様に、導線５０１、５０２の直径Ｄを小さくし、かつ、導線５０１、５０２間の距離ｄを小さくして、コモンモードインピーダンスを大きくできる。
【００９４】
図７の差動信号伝送用ケーブル７００では、シールド導体７０５と絶縁体７０４の間に若干の空隙Ａが存在するが、絶縁体７０４の高さ寸法と幅寸法の比が１：２（すなわちＷ＝２Ｈ）の場合には、ドレイン線７０６である平角導体線７０８と導線７０１、７０２との電磁結合よりも、シールド導体７０５と導線７０１、７０２との電磁結合の方が大きくなる。このため、空隙Ａの存在はほぼ無視でき、空隙Ａの影響で対内の実効誘電率が非対称となることはない。図８の差動信号伝送用ケーブル８００の場合も同様である。
【００９５】
高さ寸法Ｈと幅寸法Ｗの比が１：２の場合に、ドレイン線７０６と導線７０１、７０２との電磁結合よりもシールド導体７０５と導線７０１、７０２との電磁結合が大きくなるのは、シールド導体７０５がドレイン線７０６よりも導線７０１、７０２の近くに位置するためである。導線７０１、７０２間の距離ｄを図７と同じにしたままでＷ＞２Ｈとした場合、シールド導体７０５と導線７０１、７０２の距離が相対的に離れてくるので、ドレイン線７０６と導線７０１、７０２間が強く結合する。このため、シールド導体７０５に接したドレイン線７０６周辺の空隙Ａの影響がＷ＝２Ｈの場合に比して大きくなり、対内の実効誘電率に非対称が生じやすくなる。逆にＷ＜２Ｈとした場合、シールド導体７０５と導線７０１、７０２間の距離が相対的に近づくので、ドレイン線７０６と導線７０１、７０２との電磁結合は弱くなる。この場合、ドレイン線７０６周辺の空隙Ａの影響がＷ＝２Ｈの場合に比して小さくなるが、反面、シールド導体７０５と導線７０１、７０２間の電界が強くなり、コモンモードインピーダンスが小さくなり、コモンモードノイズの影響を受けやすくなる。
【００９６】
次に、本発明の差動信号伝送用ケーブル１００をプリント配線板にはんだ接続した応用例を説明する。
【００９７】
図９に示されるように、プリント配線板９００には、複数対の信号線パッド９０１、９０２と共通のＧＮＤパッド９０３が形成される。信号線パッド９０１、９０２相互の間隔は差動信号伝送用ケーブル１００の導線１０１、１０２間の距離ｄと同じであり、対間のピッチは差動信号伝送用ケーブル１００の幅寸法Ｐ２と同じである。ＧＮＤパッド９０３は、信号線パッド９０１、９０２が並んでいる方向に長く形成される。これにより、導線１０１、１０２を容易に信号線パッド９０１、９０２にはんだ付け接続することができる。また、差動信号伝送用ケーブル１００の端末のジャケット１０７が剥離されて露出されたドレイン線１０６をＧＮＤパッド９０３に容易にはんだ付け接続することができる。さらに、差動信号伝送用ケーブル１００は、ドレイン線１０６がシールド導体１０５の平坦部１０３の箇所に配置されているため、図１６に示した従来のツイナックスケーブルの幅寸法Ｐ１に比べ幅寸法Ｐ２を小さくすることができる。このため、差動信号伝送用ケーブル１００を用いることでプリント配線板９００に複数の差動信号伝送用ケーブル１００を接続する際の実装密度を高めることが可能となる。
【００９８】
図１０に示されるように、プリント配線板１０００には、複数対の信号線パッド１００１、１００２と共通のＧＮＤパッド１００３が形成され、ＧＮＤパッド１００３には各対間を仕切るシールド壁１００４が分岐形成される。はんだ付けが容易な効果、実装密度が高まる効果は、図９の構成と同じである。また、対をなす信号線パッド１００１、１００２とそれに隣接する別の対の信号線パッド１００１、１００２との間で電磁結合が生じると、クロストークと呼ばれるノイズ成分が発生するが、図１０の構成によれば、シールド壁１００４によりクロストーク低減の効果がある。
【００９９】
図９、図１０の構成において、差動信号伝送用ケーブル５００、６００、７００、８００を用いても、差動信号伝送用ケーブル１００を用いた場合と同等の作用効果を有する。
【０１００】
次に、本発明の差動信号伝送用ケーブル１００を応用した伝送線路について述べる。
【０１０１】
図１１に示される伝送線路では、上下に配置された２枚のラインカード１１０１がシャフト（支持機構）１１０２により水平に保持されている。各ラインカード１１０１にはトランシーバＩＣ１１０３とコネクタ１１０４が実装されると共に、トランシーバＩＣ１１０３からコネクタ１１０４への配線パターン１１０５が形成される。上下のコネクタ１１０４間は差動信号伝送用ケーブル１００により配線されている。上のラインカード１１０１のトランシーバＩＣ１１０３から送信された差動信号は、配線パターン１１０５を通りコネクタ１１０４を介して差動信号伝送用ケーブル１００に伝送され、差動信号伝送用ケーブル１００から下のラインカード１１０１のコネクタ１１０４を介して配線パターン１１０５を通り、受信端末であるトランシーバＩＣ１１０３に伝送される。
【０１０２】
前述したように、差動信号伝送用ケーブル１００においてはコモンモードインピーダンスが大きいため、差動信号が差動信号伝送用ケーブル１００を伝搬するうちにコモンモード成分が減衰し、結果として差動信号伝送用ケーブル１００がコモンモードノイズフィルタと同じ働きをすることになる。これにより、従来は必要であったコモンモードノイズフィルタ（図１７参照）を除去することが可能となる。さらに、図１１に示される伝送線路では、従来使用されてきたバックプレーンボード（図１７参照）をなくし、上下のラインカード１１０１のコネクタ１１０４間を差動信号伝送用ケーブル１００で接続している。バックプレーンボードは非常に高価なため、差動信号伝送用ケーブル１００に置換できることは大幅なコスト低減につながる。
【０１０３】
図１１の構成において、差動信号伝送用ケーブル５００、６００、７００、８００を用いても、差動信号伝送用ケーブル１００を用いた場合と同等の作用効果を有する。
【０１０４】
本発明の差動信号伝送用ケーブル１００、５００、６００、７００、８００を複数本内蔵する１本の多芯ケーブルを実現することができる。このような多芯ケーブルにコネクタをアッセンブリすることで、相手のプリント配線板に多芯ケーブルのコネクタを直接接続できるダイレクトアタッチケーブルハーネスを実現することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１００、５００、６００、７００、８００ 差動信号伝送用ケーブル
１０１、１０２、５０１、５０２、６０１、６０２、７０１、７０２、８０１、８０２ 導線
１０３、５０３、６０３、７０３、８０３ 平坦部
１０４、５０４、６０４、７０４、８０４ 絶縁体
１０５、５０５、６０５、７０５、８０５ シールド導体
１０６、５０６、６０６、７０６、８０６ ドレイン線
１０７、５０７、６０７、７０７、８０７ ジャケット
１０８、５０８、７０８、８０８ 平角導体線
５０９、６０９ フィルム基材
５１０ ＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）
６０８ 銅箔
６１０ ＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）
９００、１０００ プリント配線板
９０１、９０２、１００１、１００２ 信号線パッド
９０３、１００３ ＧＮＤパッド
１１０１ ラインカード
１１０２ シャフト（支持機構）
１１０３ トランシーバＩＣ
１１０４ コネクタ
１１０５ 配線パターン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１０Ｇｂｐｓ相当の高速デジタル信号を数ｍから数十ｍの距離間で伝送させる信号波形劣化の小さい差動信号伝送用ケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
数Ｇｂｐｓ以上の高速デジタル信号を扱うサーバ、ルータ及びストレージ関連機器において、機器間あるいは機器内の基板間の信号伝送には差動信号による伝送が用いられ、その伝送媒体として差動信号伝送用ケーブルが用いられている。
【０００３】
差動信号伝送とは、対をなす２本の導線により、位相が１８０度反転している２つの信号をそれぞれ伝送し、受信端側で前記２信号の差分を取り出すものである。
【０００４】
２つの導線に流れる電流は互いに逆方向を向いて流れるため伝送線路である差動信号伝送用ケーブルから放射される電磁波が小さく、また、外部から受けたノイズは２つの導線に等しく重畳するので受信端側で差分を取り出すことでノイズを相殺し、ノイズによる影響を除去することができる。これらの理由から、高速信号には差動信号伝送がよく使われている。
【０００５】
代表的な差動信号伝送用のケーブルには、導線を絶縁体で被覆した２本の絶縁電線を撚り合せて対にしたツイストペアケーブルがある。
【０００６】
ツイストペアケーブルは安価で平衡性に優れており、曲げも容易であるため、広く使われている。しかし、ツイストペアケーブルはグランドに相当する導体が無いため、近くに置かれた金属の影響を受け易く、特性インピーダンスが安定しない。ツイストペアケーブルは、数ＧＨｚの高周波領域では信号波形が崩れ易く、数Ｇｂｐｓ以上の高速信号伝送に使用することは困難である。
【０００７】
ツイストペアケーブルの外側にシールドを設けたシールド付きツイストペアケーブルはＬＡＮケーブルとしてすでに存在しており、シールドの効果により外来ノイズへの耐性は改善されている。しかし、ツイストペアケーブルは、２本の導体が対撚りされているため、信号の減衰が大きい。シールド付きツイストペアケーブルを用いるシステムでは、信号の減衰を補償するための信号処理にかかる電力が大きくなり（後述のツイナックスケーブルを用いた場合の６〜１０倍程度）、消費電力が大きい。
【０００８】
これに対し、２本の絶縁電線を撚らずに平行して並べ、これをシールド導体で覆ったツイナックスケーブルが広く用いられている。ツイナックスケーブルは、２本の絶縁電線が撚らずに平行に配置されているため、ツイストペアケーブルに比べ、２本の導線間の物理長の差が少ない。また、ツイナックスケーブルは、シールド導体が２本の絶縁電線を覆うように設けられているので、付近に金属を置いても特性インピーダンスが不安定になることがなく、ノイズ耐性が高い。
【０００９】
ツイナックスケーブルは、数Ｇｂｐｓ以上の高速信号伝送に用いられており、シールド導体として導体付きテープを用いたもの、編組線を用いたもの、シールド導体にドレイン線を付け合わせたものなどがある。
【００１０】
図１２に示されるように、従来のツイナックスケーブルは、信号用の導線１２０１、１２０４を絶縁体１２０２、１２０５で絶縁した２本の絶縁電線１２０３、１２０６に、ポリエチレンのテープにアルミニウム等を貼りつけた金属箔テープからなるシールド導体１２０７が巻き付けられている。シールド導体１２０７の接地がとれるよう、シールド導体１２０７と絶縁電線１２０３、１２０６との間にはドレイン線１２０８がシールド導体１２０７の導電面と接触するように縦添えされている。シールド導体１２０７の外側はジャケット１２０９で被覆され、ケーブル内部が保護されている。シールド導体１２０７は、シールド導体１２０７に接触しているドレイン線１２０８を介して図示しないプリント配線板に接続される。
【００１１】
図１３に示されるように、特許文献１のツイナックスケーブルは、図１２のツイナックスケーブルと同様に、導線１３０１、１３０４を絶縁体１３０２、１３０５で絶縁した２本の絶縁電線１３０３、１３０６にシールド導体１３０７が巻き付けられ、シールド導体１３０７と絶縁電線１３０３、１３０６との間にはドレイン線１３０８がシールド導体１３０７の導電面と接触するように縦添えされ、シールド導体１３０７はジャケット（図示せず）で被覆されている。ただし、ドレイン線１３０８の位置ずれを低減するため非円形形状のドレイン線１３０８が用いられている。これは、絶縁電線１３０３、１３０６とドレイン線１３０８の間に働く応力が分散されることで、絶縁体１３０２、１３０５のつぶれが抑制されることを期待したものである。
【００１２】
図１４に示されるように、特許文献２のツイナックスケーブルは、導線１４０１、１４０４が絶縁体１４０２で覆われ、絶縁体１４０２にドレイン線１４０８が縦添えされ、その外周にシールド導体１４０７が巻き付けられ、シールド導体１４０７はジャケット１４０９で被覆されている。ここでは、ドレイン線１４０８の位置ずれを解決するため、断面が瓢箪のような形状となる絶縁体１４０２を押出成型し、ドレイン線１４０８の食い込みを少なくしている。
【００１３】
また、図１４のツイナックスケーブルは、導線１４０１、１４０４が共通の絶縁体１４０２で覆われている。図１２のツイナックスケーブルでは２本の絶縁電線１２０３、１２０６において、導線１２０１、１２０４を覆う絶縁体１２０２、１２０５が存在するが、実際に２個の絶縁体１２０２、１２０５は同じタイミングではない製造工程でつくられる（例えば、ロットが異なる）ため、絶縁体１２０２、１２０５の誘電率は完全には等しくない。その点、図１４のツイナックスケーブルは、２本の導線を覆う絶縁体１４０２は同じタイミングで製造されるので、誘電率が等しい値になる。
【００１４】
図１５に示されるように、特許文献３のツイナックスケーブルは、導線１５０１、１５０４を絶縁体１５０２、１５０５で絶縁した２本の絶縁電線１５０３、１５０６にシールド導体１５０７が巻き付けられ、シールド導体１５０７の外側にドレイン線１５０８がシールド導体１５０７の導電面と接触するように縦添えされ、その外側がジャケット１５０９で被覆されている。ドレイン線１５０８は、一方の絶縁電線１５０３側に配置される。プリント配線板への接続時には、ドレイン線１５０８と導線１５０１、１５０４が一定の距離をもって平行に引き出されるため、接続作業性が良好である（図１６参照）。
【００１５】
図１６に示されるように、図１５のツイナックスケーブルをプリント配線板１６０６にはんだ接続した状態では、２本の導線１５０１、１５０４はそれぞれプリント配線板１６０６上の信号線パッド１６０４、１６０５に接続され、ドレイン線１５０８はＧＮＤパッド１６０３に接続されている。このときのプリント配線板１６０６上へのツイナックスケーブルの実装密度は、ツイナックスケーブルのジャケット１５０９の幅寸法Ｐ１に依存する。
【００１６】
図１７に示されるように、プリント配線板を用いた従来の伝送線路では、トランシーバＩＣ１７０１ａから送信された信号は配線パターン１７０９を通りコネクタ１７０７を介してバックプレーンボード１７０６に伝送される。バックプレーンボード１７０６からは、コネクタ１７０４を介して配線パターン１７０５を通り、受信端末であるトランシーバＩＣ１７０１ｂに信号が伝送される。ラインカード１７０３ａとラインカード１７０３ｂは、バックプレーンボード１７０６にコネクタ１７０７および１７０４に嵌合されて支持されている。
【００１７】
ノイズであるコモンモード成分を遮断するために、配線パターン１７０９および１７０５上に、コモンモードノイズフィルタ１７０８がそれぞれインラインで配置される。このコモンモードノイズフィルタ１７０８により、受信端末側に到達するコモンモード成分が遮断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００４−７９４３９号公報
【特許文献２】特開２００３−２９７１５４号公報
【特許文献３】特開２００２−２８９０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
従来のツイナックスケーブルには対内スキュー（２本の導線間で生じる信号伝搬時間の差；以下、単にスキューという）の問題がある。
【００２０】
図１２のツイナックスケーブルは、ドレイン線１２０８の周囲に空隙（空気）Ａが存在し、シールド導体１２０７が巻きつけられるときにドレイン線１２０８が押し付けられたり位置ずれを起こしたりし、絶縁体１２０２、１２０５がつぶれることにより、対をなす絶縁電線１２０３、１２０６が非対称な形状となる。絶縁電線１２０３、１２０６の形状が対内で非対称となった場合、対をなす導線１２０１、１２０４間で伝搬定数が異なることとなり、対内での減衰特性および位相特性が異なってくる。これが原因となってスキューが発生する。しかし、ツイナックスケーブルでは、数Ｇｂｐｓ以上の高速信号を伝送するためにはスキューを低減する必要がある。
【００２１】
スキューは、対をなす導線間で伝搬定数が異なることにより発生し、その直接的な原因として大きく３つの要因が考えられる。
【００２２】
要因（１）；対をなす導線の物理的な長さが違うこと。
【００２３】
要因（２）；絶縁体の誘電率そのものが対内で異なること。
【００２４】
要因（３）；絶縁体の形状が対内で非対称になることで対内の実効誘電率が非対称となること。
【００２５】
なお、ここで言う誘電率とは材料そのものが持つ誘電特性を示すパラメータのことを指し、一方、実効誘電率とは空間に漏れ出る電界の影響を加味して考えた実効的な誘電率のことを指す。電界が誘電体（図１２のツイナックスケーブルの場合は絶縁体１２０２、１２０５に相当、図１４のツイナックスケーブルの場合は絶縁体１４０２に相当）の内部だけに発生する場合は、誘電率を考慮すればよいが、実際のツイナックスケーブルでは誘電体の直近に空気が存在し、空気の部分にも電界は生じるためその影響が無視できなくなるので、実効誘電率を考慮する必要がある。例えば、誘電率が等しい２本の絶縁電線１２０３、１２０６を用意した場合でも、それらをペアにするケーブル構造や製造工程により２本の絶縁電線１２０３、１２０６に作用する影響が等しくない場合（非対称性が生じた場合）、２本の絶縁電線１２０３、１２０６がそれぞれ持つ実効誘電率は異なってくる。
【００２６】
上述の３つの要因に関して、図１３〜図１５のツイナックスケーブルを考察する。
【００２７】
図１３のツイナックスケーブルにおいては、絶縁電線１３０３、１３０６とドレイン線１３０８の間に働く応力を分散し絶縁体１３０２、１３０５のつぶれを抑制することで、対内に生じる絶縁体形状の非対称性を低減しているが、製造上の精度によってはドレイン線１３０８の位置が図示左右方向にずれ、２つの絶縁体１３０２、１３０５の間に働く力の関係が非対称となる。このため、絶縁電線１３０３、１３０６のつぶれ具合が完全に対称となることはなく、製造ばらつきに対して強固な構造ではない。
【００２８】
また、図１３のツイナックスケーブルにおいては、シールド導体１３０７の内側にドレイン線１３０８を配置していることから、ドレイン線１３０８と導線１３０１、１３０４間の電磁結合が強まり、絶縁体１３０２、１３０５内部の電界強度分布が不均一となる。導線１３０１、１３０４内部を流れる電流の密度分布は局所的に異なり、その結果、伝送損失（減衰量）が増大する。
【００２９】
図１４のツイナックスケーブルにおいては、２本の導線１４０１、１４０４が一つの絶縁体１４０２で一括被覆されるので、対内に生じる絶縁体の誘電率差が低減される。また、ドレイン線１４０８の位置が一意的に決まるためケーブルの特性インピーダンス値は安定する。しかし、図１３のツイナックスケーブルと同様に、シールド導体１４０７の内側にドレイン線１４０８が配置されているので、ドレイン線１４０８と導線１４０１、１４０４との間の電磁結合は局所的に強まり、絶縁体１４０２内部の電界強度分布が不均一となる。このため、導線１４０１、１４０４内部を流れる電流の密度分布が局所的に異なり、その結果、伝送損失（減衰量）が増大する。
【００３０】
図１５のツイナックスケーブルにおいては、ドレイン線１５０８がシールド導体１５０７の外側に配置されるので、伝送損失（減衰量）の増大を抑制できる。しかし、丸型のドレイン線１５０８を絶縁体１４０２の断面の円弧部分に沿うように配置させる必要があることから、ドレイン線１５０８の位置を安定した状態で製造することが難しい。その結果、ドレイン線１５０８の位置が安定しないことにより絶縁体１５０２がつぶれ、対をなす絶縁体１５０２、１５０５間で非対称性が発生しやすい。
【００３１】
また、図１５のツイナックスケーブルにおいては、ドレイン線１５０８の位置がずれた場合、空隙Ａを埋めるようにシールド導体１５０７が内側に折れ曲がって変形する。シールド導体１５０７が変形することにより、絶縁体１５０２、１５０５内部の電界強度分布が乱れ、伝送損失特性が不安定となる。シールド導体１５０７の変形度合を製造上で制御することは難しい。つまり、図１５のツイナックスケーブルは、製造上で対内に非対称性が生じやすい構造となっている。ドレイン線１５０８が逆側の絶縁電線１５０６側に位置した場合でも同じである。
【００３２】
以上のように、図１３〜図１５のツイナックスケーブルは、上述の３つの要因を改善するにあたり、製造ばらつきに対する安定性まで考慮されておらず、また、３つの要因すべてを同時には解決できない。加えて、伝送損失（減衰量）の増大に対しては有効な解決策が導かれていない。
【００３３】
また、従来のツイナックスケーブルをプリント配線板に接続するとき、図１６に示すように、対となる信号線パッド１６０４、１６０５と別の対となる信号線パッド１６０４、１６０５との間に、ドレイン線１５０８を接続するためのＧＮＤパッド１６０３を配置する必要があり、一方、ツイナックスケーブルの幅寸法Ｐ１はドレイン線１５０８の分だけ広くなる。プリント配線板１６０６上へのツイナックスケーブルの実装密度はツイナックスケーブルのジャケット１５０９の幅寸法Ｐ１に依存するので、実装密度を高めることができない。また、図１２のツイナックスケーブルのように、ドレイン線１２０８が導線１２０１、１２０４の中間に配置されていると、図１６のプリント配線板１６０６のＧＮＤパッド１６０３への接続は容易でない。
【００３４】
また、従来のツイナックスケーブルでは、伝送線路を構成するとき、図１７に示すようにコモンモードノイズフィルタ１７０８が不可欠である。
【００３５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、スキューが低減され、特性インピーダンスがケーブル長手方向で変動せず、伝送損失が増加せず、安定に生産が可能な差動信号伝送用ケーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
上記目的を達成するために本発明は、平行に配置された２本の導線が該２本の導線の並び方向に対して直角な方向から前記２本の導線を挟んで互いに対向する平坦部を有する扁平な絶縁体で一括被覆され、該絶縁体の外周に金属箔テープからなるシールド導体が巻き付けられ、前記平坦部の箇所で前記シールド導体に接するようにドレイン線が添えられ、該ドレイン線と前記シールド導体がジャケットにより被覆されたものである。
【００３７】
また、本発明は、平行に配置された２本の導線が該２本の導線の並び方向に対して直角な方向から前記２本の導線を挟んで互いに対向する平坦部を有する扁平な絶縁体で一括被覆され、該絶縁体の平坦部にドレイン線が添えられ、該ドレイン線に接するように前記絶縁体の外周に金属箔テープからなるシールド導体が巻き付けられ、該シールド導体がジャケットにより被覆されたものである。
【００３８】
前記ドレイン線は、平角導体線であってもよい。
【００３９】
前記ドレイン線は、平角導体線がフィルム基材に固着されたフレキシブルフラットケーブルであってもよい。
【００４０】
前記ドレイン線は、銅箔がフィルム基材に固着されたフレキシブルプリント配線板であってもよい。
【００４１】
前記２本の導線は、前記絶縁体の前記平坦部間の中心線上であって、前記絶縁体の前記導線の並び方向の両側間の中心線に対して対称な位置に配置されてもよい。
【００４２】
前記絶縁体の前記平坦部間の距離と前記絶縁体の前記導線の並び方向の両側間の距離との比が１：２であり、前記２本の導線間の距離が前記絶縁体の前記平坦部間の距離よりも小さくてもよい。
【００４３】
前記２本の導線と前記シールド導体との距離が前記２本の導線と前記ドレイン線との距離より大きくてもよい。
【００４４】
前記ドレイン線は、前記互いに対向する平坦部のそれぞれに設けられてもよい。
【００４５】
前記ドレイン線は、前記導線の並び方向の両側間の中心線上に中心が位置してもよい。
【発明の効果】
【００４６】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００４７】
（１）スキューが低減される。
【００４８】
（２）特性インピーダンスがケーブル長手方向で変動しない。
【００４９】
（３）伝送損失が増加しない。
【００５０】
（４）安定に生産が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第一の実施形態による差動信号伝送用ケーブルの断面図である。
【図２】図１の差動伝送用ケーブルにおいて好適条件を得るための寸法の定義を付記した断面図である。
【図３】図１の差動伝送用ケーブルより導線の直径Ｄを小さくし導線間の距離ｄを小さくした差動信号伝送用ケーブルの断面図である。
【図４】図３の差動伝送用ケーブルにおいて導線の導線間の距離ｄを変化させたときの差動モード減衰量とスキューのグラフである。
【図５】本発明の第二の実施形態による差動信号伝送用ケーブルの断面図である。
【図６】本発明の第三の実施形態による差動信号伝送用ケーブルの断面図である。
【図７】本発明の第四の実施形態による差動信号伝送用ケーブルの断面図である。
【図８】本発明の第五の実施形態による差動信号伝送用ケーブルの断面図である。
【図９】本発明による差動信号伝送用ケーブルをプリント配線板にはんだ接続した第一応用例を示す斜視図である。
【図１０】本発明による差動信号伝送用ケーブルをプリント配線板にはんだ接続した第二応用例を示す斜視図である。
【図１１】本発明による差動信号伝送用ケーブルを伝送線路に使用した応用例を示す斜視図である。
【図１２】従来のツイナックスケーブルの断面図である。
【図１３】従来のツイナックスケーブルの断面図である。
【図１４】従来のツイナックスケーブルの断面図である。
【図１５】従来のツイナックスケーブルの断面図である。
【図１６】従来のツイナックスケーブルをプリント配線板にはんだ接続した例を示す斜視図である。
【図１７】従来のプリント配線板を用いた伝送線路の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００５３】
図１に示されるように、本発明の第１実施形態による差動信号伝送用ケーブル１００は、平行に配置された２本の導線１０１、１０２がこれら２本の導線１０１、１０２の並び方向（図示左右方向）に対して直角な方向（図示上下方向）から２本の導線１０１、１０２を挟んで互いに対向する平坦部１０３を有する扁平な絶縁体１０４で一括被覆され、絶縁体１０４の外周に金属箔テープからなるシールド導体１０５が巻き付けられ、平坦部１０３の箇所でシールド導体１０５に接するようにドレイン線１０６が添えられ、ドレイン線１０６とシールド導体１０５がジャケット１０７により被覆されたものである。
【００５４】
差動信号伝送用ケーブル１００では、差動信号伝送のために対とされた２本の導線１０１、１０２が平行に配置される。導線１０１、１０２は、扁平な断面形状を持つ絶縁体１０４で一括被覆されている。断面形状は、導線１０１、１０２の並び方向に延びた直線形状と、導線１０１、１０２の並び方向の両側における半円形状とを合わせた長円形である。断面が直線形状の部分が平坦部１０３となる。導線１０１、１０２と絶縁体１０４は一括して押出成型される。
【００５５】
絶縁体１０４の材料には、誘電率および誘電正接の小さい材料が望ましく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフロロアルコキシ（ＰＦＡ）、ポリエチレン等が望ましい。また、誘電率および誘電正接を小さくするために、絶縁体１０４の材質として発泡性の絶縁樹脂を用いることもできる。発泡性の絶縁樹脂を用いる場合は、成型前に発泡剤を練りこみ、成型時の温度によって発泡度を制御する方法、窒素等のガスを成型圧力で注入しておき圧力解放時に発泡させる方法等がある。
【００５６】
絶縁体１０４の外側には金属箔テープからなるシールド導体１０５が巻きつけられている。シールド導体１０５が巻きつけられる部分、すなわち絶縁体１０４の表面には空隙を生じる凹凸がなく、シールド導体１０５は絶縁体１０４の表面に隙間なく巻きつけられる。シールド導体１０５に用いられる金属箔テープの金属材料としてはアルミニウムや銅などが望ましい。
【００５７】
シールド導体１０５の外面には、平角導体線１０８からなるドレイン線１０６がシールド導体１０５と接触するよう、差動信号伝送用ケーブル１００の長手方向（紙面奥行き方向）に沿って配置される。
【００５８】
差動信号伝送用ケーブル１００は、次のような効果を奏する。
【００５９】
差動信号伝送用ケーブル１００は、２本の導線１０１、１０２が平行に配置されているため、導線１０１、１０２の物理的な長さが等しい状態で製造が可能である。よって、要因（１）である対をなす導線の物理的な長さの違いが解消される。
【００６０】
差動信号伝送用ケーブル１００は、２本の導線１０１、１０２と絶縁体１０４が一括して押出成型される。これにより、導線１０１、１０２に関する絶縁体１０４の誘電率の差がないので、要因（２）である絶縁体の誘電率の対内での相違が解消される。
【００６１】
差動信号伝送用ケーブル１００では、シールド導体１０５が絶縁体１０４の外周に隙間なく巻きつけられている。すなわち、従来技術の空隙Ａが無い。このため、絶縁体１０４に多少の変形が生じたとしても空隙（空気；比誘電率１．０）の影響を受けることがなく、実効誘電率に大きな変化は見られなくなる。すなわち、実効誘電率の非対称性が生じにくくなる。
【００６２】
さらに、差動信号伝送用ケーブル１００は、平坦部１０３を有する扁平な絶縁体１０４の外周にシールド導体１０５が巻き付けられ、平坦部１０３の箇所でシールド導体１０５に接するようにドレイン線１０６が添えられる。このためシールド導体１０５より内側には空隙がなく、製造時やその後に形状が変形しにくくなる。
【００６３】
これらにより、要因（３）である絶縁体の形状が対内で非対称になることによる対内の実効誘電率の非対称が解消される。
【００６４】
以上のように、本発明の差動信号伝送用ケーブル１００は、先に述べた３つの要因を同時に解決することにより、スキューを低減することができる。これにより、本発明の差動信号伝送用ケーブル１００が応用される機器間及び機器内の高速信号伝送が可能となり、電子機器の性能が向上する。
【００６５】
また、差動信号伝送用ケーブル１００は、２本の導線１０１、１０２が平行に配置されているため、導線１０１、５０２の物理的な長さが等しい状態で製造が可能である。
【００６６】
また、差動信号伝送用ケーブル１００は、２本の導線１０１、１０２と絶縁体１０４が一括して押出成型されるため、絶縁体１０４の誘電率が対内で非対称になることなく絶縁体１０４を形成することが可能である。
【００６７】
また、差動信号伝送用ケーブル１００は、絶縁体１０４の断面形状が長円形であり、絶縁体１０４の内部には空隙を含まず、絶縁体１０４は全体にわたり同一の材料で均一に構成されている。仮に絶縁体１０４に外力が作用したとしても、空隙を含まず同一の材料で均一に構成されていることから、実効誘電率が対内で非対称となりにくい。
【００６８】
また、差動信号伝送用ケーブル１００は、２本の導線１０１、１０２と絶縁体１０４は一括して押出成型されるため、導線１０１、１０２間の距離および導線１０１、１０２とシールド導体１０５間の距離を安定に制御して製造できる。これにより、品質が均一化できる。
【００６９】
さらに、差動信号伝送用ケーブル１００にあっては、２本の導線１０１、１０２間の距離及び導線１０１、１０２とシールド導体１０５間の距離を制御できることにより、差動モードインピーダンスを変化させることなく、コモンモードインピーダンスだけを大きくできる。これについて以下詳しく述べる。
【００７０】
差動モードは導線１０１、１０２間に発生した電界が伝搬するモードであり、コモンモードは導線１０１、１０２とシールド導体間１０５に発生した電界が伝搬するモードである。差動モードは、２本の導線１０１、１０２間で決まるインピーダンスに従い伝搬し、コモンモードは、導線１０１、１０２とシールド導体１０５間で決まるインピーダンスに従い伝搬する。差動モードインピーダンスは２本の導線１０１、１０２間の距離によって決定され、コモンモードインピーダンスは２本の導線１０１、１０２とシールド導体１０５との間の距離によって決定される。したがって、本発明において、２本の導線１０１、１０２間の距離及び導線１０１、１０２とシールド導体１０５間の距離が安定に制御されるということは、差動モードインピーダンスとコモンモードインピーダンスの値をそれぞれ制御することが可能なことを意味する。
【００７１】
一般に、差動信号伝送用ケーブルを伝搬するモードを考えたとき、信号成分である差動モードとノイズ成分であるコモンモード間でエネルギーの変換現象が発生することが電気的な特性として観測できる。このときのエネルギー変換現象はモード変換と呼ばれ、それにかかわるエネルギー量はモード変換量と呼ばれている。差動信号伝送用ケーブル内部を伝搬するモードは、差動モードからコモンモードへ、あるいは逆にコモンモードから差動モードへの変換を繰り返しながら伝搬する。モード変換量が大きい場合、モード変換によって引き起こされる位相ずれが大きくなり、対内で位相特性の非対称が引き起こされることとなる。このときの位相ずれがスキューに大きな影響を与える。よって、モード変換量を小さくすることができれば、それによって生じる位相ずれは小さく、スキューも小さくなる。モード変換量すなわちスキューを低減するためには、信号である差動モード成分を減衰させることなく、スキュー発生の一要因であるコモンモード成分を十分に減衰させる必要がある。
【００７２】
これに関し、本発明の差動信号伝送用ケーブル１００では、以下の好適条件に従うことで、差動モードインピーダンスを変化させることなく、コモンモードインピーダンスだけを大きくできる。
【００７３】
ここで、図２に示されるように、差動信号伝送用ケーブル１００は、所望の特性を獲得するための好適条件を有する。好適条件は、絶縁体１０４の平坦部１０３間の距離（以下、絶縁体１０４の高さ寸法という）Ｈ、絶縁体１０４の導線１０１の並び方向の両側間の距離（以下、絶縁体１０４の幅寸法という）Ｗ、２本の導線１０１間の距離ｄ、導線１０１の直径Ｄを管理することで得られる。
【００７４】
図２に示すように、差動モードインピーダンスを所定の値（たいていの場合は差動信号伝送用ケーブルを使用するシステム側で決定しているインピーダンス）としつつコモンモードインピーダンスが大きくなるよう、導線１０１、１０２の直径Ｄと導線１０１、１０２間の距離ｄを決定する。これにより、差動モードインピーダンスを所定の値にしつつ、２本の導線１０１、１０２間の電磁結合状態を制御することができる。
【００７５】
２本の導線１０１、１０２間の距離ｄを小さくして導線１０１、１０２間の電磁結合を強めた場合、差動モードとコモンモード間のモード変換現象が発生し難くなる。つまり、差動モードとして差動信号伝送用ケーブル１００に入力されたエネルギーは、コモンモードに変換されることなく差動モードのまま伝搬する割合が高くなる。これにより、信号成分である差動モードが受ける位相ずれの影響は小さくなり、スキューが小さくなる。
【００７６】
また、２本の導線１０１、１０２は、そのいずれもが絶縁体１０４の高さ方向の中心線（絶縁体１０４の平坦部１０３間の中心線）Ｃ１上に位置し、かつ、導線１０１、１０２が絶縁体１０４の幅方向の中心線（導線１０１、１０２の並び方向の両側間の中心線）Ｃ２に対して互いに対称となる場所に位置するのが好ましい。つまり、絶縁体１０４の幅方向の中心線Ｃ２と導線１０１、１０２の間の距離は、導線１０１と導線１０２の間の距離ｄの半分（ｄ／２）である。これは、シールド導体１０５と導体１０１およびシールド導体１０５と導線１０２の間の距離が等しくなるために必要な条件となる。この条件を満たすことで、導線１０１、１０２の間で生じる実効誘電率の非対称をなくすことができる。
【００７７】
図３に示した差動信号伝送用ケーブル１００ａは、図２に示した差動信号伝送用ケーブル１００よりも、導線１０１、１０２の直径Ｄを小さくし、かつ、導線１０１、１０２間の距離ｄを小さくしたものである。
【００７８】
差動モードインピーダンスを所定の値としつつコモンモードインピーダンスを大きくするには、絶縁体１０４の高さ寸法Ｈと幅寸法Ｗの比を１：２とし（すなわちＷ＝２Ｈ）、２本の導線１０１、１０２間の距離ｄを絶縁体１０４の高さ寸法Ｈよりも小さくするのが好ましい。
【００７９】
ここで、従来のツイナックスケーブル（図１２）では、導線１２０１、１２０４と絶縁体１２０２、１２０５が同心円をなす位置に配置された２個の絶縁電線１２０３、１２０６が並べられている。このため、２個の絶縁電線１２０３、１２０６を並べた寸法は、高さ１に対して幅２となる。２個の導線１２０１、１２０４は、必然的に絶縁体１２０２、１２０５の直径寸法分は離れた場所に位置することになる。導線１２０１、１２０４間の結合を強めるためには、２個の導線１２０１、１２０４間の距離を小さくしつつ（言い換えると、絶縁体１２０２、１２０５の直径寸法よりも導線１２０１、１２０４間の距離を小さくしつつ）、シールド導体１２０７と導線１２０１、１２０４との距離を大きくすること（言い換えると、絶縁体１２０２、１２０５の半径寸法よりもシールド導体１２０７と導線１２０１、１２０４と間の距離を大きくすること）が必要となる。しかし、従来のツイナックスケーブルは絶縁電線１２０３、１２０６同士が接して並べられており、これ以上導線１２０１、１２０４間の距離を小さくすることができない。
【００８０】
これに対し、図３に示した差動信号伝送用ケーブル１００ａのように、導線１０１、１０２の直径Ｄを小さくし、かつ、導線１０１、１０２間の距離ｄを小さくした場合、導線１０１、１０２とシールド導体１０５との間の電磁結合状態は、絶縁体１０４の高さ方向に対しては図２の差動信号伝送用ケーブル１００と同程度となり、絶縁体１０４の幅方向に対しては差動信号伝送用ケーブル１００よりも弱くなる。つまり、差動信号伝送用ケーブル１００ａは、導線１０１、１０２とシールド導体１０５の間のインピーダンス（コモンモードインピーダンス）が大きくなる。
【００８１】
これを検証するため、図３に示した差動信号伝送用ケーブル１００ａにおいて、差動モードインピーダンスが１００Ωとなるよう、導線１０１、１０２の直径Ｄと導線１０１、１０２間の距離ｄが異なるものを数種類試作し、その特性を評価した。絶縁体１０４の高さ寸法Ｈは０．７４ｍｍとし、幅寸法Ｗは１．４８ｍｍとした。また、絶縁体１０４にはパーフロロアルコキシ（ＰＦＡ，比誘電率２．１）を用いた。伝送損失の評価には４ポートネットワークアナライザを用いた。また、スキューの評価には、立上り時間３５ｐｓのパルス信号を用いたＴＤＲ（Time Domain Reflectometry）測定器を用いた。表１に、図３における導線１０１、１０２の直径Ｄと導線１０１、１０２間の距離ｄを変化させたときのコモンモードインピーダンスの実測結果を示す。
【００８２】
【表１】
【００８３】
表１より、導線１０１、１０２の直径Ｄを小さくし、かつ、導線１０１、１０２間の距離ｄを小さくすることで、差動モードインピーダンスを所定の値（１００Ω）に保ちつつ、コモンモードインピーダンスを大きくすることが可能なことを確認できた。言い換えると、導線１０１と導線１０２の間の電磁結合状態が強くできることを確認できたこととなる。
【００８４】
図４に、導線１０１、１０２の直径Ｄと導線１０１、１０２間の距離ｄを変化させ、ケーブル長を１ｍとしたときの差動モードの伝送損失（減衰量）とスキューを実際に評価した結果を示す。導線１０１、１０２の直径Ｄと導線１０１、１０２間の距離ｄを小さくするにつれ、すなわち、導線１０１、１０２間の電磁結合を強めるにつれ、スキューが小さくなることが実際に確認できた。また、差動モードの伝送損失増加量がそれほど大きくならない導線１０１、１０２間の距離ｄの範囲があることが確認できた。これは、導線１０１、１０２間の電磁結合状態が多少強くなっても、ある範囲までは伝送損失に影響がないことを意味している。つまり、設計時に導線１０１、１０２間の距離ｄを選択することで、導線１０１、１０２間の電磁結合状態を強めながらも伝送損失の増加が問題とならない差動信号伝送用ケーブル１００ａを実現することが可能となる。
【００８５】
以上説明したように、図２の差動信号伝送用ケーブル１００を図３の差動信号伝送用ケーブル１００ａのように変形することにより、差動モードインピーダンスを変化させることなく、コモンモードインピーダンスだけを大きくでき、スキューを低減できる。
【００８６】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【００８７】
図５に示されるように、本発明の第２実施形態による差動信号伝送用ケーブル５００は、図１の差動信号伝送用ケーブル１００と同様に、平行な２本の導線５０１、５０２が平坦部５０３を有し扁平な断面形状を持つ絶縁体５０４で一括被覆され、絶縁体５０４の外側にシールド導体５０５が巻きつけられ、シールド導体５０５の外周面にはシールド導体５０５と接触するようドレイン線５０６が添えられている。ただし、ドレイン線５０６には、平角導体線５０８がフィルム基材５０９に固着され平角導体線５０８が露出した構造のＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）５１０が用いられる。ドレイン線５０６とシールド導体５０５がジャケット５０７により被覆されている。
【００８８】
図６に示されるように、本発明の第３実施形態による差動信号伝送用ケーブル６００は、図１の差動信号伝送用ケーブル１００と同様に、平行な２本の導線６０１、６０２が平坦部６０３を有し扁平な断面形状を持つ絶縁体６０４で一括被覆され、絶縁体６０４の外側にシールド導体６０５が巻きつけられ、シールド導体６０５の外周面にはシールド導体６０５と接触するようドレイン線６０６が添えられている。ただし、ドレイン線６０６には、銅箔６０８がフィルム基材６０９に固着され銅箔６０８が露出した構造のＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）６１０が用いられる。ドレイン線６０６とシールド導体６０５がジャケット６０７により被覆されている。
【００８９】
図７に示されるように、本発明の第４実施形態による差動信号伝送用ケーブル７００は、図１の差動信号伝送用ケーブル１００と同様に、平行な２本の導線７０１、７０２が平坦部７０３を有し扁平な断面形状を持つ絶縁体７０４で一括被覆されている。しかし、図１の差動信号伝送用ケーブル１００とは異なり、絶縁体７０４の平坦部７０３にドレイン線７０６が添えられ、ドレイン線７０６に接するように絶縁体７０４の外周にシールド導体７０５が巻き付けられ、シールド導体７０５がジャケット７０７により被覆されている。ドレイン線７０６には、単体の平角導体線７０８が用いられる。
【００９０】
図８に示されるように、本発明の第５実施形態による差動信号伝送用ケーブル８００は、図７の差動信号伝送用ケーブル７００と同様に、平行な２本の導線８０１、８０２が平坦部８０３を有し扁平な断面形状を持つ絶縁体８０４で一括被覆され、絶縁体８０４の平坦部８０３にドレイン線８０６が添えられ、ドレイン線８０６に接するように絶縁体８０４の外周にシールド導体８０５が巻き付けられ、シールド導体８０５がジャケット８０７により被覆されている。ただし、ドレイン線８０６には、平角導体線８０８がフィルム基材８０９に固着され平角導体線８０８が露出した構造のＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）８１０が用いられる。
【００９１】
ＦＦＣ８１０の代わりに、銅箔がフィルム基材に固着され銅箔が露出した構造のＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）を用いてもよい。
【００９２】
図５〜図８に示した差動信号伝送用ケーブル５００、６００、７００、８００は、いずれも図１の差動信号伝送用ケーブル１００と同等の作用効果を有する。
【００９３】
差動信号伝送用ケーブル５００（６００、７００、８００）においても、図３で説明したのと同様に、導線５０１、５０２の直径Ｄを小さくし、かつ、導線５０１、５０２間の距離ｄを小さくして、コモンモードインピーダンスを大きくできる。
【００９４】
図７の差動信号伝送用ケーブル７００では、シールド導体７０５と絶縁体７０４の間に若干の空隙Ａが存在するが、絶縁体７０４の高さ寸法と幅寸法の比が１：２（すなわちＷ＝２Ｈ）の場合には、ドレイン線７０６である平角導体線７０８と導線７０１、７０２との電磁結合よりも、シールド導体７０５と導線７０１、７０２との電磁結合の方が大きくなる。このため、空隙Ａの存在はほぼ無視でき、空隙Ａの影響で対内の実効誘電率が非対称となることはない。図８の差動信号伝送用ケーブル８００の場合も同様である。
【００９５】
高さ寸法Ｈと幅寸法Ｗの比が１：２の場合に、ドレイン線７０６と導線７０１、７０２との電磁結合よりもシールド導体７０５と導線７０１、７０２との電磁結合が大きくなるのは、シールド導体７０５がドレイン線７０６よりも導線７０１、７０２の近くに位置するためである。導線７０１、７０２間の距離ｄを図７と同じにしたままでＷ＞２Ｈとした場合、シールド導体７０５と導線７０１、７０２の距離が相対的に離れてくるので、ドレイン線７０６と導線７０１、７０２間が強く結合する。このため、シールド導体７０５に接したドレイン線７０６周辺の空隙Ａの影響がＷ＝２Ｈの場合に比して大きくなり、対内の実効誘電率に非対称が生じやすくなる。逆にＷ＜２Ｈとした場合、シールド導体７０５と導線７０１、７０２間の距離が相対的に近づくので、ドレイン線７０６と導線７０１、７０２との電磁結合は弱くなる。この場合、ドレイン線７０６周辺の空隙Ａの影響がＷ＝２Ｈの場合に比して小さくなるが、反面、シールド導体７０５と導線７０１、７０２間の電界が強くなり、コモンモードインピーダンスが小さくなり、コモンモードノイズの影響を受けやすくなる。
【００９６】
次に、本発明の差動信号伝送用ケーブル１００をプリント配線板にはんだ接続した応用例を説明する。
【００９７】
図９に示されるように、プリント配線板９００には、複数対の信号線パッド９０１、９０２と共通のＧＮＤパッド９０３が形成される。信号線パッド９０１、９０２相互の間隔は差動信号伝送用ケーブル１００の導線１０１、１０２間の距離ｄと同じであり、対間のピッチは差動信号伝送用ケーブル１００の幅寸法Ｐ２と同じである。ＧＮＤパッド９０３は、信号線パッド９０１、９０２が並んでいる方向に長く形成される。これにより、導線１０１、１０２を容易に信号線パッド９０１、９０２にはんだ付け接続することができる。また、差動信号伝送用ケーブル１００の端末のジャケット１０７が剥離されて露出されたドレイン線１０６をＧＮＤパッド９０３に容易にはんだ付け接続することができる。さらに、差動信号伝送用ケーブル１００は、ドレイン線１０６がシールド導体１０５の平坦部１０３の箇所に配置されているため、図１６に示した従来のツイナックスケーブルの幅寸法Ｐ１に比べ幅寸法Ｐ２を小さくすることができる。このため、差動信号伝送用ケーブル１００を用いることでプリント配線板９００に複数の差動信号伝送用ケーブル１００を接続する際の実装密度を高めることが可能となる。
【００９８】
図１０に示されるように、プリント配線板１０００には、複数対の信号線パッド１００１、１００２と共通のＧＮＤパッド１００３が形成され、ＧＮＤパッド１００３には各対間を仕切るシールド壁１００４が分岐形成される。はんだ付けが容易な効果、実装密度が高まる効果は、図９の構成と同じである。また、対をなす信号線パッド１００１、１００２とそれに隣接する別の対の信号線パッド１００１、１００２との間で電磁結合が生じると、クロストークと呼ばれるノイズ成分が発生するが、図１０の構成によれば、シールド壁１００４によりクロストーク低減の効果がある。
【００９９】
図９、図１０の構成において、差動信号伝送用ケーブル５００、６００、７００、８００を用いても、差動信号伝送用ケーブル１００を用いた場合と同等の作用効果を有する。
【０１００】
次に、本発明の差動信号伝送用ケーブル１００を応用した伝送線路について述べる。
【０１０１】
図１１に示される伝送線路では、上下に配置された２枚のラインカード１１０１がシャフト（支持機構）１１０２により水平に保持されている。各ラインカード１１０１にはトランシーバＩＣ１１０３とコネクタ１１０４が実装されると共に、トランシーバＩＣ１１０３からコネクタ１１０４への配線パターン１１０５が形成される。上下のコネクタ１１０４間は差動信号伝送用ケーブル１００により配線されている。上のラインカード１１０１のトランシーバＩＣ１１０３から送信された差動信号は、配線パターン１１０５を通りコネクタ１１０４を介して差動信号伝送用ケーブル１００に伝送され、差動信号伝送用ケーブル１００から下のラインカード１１０１のコネクタ１１０４を介して配線パターン１１０５を通り、受信端末であるトランシーバＩＣ１１０３に伝送される。
【０１０２】
前述したように、差動信号伝送用ケーブル１００においてはコモンモードインピーダンスが大きいため、差動信号が差動信号伝送用ケーブル１００を伝搬するうちにコモンモード成分が減衰し、結果として差動信号伝送用ケーブル１００がコモンモードノイズフィルタと同じ働きをすることになる。これにより、従来は必要であったコモンモードノイズフィルタ（図１７参照）を除去することが可能となる。さらに、図１１に示される伝送線路では、従来使用されてきたバックプレーンボード（図１７参照）をなくし、上下のラインカード１１０１のコネクタ１１０４間を差動信号伝送用ケーブル１００で接続している。バックプレーンボードは非常に高価なため、差動信号伝送用ケーブル１００に置換できることは大幅なコスト低減につながる。
【０１０３】
図１１の構成において、差動信号伝送用ケーブル５００、６００、７００、８００を用いても、差動信号伝送用ケーブル１００を用いた場合と同等の作用効果を有する。
【０１０４】
本発明の差動信号伝送用ケーブル１００、５００、６００、７００、８００を複数本内蔵する１本の多芯ケーブルを実現することができる。このような多芯ケーブルにコネクタをアッセンブリすることで、相手のプリント配線板に多芯ケーブルのコネクタを直接接続できるダイレクトアタッチケーブルハーネスを実現することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１００、５００、６００、７００、８００ 差動信号伝送用ケーブル
１０１、１０２、５０１、５０２、６０１、６０２、７０１、７０２、８０１、８０２ 導線
１０３、５０３、６０３、７０３、８０３ 平坦部
１０４、５０４、６０４、７０４、８０４ 絶縁体
１０５、５０５、６０５、７０５、８０５ シールド導体
１０６、５０６、６０６、７０６、８０６ ドレイン線
１０７、５０７、６０７、７０７、８０７ ジャケット
１０８、５０８、７０８、８０８ 平角導体線
５０９、６０９ フィルム基材
５１０ ＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）
６０８ 銅箔
６１０ ＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）
９００、１０００ プリント配線板
９０１、９０２、１００１、１００２ 信号線パッド
９０３、１００３ ＧＮＤパッド
１１０１ ラインカード
１１０２ シャフト（支持機構）
１１０３ トランシーバＩＣ
１１０４ コネクタ
１１０５ 配線パターン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に配置された２本の導線が該２本の導線の並び方向に対して直角な方向から前記２本の導線を挟んで互いに対向する平坦部を有する扁平な絶縁体で一括被覆され、該絶縁体の外周に金属箔テープからなるシールド導体が巻き付けられ、前記平坦部の箇所で前記シールド導体に接するようにドレイン線が添えられ、該ドレイン線と前記シールド導体がジャケットにより被覆されたことを特徴とする差動信号伝送用ケーブル。
【請求項２】
平行に配置された２本の導線が該２本の導線の並び方向に対して直角な方向から前記２本の導線を挟んで互いに対向する平坦部を有する扁平な絶縁体で一括被覆され、該絶縁体の平坦部にドレイン線が添えられ、該ドレイン線に接するように前記絶縁体の外周に金属箔テープからなるシールド導体が巻き付けられ、該シールド導体がジャケットにより被覆されたことを特徴とする差動信号伝送用ケーブル。
【請求項３】
前記ドレイン線は、平角導体線であることを特徴とする請求項１又は２記載の差動信号伝送用ケーブル。
【請求項４】
前記ドレイン線は、平角導体線がフィルム基材に固着されたフレキシブルフラットケーブルであることを特徴とする１又は２記載の差動信号伝送用ケーブル。
【請求項５】
前記ドレイン線は、銅箔がフィルム基材に固着されたフレキシブルプリント配線板であることを特徴とする１又は２記載の差動信号伝送用ケーブル。
【請求項６】
前記２本の導線は、前記絶縁体の前記平坦部間の中心線上であって、前記絶縁体の前記導線の並び方向の両側間の中心線に対して対称な位置に配置されたことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の差動信号伝送用ケーブル。
【請求項７】
前記絶縁体の前記平坦部間の距離と前記絶縁体の前記導線の並び方向の両側間の距離との比が１：２であり、前記２本の導線間の距離が前記絶縁体の前記平坦部間の距離よりも小さいことを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の差動信号伝送用ケーブル。
【請求項８】
前記２本の導線と前記シールド導体との距離が前記２本の導線と前記ドレイン線との距離より大きいことを特徴とする請求項１〜７いずれか記載の差動信号伝送用ケーブル。
【請求項９】
前記ドレイン線は、前記互いに対向する平坦部のそれぞれに設けられることを特徴とする請求項１〜８いずれか記載の差動信号伝送用ケーブル。
【請求項１０】
前記ドレイン線は、前記導線の並び方向の両側間の中心線上に中心が位置することを特徴とする請求項１〜９いずれか記載の差動信号伝送用ケーブル。
【請求項１】
平行に配置された２本の導線が該２本の導線の並び方向に対して直角な方向から前記２本の導線を挟んで互いに対向する平坦部を有する扁平な絶縁体で一括被覆され、該絶縁体の外周に金属箔テープからなるシールド導体が巻き付けられ、前記平坦部の箇所で前記シールド導体に接するようにドレイン線が添えられ、該ドレイン線と前記シールド導体がジャケットにより被覆されたことを特徴とする差動信号伝送用ケーブル。
【請求項２】
平行に配置された２本の導線が該２本の導線の並び方向に対して直角な方向から前記２本の導線を挟んで互いに対向する平坦部を有する扁平な絶縁体で一括被覆され、該絶縁体の平坦部にドレイン線が添えられ、該ドレイン線に接するように前記絶縁体の外周に金属箔テープからなるシールド導体が巻き付けられ、該シールド導体がジャケットにより被覆されたことを特徴とする差動信号伝送用ケーブル。
【請求項３】
前記ドレイン線は、平角導体線であることを特徴とする請求項１又は２記載の差動信号伝送用ケーブル。
【請求項４】
前記ドレイン線は、平角導体線がフィルム基材に固着されたフレキシブルフラットケーブルであることを特徴とする１又は２記載の差動信号伝送用ケーブル。
【請求項５】
前記ドレイン線は、銅箔がフィルム基材に固着されたフレキシブルプリント配線板であることを特徴とする１又は２記載の差動信号伝送用ケーブル。
【請求項６】
前記２本の導線は、前記絶縁体の前記平坦部間の中心線上であって、前記絶縁体の前記導線の並び方向の両側間の中心線に対して対称な位置に配置されたことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の差動信号伝送用ケーブル。
【請求項７】
前記絶縁体の前記平坦部間の距離と前記絶縁体の前記導線の並び方向の両側間の距離との比が１：２であり、前記２本の導線間の距離が前記絶縁体の前記平坦部間の距離よりも小さいことを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の差動信号伝送用ケーブル。
【請求項８】
前記２本の導線と前記シールド導体との距離が前記２本の導線と前記ドレイン線との距離より大きいことを特徴とする請求項１〜７いずれか記載の差動信号伝送用ケーブル。
【請求項９】
前記ドレイン線は、前記互いに対向する平坦部のそれぞれに設けられることを特徴とする請求項１〜８いずれか記載の差動信号伝送用ケーブル。
【請求項１０】
前記ドレイン線は、前記導線の並び方向の両側間の中心線上に中心が位置することを特徴とする請求項１〜９いずれか記載の差動信号伝送用ケーブル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−９６５７４（Ｐ２０１１−９６５７４Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５０９７２（Ｐ２００９−２５０９７２）
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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