差動信号用ケーブル及びこれを用いた伝送ケーブル、並びに差動信号用ケーブルの製造方法
【課題】スキュー及び差動・同相変換量、伝送損失を共に低減し、ＥＭＩ性能が良好であり、伝送特性を決定する特性インピーダンスが逐次変動せず安定的な生産が可能であり、かつ、基板やコネクタ等への実装も容易で実装部分での電気特性の劣化も小さく、信号波形劣化の小さい差動信号用ケーブル及びこれを用いた伝送ケーブル、並びに差動信号用ケーブルの製造方法を提供する。
【解決手段】並行に設けられた１対の信号用導体２と、１対の信号用導体２の周囲を一括して被覆する絶縁体３と、絶縁体３の外周に設けられたシールド用導体４とを備えた差動信号用ケーブルにおいて、１対の信号用導体２の間隔を、偶モードインピーダンスが奇モードインピーダンスの１．５から１．９倍となる間隔とした。
【解決手段】並行に設けられた１対の信号用導体２と、１対の信号用導体２の周囲を一括して被覆する絶縁体３と、絶縁体３の外周に設けられたシールド用導体４とを備えた差動信号用ケーブルにおいて、１対の信号用導体２の間隔を、偶モードインピーダンスが奇モードインピーダンスの１．５から１．９倍となる間隔とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、数Ｇｂｐｓ以上の高速デジタル信号を伝送させるために用いる差動信号用ケーブル及びこれを用いた伝送ケーブル、並びに差動信号用ケーブルの製造方法に係り、特に、信号波形劣化の小さい差動信号用ケーブル及びこれを用いた伝送ケーブル、並びに差動信号用ケーブルの製造方法に関するものである。
【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、ストレージ製品などにおいて、電子機器間あるいは電子機器内の基板間の信号伝送には、差動信号による信号伝送が用いられている。電子機器間あるいは電子機器内の基板間は、差動信号用ケーブルにより電気的に接続される。
【０００３】
差動信号による信号伝送では、位相を反転させた２つの信号を用い、受信側で２つの信号の差分を合成出力する。差動信号用ケーブルは、位相を反転させた２つの信号を伝送するための２本の信号用導体（導線、芯線）を備えている。
【０００４】
差動信号用ケーブルでは、２本の信号用導体に流れる電流が互いに逆方向を向いて流れることとなるため、外部に放射される電磁波が小さくなる。また、差動信号用ケーブルでは、外部から受けたノイズが２本の信号用導体に等しく重畳されるため、受信側で２つの信号の差分を合成出力することで、ノイズによる影響を打ち消すことができる。これらの理由から、高速デジタル信号の伝送には、差動信号による信号伝送が好適である。
【０００５】
従来の差動信号用ケーブルとして、信号用導体を絶縁体で被覆した２本の絶縁電線を撚り合わせて対にしたツイストペアケーブルがある。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、中距離の信号伝送に広く用いられている。
【０００６】
しかし、この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ので、ケーブル近傍に置かれた金属の影響を受けやすく、特性インピーダンスが安定しない。そのため、ツイストペアケーブルでは、数ＧＨｚの高周波領域では信号波形が崩れやすいという問題がある。このような理由から、ツイストペアケーブルは、数Ｇｂｐｓ以上の伝送線路にはあまり用いられることがない。
【０００７】
一方、他の差動信号用ケーブルとして、２本の絶縁電線を撚らずに並行して配置し、これをシールド用導体で覆ったツイナックスケーブルがある。ツイナックスケーブルは、ツイストペアケーブルに比べて２本の導体間の物理長の差が少なく、また、シールド用導体が２本の絶縁電線を覆うように設けられるので、ケーブル近傍に金属を置いても、特性インピーダンスが不安定になることもなく、また、ノイズ耐性も高い。そのため、ツイナックスケーブルは、比較的高速で短距離（数ｍから数十ｍ）の信号伝送に用いられている。
【０００８】
ツイナックスケーブルのシールド用導体には、導体付きテープ（金属箔テープ）を用いたもの、編組状の素線を用いたもの、また接地用のドレイン線等を付け合わせたものなどがある。
【０００９】
一例として、特許文献１で開示されているツイナックスケーブルの横断面図を図８に示す。
【００１０】
図８に示すツイナックスケーブル８１は、信号用導体８２を絶縁体８３で絶縁した２本の絶縁電線８４の周囲に、ポリエチレンのテープにアルミニウム等の金属箔を貼り付けた金属箔テープからなるシールド用導体８５を巻き付け、あるいは縦添えし、さらにそのシールド用導体８５の周囲に、ケーブル内部を保護するためのジャケット８６を被覆したものである。
【００１１】
シールド用導体８５と絶縁電線８４との間には、ドレイン線８７がシールド用導体８５の導電面（金属箔）と接触するように縦添えされ、このドレイン線８７がグランド接続されるようになっている。
【００１２】
ところで、数Ｇｂｐｓ以上の高速信号を伝送するためには、２本の信号用導体における２つの信号の伝搬時間の差、すなわちスキューを低減する必要がある。これは、スキューが増加すると、受信側で２つの信号の差分を合成出力したデジタル信号の波形を崩してしまうためである。例えば、１０Ｇｂｐｓ相当の高速信号伝送においては、数ｐｓのスキューでも信号品質を劣化させてしまう。また、最近は、ＥＭＩ（Electromagnetic Interference；電磁波妨害）を低減する必要から、差動・同相変換量を低く抑えることも要求されている。
【００１３】
図９に示すツイナックスケーブル９１は、２本の信号用導体９２を、絶縁体９３で一度に被覆し、この絶縁体９３の周囲に金属箔テープからなるシールド用導体９４を巻き付け、あるいは縦添えし、さらにそのシールド用導体９４の周囲に、ケーブル内部を保護するためのジャケット９５を被覆したものである（特許文献２）。
【００１４】
このツイナックスケーブル９１では、２本の信号用導体９２をひとつの絶縁体９３で一括被覆することで、絶縁体９３の誘電率差を抑えて、スキューを低減している。
【００１５】
図１０に示すツイナックスケーブル１０１は、信号用導体１０２を絶縁体１０３により被覆した２本の絶縁電線１０４の周囲を発泡剤テープ１０５で覆い、その発泡剤テープ１０５の周囲に金属箔テープからなるシールド用導体１０６を被覆し、さらにその周囲にジャケット１０７を被覆したものである。発泡剤テープ１０５とシールド用導体１０６との間には、ドレイン線１０８が、シールド用導体１０６の導体面（金属箔）と接触するように縦添えされている（特許文献３）。
【００１６】
このツイナックスケーブル１０１では、２本の絶縁電線１０４をシールド用導体１０６で覆う前に、絶縁体である発泡剤テープ１０５を巻き付け、信号用導体１０２とシールド用導体１０６との距離を相対的に離すことで、両信号用導体１０２の電磁結合（電磁気的結合）を強くし、スキューを低減している。
【００１７】
図１１に示すツイナックスケーブル１１１は、信号用導体１１２を発泡体からなる絶縁体１１３で被覆した２本の絶縁電線１１４の周囲に、金属箔テープからなるシールド用導体１１５を巻き付け、あるいは縦添えし、さらにそのシールド用導体１１５の周囲にジャケット１１６を被覆したものである（特許文献４）。
【００１８】
このツイナックスケーブル１１１では、絶縁体１１３を発泡体で形成し、２本の絶縁電線１１４をテープ状のシールド用導体１１５で被覆する際、絶縁体１１３が少し潰れるくらいにきつく巻いて、信号用導体１１２同士の距離を小さくしている。これによって、両信号用導体１１２の電磁結合が強くなり、スキューが小さくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００２−２８９０４７号公報
【特許文献２】特開２００１−３５２７０号公報
【特許文献３】特開２００７−２６９０９号公報
【特許文献４】米国特許第５２８３３９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、図９のツイナックスケーブル９１では、２本の信号用導体９２をひとつの絶縁体９３で一括被覆することでスキューを低減しているが、単に絶縁体９３で一括被覆するだけでは、絶縁体９３内部の誘電率分布や、シールド形状の左右の対称性のズレが僅かに残るため、１０Ｇｂｐｓ相当の高速信号の伝送においては、スキュー、差動・同相変換量ともに十分な低減効果が得られない。
【００２１】
また、図１０のツイナックスケーブル１０１では、発泡剤テープ１０５を巻く工程が増えるので、コストの増加が避けられない。さらに、発泡剤テープ１０５の厚さが０．２ｍｍと、ある程度厚い発泡剤テープ１０５を使用しないとスキュー低減の効果が得られないため、発泡剤テープ１０５の重なり具合によって、左右の対称性が崩れ、スキューや差動・同相変換量が増大したり、特性インピーダンスが変動してしまうという問題が発生する。したがって、発泡剤テープ１０５の重なり具合を精密に制御する必要があるが、実際の工程では非常に困難である。
【００２２】
さらに、図１１のツイナックスケーブル１１１では、テープ状のシールド用導体１１５を巻き付けることで絶縁体１１３を潰しているが、信号用導体１１２同士の距離の制御が難しく、左右の対称性が崩れたりすることで、スキューや差動・同相変換量の増大、特性インピーダンスの変動などの問題が発生する。
【００２３】
また、電気特性の面において、両信号用導体の電磁結合を強くするには、ケーブル外径を大きくするか、信号用導体を細くしないと、所望の特性インピーダンス（差動インピーダンス）にすることができないという問題もある。つまり、ケーブル外径を変更しない場合には、信号用導体を細くしなければならないので、ケーブルの伝送損失の増大が避けられない。さらに、電磁結合が強過ぎる場合には、同相の特性インピーダンスが大きくなるので、同相入力成分に対して特性インピーダンスが不整合となる。その結果、同相成分の反射を引き起こし、ＥＭＩ等の問題が発生する。
【００２４】
また、実装面において、両信号用導体の電磁結合を強くするには、信号用導体の間隔をケーブル外径に対して相対的に狭くする必要があるが、ツイナックスケーブルを基板やコネクタにハンダ付け等で実装する際に、接続ピッチが小さくなり、接続作業が困難となる問題がある。
【００２５】
通常、ドレイン線は左右の対称性と位置の安定性を考慮して２本の絶縁電線の間に配置される（図８、図１０参照）が、接続ピッチが小さい場合（つまり信号用導体の間隔が狭い場合）には、そのままの配置での接続が困難になり、シールド用導体をある程度引き剥がして信号用導体の脇までドレイン線を引き出した状態で、両信号用導体とドレイン線をハンダ付けするといった方法をとらなければならない。ドレイン線を長く引き出すことにより、グランドが不安定になり、電気特性を損なってしまう。
【００２６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、数Ｇｂｐｓ以上の高速伝送に用いられる差動信号用ケーブルにおいて、スキュー及び差動・同相変換量、伝送損失を共に低減し、ＥＭＩ性能が良好であり、伝送特性を決定する特性インピーダンスが逐次変動せず安定的な生産が可能であり、かつ、基板やコネクタ等への実装も容易で実装部分での電気特性の劣化も小さく、信号波形劣化の小さい差動信号用ケーブル及びこれを用いた伝送ケーブル、並びに差動信号用ケーブルの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、並行に設けられた１対の信号用導体と、該１対の信号用導体の周囲を一括して被覆する絶縁体と、該絶縁体の外周に設けられたシールド用導体とを備え、１０Ｇｂｐｓ以上の高速伝送に用いられる差動信号用ケーブルにおいて、前記１対の信号用導体の間隔を、偶モードインピーダンスが奇モードインピーダンスの１．５から１．９倍となる間隔とした差動信号用ケーブルである。
【００２８】
前記絶縁体は、前記１対の信号用導体を並べた方向である幅方向の長さが、幅方向と垂直な厚さ方向の長さよりも大きく形成され、前記１対の信号用導体は、前記絶縁体の厚さ方向の中心に配置されてもよい。
【００２９】
前記絶縁体の幅方向の長さと厚さ方向の長さの比が２：１であるとよい。
【００３０】
前記絶縁体の幅方向の片側あるいは両側の端部にドレイン線を縦添えに配置し、前記絶縁体と前記ドレイン線の周囲に前記シールド用導体を設けると共に、前記ドレイン線と前記シールド用導体とを電気的に接続してもよい。
【００３１】
前記ドレイン線と前記信号用導体は、前記絶縁体の幅方向に沿って一直線状に配置されてもよい。
【００３２】
前記絶縁体の幅方向の両側の端部に前記ドレイン線をそれぞれ配置すると共に、両前記ドレイン線を前記絶縁体の幅方向に沿って一直線状に配置し、かつ、両前記ドレイン線を、前記絶縁体の厚さ方向の中心からずれた位置に配置してもよい。
【００３３】
前記絶縁体の幅方向の片側あるいは両側の端部に、前記ドレイン線を嵌め込むための嵌め込み溝を形成し、該嵌め込み溝に前記ドレイン線を嵌め込み固定してもよい。
【００３４】
また、本発明は、前記差動信号用ケーブルを少なくとも２本以上束ね、その周囲に一括シールド用導体を設けると共に、その一括シールド用導体の外周に絶縁体からなるジャケットを被覆した伝送ケーブルである。
【００３５】
また、本発明は、並行に設けられた１対の信号用導体と、該１対の信号用導体の周囲を一括して被覆する絶縁体と、該絶縁体の外周に設けられたシールド用導体とを備え、１０Ｇｂｐｓ以上の高速伝送に用いられる差動信号用ケーブルの製造方法において、前記１対の信号用導体を、偶モードインピーダンスが奇モードインピーダンスの１．５から１．９倍となる間隔に配置し、該１対の信号用導体の周囲に押出成形により前記絶縁体を一括被覆する差動信号用ケーブルの製造方法である。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、スキュー及び差動・同相変換量、伝送損失を共に低減し、ＥＭＩ性能が良好であり、伝送特性を決定する特性インピーダンスが逐次変動せず安定的な生産が可能であり、かつ、基板やコネクタ等への実装も容易で実装部分での電気特性の劣化も小さく、信号波形劣化の小さい差動信号用ケーブル及びこれを用いた伝送ケーブル、並びに差動信号用ケーブルの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る差動信号用ケーブルの横断面図である。
【図２】図１の差動信号用ケーブルをプリント基板に実装するときの斜視図である。
【図３】図１の差動信号用ケーブルにおける、信号用導体の電磁結合の度合い（Ｚeven／Ｚodd）に対する、スキュー及び伝送特性（差動モード挿入損失Ｓdd21）の関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る差動信号用ケーブルの横断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る差動信号用ケーブルの横断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る差動信号用ケーブルの横断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る伝送ケーブルの横断面図である。
【図８】従来の差動信号用ケーブルの横断面図である。
【図９】従来の差動信号用ケーブルの横断面図である。
【図１０】従来の差動信号用ケーブルの横断面図である。
【図１１】従来の差動信号用ケーブルの横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００３９】
図１は、本実施の形態に係る差動信号用ケーブルの横断面図である。
【００４０】
図１に示すように、差動信号用ケーブル１は、並行に設けられた１対の信号用導体２と、両信号用導体２の周囲を一括して被覆する所定の誘電率を有する絶縁体３と、絶縁体３の外周に設けられたシールド用導体４と、絶縁体３とシールド用導体４の間に縦添えされたグランド接続用のドレイン線５と、シールド用導体４の外周を設けられたケーブル保護用のジャケット６とを備えている。
【００４１】
信号用導体２としては、銅等の電気良導体、または、電気良導体にメッキ等を施した単線または撚線を用いる。
【００４２】
本実施の形態に係る差動信号用ケーブル１では、信号用導体２の間隔は、偶モードインピーダンスＺevenが奇モードインピーダンスＺoddの１．５から１．９倍となる間隔とされる。この理由については後述する。
【００４３】
絶縁体３は、押出機により供給される絶縁樹脂で両信号用導体２を一括被覆することで形成される。
【００４４】
絶縁体３は、断面視で扁平状に形成される。１対の信号用導体２を並べた方向（図１では左右方向）を幅方向、幅方向と垂直な方向（図１では上下方向）を厚さ方向とすると、絶縁体３は、幅方向の長さ（以下、単に幅という）が、厚さ方向の長さ（以下、単に厚さという）よりも大きく形成される。
【００４５】
本実施の形態では、絶縁体３を、断面視で、略直線状の２つの辺と、この２つの辺を結ぶ曲線状の２辺とからなる形状に形成している。なお、絶縁体３を断面視で楕円形に形成してもよい。両信号用導体２は、絶縁体３の厚さ方向の中心に配置される。
【００４６】
差動信号用ケーブル１は、実際には、送信用と受信用の２本を１組で使用することが多いので、２本合わせたときの断面を円形に近くするために、絶縁体３の幅と厚さの比は、２：１とすることが好ましい。
【００４７】
絶縁体３に用いる絶縁樹脂としては、誘電率、誘電正接の小さいものが望ましく、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）、ポリエチレン等を用いるとよい。
【００４８】
また、誘電率、誘電正接を小さくするため、絶縁体３に発泡絶縁樹脂を用いてもよい。絶縁体３に発泡絶縁樹脂を用いる場合、成形前に発泡剤を練り込み、成形時の温度によって発泡度を制御する方法、あるいは窒素等のガスを成形圧力で注入しておき、圧力解放時に発泡させる方法等で絶縁体３を形成するとよい。
【００４９】
絶縁体３の幅方向の片側の端部（図１では左側の端部）には、両信号用導体２と並行してドレイン線５が縦添え配置される。つまり、ドレイン線５と両信号用導体２は、絶縁体３の幅方向に沿って一直線状に配置される。ドレイン線５としては、信号用導体２と同様に、銅等の電気良導体、または、電気良導体にメッキ等を施した単線または撚線を用いる。
【００５０】
シールド用導体４としては、ポリエチレンテープにアルミニウム等の金属箔を貼り合わせた金属箔テープを用いる。シールド用導体４はこれに限らず、編組状の素線からなるものを用いてもよい。
【００５１】
シールド用導体４は、絶縁体３とドレイン線５の周囲に巻き付けられ、これにより、ドレイン線５は絶縁体３に固定される。このとき、シールド用導体４の導体面（金属箔）がドレイン線５に接触するように、シールド用導体４を巻き付ける。シールド用導体４の外周には、ケーブル保護のために、絶縁体からなるジャケット６が被覆される。
【００５２】
図２に示すように、差動信号用ケーブル１をプリント基板２１に実装する際には、ジャケット６、シールド用導体４、絶縁体３を順次段剥きして、信号用導体２とドレイン線５を露出させ、この状態で、信号用導体２をプリント基板２１の信号用電極２２（Ｐ電極２２ａ、Ｎ電極２２ｂ）に、ドレイン線５をグランド用電極２３に合わせて、ハンダ付けで固定する。
【００５３】
このように、差動信号用ケーブル１では、信号用導体２とドレイン線５を露出させた状態でそのままハンダ付けすることが可能であり、信号用導体２の間隔が狭い場合であっても、ドレイン線５が邪魔することなく実装可能である。また、シールド用導体４の剥き長も小さいので、電気特性を損なわない。
【００５４】
ここで、信号用導体２の間隔を、偶モードインピーダンスＺevenが奇モードインピーダンスＺoddの１．５から１．９倍となる間隔とする理由を説明する。
【００５５】
差動信号用ケーブル１では、両信号用導体２の周囲に絶縁体３を押出成形により一括被覆するので、信号用導体２の間隔を自由に設定し、両信号用導体２の電磁結合を所望の量にすることが可能であるが、この信号用導体２の間隔は、スキュー及び差動・同相変換量の低減と、伝送損失の低減の両者を考慮して決定する必要がある。
【００５６】
例えば、電磁結合が全くない差動信号用ケーブルでは、ケーブル内部を伝搬する電磁波は、一方の信号用導体とシールド用導体の間と、他方の信号用導体とシールド用導体との間で別々に伝搬するため、各線路の伝搬定数の僅かな違いが、スキュー、差動・同相変換量の増大に影響することになる。つまり、両信号用導体の電磁結合が小さいほど、スキュー及び差動・同相変換量は増大する。
【００５７】
他方、両信号用導体の電磁結合が強い場合、ケーブル内部を伝搬する電磁波のうち信号用導体間を伝搬する成分が増大するので、スキューを低減でき、また差動・同相変換量も小さくできる。ただし、電磁界が信号用導体間に集中するため、ケーブルの伝送損失が増大する。さらに、両信号用導体の電磁結合が強い場合、ケーブルの同相インピーダンスが大きくなるため、同相入力成分に対して特性インピーダンスが不整合となり、その結果、同相成分の反射を引き起こしてＥＭＩの原因となる。つまり、両信号用導体の電磁結合が強いほど、伝送損失が増大し、ＥＭＩ性能も悪化する。
【００５８】
両信号用導体の電磁結合の度合いは、信号用導体の偶モードインピーダンスＺevenと奇モードインピーダンスＺoddの比（Ｚeven／Ｚodd）で規定することができる。偶モードインピーダンスＺevenとは、両信号用導体を位相差無しで励振した場合のグランドに対するインピーダンスであり、奇モードインピーダンスＺoddとは、両信号用導体を逆位相で励振した場合のグランドに対するインピーダンスである。
【００５９】
Ｚeven／Ｚoddは、信号用導体の間隔で調整可能であり、信号用導体の間隔を狭くするとＺeven／Ｚoddの値は高くなり、両信号用導体の電磁結合が強くなる。また、Ｚeven／Ｚoddは、信号用導体の外径でも調整可能である。なお、信号用導体の外径によるＺeven／Ｚoddの調整は、差動インピーダンスを１００Ωにする為に必要となる。
【００６０】
両信号用導体の電磁結合の度合い（Ｚeven／Ｚodd）に対する、スキュー及び伝送特性（差動モード挿入損失Ｓdd21）の関係を解析した結果を図３に示す。
【００６１】
図３に示すように、Ｚeven／Ｚoddが１．５未満では、スキューの低減効果が小さく、また、Ｚeven／Ｚoddが１．９を超えると、伝送特性（差動モード挿入損失Ｓdd21）の劣化が顕著である。したがって、スキューを低減し、かつ伝送特性の劣化を抑制するためには、信号用導体２の間隔を、Ｚeven／Ｚoddが１．５〜１．９となる間隔、すなわち、偶モードインピーダンスＺevenが奇モードインピーダンスＺoddの１．５から１．９倍となる間隔とすればよい。
【００６２】
一般的には、差動インピーダンスは１００Ωとするので、Ｚodd＝５０Ωとなり、Ｚeven＝７５〜９５Ωの範囲となる。
【００６３】
例えば、信号用導体２の実効外径を０．１８ｍｍとし、絶縁体３としてＰＦＡ（誘電率εr＝２．１）を用い、絶縁体３を幅１．４８ｍｍ、厚さ０．７４ｍｍとした場合、信号用導体２の間隔を０．３７５ｍｍとすると、信号用導体２の差動インピーダンス１００Ωで、同相インピーダンスが約４２Ωとなり、Ｚeven／Ｚodd＝１．６７となる。
【００６４】
同様にして、サイズの異なる複数の差動信号用ケーブルについて、Ｚeven／Ｚodd、スキュー、差動モード挿入損失Ｓdd21、同相モード反射損失（リターンロス）Ｓcc11を解析した結果を表１に示す。なお、表１において、導体構成７／０．０８は、外径０．０８ｍｍの素線を７本撚って信号用導体を構成していることを表している。また、減衰量は、差動モード挿入損失Ｓdd21の絶対値と等しく、１ｍあたりの信号の減衰量を表す。
【００６５】
【表１】
【００６６】
表１に示すように、Ｚeven／Ｚoddが１．５未満である３２ＡＷＧの差動信号用ケーブルでは、スキューが１８ｐｓ／ｍと大きくなっており、Ｚeven／Ｚoddが１．９を超える３６ＡＷＧ，３７ＡＷＧの差動信号用ケーブルでは、差動モード挿入損失Ｓdd21の絶対値である減衰量が４．８ｄＢ／ｍ、５．４ｄＢ／ｍと大きくなり、伝送特性が劣化している。さらに、Ｚeven／Ｚoddが１．９を超える３６ＡＷＧ、３７ＡＷＧの差動信号用ケーブルでは、同相モード反射損失Ｓcc11が−１０ｄＢ／ｍ以上となっており、ＥＭＩ性能が悪化している。
【００６７】
以上説明したように、本実施の形態に係る差動信号用ケーブル１では、信号用導体２の間隔を、偶モードインピーダンスが奇モードインピーダンスの１．５から１．９倍となる間隔としている。
【００６８】
これにより、スキュー及び差動・同相変換量を低減し、かつ、伝送損失を実用上十分小さい領域に抑えることができ、かつ、ＥＭＩ性能を良好にでき、信号波形劣化を小さくできる。その結果、電子機器間あるいは電子機器内で数Ｇｂｐｓ以上の高速信号の伝送を行うことが可能となり、電子機器の性能向上に寄与する。
【００６９】
また、差動信号用ケーブル１では、信号用導体２の周囲に押出成形により絶縁体３を一括被覆しているため、ケーブル長手方向の寸法変動を小さくでき、特性インピーダンスの変動を抑制できる。さらに、差動信号用ケーブル１では、押出成形時に信号用導体２の間隔を変更することで容易にＺeven／Ｚoddを調整できるので、従来のように厚手の発泡剤テープを巻いたり、テープ状のシールド用導体をきつく巻いて絶縁体を潰したりといった製法上困難な方法をとる必要がなくなり、安定的な生産が可能となる。
【００７０】
また、差動信号用ケーブル１では、ドレイン線５を信号用導体２の横に配置しているため、信号用導体２の間隔が狭くても、基板やコネクタ等への実装が容易となり、さらには、シールド用導体４の剥き長が小さくて済むため、実装部分での電気特性劣化も小さい。
【００７１】
次に、本発明の他の実施の形態を説明する。
【００７２】
図４に示す差動信号用ケーブル４１は、図１の差動信号用ケーブル１と基本的に同じ構造であり、絶縁体３の左右にドレイン線５を配置した点が異なる。両ドレイン線５と両信号用導体２は、絶縁体３の幅方向に沿って一直線状に配置される。
【００７３】
差動信号用ケーブル４１では、ドレイン線５を左右対称に配置しているため、信号用導体２を伝搬する電磁波の左右の対称性が良好となり、スキュー及び差動・同相変換量をより低減できる。
【００７４】
図５に示す差動信号用ケーブル５１は、図４の差動信号用ケーブル４１において、絶縁体３の幅方向の両側の端部にドレイン線５を嵌め込むための嵌め込み溝３ａを長手方向に沿って形成し、嵌め込み溝３ａにドレイン線５を嵌め込み固定したものである。
【００７５】
嵌め込み溝３ａは、例えば、絶縁体３を押出成形する際に、押出機の排出部の一部（嵌め込み溝３ａを形成する部分）に突起をつけておくことで容易に形成できる。嵌め込み溝３ａの深さは、ドレイン線５がシールド用導体４によって押さえつけられる程度に、また、シールド用導体４の導体面（金属箔）が十分ドレイン線５と接触するように、あまり深くならないようにする。
【００７６】
差動信号用ケーブル５１では、ドレイン線５が、絶縁体３に形成された嵌め込み溝３ａに嵌め込み固定されるので、ドレイン線５の位置が安定する。よって、ケーブル断面構造の左右の対称性が保たれ、信号用導体２を伝搬する電磁波の左右の対称性が良好となり、スキュー及び差動・同相変換量をより低減できる。また、ドレイン線５のズレによる製品不良を大幅に低減でき、差動信号用ケーブル５１の生産速度を上げることが可能になる。
【００７７】
図６に示す差動信号用ケーブル６１は、図５の差動信号用ケーブル５１において、ドレイン線５を嵌め込むための嵌め込み溝３ａを、絶縁体３の厚さ方向の中心ではなく、絶縁体３の厚さ方向の中心からずれた位置（図６では下にずれた位置）に形成したものである。
【００７８】
すなわち、差動信号用ケーブル６１では、両ドレイン線５が、絶縁体３の厚さ方向の中心からずれた位置に配置される。両ドレイン線５は、絶縁体３の幅方向に沿って一直線状に配置される。
【００７９】
従来の２本の絶縁電線を備えた差動信号用ケーブル（例えば図８参照）では、絶縁電線を色違いにすることで信号用導体の極性を識別することが可能であるが、２本の信号用導体を１つの絶縁体で一括被覆した場合、信号用導体の極性を識別することが困難となり、差動信号用ケーブルをプリント基板等に実装する際の作業効率が悪化する。
【００８０】
差動信号用ケーブル６１では、ドレイン線５がケーブル断面の厚さ方向の中心になく、一方にずれているので、実装時にジャケット６、シールド用導体４を剥いた後、ドレイン線５の位置を確認することで、信号用導体２の極性を識別することが可能となる。つまり、差動信号用ケーブル６１によれば、信号用導体２の極性を容易に識別することが可能となり、ケーブル実装時における作業性が向上する。
【００８１】
図７に示す伝送ケーブル７１は、図６の差動信号用ケーブル６１（ジャケット６を省いたもの）を２本束ね、その周囲に一括シールド用導体７２を設けると共に、その一括シールド用導体７２の外周に絶縁体からなるジャケット７３を被覆したものである。
【００８２】
差動信号用ケーブル６１は、その２本のドレイン線５を配置した側を向き合わせて束ねられる。ここでは、一括シールド用導体７２として、編組状の素線７２ａからなるものを用いたが、金属箔テープを用いるようにしてもよい。
【００８３】
伝送ケーブル７１では、信号伝送用として、送信用に差動信号用ケーブル６１を１本、受信用に差動信号用ケーブル６１を１本備えており、さらに、ＥＭＩ及びＥＭＣ（Electromagnetic Compatibility）対策のために、両差動信号用ケーブル６１を一括シールド用導体７２で覆っており、伝送特性とＥＭＩ及びＥＭＣ性能の両立をコンパクトに実現している。
【００８４】
このように、伝送ケーブル７１によれば、伝送特性とＥＭＩ及びＥＭＣ性能を両立できるので、伝送ケーブル７１の両端にＳＦＰ＋トランシーバ（光モジュール形状のコネクタ）を設けることで、１０ＧｂＥ用のダイレクトアタッチケーブルとして用いることも可能である。
【００８５】
ここでは、伝送ケーブル７１として、２本の差動信号用ケーブル６１を用いる場合を説明したが、差動信号用ケーブル６１を３本以上用いるようにしてもよいし、差動信号用ケーブル６１に替えて、図１の差動信号用ケーブル１、図４の差動信号用ケーブル４１，あるいは図５の差動信号用ケーブル５１を用いてもよい。
【００８６】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００８７】
１ 差動信号用ケーブル
２ 信号用導体
３ 絶縁体
４ シールド用導体
５ ドレイン線
６ ジャケット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、数Ｇｂｐｓ以上の高速デジタル信号を伝送させるために用いる差動信号用ケーブル及びこれを用いた伝送ケーブル、並びに差動信号用ケーブルの製造方法に係り、特に、信号波形劣化の小さい差動信号用ケーブル及びこれを用いた伝送ケーブル、並びに差動信号用ケーブルの製造方法に関するものである。
【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、ストレージ製品などにおいて、電子機器間あるいは電子機器内の基板間の信号伝送には、差動信号による信号伝送が用いられている。電子機器間あるいは電子機器内の基板間は、差動信号用ケーブルにより電気的に接続される。
【０００３】
差動信号による信号伝送では、位相を反転させた２つの信号を用い、受信側で２つの信号の差分を合成出力する。差動信号用ケーブルは、位相を反転させた２つの信号を伝送するための２本の信号用導体（導線、芯線）を備えている。
【０００４】
差動信号用ケーブルでは、２本の信号用導体に流れる電流が互いに逆方向を向いて流れることとなるため、外部に放射される電磁波が小さくなる。また、差動信号用ケーブルでは、外部から受けたノイズが２本の信号用導体に等しく重畳されるため、受信側で２つの信号の差分を合成出力することで、ノイズによる影響を打ち消すことができる。これらの理由から、高速デジタル信号の伝送には、差動信号による信号伝送が好適である。
【０００５】
従来の差動信号用ケーブルとして、信号用導体を絶縁体で被覆した２本の絶縁電線を撚り合わせて対にしたツイストペアケーブルがある。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、中距離の信号伝送に広く用いられている。
【０００６】
しかし、この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ので、ケーブル近傍に置かれた金属の影響を受けやすく、特性インピーダンスが安定しない。そのため、ツイストペアケーブルでは、数ＧＨｚの高周波領域では信号波形が崩れやすいという問題がある。このような理由から、ツイストペアケーブルは、数Ｇｂｐｓ以上の伝送線路にはあまり用いられることがない。
【０００７】
一方、他の差動信号用ケーブルとして、２本の絶縁電線を撚らずに並行して配置し、これをシールド用導体で覆ったツイナックスケーブルがある。ツイナックスケーブルは、ツイストペアケーブルに比べて２本の導体間の物理長の差が少なく、また、シールド用導体が２本の絶縁電線を覆うように設けられるので、ケーブル近傍に金属を置いても、特性インピーダンスが不安定になることもなく、また、ノイズ耐性も高い。そのため、ツイナックスケーブルは、比較的高速で短距離（数ｍから数十ｍ）の信号伝送に用いられている。
【０００８】
ツイナックスケーブルのシールド用導体には、導体付きテープ（金属箔テープ）を用いたもの、編組状の素線を用いたもの、また接地用のドレイン線等を付け合わせたものなどがある。
【０００９】
一例として、特許文献１で開示されているツイナックスケーブルの横断面図を図８に示す。
【００１０】
図８に示すツイナックスケーブル８１は、信号用導体８２を絶縁体８３で絶縁した２本の絶縁電線８４の周囲に、ポリエチレンのテープにアルミニウム等の金属箔を貼り付けた金属箔テープからなるシールド用導体８５を巻き付け、あるいは縦添えし、さらにそのシールド用導体８５の周囲に、ケーブル内部を保護するためのジャケット８６を被覆したものである。
【００１１】
シールド用導体８５と絶縁電線８４との間には、ドレイン線８７がシールド用導体８５の導電面（金属箔）と接触するように縦添えされ、このドレイン線８７がグランド接続されるようになっている。
【００１２】
ところで、数Ｇｂｐｓ以上の高速信号を伝送するためには、２本の信号用導体における２つの信号の伝搬時間の差、すなわちスキューを低減する必要がある。これは、スキューが増加すると、受信側で２つの信号の差分を合成出力したデジタル信号の波形を崩してしまうためである。例えば、１０Ｇｂｐｓ相当の高速信号伝送においては、数ｐｓのスキューでも信号品質を劣化させてしまう。また、最近は、ＥＭＩ（Electromagnetic Interference；電磁波妨害）を低減する必要から、差動・同相変換量を低く抑えることも要求されている。
【００１３】
図９に示すツイナックスケーブル９１は、２本の信号用導体９２を、絶縁体９３で一度に被覆し、この絶縁体９３の周囲に金属箔テープからなるシールド用導体９４を巻き付け、あるいは縦添えし、さらにそのシールド用導体９４の周囲に、ケーブル内部を保護するためのジャケット９５を被覆したものである（特許文献２）。
【００１４】
このツイナックスケーブル９１では、２本の信号用導体９２をひとつの絶縁体９３で一括被覆することで、絶縁体９３の誘電率差を抑えて、スキューを低減している。
【００１５】
図１０に示すツイナックスケーブル１０１は、信号用導体１０２を絶縁体１０３により被覆した２本の絶縁電線１０４の周囲を発泡剤テープ１０５で覆い、その発泡剤テープ１０５の周囲に金属箔テープからなるシールド用導体１０６を被覆し、さらにその周囲にジャケット１０７を被覆したものである。発泡剤テープ１０５とシールド用導体１０６との間には、ドレイン線１０８が、シールド用導体１０６の導体面（金属箔）と接触するように縦添えされている（特許文献３）。
【００１６】
このツイナックスケーブル１０１では、２本の絶縁電線１０４をシールド用導体１０６で覆う前に、絶縁体である発泡剤テープ１０５を巻き付け、信号用導体１０２とシールド用導体１０６との距離を相対的に離すことで、両信号用導体１０２の電磁結合（電磁気的結合）を強くし、スキューを低減している。
【００１７】
図１１に示すツイナックスケーブル１１１は、信号用導体１１２を発泡体からなる絶縁体１１３で被覆した２本の絶縁電線１１４の周囲に、金属箔テープからなるシールド用導体１１５を巻き付け、あるいは縦添えし、さらにそのシールド用導体１１５の周囲にジャケット１１６を被覆したものである（特許文献４）。
【００１８】
このツイナックスケーブル１１１では、絶縁体１１３を発泡体で形成し、２本の絶縁電線１１４をテープ状のシールド用導体１１５で被覆する際、絶縁体１１３が少し潰れるくらいにきつく巻いて、信号用導体１１２同士の距離を小さくしている。これによって、両信号用導体１１２の電磁結合が強くなり、スキューが小さくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００２−２８９０４７号公報
【特許文献２】特開２００１−３５２７０号公報
【特許文献３】特開２００７−２６９０９号公報
【特許文献４】米国特許第５２８３３９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、図９のツイナックスケーブル９１では、２本の信号用導体９２をひとつの絶縁体９３で一括被覆することでスキューを低減しているが、単に絶縁体９３で一括被覆するだけでは、絶縁体９３内部の誘電率分布や、シールド形状の左右の対称性のズレが僅かに残るため、１０Ｇｂｐｓ相当の高速信号の伝送においては、スキュー、差動・同相変換量ともに十分な低減効果が得られない。
【００２１】
また、図１０のツイナックスケーブル１０１では、発泡剤テープ１０５を巻く工程が増えるので、コストの増加が避けられない。さらに、発泡剤テープ１０５の厚さが０．２ｍｍと、ある程度厚い発泡剤テープ１０５を使用しないとスキュー低減の効果が得られないため、発泡剤テープ１０５の重なり具合によって、左右の対称性が崩れ、スキューや差動・同相変換量が増大したり、特性インピーダンスが変動してしまうという問題が発生する。したがって、発泡剤テープ１０５の重なり具合を精密に制御する必要があるが、実際の工程では非常に困難である。
【００２２】
さらに、図１１のツイナックスケーブル１１１では、テープ状のシールド用導体１１５を巻き付けることで絶縁体１１３を潰しているが、信号用導体１１２同士の距離の制御が難しく、左右の対称性が崩れたりすることで、スキューや差動・同相変換量の増大、特性インピーダンスの変動などの問題が発生する。
【００２３】
また、電気特性の面において、両信号用導体の電磁結合を強くするには、ケーブル外径を大きくするか、信号用導体を細くしないと、所望の特性インピーダンス（差動インピーダンス）にすることができないという問題もある。つまり、ケーブル外径を変更しない場合には、信号用導体を細くしなければならないので、ケーブルの伝送損失の増大が避けられない。さらに、電磁結合が強過ぎる場合には、同相の特性インピーダンスが大きくなるので、同相入力成分に対して特性インピーダンスが不整合となる。その結果、同相成分の反射を引き起こし、ＥＭＩ等の問題が発生する。
【００２４】
また、実装面において、両信号用導体の電磁結合を強くするには、信号用導体の間隔をケーブル外径に対して相対的に狭くする必要があるが、ツイナックスケーブルを基板やコネクタにハンダ付け等で実装する際に、接続ピッチが小さくなり、接続作業が困難となる問題がある。
【００２５】
通常、ドレイン線は左右の対称性と位置の安定性を考慮して２本の絶縁電線の間に配置される（図８、図１０参照）が、接続ピッチが小さい場合（つまり信号用導体の間隔が狭い場合）には、そのままの配置での接続が困難になり、シールド用導体をある程度引き剥がして信号用導体の脇までドレイン線を引き出した状態で、両信号用導体とドレイン線をハンダ付けするといった方法をとらなければならない。ドレイン線を長く引き出すことにより、グランドが不安定になり、電気特性を損なってしまう。
【００２６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、数Ｇｂｐｓ以上の高速伝送に用いられる差動信号用ケーブルにおいて、スキュー及び差動・同相変換量、伝送損失を共に低減し、ＥＭＩ性能が良好であり、伝送特性を決定する特性インピーダンスが逐次変動せず安定的な生産が可能であり、かつ、基板やコネクタ等への実装も容易で実装部分での電気特性の劣化も小さく、信号波形劣化の小さい差動信号用ケーブル及びこれを用いた伝送ケーブル、並びに差動信号用ケーブルの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、並行に設けられた１対の信号用導体と、該１対の信号用導体の周囲を一括して被覆する絶縁体と、該絶縁体の外周に設けられたシールド用導体とを備え、１０Ｇｂｐｓ以上の高速伝送に用いられる差動信号用ケーブルにおいて、前記１対の信号用導体の間隔を、偶モードインピーダンスが奇モードインピーダンスの１．５から１．９倍となる間隔とした差動信号用ケーブルである。
【００２８】
前記絶縁体は、前記１対の信号用導体を並べた方向である幅方向の長さが、幅方向と垂直な厚さ方向の長さよりも大きく形成され、前記１対の信号用導体は、前記絶縁体の厚さ方向の中心に配置されてもよい。
【００２９】
前記絶縁体の幅方向の長さと厚さ方向の長さの比が２：１であるとよい。
【００３０】
前記絶縁体の幅方向の片側あるいは両側の端部にドレイン線を縦添えに配置し、前記絶縁体と前記ドレイン線の周囲に前記シールド用導体を設けると共に、前記ドレイン線と前記シールド用導体とを電気的に接続してもよい。
【００３１】
前記ドレイン線と前記信号用導体は、前記絶縁体の幅方向に沿って一直線状に配置されてもよい。
【００３２】
前記絶縁体の幅方向の両側の端部に前記ドレイン線をそれぞれ配置すると共に、両前記ドレイン線を前記絶縁体の幅方向に沿って一直線状に配置し、かつ、両前記ドレイン線を、前記絶縁体の厚さ方向の中心からずれた位置に配置してもよい。
【００３３】
前記絶縁体の幅方向の片側あるいは両側の端部に、前記ドレイン線を嵌め込むための嵌め込み溝を形成し、該嵌め込み溝に前記ドレイン線を嵌め込み固定してもよい。
【００３４】
また、本発明は、前記差動信号用ケーブルを少なくとも２本以上束ね、その周囲に一括シールド用導体を設けると共に、その一括シールド用導体の外周に絶縁体からなるジャケットを被覆した伝送ケーブルである。
【００３５】
また、本発明は、並行に設けられた１対の信号用導体と、該１対の信号用導体の周囲を一括して被覆する絶縁体と、該絶縁体の外周に設けられたシールド用導体とを備え、１０Ｇｂｐｓ以上の高速伝送に用いられる差動信号用ケーブルの製造方法において、前記１対の信号用導体を、偶モードインピーダンスが奇モードインピーダンスの１．５から１．９倍となる間隔に配置し、該１対の信号用導体の周囲に押出成形により前記絶縁体を一括被覆する差動信号用ケーブルの製造方法である。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、スキュー及び差動・同相変換量、伝送損失を共に低減し、ＥＭＩ性能が良好であり、伝送特性を決定する特性インピーダンスが逐次変動せず安定的な生産が可能であり、かつ、基板やコネクタ等への実装も容易で実装部分での電気特性の劣化も小さく、信号波形劣化の小さい差動信号用ケーブル及びこれを用いた伝送ケーブル、並びに差動信号用ケーブルの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る差動信号用ケーブルの横断面図である。
【図２】図１の差動信号用ケーブルをプリント基板に実装するときの斜視図である。
【図３】図１の差動信号用ケーブルにおける、信号用導体の電磁結合の度合い（Ｚeven／Ｚodd）に対する、スキュー及び伝送特性（差動モード挿入損失Ｓdd21）の関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る差動信号用ケーブルの横断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る差動信号用ケーブルの横断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る差動信号用ケーブルの横断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る伝送ケーブルの横断面図である。
【図８】従来の差動信号用ケーブルの横断面図である。
【図９】従来の差動信号用ケーブルの横断面図である。
【図１０】従来の差動信号用ケーブルの横断面図である。
【図１１】従来の差動信号用ケーブルの横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００３９】
図１は、本実施の形態に係る差動信号用ケーブルの横断面図である。
【００４０】
図１に示すように、差動信号用ケーブル１は、並行に設けられた１対の信号用導体２と、両信号用導体２の周囲を一括して被覆する所定の誘電率を有する絶縁体３と、絶縁体３の外周に設けられたシールド用導体４と、絶縁体３とシールド用導体４の間に縦添えされたグランド接続用のドレイン線５と、シールド用導体４の外周を設けられたケーブル保護用のジャケット６とを備えている。
【００４１】
信号用導体２としては、銅等の電気良導体、または、電気良導体にメッキ等を施した単線または撚線を用いる。
【００４２】
本実施の形態に係る差動信号用ケーブル１では、信号用導体２の間隔は、偶モードインピーダンスＺevenが奇モードインピーダンスＺoddの１．５から１．９倍となる間隔とされる。この理由については後述する。
【００４３】
絶縁体３は、押出機により供給される絶縁樹脂で両信号用導体２を一括被覆することで形成される。
【００４４】
絶縁体３は、断面視で扁平状に形成される。１対の信号用導体２を並べた方向（図１では左右方向）を幅方向、幅方向と垂直な方向（図１では上下方向）を厚さ方向とすると、絶縁体３は、幅方向の長さ（以下、単に幅という）が、厚さ方向の長さ（以下、単に厚さという）よりも大きく形成される。
【００４５】
本実施の形態では、絶縁体３を、断面視で、略直線状の２つの辺と、この２つの辺を結ぶ曲線状の２辺とからなる形状に形成している。なお、絶縁体３を断面視で楕円形に形成してもよい。両信号用導体２は、絶縁体３の厚さ方向の中心に配置される。
【００４６】
差動信号用ケーブル１は、実際には、送信用と受信用の２本を１組で使用することが多いので、２本合わせたときの断面を円形に近くするために、絶縁体３の幅と厚さの比は、２：１とすることが好ましい。
【００４７】
絶縁体３に用いる絶縁樹脂としては、誘電率、誘電正接の小さいものが望ましく、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）、ポリエチレン等を用いるとよい。
【００４８】
また、誘電率、誘電正接を小さくするため、絶縁体３に発泡絶縁樹脂を用いてもよい。絶縁体３に発泡絶縁樹脂を用いる場合、成形前に発泡剤を練り込み、成形時の温度によって発泡度を制御する方法、あるいは窒素等のガスを成形圧力で注入しておき、圧力解放時に発泡させる方法等で絶縁体３を形成するとよい。
【００４９】
絶縁体３の幅方向の片側の端部（図１では左側の端部）には、両信号用導体２と並行してドレイン線５が縦添え配置される。つまり、ドレイン線５と両信号用導体２は、絶縁体３の幅方向に沿って一直線状に配置される。ドレイン線５としては、信号用導体２と同様に、銅等の電気良導体、または、電気良導体にメッキ等を施した単線または撚線を用いる。
【００５０】
シールド用導体４としては、ポリエチレンテープにアルミニウム等の金属箔を貼り合わせた金属箔テープを用いる。シールド用導体４はこれに限らず、編組状の素線からなるものを用いてもよい。
【００５１】
シールド用導体４は、絶縁体３とドレイン線５の周囲に巻き付けられ、これにより、ドレイン線５は絶縁体３に固定される。このとき、シールド用導体４の導体面（金属箔）がドレイン線５に接触するように、シールド用導体４を巻き付ける。シールド用導体４の外周には、ケーブル保護のために、絶縁体からなるジャケット６が被覆される。
【００５２】
図２に示すように、差動信号用ケーブル１をプリント基板２１に実装する際には、ジャケット６、シールド用導体４、絶縁体３を順次段剥きして、信号用導体２とドレイン線５を露出させ、この状態で、信号用導体２をプリント基板２１の信号用電極２２（Ｐ電極２２ａ、Ｎ電極２２ｂ）に、ドレイン線５をグランド用電極２３に合わせて、ハンダ付けで固定する。
【００５３】
このように、差動信号用ケーブル１では、信号用導体２とドレイン線５を露出させた状態でそのままハンダ付けすることが可能であり、信号用導体２の間隔が狭い場合であっても、ドレイン線５が邪魔することなく実装可能である。また、シールド用導体４の剥き長も小さいので、電気特性を損なわない。
【００５４】
ここで、信号用導体２の間隔を、偶モードインピーダンスＺevenが奇モードインピーダンスＺoddの１．５から１．９倍となる間隔とする理由を説明する。
【００５５】
差動信号用ケーブル１では、両信号用導体２の周囲に絶縁体３を押出成形により一括被覆するので、信号用導体２の間隔を自由に設定し、両信号用導体２の電磁結合を所望の量にすることが可能であるが、この信号用導体２の間隔は、スキュー及び差動・同相変換量の低減と、伝送損失の低減の両者を考慮して決定する必要がある。
【００５６】
例えば、電磁結合が全くない差動信号用ケーブルでは、ケーブル内部を伝搬する電磁波は、一方の信号用導体とシールド用導体の間と、他方の信号用導体とシールド用導体との間で別々に伝搬するため、各線路の伝搬定数の僅かな違いが、スキュー、差動・同相変換量の増大に影響することになる。つまり、両信号用導体の電磁結合が小さいほど、スキュー及び差動・同相変換量は増大する。
【００５７】
他方、両信号用導体の電磁結合が強い場合、ケーブル内部を伝搬する電磁波のうち信号用導体間を伝搬する成分が増大するので、スキューを低減でき、また差動・同相変換量も小さくできる。ただし、電磁界が信号用導体間に集中するため、ケーブルの伝送損失が増大する。さらに、両信号用導体の電磁結合が強い場合、ケーブルの同相インピーダンスが大きくなるため、同相入力成分に対して特性インピーダンスが不整合となり、その結果、同相成分の反射を引き起こしてＥＭＩの原因となる。つまり、両信号用導体の電磁結合が強いほど、伝送損失が増大し、ＥＭＩ性能も悪化する。
【００５８】
両信号用導体の電磁結合の度合いは、信号用導体の偶モードインピーダンスＺevenと奇モードインピーダンスＺoddの比（Ｚeven／Ｚodd）で規定することができる。偶モードインピーダンスＺevenとは、両信号用導体を位相差無しで励振した場合のグランドに対するインピーダンスであり、奇モードインピーダンスＺoddとは、両信号用導体を逆位相で励振した場合のグランドに対するインピーダンスである。
【００５９】
Ｚeven／Ｚoddは、信号用導体の間隔で調整可能であり、信号用導体の間隔を狭くするとＺeven／Ｚoddの値は高くなり、両信号用導体の電磁結合が強くなる。また、Ｚeven／Ｚoddは、信号用導体の外径でも調整可能である。なお、信号用導体の外径によるＺeven／Ｚoddの調整は、差動インピーダンスを１００Ωにする為に必要となる。
【００６０】
両信号用導体の電磁結合の度合い（Ｚeven／Ｚodd）に対する、スキュー及び伝送特性（差動モード挿入損失Ｓdd21）の関係を解析した結果を図３に示す。
【００６１】
図３に示すように、Ｚeven／Ｚoddが１．５未満では、スキューの低減効果が小さく、また、Ｚeven／Ｚoddが１．９を超えると、伝送特性（差動モード挿入損失Ｓdd21）の劣化が顕著である。したがって、スキューを低減し、かつ伝送特性の劣化を抑制するためには、信号用導体２の間隔を、Ｚeven／Ｚoddが１．５〜１．９となる間隔、すなわち、偶モードインピーダンスＺevenが奇モードインピーダンスＺoddの１．５から１．９倍となる間隔とすればよい。
【００６２】
一般的には、差動インピーダンスは１００Ωとするので、Ｚodd＝５０Ωとなり、Ｚeven＝７５〜９５Ωの範囲となる。
【００６３】
例えば、信号用導体２の実効外径を０．１８ｍｍとし、絶縁体３としてＰＦＡ（誘電率εr＝２．１）を用い、絶縁体３を幅１．４８ｍｍ、厚さ０．７４ｍｍとした場合、信号用導体２の間隔を０．３７５ｍｍとすると、信号用導体２の差動インピーダンス１００Ωで、同相インピーダンスが約４２Ωとなり、Ｚeven／Ｚodd＝１．６７となる。
【００６４】
同様にして、サイズの異なる複数の差動信号用ケーブルについて、Ｚeven／Ｚodd、スキュー、差動モード挿入損失Ｓdd21、同相モード反射損失（リターンロス）Ｓcc11を解析した結果を表１に示す。なお、表１において、導体構成７／０．０８は、外径０．０８ｍｍの素線を７本撚って信号用導体を構成していることを表している。また、減衰量は、差動モード挿入損失Ｓdd21の絶対値と等しく、１ｍあたりの信号の減衰量を表す。
【００６５】
【表１】
【００６６】
表１に示すように、Ｚeven／Ｚoddが１．５未満である３２ＡＷＧの差動信号用ケーブルでは、スキューが１８ｐｓ／ｍと大きくなっており、Ｚeven／Ｚoddが１．９を超える３６ＡＷＧ，３７ＡＷＧの差動信号用ケーブルでは、差動モード挿入損失Ｓdd21の絶対値である減衰量が４．８ｄＢ／ｍ、５．４ｄＢ／ｍと大きくなり、伝送特性が劣化している。さらに、Ｚeven／Ｚoddが１．９を超える３６ＡＷＧ、３７ＡＷＧの差動信号用ケーブルでは、同相モード反射損失Ｓcc11が−１０ｄＢ／ｍ以上となっており、ＥＭＩ性能が悪化している。
【００６７】
以上説明したように、本実施の形態に係る差動信号用ケーブル１では、信号用導体２の間隔を、偶モードインピーダンスが奇モードインピーダンスの１．５から１．９倍となる間隔としている。
【００６８】
これにより、スキュー及び差動・同相変換量を低減し、かつ、伝送損失を実用上十分小さい領域に抑えることができ、かつ、ＥＭＩ性能を良好にでき、信号波形劣化を小さくできる。その結果、電子機器間あるいは電子機器内で数Ｇｂｐｓ以上の高速信号の伝送を行うことが可能となり、電子機器の性能向上に寄与する。
【００６９】
また、差動信号用ケーブル１では、信号用導体２の周囲に押出成形により絶縁体３を一括被覆しているため、ケーブル長手方向の寸法変動を小さくでき、特性インピーダンスの変動を抑制できる。さらに、差動信号用ケーブル１では、押出成形時に信号用導体２の間隔を変更することで容易にＺeven／Ｚoddを調整できるので、従来のように厚手の発泡剤テープを巻いたり、テープ状のシールド用導体をきつく巻いて絶縁体を潰したりといった製法上困難な方法をとる必要がなくなり、安定的な生産が可能となる。
【００７０】
また、差動信号用ケーブル１では、ドレイン線５を信号用導体２の横に配置しているため、信号用導体２の間隔が狭くても、基板やコネクタ等への実装が容易となり、さらには、シールド用導体４の剥き長が小さくて済むため、実装部分での電気特性劣化も小さい。
【００７１】
次に、本発明の他の実施の形態を説明する。
【００７２】
図４に示す差動信号用ケーブル４１は、図１の差動信号用ケーブル１と基本的に同じ構造であり、絶縁体３の左右にドレイン線５を配置した点が異なる。両ドレイン線５と両信号用導体２は、絶縁体３の幅方向に沿って一直線状に配置される。
【００７３】
差動信号用ケーブル４１では、ドレイン線５を左右対称に配置しているため、信号用導体２を伝搬する電磁波の左右の対称性が良好となり、スキュー及び差動・同相変換量をより低減できる。
【００７４】
図５に示す差動信号用ケーブル５１は、図４の差動信号用ケーブル４１において、絶縁体３の幅方向の両側の端部にドレイン線５を嵌め込むための嵌め込み溝３ａを長手方向に沿って形成し、嵌め込み溝３ａにドレイン線５を嵌め込み固定したものである。
【００７５】
嵌め込み溝３ａは、例えば、絶縁体３を押出成形する際に、押出機の排出部の一部（嵌め込み溝３ａを形成する部分）に突起をつけておくことで容易に形成できる。嵌め込み溝３ａの深さは、ドレイン線５がシールド用導体４によって押さえつけられる程度に、また、シールド用導体４の導体面（金属箔）が十分ドレイン線５と接触するように、あまり深くならないようにする。
【００７６】
差動信号用ケーブル５１では、ドレイン線５が、絶縁体３に形成された嵌め込み溝３ａに嵌め込み固定されるので、ドレイン線５の位置が安定する。よって、ケーブル断面構造の左右の対称性が保たれ、信号用導体２を伝搬する電磁波の左右の対称性が良好となり、スキュー及び差動・同相変換量をより低減できる。また、ドレイン線５のズレによる製品不良を大幅に低減でき、差動信号用ケーブル５１の生産速度を上げることが可能になる。
【００７７】
図６に示す差動信号用ケーブル６１は、図５の差動信号用ケーブル５１において、ドレイン線５を嵌め込むための嵌め込み溝３ａを、絶縁体３の厚さ方向の中心ではなく、絶縁体３の厚さ方向の中心からずれた位置（図６では下にずれた位置）に形成したものである。
【００７８】
すなわち、差動信号用ケーブル６１では、両ドレイン線５が、絶縁体３の厚さ方向の中心からずれた位置に配置される。両ドレイン線５は、絶縁体３の幅方向に沿って一直線状に配置される。
【００７９】
従来の２本の絶縁電線を備えた差動信号用ケーブル（例えば図８参照）では、絶縁電線を色違いにすることで信号用導体の極性を識別することが可能であるが、２本の信号用導体を１つの絶縁体で一括被覆した場合、信号用導体の極性を識別することが困難となり、差動信号用ケーブルをプリント基板等に実装する際の作業効率が悪化する。
【００８０】
差動信号用ケーブル６１では、ドレイン線５がケーブル断面の厚さ方向の中心になく、一方にずれているので、実装時にジャケット６、シールド用導体４を剥いた後、ドレイン線５の位置を確認することで、信号用導体２の極性を識別することが可能となる。つまり、差動信号用ケーブル６１によれば、信号用導体２の極性を容易に識別することが可能となり、ケーブル実装時における作業性が向上する。
【００８１】
図７に示す伝送ケーブル７１は、図６の差動信号用ケーブル６１（ジャケット６を省いたもの）を２本束ね、その周囲に一括シールド用導体７２を設けると共に、その一括シールド用導体７２の外周に絶縁体からなるジャケット７３を被覆したものである。
【００８２】
差動信号用ケーブル６１は、その２本のドレイン線５を配置した側を向き合わせて束ねられる。ここでは、一括シールド用導体７２として、編組状の素線７２ａからなるものを用いたが、金属箔テープを用いるようにしてもよい。
【００８３】
伝送ケーブル７１では、信号伝送用として、送信用に差動信号用ケーブル６１を１本、受信用に差動信号用ケーブル６１を１本備えており、さらに、ＥＭＩ及びＥＭＣ（Electromagnetic Compatibility）対策のために、両差動信号用ケーブル６１を一括シールド用導体７２で覆っており、伝送特性とＥＭＩ及びＥＭＣ性能の両立をコンパクトに実現している。
【００８４】
このように、伝送ケーブル７１によれば、伝送特性とＥＭＩ及びＥＭＣ性能を両立できるので、伝送ケーブル７１の両端にＳＦＰ＋トランシーバ（光モジュール形状のコネクタ）を設けることで、１０ＧｂＥ用のダイレクトアタッチケーブルとして用いることも可能である。
【００８５】
ここでは、伝送ケーブル７１として、２本の差動信号用ケーブル６１を用いる場合を説明したが、差動信号用ケーブル６１を３本以上用いるようにしてもよいし、差動信号用ケーブル６１に替えて、図１の差動信号用ケーブル１、図４の差動信号用ケーブル４１，あるいは図５の差動信号用ケーブル５１を用いてもよい。
【００８６】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００８７】
１ 差動信号用ケーブル
２ 信号用導体
３ 絶縁体
４ シールド用導体
５ ドレイン線
６ ジャケット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並行に設けられた１対の信号用導体と、該１対の信号用導体の周囲を一括して被覆する絶縁体と、該絶縁体の外周に設けられたシールド用導体とを備え、１０Ｇｂｐｓ以上の高速伝送に用いられる差動信号用ケーブルにおいて、
前記１対の信号用導体の間隔を、偶モードインピーダンスが奇モードインピーダンスの１．５から１．９倍となる間隔としたことを特徴とする差動信号用ケーブル。
【請求項２】
前記絶縁体は、前記１対の信号用導体を並べた方向である幅方向の長さが、幅方向と垂直な厚さ方向の長さよりも大きく形成され、
前記１対の信号用導体は、前記絶縁体の厚さ方向の中心に配置される請求項１記載の差動信号用ケーブル。
【請求項３】
前記絶縁体の幅方向の長さと厚さ方向の長さの比が２：１である請求項２記載の差動信号用ケーブル。
【請求項４】
前記絶縁体の幅方向の片側あるいは両側の端部にドレイン線を縦添えに配置し、前記絶縁体と前記ドレイン線の周囲に前記シールド用導体を設けると共に、前記ドレイン線と前記シールド用導体とを電気的に接続した請求項２または３記載の差動信号用ケーブル。
【請求項５】
前記ドレイン線と前記信号用導体は、前記絶縁体の幅方向に沿って一直線状に配置される請求項４記載の差動信号用ケーブル。
【請求項６】
前記絶縁体の幅方向の両側の端部に前記ドレイン線をそれぞれ配置すると共に、両前記ドレイン線を前記絶縁体の幅方向に沿って一直線状に配置し、かつ、両前記ドレイン線を、前記絶縁体の厚さ方向の中心からずれた位置に配置した請求項４記載の差動信号用ケーブル。
【請求項７】
前記絶縁体の幅方向の片側あるいは両側の端部に、前記ドレイン線を嵌め込むための嵌め込み溝を形成し、該嵌め込み溝に前記ドレイン線を嵌め込み固定した請求項４〜６いずれかに記載の差動信号用ケーブル。
【請求項８】
請求項１〜７いずれかに記載の差動信号用ケーブルを少なくとも２本以上束ね、その周囲に一括シールド用導体を設けると共に、その一括シールド用導体の外周に絶縁体からなるジャケットを被覆したことを特徴とする伝送ケーブル。
【請求項９】
並行に設けられた１対の信号用導体と、該１対の信号用導体の周囲を一括して被覆する絶縁体と、該絶縁体の外周に設けられたシールド用導体とを備え、１０Ｇｂｐｓ以上の高速伝送に用いられる差動信号用ケーブルの製造方法において、
前記１対の信号用導体を、偶モードインピーダンスが奇モードインピーダンスの１．５から１．９倍となる間隔に配置し、該１対の信号用導体の周囲に押出成形により前記絶縁体を一括被覆することを特徴とする差動信号用ケーブルの製造方法。
【請求項１】
並行に設けられた１対の信号用導体と、該１対の信号用導体の周囲を一括して被覆する絶縁体と、該絶縁体の外周に設けられたシールド用導体とを備え、１０Ｇｂｐｓ以上の高速伝送に用いられる差動信号用ケーブルにおいて、
前記１対の信号用導体の間隔を、偶モードインピーダンスが奇モードインピーダンスの１．５から１．９倍となる間隔としたことを特徴とする差動信号用ケーブル。
【請求項２】
前記絶縁体は、前記１対の信号用導体を並べた方向である幅方向の長さが、幅方向と垂直な厚さ方向の長さよりも大きく形成され、
前記１対の信号用導体は、前記絶縁体の厚さ方向の中心に配置される請求項１記載の差動信号用ケーブル。
【請求項３】
前記絶縁体の幅方向の長さと厚さ方向の長さの比が２：１である請求項２記載の差動信号用ケーブル。
【請求項４】
前記絶縁体の幅方向の片側あるいは両側の端部にドレイン線を縦添えに配置し、前記絶縁体と前記ドレイン線の周囲に前記シールド用導体を設けると共に、前記ドレイン線と前記シールド用導体とを電気的に接続した請求項２または３記載の差動信号用ケーブル。
【請求項５】
前記ドレイン線と前記信号用導体は、前記絶縁体の幅方向に沿って一直線状に配置される請求項４記載の差動信号用ケーブル。
【請求項６】
前記絶縁体の幅方向の両側の端部に前記ドレイン線をそれぞれ配置すると共に、両前記ドレイン線を前記絶縁体の幅方向に沿って一直線状に配置し、かつ、両前記ドレイン線を、前記絶縁体の厚さ方向の中心からずれた位置に配置した請求項４記載の差動信号用ケーブル。
【請求項７】
前記絶縁体の幅方向の片側あるいは両側の端部に、前記ドレイン線を嵌め込むための嵌め込み溝を形成し、該嵌め込み溝に前記ドレイン線を嵌め込み固定した請求項４〜６いずれかに記載の差動信号用ケーブル。
【請求項８】
請求項１〜７いずれかに記載の差動信号用ケーブルを少なくとも２本以上束ね、その周囲に一括シールド用導体を設けると共に、その一括シールド用導体の外周に絶縁体からなるジャケットを被覆したことを特徴とする伝送ケーブル。
【請求項９】
並行に設けられた１対の信号用導体と、該１対の信号用導体の周囲を一括して被覆する絶縁体と、該絶縁体の外周に設けられたシールド用導体とを備え、１０Ｇｂｐｓ以上の高速伝送に用いられる差動信号用ケーブルの製造方法において、
前記１対の信号用導体を、偶モードインピーダンスが奇モードインピーダンスの１．５から１．９倍となる間隔に配置し、該１対の信号用導体の周囲に押出成形により前記絶縁体を一括被覆することを特徴とする差動信号用ケーブルの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−３８０８２（Ｐ２０１３−３８０８２Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２１５５０４（Ｐ２０１２−２１５５０４）
【出願日】平成２４年９月２８日（２０１２．９．２８）
【分割の表示】特願２００９−２３７４３０（Ｐ２００９−２３７４３０）の分割
【原出願日】平成２１年１０月１４日（２００９．１０．１４）
【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２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月２８日（２０１２．９．２８）
【分割の表示】特願２００９−２３７４３０（Ｐ２００９−２３７４３０）の分割
【原出願日】平成２１年１０月１４日（２００９．１０．１４）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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