差動傳輸用電纜以及多對差動傳輸用電纜的製作方法

2023-09-22 17:10:50 2

本發明涉及將差動信號進行傳輸的差動傳輸用電纜以及多對差動傳輸用電纜。

背景技術：

作為將差動信號進行傳輸的差動傳輸用電纜，已知一種差動傳輸用電纜，其具備一對信號線、將一對信號線被覆的絕緣體、以及纏繞在絕緣體的周圍的屏蔽帶。

以往，已知一種橫向纏繞型的差動傳輸用電纜，其將具有導體層和在導體層的一面上形成的絕緣體層的屏蔽帶通過螺旋纏繞(也稱為橫向纏繞)纏繞在絕緣體的周圍上而得到(例如參照專利文獻1)。

另外，已知一種通過將屏蔽帶縱包在絕緣體的周圍而得到的縱包型的差動傳輸用電纜。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2014-17131號公報

技術實現要素：

發明想要解決的課題

然而，近年來伴隨著通信速度的高速化，要求開發應對於25gb/s(吉比特每秒)以上的傳輸速度的差動傳輸用電纜。

對於應對於25gb/s以上的傳輸速度的高速傳輸用的差動傳輸用電纜，要求在高頻區域中的差動損耗小，以及在模式轉換等的影響下產生的噪聲(噪聲功率)小。

具體而言，關於高速傳輸用的差動傳輸用電纜的傳輸性能，將接收功率設為p、將在接收端的噪聲功率設為σ時，可根據下式(1)所示的sn比來進行評價。

sn比＝p/σ…(1)

關於接收端的噪聲功率σ，取決於因各主要原因而產生的噪聲功率的總和而確定，作為產生噪聲的原因，一般可以列舉模式轉換、多重反射、在發送及接收端的阻抗不匹配、串擾等。其中，在製造上，作為特別不易減小的噪聲的原因，存在有模式轉換噪聲。關於模式轉換噪聲n模式轉換，可根據[數1]所示的式(2)來進行評價。

[數1]

其中，式(2)中的△f是頻率的測定點的間隔，f1＝△f表示頻率的下限值，fk＝k△f表示頻率的上限值。另外，式(2)中的wcd(f)為權重函數，以下為了簡單化，在傳輸頻帶內採用1，在傳輸頻帶外採用0。scd21是表示模式轉換(差動同相轉換量)的s參數。

在25gb/s以上的高速傳輸中，傳輸頻帶與以往相比變寬，因而式(2)中有關頻率之和的上限值fk＝k△f變大。然而，由於要求將接收端的噪聲功率σ抑制於與以往同等程度以下，因而至少需要根據傳輸頻帶的增加而相應地使式(2)中的︱scd21︱2的值小於以往值。

例如，在以往的10gb/s傳輸中，基本頻率為5ghz，標準性地要求將模式轉換參數scd21抑制於約-20db以下。與此相對，在25gb/s傳輸中，基本頻率為12.5ghz、成為2.5倍，因而為了維持與以往同等的sn比，需要將模式轉換參數scd21按真值計抑制於約1/2.5。因此，需要抑制模式轉換以使模式轉換參數scd21按db表示成為約-24db以下。

作為減小差動傳輸用電纜的模式轉換的方法，已知如下的方法：通過利用絕緣體將一對信號線一併被覆而製成雙芯一併被覆結構，以便減小介電常數分布的非對稱性從而抑制模式轉換。

然而，即使在製成這樣的雙芯一併被覆結構的情況下，也存在如下問題：在將屏蔽帶縱包而得到的縱包型的屏蔽方式中，在絕緣體與屏蔽帶之間產生微小的間隙，模式轉換變大。此問題特別是在使差動傳輸用電纜小直徑化的情況下變得顯著。近年來，要求一種在機器內將基板間連接的互連用的細徑的差動傳輸用電纜，就應用於這樣的用途中的細徑的差動傳輸用電纜而言，在設為縱包型的屏蔽方式的情況下模式轉換噪聲容易變大。

本發明人等進行了研究，結果得知在採用了呈雙芯一併被覆結構且為縱包型的屏蔽方式的情況下，模式轉換參數scd21的值在5ghz～10ghz附近的頻率範圍取得坪(plateau)狀的最大值，在25gb/s傳輸的傳輸頻帶中難以將模式轉換參數scd21穩定地抑制於-24db以下。

另一方面，採用了橫向纏繞型的屏蔽方式的情況下存在如下問題：在高頻的特定的頻率區域中，差動信號大幅衰減。這樣的差動信號的信號衰減的急劇下跌被稱為差動頻帶空段(differentialsuckout)。

進一步，在橫向纏繞型的差動傳輸用電纜中也存在如下問題：由於沒有長度方向的平移對稱性，並且在屏蔽部分中存在夾在大面積的導體層中的薄的電介質層(絕緣體層)的曲面，因而難以通過定量的理論解析、數值計算來改善特性。

如上所示，存在如下問題：在採用了縱包型的屏蔽方式的情況下，模式轉換變大，在採用了橫向纏繞型的屏蔽方式的情況下，因差動頻帶空段的影響而導致差動損耗變大，無法確保差動傳輸頻帶。為了實現應對於25gb/s以上的高速傳輸的差動傳輸用電纜，期望開發一種模式轉換噪聲小且確保了充分的差動傳輸頻帶的差動傳輸用電纜。

因此，本發明的目的在於提供一種應對於25gb/s以上的高速傳輸的差動傳輸用電纜以及多對差動傳輸用電纜，其模式轉換噪聲小且能夠確保充分的差動傳輸頻帶。

用於解決問題的方案

本發明以解決上述課題為目的，提供一種差動傳輸用電纜，其具備一對信號線、將前述一對信號線一併被覆的絕緣體、以及屏蔽帶，所述屏蔽帶具有導體層和在前述導體層的一面形成上的絕緣體層並且通過螺旋纏繞而纏繞在前述絕緣體的周圍，前述信號線的直徑至少比30awg(美國電線標準)細，差動特性阻抗為80ω以上120ω以下。

另外，本發明以解決上述課題為目的，提供一種多對差動傳輸用電纜，其具備多個前述差動傳輸用電纜，將多個前述差動傳輸用電纜一併進行屏蔽而成。

發明的效果

根據本發明，可提供一種應對於25gb/s以上的高速傳輸的差動傳輸用電纜以及多對差動傳輸用電纜，其模式轉換噪聲小且能夠確保充分的差動傳輸頻帶。

附圖說明

圖1是表示本發明的一個實施方式的多對差動傳輸用電纜的概略結構例的截面圖。

圖2是表示本發明的一個實施方式的差動傳輸用電纜的概略結構例的立體圖。

圖3是屏蔽帶的截面圖。

圖4是針對將信號線設為30awg、32awg、34awg時的各自的情況，表示差動特性阻抗成為100ω的絕緣體的尺寸的曲線圖。

圖5是表示在將信號線設為34awg的本發明實施方式中的s參數的測定結果的曲線圖，(a)為差動損耗sdd21的測定結果，(b)為模式轉換參數scd21的測定結果，(c)為同相損耗scc21的測定結果。

圖6是表示在將信號線設為30awg的比較例中的s參數的測定結果的曲線圖，(a)為差動損耗sdd21的測定結果，(b)為模式轉換參數scd21的測定結果，(c)為同相損耗scc21的測定結果。

圖7是表示在將信號線設為34awg並設為縱包型的屏蔽方式的比較例中的s參數的測定結果的曲線圖，(a)為差動損耗sdd21的測定結果，(b)為模式轉換參數scd21的測定結果，(c)為同相損耗scc21的測定結果。

圖8是表示在將信號線設為30awg並且設為縱包型的屏蔽方式的比較例中的s參數的測定結果的曲線圖，(a)為差動損耗sdd21的測定結果，(b)為模式轉換參數scd21的測定結果，(c)為同相損耗scc21的測定結果。

符號說明

10差動傳輸用電纜；11信號線；12絕緣體；13屏蔽帶；13a導體層；13b絕緣體層；15外層帶

具體實施方式

實施方式

以下，按照附圖說明本發明的實施方式。

圖1是表示本實施方式的多對差動傳輸用電纜的概略結構例的截面圖。

多對差動傳輸用電纜50具有：捆在一起的多根差動傳輸用電纜10、一併纏繞在多根差動傳輸用電纜10的周圍的屏蔽帶52、將屏蔽帶52的周圍被覆的編織線53、將編織線53被覆的護套54。多根差動傳輸用電纜10由屏蔽帶52和編織線53一併進行屏蔽。

關於差動傳輸用電纜10的根數，在圖1所示的例子中是8根，但沒有特別限定，例如也可以是2根、8根、24根等。在圖1所示的例子中，在多對差動傳輸用電纜50的截面中央處配置有2根差動傳輸用電纜10，隔著介在物51在其周圍以幾乎相同的間隔配置有6根差動傳輸用電纜10。

作為屏蔽帶52、編織線53、以及護套54的各自的材料，可使用在一般的電纜中使用的材料。關於介在物51，例如包含紙、紗線、或發泡體。發泡體例如為發泡聚丙烯、發泡聚乙烯等發泡聚烯烴。

圖2是表示本發明實施方式的差動傳輸用電纜10的概略結構例的立體圖。

差動傳輸用電纜10具有：一對信號線11、將一對信號線11一併被覆的絕緣體12、通過螺旋纏繞而纏繞在絕緣體12的周圍的屏蔽帶13、以及通過螺旋纏繞而纏繞在屏蔽帶13的周圍並將屏蔽帶13被覆的外層帶15。

一對信號線11是包含銅等的導體線，將差動信號進行傳輸。一對信號線11由一個絕緣體12一併被覆。即，本實施方式的差動傳輸用電纜10形成雙芯一併被覆結構。

絕緣體12形成為：截面觀察時形成為橢圓形狀或者長圓形狀(包含長度相等的平行的2條直線和將兩條直線的端部彼此連接的半圓狀圓弧的形狀、圓角長方形狀)，其長軸方向與信號線11的排列方向一致，且其長軸方向和短軸方向的中心與將信號線11的中心彼此連接的線段的中心點一致。此處，將絕緣體12形成為橢圓形狀。

絕緣體12由聚乙烯、聚四氟乙烯(ptfe)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(fep)等絕緣材料形成。另外，作為絕緣體12，可使用發泡聚乙烯等發泡的絕緣材料。作為絕緣體12，可使用介電常數為1.5～3程度的絕緣體。

圖3為屏蔽帶13的截面圖。屏蔽帶13具有帶狀的導體層13a、以及在導體層13a的一面上形成的絕緣體層13b。作為導體層13a，可使用銅箔、鋁箔等具有導電性的帶狀金屬箔。作為絕緣體層13b，可使用pet(聚對苯二甲酸乙二醇酯)等絕緣樹脂。予以說明的是，也可通過使作為導體層13a的銅箔、鋁箔等具有導電性的帶狀金屬箔的一面氧化而形成氧化膜，將該氧化膜用作絕緣體層13b。此處，作為屏蔽帶13，使用如下的銅pet帶，即在包含銅的導體層13a的一面上設置了包含pet的絕緣體層13b的銅pet帶。

關於屏蔽帶13，為了將差動傳輸用電纜10與設置在基板上的連接器等連接時使導體層13a容易與基板的地線連接，按照絕緣體層13b處於內側、導體層13a處於外側的方式纏繞在絕緣體12的周圍。

外層帶15包含具有可撓性的帶狀構件，例如具有pet等具有可撓性的絕緣性樹脂層和包含粘接劑的粘接層層疊而成的結構。另外，關於外層帶15，按照粘接層處於內側、樹脂層處於外側的方式，以螺旋狀纏繞在屏蔽帶13的周圍。通過將外層帶15進行纏繞，從而能夠防止屏蔽帶13從絕緣體12剝落。

此外，在本實施方式的差動傳輸用電纜10中，信號線11的直徑至少比30awg(美國電線標準)細，差動特性阻抗為80ω以上120ω以下，優選為100ω。

關於絕緣體12，根據信號線11的直徑而調整其長軸方向和短軸方向的尺寸，以使差動特性阻抗為大致100ω(100ω±20ω)。針對將信號線11設為30awg、32awg、34awg時的各自的情況，將差動特性阻抗成為100ω的絕緣體12的長軸方向和短軸方向的尺寸示於圖4。

本發明人等進行了深入研究，結果發現採用橫向纏繞型的屏蔽方式並將差動特性阻抗設為100ω(100ω±20ω)的情況下，越使信號線11的直徑小則越能夠使產生差動頻帶空段的頻率高。進一步反覆進行研究，結果發現為了在25gb/s以上的高速傳輸中也能確保充分的差動傳輸頻帶，至少需要使信號線11的直徑比30awg細(換言之，作為信號線11，使用awg的支數大於30的信號線)。

為了在25gb/s以上的高速傳輸中確實地抑制由差動頻帶空段導致的差動損耗，優選將信號線11的直徑設為34awg以下。本實施方式中，作為信號線11，使用了34awg的信號線。將信號線11的直徑設為34awg以下的情況下，將絕緣體12的長軸方向的長度設為至少1.5mm以下，將短軸方向的長度設為至少0.8mm以下為佳(參照圖4)。

另外，本實施方式中，由於採用了橫向纏繞型的屏蔽方式，因而與採用了縱包型的屏蔽方式的情況相比，能夠抑制模式轉換。

一般而言，兩根信號線11相對於地線的容量之差變大時，模式轉換變大。因此，通過製成由絕緣體12將兩根信號線11一併被覆而成的雙芯一併被覆結構，從而能夠抑制模式轉換。

可認為在採用了縱包型的屏蔽方式的情況下，特別是在製成細徑的情況下，在製造上在絕緣體與屏蔽帶之間容易產生微小的空隙，兩根信號線11相對於地線的容量之差會變大，模式轉換變大。

與此相對，可認為在採用了橫向纏繞型的屏蔽方式的情況下，通過在屏蔽帶13中使絕緣體層13b夾在導體層13a中，從而生成容量，對於兩根信號線11相對於地線的容量，該容量被串聯地插入，因而兩根信號線11相對於地線的實效性容量差變小，可抑制模式轉換。

進一步，可認為通過採用橫向纏繞型的屏蔽方式，從而不僅在差動模式中而且在同相模式中也產生頻帶空段(稱為同相頻帶空段)，因該同相頻帶空段的影響而導致同相信號衰減，結果模式轉換變小。

本發明人等進行研究，結果發現即使將信號線11的直徑設為細至34awg以下，產生同相頻帶空段的頻率也會為比較低的頻率(12.5ghz以下的頻率)，由此能夠將模式轉換參數scd21穩定地抑制於-24db以下，並在25gb/s以上的高速傳輸中也能夠將噪聲功率σ抑制於與以往同等的程度以下。這樣，在本實施方式的差動傳輸用電纜10中，至少在25gb/s傳輸的基本頻率即12.5ghz以下的頻帶中，表示模式轉換的s參數即scd21為-24db以下，其適合25gb/s以上的高速傳輸用途。

在圖5(a)～(c)中示出將信號線11設為34awg時的差動損耗sdd21、模式轉換參數scd21、以及同相損耗scc21的測定結果。在各s參數的測定中，使用了網絡分析儀(agilentn5245a、測定頻帶10mhz～50ghz)。

如圖5(a)所示，可知本實施方式中，產生差動頻帶空段的頻率為20ghz以上，在基本頻率為12.5ghz的25gb/s傳輸中，能夠確保充分的差動傳輸頻帶。

另外，如圖5(b)所示，可知模式轉換參數scd21在測定頻率範圍內幾乎為-40db以下，非常小，可將模式轉換參數scd21穩定地抑制於-24db以下。如圖5(c)所示，可認為本實施方式中，在10ghz以下的頻帶中產生有同相頻帶空段，因其影響而導致同相信號衰減，模式轉換參數scd21得以抑制。

此處，為了進行比較，在圖6(a)～(c)中示出將信號線11設為30awg時的差動損耗sdd21、模式轉換參數scd21、以及同相損耗scc21的測定結果。

如圖6(a)～(c)所示，可知在該情況下，由於採用了橫向纏繞型的屏蔽方式，因而能夠抑制模式轉換參數scd21，但由於將信號線11設為粗至30awg，因而產生差動頻帶空段的頻率為12～14ghz，在基本頻率為12.5ghz的25gb/s傳輸中，無法確保充分的差動傳輸頻帶。

為了進行更進一步的比較，針對設為縱包型的屏蔽方式並將信號線11設為34awg、30awg時的各自的情況，在圖7(a)～(c)以及圖8(a)～(c)中示出差動損耗sdd21、模式轉換參數scd21、以及同相損耗scc21的測定結果。

如圖7(a)～(c)以及圖8(a)～(c)所示，在採用了縱包型的屏蔽方式的情況下，雖然不產生差動頻帶空段，但也不產生同相頻帶空段，因而模式轉換參數scd21變得非常大，難以將模式轉換參數scd21穩定地抑制於-24db以下。

關於圖5～8的各自的情況，對差動傳輸頻帶和模式轉換量進行了評價。作為評價差動傳輸頻帶的參數，通過[數2]所示的式(3)來定義每單位電纜長度的傳輸頻帶內的差動損耗即「sdd21≤12.5ghz」。關於該「sdd21≤12.5ghz」，當差動傳輸頻帶比25gb/s傳輸的基本頻率即12.5ghz窄時，會變得非常小。

[數2]

另外，作為用於評價模式轉換量的參數，通過[數3]所示的式(4)來定義模式轉換的最大值「scd21≤12.5ghz」，並且通過[數4]所示的式(5)來定義噪聲功率(模式轉換的積算值)「σ≤12.5ghz」。

[數3]

[數4]

將差動傳輸頻帶和模式轉換量的評價結果匯總而示於表1。予以說明的是，在評價中使用的電纜長度統一為2m。關於「sdd21≤12.5ghz」，將-8.0db/m以上設為合格(○)，將小於-8.0db/m設為不合格(×)。關於「scd21≤12.5ghz」，將-24db以下設為合格(○)，如果大於-24db則設為不合格(×)。關於「σ≤12.5ghz」，將1.0×104以下設為合格(○)，如果大於1.0×104則設為不合格(×)。

表1

如表1所示，可知採用橫向纏繞型的屏蔽方式並將信號線11設為34awg的本實施方式中，「sdd21≤12.5ghz」、「scd21≤12.5ghz」，以及「σ≤12.5ghz」中的均為合格，在25gb/s傳輸中能夠確保充分的差動傳輸頻帶，並且，能夠減小模式轉換噪聲。

與此相對，可知在將信號線11設為粗至30awg的情況下，「sdd21≤12.5ghz」不合格，在25gb/s傳輸中無法確保充分的差動傳輸頻帶。另外，可知在採用了縱包型的屏蔽方式的情況下，「scd21≤12.5ghz」以及「σ≤12.5ghz」不合格，模式轉換噪聲變大。

(實施方式的作用以及效果)

如以上說明那樣，在本實施方式的差動傳輸用電纜10具備一對信號線11、將一對信號線11一併被覆的絕緣體12、以及屏蔽帶13，所述屏蔽帶13具有導體層13a和在導體層13a的一面上形成的絕緣體層13b並且通過螺旋纏繞而纏繞在絕緣體12的周圍，信號線11的直徑至少比30awg細，所述差動傳輸用電纜10的差動特性阻抗為80ω以上120ω以下。

通過如此構成，能夠實現一種應對於25gb/s以上的高速傳輸的差動傳輸用電纜10，其模式轉換噪聲小且能夠確保充分的差動傳輸頻帶。

本實施方式的差動傳輸用電纜10是細徑的，適合於例如在機器內將基板間連接的互連用途。

(實施方式的總結)

接著，關於根據以上進行說明的實施方式而掌握的技術思想，引用實施方式中的符號等來進行闡述。但以下記載中的各符號等並非將本發明中的構成要素限定為實施方式中具體示出的構件等。

[1]一種差動傳輸用電纜10，其具備一對信號線11、將前述一對信號線11一併被覆的絕緣體12、以及屏蔽帶13所述屏蔽帶13具有導體層13a和在前述導體層13a的一面上形成的絕緣體層13b並且通過螺旋纏繞而纏繞在前述絕緣體12的周圍，前述信號線11的直徑至少比30awg細，其中，awg表示美國電線標準，所述差動傳輸用電纜的差動特性阻抗為80ω以上120ω以下。

[2]根據[1]所述的差動傳輸用電纜10，其中，前述信號線11的直徑為34awg以下。

[3]根據[2]所述的差動傳輸用電纜10，其中，前述絕緣體12如下形成：從截面觀察時呈橢圓形狀或者長圓形狀，所述絕緣體12的長軸方向與前述信號線11的排列方向一致，所述絕緣體12的長軸方向和短軸方向的中心與將前述信號線11的中心彼此連接的線段的中心點一致，

前述絕緣體12的長軸方向的長度至少為1.5mm以下，前述絕緣體12的短軸方向的長度至少為0.8mm以下。

[4]根據[1]至[3]中任一項所述的差動傳輸用電纜10，其中，在至少12.5ghz以下的頻帶中，表示模式轉換的s參數即scd21為-24db以下。

[5]根據[1]至[4]中任一項所述的差動傳輸用電纜10，其中，前述屏蔽帶13通過在包含銅的前述導體層13a的一面上設置包含聚對苯二甲酸乙二醇酯的前述絕緣體層13b而構成。

[6]一種多對差動傳輸用電纜(50)，其具備多根[1]至[5]中任一項所述的差動傳輸用電纜10，將多根前述差動傳輸用電纜10一併屏蔽而成。

以上，對本發明的實施方式進行了說明，但上述記載的實施方式並不限定本發明。另外，應當留意的是，在實施方式中說明的特徵的組合的全部並不一定對於發明的課題的解決方案都是必需的。

本發明可以在不脫離其宗旨的範圍內適當變形而實施。