CN102201276A

CN102201276A - 差分信号电缆、电缆组件以及多对差分信号电缆

Info

Publication number: CN102201276A
Application number: CN2010105629011A
Authority: CN
Inventors: 杉山刚博; 南亩秀树; 塚本佳典
Original assignee: Hitachi Cable Ltd; Hitachi Cable Fine Tech Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd; Proterial Ltd
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2030-11-25
Also published as: US8378217B2; JP5391405B2; US20110232941A1; JP2011198677A; CN102201276B

Abstract

本发明提供一种差分信号电缆以及使用该电缆的电缆组件以及多对差分信号电缆，在用于数Gbit/s以上的高速传输的差分信号电缆中，在连接器内置的印刷电路基板等上进行连接、安装时，可以降低在电缆与印刷电路基板的连接部的特性阻抗的不匹配，并且可以抑制作为信号传输时间差的时滞的增加、差模-共模转换量的增大(恶化)。差分信号电缆具备：由导线和包覆导线的绝缘体构成的、并行接触设置的两条绝缘电线；在两条绝缘电线的表面分别设置的熔接层；在两条绝缘电线之间形成的凹部中纵向附加设置的加蔽线；一起缠绕两条绝缘电线和加蔽线的屏蔽带，其中，两条绝缘电线各自将绝缘体的表面的一部分变形为平坦面，以在平坦面上相互接触的方式熔接。

Description

差分信号电缆、电缆组件以及多对差分信号电缆

技术领域

本发明涉及使数Gbit/s以上的高速数字信号传输数米至数十米的、信号波形恶化小的差分信号电缆以及使用该电缆的电缆组件以及多对差分信号电缆。

背景技术

在处理数Gbit/s以上的高速数字信号的服务器、路由器、存储产品等设备中，在设备之间或者设备内的基板之间的信号传输中通过差分信号进行传输。所谓差分信号是指通过两条导线传输使相位反转了180°的信号，在接收侧合成接收到的各信号的差分并输出。因为在两条导线中流过的电流朝着相反的方向流动，所以从传输线路放射的电磁波小，此外，从外部受到的噪音在两条导线中相等地重叠，所以通过在接收侧合成差分来输出，可以消除噪音导致的影响。根据这些理由，在高速数字信号的传输中经常通过差分信号进行传输。

作为在差分信号的传输中使用的差分信号电缆，具有将使用绝缘体覆盖导线而得到的两条绝缘电线绞合成为一对的双绞线电缆。双绞线电缆价格便宜平衡性优秀，并且还容易弯曲，所以被广泛用于中距离的信号传输。但是，双绞线电缆的信号衰减大，所以在使用双绞线电缆的系统中，用于补偿信号衰减的信号处理消耗大量电力(后述的双股电缆的6～10倍左右)。此外，一般的双绞线电缆因为没有成为屏蔽的金属导体，所以容易受到放置在电缆附近的金属的影响，存在电缆的特定阻抗不稳定的问题。此外，双绞线电缆是将两条绝缘电线绞合在一起的结构，所以两条绝缘电线的导体之间的物理长度差较大。因此，在通过成为屏蔽的金属导体包覆双绞线电缆时，时滞(skew)的影响变大。由于这些情况，双绞线电缆在数GHz的高频区域中信号波形容易变形，因此几乎不用于数Gbit/s以上的传输线路。

另一方面，具有不绞合两条绝缘电线而是将其并行排列，并使用屏蔽将其覆盖而得到的电缆(以下称为双股电缆)。双股电缆与双绞线电缆相比，高频的信号的衰减小。此外，双股电缆被设置为通过屏蔽覆盖两条绝缘电线，所以即使在双股电缆附近放置金属，特性阻抗也不会变得不稳定，此外，耐噪音性也高。因此，双股电缆被用于比较高速的短距离的信号传输。此外，在屏蔽中，具有使用带有导体的屏蔽带的屏蔽、以及使用编织线进行覆盖的屏蔽。此外，还可以附加加蔽线等来代替使用屏蔽进行覆盖。

例如，图5是表示在专利文献1中公开的双股电缆50的一例的截面图，对使用绝缘体32包覆信号用导线31而得的两条绝缘电线33缠绕或纵向附加在聚乙烯带38上粘贴铝等金属箔37而得到的屏蔽带35。在屏蔽带35和绝缘电线33之间，以与屏蔽带35的金属箔37的表面接触的方式配置有加蔽线34，并使加蔽线34接地。

此外，图6是表示在专利文献2中公开的双股电缆60的一例的截面图。通过绝缘体32包覆信号用导线31而得的两条绝缘电线33在表面上具备熔接层36，由此相互通过熔接来接合，并且在其外周覆盖有粘贴了铝等金属箔37的屏蔽带35。在图5的双股电缆50中，有时由于电缆反复弯曲等，两条绝缘电线33滑动从而产生偏移，但是图6的双股电缆60由于绝缘电线33相互熔接，所以不滑动。结果，表示出可以降低信号用导线中的信号的传输时间差，即时滞(skew)。时滞的增加使在接收侧对差分进行合成后的数字信号波形变形，在相当于10Gbit/s的高速信号传输中，即使数ps的时滞也会使信号品质恶化。

此外，图7是表示在专利文献3中公开的双股电缆70的一例的截面图，通过绝缘体32一起包覆信号用导线31，在其上缠绕或纵向附加由金属箔带形成的屏蔽带35。

此外，图8是表示在专利文献4中公开的双股电缆80的一例的截面图，进一步使用发泡材料片39覆盖绝缘电线33，在纵向附加了加蔽线34之后，使用屏蔽带进行包覆。

在1～10米左右的距离、数Gbit/s的高速差分信号的传输中一般使用双股电缆。在双股电缆的两端具备连接器，通过该连接器与装置侧的对应连接器配合，可以容易地进行对装置的连接。在连接器内部内置了具有多个接点的直接插入式(card edge type)的小型印刷电路基板，其厚度为0.5～1mm左右，所以在双股电缆的安装中，在印刷电路基板的信号配线侧的一面上连接导线31，在另一面的接地面上连接加蔽线34。

在数Gbit/s的高速信号的传输中，如果不极力地使特性阻抗稳定，则产生不需要的信号的反射，导致信号品质恶化。特别是在双股电缆和印刷电路基板的连接部，由于电缆那样的截面结构和印刷电路基板那样的微带(micro-strip)线路结构，线路结构变得不连续，所以特性阻抗容易发生偏移，容易引起反射。还需要成为减小时滞的结构，希望在弯曲电缆时各个绝缘电线不会从原来的位置偏移，加蔽线的位置不发生偏移。

在现有技术中，将加蔽线配置在两条绝缘电线之间出现的间隙中(凹部)。在连接1m～10m的高速传输电缆中，芯线(导线)最一般地使用24AWG(美国线规：American Wire Gauge)。芯线导体直径d₁＝0.51mm，绝缘体的厚度为0.445mm，所以绝缘电线的外径d₂＝1.4mm。当设加蔽线的导体直径为d₃＝0.40mm时，在电缆的截面中，导线-加蔽线之间的厚度方向距离r如图9所示，在几何学上采用(1)式来给出，大约为0.11mm。

【数学式1】

r = \sqrt{{(\frac{d_{2}}{2} + \frac{d_{3}}{2})}^{2} - {(\frac{d_{2}}{2})}^{2}} - (\frac{d_{1}}{2} + \frac{d_{3}}{2}) - - - (1)

在将这样的电缆安装在0.5mm左右的厚度的印刷电路基板上时，在不弯曲导线地在印刷电路基板上的安装面的信号端子用焊盘上焊接导线时，如图10所示，加蔽线34需要在厚度方向上扩展0.4mm左右来焊接在接地面的焊盘(接地端子用焊盘)12上。从除去了电缆的屏蔽带35的位置到焊接连接加蔽线34的位置，使加蔽线34弯曲，并且，因为不能急剧地弯曲，所以在绝缘体32端部和印刷电路基板10之间产生了间隙。结果，该连接部分的特性阻抗升高，产生不需要的信号的反射，信号传输品质恶化。此外，在空出了间隙的部分，加蔽线34的位置不稳定，由于位置偏移等引起时滞的增加、差模-共模转换量的恶化。

此外，在图6～8所示的现有的差分信号电缆(双股电缆60、70、80)中，通过熔接(图6)或者一起压出(图7)或者使用发泡材料带39缠绕(图8)两条绝缘电线33，采取了使两条线的位置关系难以变形等的措施。但是，在图6的双股电缆60中，加蔽线34的位置与图5的现有技术相同，所以在加蔽线34的连接中还是像在图10中说明的那样需要弯曲。因此，该连接部分的特性阻抗升高，产生不需要的信号反射，信号传输品质恶化。此外，与双股电缆50相同，在空出间隙的部分加蔽线34的位置不稳定，由于位置偏移等，引起时滞的增加或差模-共模转换量的恶化。

此外，在图7的双股电缆70中难以形成收纳加蔽线34的凹部。在没有凹部的状态下，加蔽线34的位置不稳定，由于位置偏移等，引起时滞的增加或差模-共模转换量的恶化。此外，难以使两条线的位置间隔的精度成为希望的精度。

此外，在图8的双股电缆80中，与其他的差分信号电缆(双股电缆50、60、70)相比，加蔽线34比较远离信号用导线31，但是因为在发泡材料带39的外侧配置加蔽线34，所以加蔽线34的位置还是不稳定。因此，由于位置偏移等引起时滞的增加或差模-共模转换量的恶化。此外，在图8的双股电缆80中需要缠绕发泡材料带39的工序。

【专利文献1】日本特开2002-289047号公报

【专利文献2】日本特开2003-346566号公报

【专利文献3】日本特开2001-035270号公报

【专利文献4】日本特开2007-026909号公报

发明内容

本发明是鉴于上述课题而提出的，本发明的目的在于提供一种在用于数Gbit/s以上的高速传输的差分信号电缆中，在连接器内置的印刷电路基板等上进行连接、安装时，可以降低在电缆与印刷电路基板的连接部的特性阻抗的不匹配，并且可以抑制作为信号传输时间差的时滞的增加、差模-共模转换量的增大(恶化)的差分信号电缆、以及使用该电缆的电缆组件以及多对差分信号电缆。

本发明是为了达成上述目的而提出的，提供一种差分信号电缆，具备：由导线和包覆所述导线的绝缘体构成的、并行接触设置的两条绝缘电线；在所述两条绝缘电线的表面分别设置的熔接层；在所述两条绝缘电线之间形成的凹部中纵向附加设置的加蔽线；一起缠绕所述两条绝缘电线和所述加蔽线的屏蔽带，所述两条绝缘电线各自将所述绝缘体的表面的一部分变形为平坦面，以在所述平坦面上相互接触的方式将所述两条绝缘电线熔接。

所述平坦面可以具有所述绝缘电线的半径以上的宽度。

可以使所述绝缘体由发泡材料形成，所述两条绝缘电线各自通过加热导致的所述熔接层的熔化而被熔接。

可以通过发泡度比所述绝缘体低的、与所述绝缘体相同的材料形成所述熔接层。

可以在所述两条绝缘电线之间形成的两个凹部中分别设置有所述加蔽线。

另外，本发明提供一种电缆组件，其是在将差分信号电缆的端部与内置有印刷电路基板的连接器连接时，将所述差分信号电缆的导线与所述印刷电路基板的一个面连接，并且将所述差分信号电缆的加蔽线与所述印刷电路基板的另一面连接所得到的电缆组件，所述差分信号电缆具备：由导线和包覆所述导线的绝缘体构成的、并行接触设置的两条绝缘电线；在所述两条绝缘电线的表面分别设置的熔接层；在所述两条绝缘电线之间形成的凹部中纵向附加设置的加蔽线；以及一起缠绕所述两条绝缘电线和所述加蔽线的屏蔽带，所述电缆组件中，所述两条绝缘电线各自将所述绝缘体的表面的一部分变形为平坦面，以在所述平坦面上相互接触的方式将所述两条绝缘电线熔接，缩短了所述导线与所述加蔽线之间的厚度方向的距离和所述印刷电路基板的厚度的差。

可以使所述导线与所述加蔽线之间的厚度方向距离和所述印刷电路基板的厚度大体相等。

所述平坦面可以具有所述绝缘电线的半径以上的宽度。

另外，本发明提供一种多对差分信号电缆，其中，将两条以上的所述的差分信号电缆绞合在一起，在其外周形成由编织导体形成的屏蔽层，在所述屏蔽层的外周包覆了护套。

根据本发明，在用于数Gbit/s以上的高速传输的差分信号电缆中，在连接器内置的印刷电路基板等上进行连接、安装时，可以减小在电缆与印刷电路基板的连接部的特性阻抗的不匹配，并且可以抑制作为信号传输时间差的时滞的增加、差模-共模转换量的增大。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的差分信号电缆的截面图。

图2是表示图1的差分信号电缆中的加蔽线配置的截面图。

图3是把图1的差分信号电缆安装在印刷电路基板上时的侧面图。

图4是表示本发明的一个实施方式的多对差分信号电缆的截面图。

图5是表示现有的差分信号电缆的截面图。

图6是表示现有的差分信号电缆的截面图。

图7是表示现有的差分信号电缆的截面图。

图8是表示现有的差分信号电缆的截面图。

图9是表示图5的差分信号电缆中的加蔽线配置的截面图。

图10是把图5的差分信号电缆安装在印刷电路基板上时的侧面图。

符号说明

1导线、2绝缘体、2a平坦面、3绝缘电线、4加蔽线、5屏蔽带、6熔接层、7凹部、13屏蔽层、14护套、100差分信号电缆、200多对差分信号电缆

具体实施方式

以下按照附图说明本发明的优选实施方式。

图1是表示本实施方式的差分信号电缆的截面图。

如图1所示，本实施方式的差分信号电缆100具备：由信号用导线1和包覆导线1的绝缘体2构成的、并行接触设置的两条绝缘电线3；在两条绝缘电线3的表面上分别设置的熔接层6；在两条绝缘电缆3之间形成的凹部7中纵向附加设置的加蔽线4；一起缠绕两条绝缘电线3和加蔽线4的屏蔽带5。

使用通过压出机供给的绝缘体2包覆导线1，由此形成绝缘电线3。

作为在该绝缘电线3中使用的导线1，使用铜等电的良导体或者对这些电的良导体实施电镀等而得到的单线或股线。

作为绝缘体2，希望使用介电常数、介电损耗角正切小的材料，例如可以使用发泡材料。作为形成绝缘体2的方法，具有在成型前揉压发泡剂，根据成型时的温度控制发泡度的方法、以及以成型压力注入氮等气体，在释放压力时进行发泡的方法等。

在绝缘电线3的表面还包覆熔接层6。例如采用将发泡度抑制得较低的与绝缘体2相同的材料包覆绝缘电线3来形成熔接层6。

加蔽线4与信号用导线1相同，使用铜等电的良导体、或者对这些电的良导体实施电镀等而得到的单线或股线。

屏蔽带5是在聚乙烯(PET)带8上粘贴金属箔9而得到的。以金属箔9的导体面与加蔽线4接触的方式缠绕或者纵向附加该屏蔽带5来进行包覆。

在本实施方式的差分信号电缆100中，两条绝缘电线3各自将绝缘体2的表面的一部分变形为平坦面2a，以在平坦面2a上相互接触的方式被熔接。

一同说明该构造的详细情况以及差分信号电缆100的制造方法。

在通过熔接层6进一步包覆使用绝缘体2包覆信号用导线1而得的绝缘电线3后，将两条通过该熔接层6包覆的绝缘电线3并行排列，从左右对其施加压力使其以希望的线间距排列，并且在以恒定的速度送出绝缘电线3的同时对其进行加热。通过加压以及加热，在相互的绝缘电线3的表面上形成的熔接层6在表面上熔接。此时，通过设定适当的加压量，具有绝缘电线3的半径以上的宽度(图面的上下方向)来进行熔接。即，两条绝缘电线3熔接的熔接面相对于绝缘电线3的中心角具有60°以上的宽度。在熔接完成后，当使温度和压力复原时，绝缘体2的气泡恢复为原来的形状，但是熔接的部分不分离，所以维持图1的截面形状。此外，在通过熔接而出现的凹部7中纵向附加配置加蔽线4。纵向附加加蔽线4，与熔接的两条绝缘电线3一起从其外侧使用在聚乙烯(PET)带8上粘贴金属箔9而得到的屏蔽带5进行包覆和固定。

在对信号用导线1使用24AWG时，设导体直径d₁＝0.51mm，绝缘电线3的外径d₂＝1.4mm，加蔽线4的外径d₃＝0.40mm，使熔接面的宽度a为绝缘电线3的外径的1/2，即a＝0.7mm那样进行熔接。此时，导线-加蔽线之间的厚度方向距离r如图2所示，在几何学上采用(2)式来给出，大约为0.21mm。

【数学式2】

r = \sqrt{{(\frac{d_{2}}{2} + \frac{d_{3}}{2})}^{2} - ({(\frac{d_{2}}{2})}^{2} - {(\frac{a}{2})}^{2})} - (\frac{d_{1}}{2} + \frac{d_{3}}{2}) - - - (2)

在熔接面的两侧出现的凹部7的深度为0.21mm，可以充分地固定加蔽线4。

此外，使用与上述相同的绝缘电线3和加蔽线4，在使熔接面的宽度a为1.0mm时，导线-加蔽线之间的厚度方向距离r约为0.3mm。

然后，使用图3一同说明在本实施方式的差分信号电缆100的端部连接有连接器的电缆组件及其连接方法。

如图3所示，在电缆端部通过专用的刀具或激光照射除去屏蔽带5，并且同样地分层剥离绝缘体2，使信号用导线1和加蔽线4成为露出的状态，然后对应地固定在内置于连接器(未图示)中的印刷电路基板10上的信号端子用焊盘11、接地端子用焊盘12上并通过焊接来进行连接。此时，在把对信号用导线1使用24AWG的差分信号电缆100与厚度为0.5mm左右的印刷电路基板10连接时，需要在基板厚度方向上扩展加蔽线4，但是例如如上所述，如果使熔接面的宽度a为1.0mm，则可以使导线-加蔽线之间的厚度方向距离r大约为0.30mm。因此，在基板厚度方向上扩展加蔽线4的距离为0.20mm左右即可，所以屏蔽带5的剥离长度短，传输特性的恶化小。

在本实施方式的差分信号电缆100中，能够使各个线都以露出的形状不发生弯曲地直接焊接，屏蔽带5的剥离长度短，所以在电缆连接部的传输特性的恶化小。此外，各个绝缘电线3通过熔接被固定，即使电缆被弯曲，形状也会稳定，加蔽线4的位置也难以偏移。由此，可以实现在整个电缆中时滞小、非常稳定的、传输特性的恶化小的电缆。此外，通过加热导致的熔接层6的熔化来接合绝缘电线3，所以绝缘体2在通过熔接使表面接合的状态下变形。因此，即使在作为绝缘体2使用发泡材料的情况下，因为绝缘体2彼此并非是在受到挤压的状态下发生变形，所以气泡不会破裂。因此，在加热解除后，绝缘体2的气泡的大小无论在哪个部分都是大致均匀的状态。即，在绝缘体2的变形的部分和除此之外的部分，气泡的大小几乎相同。结果，传输路径的介电常数几乎恒定，所以传输时发生的分散(dispersion)也小，时滞小。

如上所述，在本实施方式的差分信号电缆100中，即使在使用与目前同等外径的绝缘电线3时，也可以增大导线-加蔽线之间的厚度方向距离r。因此，在将该差分信号电缆100与连接器连接来形成电缆组件时，在差分信号电缆100和连接器的电缆连接部分中，可以尽可能地将信号用导线1和加蔽线4的距离保持恒定，所以特性阻抗难以变化，可以降低传输特性的恶化。

此外，在本实施方式中，加蔽线4被设置于在两条绝缘电线3之间形成的两个凹部7中的一个中，但是也可以分别设置在两个凹部7中。

图4是表示本实施方式的多对差分信号电缆的截面图。

本实施方式的多对差分信号电缆200如图4所示，添加了两条图1所示的差分信号电缆100，并且不分离地将其绞合在一起，其外周由用于屏蔽外部噪音的由编织导体形成的屏蔽层13包覆，并且还使用用于保护电缆的护套14进行包覆，所述差分信号电缆100由以下各部构成：由信号用导线1和发泡材料的绝缘体2构成的绝缘电线3、加蔽线4和在其外侧进行包覆的屏蔽带5。

根据本实施方式的多对差分信用电缆200，提供了发送用和接收用的两条差分信号电缆100，与图1的差分信号电缆100相比，实施了通过屏蔽层13应对外部噪音的措施，因此能够实现更高速的传输速度。

Claims

1.一种差分信号电缆，具备：由导线和包覆所述导线的绝缘体构成的、并行接触设置的两条绝缘电线；在所述两条绝缘电线的表面分别设置的熔接层；在所述两条绝缘电线之间形成的凹部中纵向附加设置的加蔽线；一起缠绕所述两条绝缘电线和所述加蔽线的屏蔽带，所述差分信号电缆的特征在于，

所述两条绝缘电线各自将所述绝缘体的表面的一部分变形为平坦面，以在所述平坦面上相互接触的方式将所述两条绝缘电线熔接。

2.根据权利要求1所述的差分信号电缆，其特征在于，

所述平坦面具有所述绝缘电线的半径以上的宽度。

3.根据权利要求1或2所述的差分信号电缆，其特征在于，

所述绝缘体由发泡材料形成，所述两条绝缘电线各自通过加热导致的所述熔接层的熔化而被熔接。

4.根据权利要求3所述的差分信号电缆，其特征在于，

通过发泡度比所述绝缘体低的、与所述绝缘体相同的材料形成所述熔接层。

5.根据权利要求1或2所述的差分信号电缆，其特征在于，

在所述两条绝缘电线之间形成的两个凹部中分别设置有所述加蔽线。

6.一种电缆组件，是在将差分信号电缆的端部与内置有印刷电路基板的连接器连接时，将所述差分信号电缆的导线与所述印刷电路基板的一个面连接，并且将所述差分信号电缆的加蔽线与所述印刷电路基板的另一面连接所得到的电缆组件，所述差分信号电缆具备：由导线和包覆所述导线的绝缘体构成的、并行接触设置的两条绝缘电线；在所述两条绝缘电线的表面分别设置的熔接层；在所述两条绝缘电线之间形成的凹部中纵向附加设置的加蔽线；以及一起缠绕所述两条绝缘电线和所述加蔽线的屏蔽带，所述电缆组件的特征在于，

所述两条绝缘电线各自将所述绝缘体的表面的一部分变形为平坦面，以在所述平坦面上相互接触的方式将所述两条绝缘电线熔接，

缩短了所述导线与所述加蔽线之间的厚度方向的距离和所述印刷电路基板的厚度的差。

7.根据权利要求6所述的电缆组件，其特征在于，

使所述导线与所述加蔽线之间的厚度方向距离和所述印刷电路基板的厚度大体相等。

8.根据权利要求6所述的电缆组件，其特征在于，

所述平坦面具有所述绝缘电线的半径以上的宽度。

9.根据权利要求6～8的任意一项所述的电缆组件，其特征在于，

10.根据权利要求9所述的电缆组件，其特征在于，

11.根据权利要求6～8的任意一项所述的电缆组件，其特征在于，

12.一种多对差分信号电缆，其特征在于，

将两条以上的权利要求1～5的任意一项所述的差分信号电缆绞合在一起，在其外周形成由编织导体形成的屏蔽层，在所述屏蔽层的外周包覆了护套。