专利名称：差分信号用电缆以及使用它的传输电缆的制作方法
技术领域：
本发明涉及为了传输数(ibps以上的高速数字信号而使用的差分信号用电缆以及 使用它的传输电缆、以及差分信号用电缆的制造方法，特别是涉及信号波形恶化小的差分 信号用电缆以及使用它的传输电缆、以及差分信号用电缆的制造方法。
背景技术：
在处理数(ibps以上的高速数字信号的服务器、路由器、存储产品等中，在电子设 备之间或电子设备内的基板之间的信号传输中使用基于差分信号的信号传输。电子设备之 间或电子设备内的基板之间通过差分信号用电缆进行电连接。在基于差分信号的信号传输中，使用使相位反相后的两个信号，在接收侧合成并 输出两个信号的差分。差分信号用电缆具备用于传输使相位反相后的两个信号的两条信号 用导体(导线、芯线)。在差分信号用电缆中，因为在两条信号用导体中流动的电流朝着相互相反的方向 流动，所以向外部放射的电磁波减小。此外，在差分信号用电缆中，从外部收到的噪音在两 条信号用导体中相等地重叠，所以通过在接收侧合成并输出两个信号的差分，可以消除噪 音导致的影响。根据这些理由，为了传输高速数字信号，基于差分信号的信号传输是合适 的。作为现有的差分信号用电缆，具有把通过绝缘体包覆信号用导体而得的两条绝缘 电线绞合成对的双绞线电缆。双绞线电缆价格便宜在平衡性方面优秀，并且容易弯曲，所以 广泛用于中距离的信号传输。但是，该双绞线电缆没有相当于大地的导体，所以容易受到在电缆附近放置的金 属的影响，特性阻抗不稳定。因此，在双绞线电缆中存在在数GHz的高频区域中信号波形容 易变形的问题。因为这样的理由，双绞线电缆几乎不用于数(^bps以上的传输线路。另一方面，作为其他差分信号用电缆，具有不绞合而是并行地配置两条绝缘电线， 通过屏蔽用导体包覆这两条绝缘电线而得的双轴电缆。双轴电缆与双绞线电缆相比，两条 导体之间的物理长度的差异较小，此外，以屏蔽用导体包覆两条绝缘电线的方式设置，所以 即使在电缆附近设置金属，特性阻抗也不会变得不稳定，此外，耐噪音性高。因此，双轴电缆 用于比较高速短距离(数米至数十米)的信号传输。在双轴电缆的屏蔽用导体中，具有使用带有导体的带(金属箔带)的屏蔽用导体、 使用编织线的屏蔽用导体、此外还有附加了接地用的加蔽线的屏蔽用导体等。作为一个例子，图8表示了在专利文献1中公开的双轴电缆的横截面图。图8所示的双轴电缆81，在通过绝缘体83使信号用导体82绝缘而得的两条绝缘 电线84的周围缠绕或者纵向附加屏蔽用导体85，该屏蔽用导体85由在聚乙烯带上粘贴铝 等金属箔所得的金属箔带形成，并且，在该屏蔽用导体85的周围包覆用于保护电缆内部的 护套86。在屏蔽用导体85和绝缘电线84之间，与屏蔽用导体85的导电面(金属箔)接触地纵向添加加蔽线87，该加蔽线87接地。但是，为了传输数(ibps以上的高速信号，需要降低两条信号用导体中的两个信号 的传输时间的差，即偏移(skew)。这是因为当偏移增加时，在接收侧将两个信号的差分合成 输出的数字信号的波形变形。例如，在相当于10(ibpS的高速信号传输中，即便是数ps的偏 移也会使信号品质恶化。此外，最近根据降低EMI (Electromagnetic Interference 电磁 干扰)的需要，还要求将差分同模转换量抑制得较低。图9所示的双轴电缆91通过绝缘体93 —同包覆两条信号用导体92，在该绝缘体 93的周围缠绕或者纵向附加由金属箔带形成的屏蔽用导体94，并且在该屏蔽用导体94的 周围包覆用于保护电缆内部的护套95 (专利文献2)。在该双轴电缆91中，通过用一个绝缘体93—起包覆两条信号用导体92，抑制绝缘 体93的介电常数的差，减小偏移。图10所示的双轴电缆101使用发泡剂带105覆盖通过绝缘体103包覆信号用导 体102而得的两条绝缘电线104的周围，在该发泡剂带105的周围包覆由金属箔带形成的 屏蔽用导体106，并且在屏蔽用导体106的周围包覆护套107。在发泡剂带105和屏蔽用导 体106之间，与屏蔽用导体106的导体面(金属箔)接触地纵向附加加蔽线108(专利文献 3)。在该双轴电缆101中，在通过屏蔽用导体106覆盖两条绝缘电线104之前，缠绕作 为绝缘体的发泡剂带105，使信号用导体102与屏蔽用导体106的距离相对地离开，由此加 强两条信号用导体102的电磁耦合(电磁方面的耦合)，减小了偏移。图11所示的双轴电缆111，在通过由发泡体形成的绝缘体113包覆信号用导体 112而得的两条绝缘电线114的周围缠绕或者纵向附加由金属箔带形成的屏蔽用导体115， 并且在该屏蔽用导体115的周围包覆护套116(专利文献4)。在该双轴电缆111中，通过发 泡体形成绝缘体113，在通过带状的屏蔽用导体115包覆两条绝缘电线114时，紧紧地缠绕 使得绝缘体113稍微变形来减小信号用导体112彼此之间的距离。由此，两个信号用导体 112的电磁耦合变强，偏移减小。但是，在图9的双轴电缆91中，使用一个绝缘体93 —同包覆两条信号用导体92， 由此来减小偏移，但仅是简单地使用绝缘体93—同包覆，稍微留有绝缘体93内部的介电常 数的分布或屏蔽形状的左右对称性的偏差，所以在相当于10(ibpS的高速信号的传输中，偏 移和差分同模转换量都无法得到足够的降低效果。此外，在图10的双轴电缆101中增加了缠绕发泡剂带105的工序，所以无法避免 成本的增加。并且，当不使用厚度为0. 2mm这样的具有某种程度厚度的发泡剂带105时， 无法得到减小偏移的效果，因此根据发泡剂带105的重叠情况，左右对称性被破坏，产生偏 移或差分同模转换量增大、或者特性阻抗发生变动的问题。因此，需要精密地控制发泡剂带 105的重叠情况，但在实际的工序中非常困难。并且，在图11的双轴电缆111中，通过缠绕带状的屏蔽用导体115使绝缘体113 变形，但信号用导体112彼此之间的距离的控制困难，左右对称性被破坏，由此产生偏移或 差分同模转换量增大、特性阻抗发生变动等问题。此外，在电气特性的方面，为了增强两个信号导体的电磁耦合，当不增大电缆的外 径或者不使信号用导体变细时，还存在无法获得希望的特性阻抗(差分阻抗)的问题。即，在不变更电缆外径时必须使信号用导体变细，所以无法避免电缆的传输损耗的增大。并且， 在电磁耦合过强时，同相的特性阻抗增大，所以对于同相输入成分，特性阻抗变得不匹配。 结果，引起同相成分的反射，产生EMI等问题。此外，在安装方面，为了增强两个信号用导体的电磁耦合，需要相对于电缆的外径 使信号用导体的间隔相对地变窄，但在把双轴电缆通过焊接等安装在基板或连接器上时， 连接间距减小，存在连接作业变得困难的问题。通常，考虑左右的对称性和位置的稳定性，将加蔽线配置在两条绝缘电线之间 (参照图8、图10)，但在连接间距小时(S卩，信号用导体的间隔狭窄时)，难以在这样的配置 下进行连接，必须采取以下的方法以某种程度将屏蔽用导体剥离，将加蔽线引出至信号用 导体的边缘，在该状态下焊接两个信号用导体和加蔽线。通过较长地引出加蔽线，接地变得 不稳定，损害了电气特性。专利文献1日本特开2002-289047号公报专利文献2日本特开2001-35270号公报专利文献3日本特开2007-26909号公报专利文献4美国专利第5观3390号说明书
发明内容
因此，本发明的目的在于解决上述课题，提供一种在数(ibps以上的高速传输中使 用的差分信号用电缆以及使用它的传输电缆、以及差分信号用电缆的制造方法。在所述差 分信号用电缆中，使偏移、差分同模转换量以及传输损耗一同降低，EMI性能良好，用于决定 传输特性的特性阻抗不逐渐变动，能够进行稳定的生产，并且容易向基板或连连接器安装， 安装部分的电气特性的恶化小，信号波形恶化小。本发明是为了实现上述目的而提出的，其提供一种差分信号用电缆，其具有并行 设置的一对信号用导体、一同包覆该一对信号用导体周围的绝缘体、设置在该绝缘体的外 周的屏蔽用导体，其中，使所述一对信号用导体的间隔为偶模阻抗成为奇模阻抗的1.5至 1.9倍的间隔。可以通过排列所述一对信号用导体的方向、即宽度方向的长度大于与宽度方向垂 直的厚度方向的长度的方式形成所述绝缘体，将所述一对信号用导体配置在所述绝缘体的 厚度方向的中心。所述绝缘体的宽度方向的长度与厚度方向的长度之比可以为2 1。可以在所述绝缘体的宽度方向的单侧或两侧的端部纵向配置加蔽线，在所述绝缘 体和所述加蔽线的周围设置所述屏蔽用导体，并且将所述加蔽线与所述屏蔽用导体电连接。可以将所述加蔽线和所述信号用导体沿着所述绝缘体的宽度方向配置成一条直 线状。可以在所述绝缘体的宽度方向的两侧的端部分别配置所述加蔽线，并且，将所述 两条加蔽线沿着所述绝缘体的宽度方向配置成一条直线状，并且，将所述两条加蔽线配置 在从所述绝缘体的厚度方向的中心偏离的位置上。可以在所述绝缘体的宽度方向的单侧或者两侧的端部形成用于嵌入所述加蔽线的嵌入槽，在该嵌入槽中嵌入固定所述加蔽线。此外，本发明提供一种传输电缆，其至少捆扎了两条以上的所述差分信号用电缆， 在其周围设置总体屏蔽用导体，在该总体屏蔽用导体的外周包覆了由绝缘体形成的护套。此外，本发明提供一种差分信号用电缆的制造方法，所述差分信号用电缆具有并 行设置的一对信号用导体、一同包覆该一对信号用导体的周围的绝缘体、设置在该绝缘体 的外周的屏蔽用导体，在所述差分信号用电缆的制造方法中，以偶模阻抗成为奇模阻抗的 1. 5至1. 9倍的间隔配置所述一对信号用导体，通过挤压成型使所述绝缘体一同包覆该一 对信号用导体的周围。根据本发明，可以提供一种差分信号用电缆以及使用它的传输电缆、以及差分信 号用电缆的制造方法，在所述差分信号用电缆中，使偏移、差分同模转换量以及传输损耗一 同降低，EMI性能良好，用于决定传输特性的特性阻抗不逐渐变动，能够进行稳定的生产，并 且容易向基板或连连接器安装，安装部分的电气特性的恶化小，信号波形恶化小。
图1是本发明一实施方式的差分信号用电缆的横截面图。图2是将图1的差分信号用电缆安装在印刷基板上时的立体图。图3表示图1的差分信号用电缆中的、偏移以及传输特性(差摸插入损S^121)相 对于信号用导体的电磁耦合程度(Z_n/Z。dd)的关系。图4是本发明一实施方式的差分信号用电缆的横截面图。图5是本发明一实施方式的差分信号用电缆的横截面图。图6是本发明一实施方式的差分信号用电缆的横截面图。图7是本发明一实施方式的传输电缆的横截面图。图8是现有的差分信号用电缆的横截面图。图9是现有的差分信号用电缆的横截面图。图10是现有的差分信号用电缆的横截面图。图11是现有的差分信号用电缆的横截面图。符号说明1差分信号用电缆；2信号用导体；3绝缘体；4屏蔽用导体；5加蔽线；6护套
具体实施例方式以下按照
本发明的优选实施方式。图1是本实施方式的差分信号用电缆的横截面图。如图1所示，差分信号用电缆1具备并行设置的一对信号用导体2 ；—同包覆两 信号周导体2的周围的、具有预定的介电常数的绝缘体3 ；设置在绝缘体3的外周的屏蔽用 导体4 ；在绝缘体3与屏蔽用导体4之间纵向添加的接地用加蔽线5 ；设置在屏蔽用导体4 的外周的电缆保护用护套6。作为信号用导体2，使用铜等电的良导体、或者对电的良导体实施了电镀等的单线 或绞线。在本实施方式的差分信号用电缆1中，使信号用导体2的间隔为偶模阻抗Z_n成6为奇模阻抗Z。dd的1. 5至1. 9倍的间隔。该理由将在后面进行叙述。通过使用挤出机供给的绝缘树脂一同包覆两个信号用导体2而形成绝缘体3。绝缘体3从截面看去形成扁平状。当把排列一对信号用导体2的方向(在图1中 左右方向)设为宽度方向，把与宽度方向垂直的方向(在图1中上下方向)设为厚度方向 时，采用宽度方向的长度(以下简称为宽度)大于厚度方向的长度(以下简称为厚度)的 方式形成绝缘体3。在本实施方式中，从截面看去，将绝缘体3形成为由大体直线状的两条边以及连 接这两条边的曲线状的两条边形成的形状。从截面看去，还可以将绝缘体3形成椭圆形。将 两个信号用导体2配置在绝缘体3的厚度方向的中心。实际上，很多时候一组使用发送用差分信号用电缆以及接收用差分信号用电缆这 两条差分信号用电缆1，所以为了使两条差分信号用电缆接合时的截面接近圆形，最好使绝 缘体3的宽度与厚度的比为2 1。作为用于绝缘体3的绝缘树脂，希望介电常数、介电损耗正切小的绝缘树脂，例如 可以使用聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基树脂(PFA)、聚乙烯等。此外，为了减小介电常数、介电损耗正切，可以在绝缘体3中使用发泡绝缘树脂。 在绝缘体3中使用发泡绝缘树脂时，可以通过在成型前揉碾发泡剂，根据成型时的温度控 制发泡度的方法、或以成型压力注入氮等气体，在压力释放时进行发泡的方法等，形成绝缘 体3。在绝缘体3的宽度方向的单侧的端部(在图1中左侧的端部)，与两个信号用导体 2并行地纵向配置加蔽线5。S卩，将加蔽线5与两个信号用导体2沿着绝缘体3的宽度方向 配置成一条直线状。作为加蔽线5，与信号用导体2相同，使用铜等电的良导体，或者对电的 良导体实施了电镀等的单线或绞线。作为屏蔽用导体4，使用在聚乙烯带上粘贴了铝等金属箔的金属箔带。屏蔽用导体 4不限于此，也可以使用由编织线形成的屏蔽用导体4。将屏蔽用导体4缠绕在绝缘体3和加蔽线5的周围，由此将加蔽线5固定在绝缘 体3上。此时，以使屏蔽用导体4的导体面(金属箔)与加蔽线5接触的方式缠绕屏蔽用 导体4。在屏蔽用导体4的外周，为了保护电缆，包覆由绝缘体形成的护套6。如图2所示，在将差分信号用电缆1安装在印刷基板21上时，依次分级剥掉护套 6、屏蔽用导体4、绝缘体3，使信号用导体2和加蔽线5露出，在该状态下，使信号用导体2 与印刷基板21的信号用电极22 (P电极22a、N电极22b)接合，使加蔽线5与接地用电极23 接合，来进行焊接固定。这样，在差分信号用电缆1中，能够在使信号用导体2和加蔽线5露出的状态下直 接焊接，即使信号用导体2的间隔狭小也能够不受加蔽线5影响地进行安装。另外，由于屏 蔽用导体4的剥离长度也较小，因此不损害电气特性。在此，说明使信号用导体2的间隔为偶模阻抗成为奇模阻抗Z。dd的1. 5至1. 9 倍的间隔的理由。在差分信号用电缆1中，因为通过挤压成型使绝缘体3 —同包覆在两个信号用导 体2的周围，所以可以自由地设定信号用导体2的间隔，使两个信号用导体2的电磁耦合成 为希望的量，但是需要考虑偏移以及差分同模转换量的降低、传输损耗的降低这两方面来决定该信号用导体2的间隔。例如，在完全没有电磁耦合的差分信号用电缆中，在电缆内部传输的电磁波分别 在一个信号用导体和屏蔽用导体之间、以及另一信号用导体和屏蔽用导体之间传输，所以 各线路的传输常数的微小的不同影响到偏移、差分同模转换量的增大。即，两个信号用导体 的电磁耦合越小，偏移以及差分同模转换量越增大。另一方面，在两个信号用导体的电磁耦合强时，在电缆内部传输的电磁波中的在 信号用导体之间传输的成分增大，所以可以减小偏移，此外还可以减小差分同模转换量。但 是，由于电磁场集中在信号用导体之间，因此电缆的传输损耗增大。并且，当两个信号用导 体的电磁耦合强时，电缆的同相阻抗增大，所以相对于同相输入成分，特性阻抗变得不匹 配，结果，引起同相成分的反射，成为EMI的原因。即，两个信号用导体的电磁耦合越强，传 输损耗越大，EMI性能也越恶化。可以通过信号用导体的偶模阻抗Ζενεη与奇模阻抗Z。dd的比(Z_n/Z。dd)规定两信号 用导体的电磁耦合程度。所谓偶模阻抗Z_n是指无相位差地激励两个信号用导体时的针对 大地的阻抗，奇模阻抗Z。dd是指反相位地激励两个信号用导体时的针对大地的阻抗。可以通过信号用导体的间隔调整H,当使信号用导体的间隔变窄时，τ」 Z-的值变高，两信号用导体的电磁耦合变强。此外，还可以通过信号用导体的外径调整 ZevJZ0ddo为使差分阻抗为100 Ω，需要通过信号用导体外径进行H的调整。图3表示 对偏移以及传输特性(差模插入损耗^121)相对于两个信号用导体的电磁耦合程度KLJ Zodd)的关系进行分析后的结果。如图3所示，当τ」τ-不满1. 5时，偏移的减小效果小，此外，当z_/z。dd超过 1.9时，传输特性(差模插入损S^121)的恶化显著。因此，为了减小偏移并且抑制传输特 性的恶化，使信号用导体2的间隔为Z_n/Z。dd为1. 5 1. 9的间隔，即偶模阻抗z_n成为奇 模阻抗z。dd的1. 5至1. 9倍的间隔即可。因为一般使差分阻抗为100 Ω，所以成为Z。dd = 50 Ω，Zeven = 75 95 Ω的范围。例如，在把信号用导体2的有效外径设为0. 18mm，作为绝缘体3使用PFA (介电常 数ε , = 2. 1)，设绝缘体3的宽度为1. 48mm,厚度为0. 74mm的情况下，当把信号用导体2的 间隔设为0. 375mm时，在信号用导体2的差分阻抗100 Ω下，同相阻抗大约为42 Ω，Zeven/Zodd =1. 67。同样地，关于尺寸不同的多个差分信号用电缆，在表1中表示了对&ren/Z。dd、偏移、 差模插入损耗Sdd21、同相模反射损耗(回波损耗)S。。n*析后的结果。在表1中，导体结构 7/0. 08表示了绞合了 7条外径0. 08mm的线材来构成信号用导体。此外，衰减量与差模插入 损耗^121的绝对值相等，表示每Im的信号的衰减量。表18
权利要求
1.一种差分信号用电缆，具备并行设置的一对信号用导体、一同包覆该一对信号用导 体周围的绝缘体、以及设置在该绝缘体的外周的屏蔽用导体，其特征在于，使所述一对信号用导体的间隔为偶模阻抗成为奇模阻抗的1. 5至1. 9倍的间隔。
2.根据权利要求1所述的差分信号用电缆，其特征在于，以排列所述一对信号用导体的方向、即宽度方向的长度大于与宽度方向垂直的厚度方 向的长度的方式形成所述绝缘体，将所述一对信号用导体配置在所述绝缘体的厚度方向的中心。
3.根据权利要求2所述的差分信号用电缆，其特征在于，所述绝缘体的宽度方向的长度与厚度方向的长度之比为2 1。
4.根据权利要求2或3所述的差分信号用电缆，其特征在于，在所述绝缘体的宽度方向的单侧或两侧的端部纵向配置加蔽线，在所述绝缘体和所述 加蔽线的周围设置所述屏蔽用导体，并且将所述加蔽线与所述屏蔽用导体电连接。
5.根据权利要求4所述的差分信号用电缆，其特征在于，将所述加蔽线和所述信号用导体沿着所述绝缘体的宽度方向配置成一条直线状。
6.根据权利要求4所述的差分信号用电缆，其特征在于，在所述绝缘体的宽度方向的两侧的端部分别配置所述加蔽线，并且，将所述两条加蔽 线沿着所述绝缘体的宽度方向配置成一条直线状，并且，将所述两条加蔽线配置在从所述 绝缘体的厚度方向的中心偏离的位置上。
7.根据权利要求4 6的任意一项所述的差分信号用电缆，其特征在于，在所述绝缘体的宽度方向的单侧或者两侧的端部形成用于嵌入所述加蔽线的嵌入槽， 在该嵌入槽中嵌入固定所述加蔽线。
8.一种传输电缆，其特征在于，至少捆扎了两条以上的权利要求1 7的任意一项所述的差分信号用电缆，在其周围 设置总体屏蔽用导体，并且在该总体屏蔽用导体的外周包覆了由绝缘体形成的护套。
9.一种差分信号用电缆的制造方法，所述差分信号用电缆具备并行设置的一对信号用 导体、一同包覆该一对信号用导体的周围的绝缘体、以及设置在该绝缘体的外周的屏蔽用 导体，所述差分信号用电缆的制造方法的特征在于，以偶模阻抗成为奇模阻抗的1. 5至1. 9倍的间隔配置所述一对信号用导体，通过挤压 成型使所述绝缘体一同包覆该一对信号用导体的周围。
全文摘要
本发明提供一种差分信号用电缆以及使用它的传输电缆、以及差分信号用电缆的制造方法。在所述差分信号用电缆中，使偏移、差分同模转换量以及传输损耗一同降低，EMI性能良好，用于决定传输特性的特性阻抗不逐渐变动，能够进行稳定的生产，并且容易向基板或连连接器安装，安装部分的电气特性的恶化小，信号波形恶化小。在具有并行设置的一对信号用导体(2)、一同包覆该一对信号用导体(2)的周围的绝缘体(3)、以及设置在该绝缘体(3)的外周的屏蔽用导体(4)的差分信号用电缆中，使所述一对信号用导体(2)的间隔为偶模阻抗成为奇模阻抗的1.5至1.9倍的间隔。
文档编号H01B7/02GK102044315SQ20101050654
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月12日 优先权日2009年10月14日
发明者南亩秀树, 杉山刚博, 熊仓崇, 石松洋辅 申请人:日立电线株式会社