JP4193396B2 - 伝送用メタルケーブル - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ディジタル伝送に適した構造を有する伝送用メタルケーブル等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
伝送用メタルケーブルとして、例えば差動伝送用メタルケーブルでは、それぞれ絶縁体で被覆された少なくとも一対の導電体の外周を覆うようにシールドが設けられた構造を備える。しかしながら、シールド自体は理想導体であり得ないため、該シールド上に電界が形成されると渦電流（Eddy Current）が発生する。このようにシールド内に閉じ込められた渦電流の発生に起因したジュール損によって、見かけ上の導体抵抗が悪化することが知られている。
【０００３】
従来、このようなジュール損を低下させるためには、シールドの抵抗値を下げる必要があり、例えば、高導電率の金属膜をシールドに使用したり、十分な厚さを有するシールドを用意するなどの方策が採られていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
発明者らは、従来の伝送用メタルケーブルについて検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、シールド内で発生する過電流は、伝送される信号と同じ周波数を有し、表皮効果（Skin Effect）により周波数が高くなるほど表面に分布する。このため、ジュール損は周波数が高くなるほど大きくなり、結果的に、図１中のグラフＧ１００に示されたように、周波数が高くなるほど導体抵抗（Ω／ｍ）が大きくなる。特に、高周波数帯域での信号伝送ほどシールドの厚みを増すことの有効性が低減する。
【０００５】
通常、伝送用メタルケーブルを使用したディジタル伝送では、導体抵抗の周波数依存性（図１のグラフＧ１００）により、高周波帯域側において導体抵抗の悪化に起因した信号劣化が生じ、十分な伝送品質の維持が難しくなるという課題があった。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、ディジタル伝送におけるケーブル減衰量の周波数依存性を低減することにより、信号歪みを抑制する構造を備えた伝送用メタルケーブル、並びに、該伝送用メタルケーブルを利用した通信方法、システム及びコネクタ付きコードを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成すべく、この発明に係る伝送用メタルケーブルは、１００Ｍｂｐｓ〜３Ｇｂｐｓの伝送帯域において、周波数依存性に対する優れた低減効果が得られる差動伝送用メタルケーブルを志向しており、それぞれ絶縁体により被覆されるとともに、所定方向に沿って伸びた少なくとも一対の導電体と、該導電体を取り囲むよう配置されるとともに、該導電体に対面する金属層を含むシールドテープを備える。特に、上記シールドテープにおいて、導電体に対面する金属膜は、１μｍ以上かつ１０μｍ以下、好ましくは２μｍ以上かつ６μｍ以下の厚みを有することを特徴としている。
【０００８】
ここで、ディジタル伝送に伴って上記シールドテープ上に発生する渦電流の該シールドテープ内部へ向かう分布深度である表皮厚は、上記金属層の膜厚は、伝送されるディジタル信号の基本周波数（Ｈｚ）をｆ、該金属膜の導電率（ｍｈｏ／ｍ）をσ、透磁率（Ｈ／ｍ）をμとするとき、以下の式（１）で与えられる。
【０００９】
【数２】
【００１０】
このとき、伝送されるディジタル信号に対して上記金属層の厚みは、上記式（１）で与えられる表皮厚の５０％以上かつ３００％以下になるよう設計される。
【００１１】
上述のような金属膜を含むシールドテープを備えた伝送用メタルケーブルでは、該金属膜内に閉じ込められる過電流を低減することはできても該過電流の発生を回避することはできない。そこで、この発明では、図１中の矢印Ａ１及びＡ２で示されたように、低周波数帯域側における導体抵抗を意図的に増加させる一方、高周波数帯域側における導体抵抗を低減させるようシールドテープ、特に金属膜の膜厚を制御することで、信号波長帯域全体に亘るケーブル減衰量の周波数依存性の低減、すなわちゲインの平坦化を実現している。この発明に係る伝送用メタルケーブルでは、上述のようにシールドテープに含まれる金属膜内に閉じ込められる過電流によって生じる導体抵抗を、特に低周波数帯域側で積極的に利用しようとする技術であり、直接信号を送信する必要がなく、すなわち該金属膜を接地した場合、該金属膜を接地しない場合のいずれにおいても同等の効果が得られる。
【００１２】
なお、上記シールドテープは、上記金属層単体で構成されても、該金属層とプラスティック層の多層構造であってもよい。また、このシールドテープが多層構造を備える場合、金属層は上記導電体に対面するよう配置される。
【００１３】
この発明に係る伝送用メタルケーブルは、上記導電体とともにシールドテープの内側に収納された状態で、上記所定方向に沿って伸びたドレインワイヤーを備えてもよい。また、当該伝送用メタルケーブルは、シールドテープの外周に設けられた絶縁材料の最外層を備えてもよい。
【００１４】
この発明に係る伝送用メタルケーブルは、シールドテープの外周を取り囲むように配置された金属材料層を備えてもよく、該シールドテープの外周を取り囲むように最外層が設けられた場合、該金属材料層は、シールドテープと最外層との間に配置されるのが好ましい。
【００１５】
さらに、この発明に係る伝送用メタルケーブルは、それぞれが、上述の構造と同様の伝送用メタルケーブルと同じ構造を有する複数のケーブルユニットを含んでもよい。
【００１６】
上述の構造を備えた伝送用メタルケーブルが適用された伝送システムでは、１００Ｍｂｐｓ〜３Ｇｂｐｓ伝送帯域（信号波長帯域を含む）においてケーブル減衰量の周波数依存性を効果的に低減する通信方法が実現される。また、当該伝送用メタルケーブルの先端にコネクタが接続されたコネクタ付きコードを構成することにより、半導体テスタ装置等、種々のシステムへの応用も可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る伝送用メタルケーブルやその応用に関する各実施形態を、図２〜図１１を用いて説明する。なお、図の説明において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。また、必要に応じて図１も参照する。
【００１８】
図２（ａ）は、この発明に係る伝送用メタルケーブルの第１実施形態の全体構成を示す図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）中のI−I線に沿った断面構造を示す図である。
【００１９】
これら図２（ａ）及び（ｂ）に示されたように、第１実施形態に係る伝送用メタルケーブル１は、プラスティックなどの絶縁体１１により被覆された導電体１０を有する。この導電体１０の外周にはさらにシールドテープ１２が巻かれており、導電体１０を覆った該シールドテープ１２をさらに覆うように樹脂層（最外層）１４が設けられている。なお、この図２（ａ）及び（ｂ）には、第１実施形態に係る伝送用メタルケーブル１として、少なくとも一対の導電体１０を備えた差動伝送用メタルケーブルが示されている。
【００２０】
一方、第２実施形態に係る伝送用メタルケーブル２も、図３（ａ）及び（ｂ）に示されたように、少なくとも一対の導電体１０を有する差動伝送用メタルケーブルとして示されている。なお、図３（ａ）は、この発明に係る伝送用メタルケーブルの第１実施形態の全体構成を示す図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）中のII−II線に沿った断面構造を示す図である。
【００２１】
この第２実施形態において、導電体１０それぞれは、第１実施形態と同様にプラスティックなどの絶縁体１１により被覆され、さらに、シールドテープ１２、樹脂層（最外層）１４により、その外周が順次覆われている。また、第２実施形態に係る伝送用メタルケーブル２は、接地用のドレインワイヤー１５が導電体１０に併設するように設けられており、該ドレインワイヤー１５は導電体１０とともにシールドテープ１２の内側に収納されている。
【００２２】
いずれの実施形態であっても、導電体１０（絶縁体１１で被覆されている）をシールドテープ１２で覆う方法は種々考えられる。代表的な例としては、例えば、図２（ａ）に示されたように、シールドテープ１２の両端が導電体１０の長手方向に沿って重なるよう導電体１０をシールドテープ１２で包んでもよく、また、図３（ａ）に示されたように、導電体１０にシールドテープ１２を巻き付けてもよい。
【００２３】
なお、上述の第１及び第２実施形態に係る伝送用メタルケーブル１、２が差動伝送用メタルケーブルである場合、樹脂層１４内に収納される少なくとも一対の導電体１０は、図４（ａ）に示されたように、互いに併設された状態で収納されてもよく、また、図４（ｂ）に示されたように、互いに撚合された状態で収納されてもよい。
【００２４】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、上記シールドテープ１２の断面構造を示す図である。シールドテープ１２は、図５（ａ）に示されたように、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、あるいは、いずれかの合金である、厚さＷを有する金属層１２０のみを含むか、図５（ｂ）に示されたように、厚さＷの金属層１２０とプラスティック層１２１で構成されてもよい（以下の説明において、単に「アルミニウム」、「銅」と記す場合には全てその合金も含むものとする）。ただし、シールドテープ１２が金属層１２０とプラスティック層１２１の多層構造である場合、該金属層１２０は導電体１１に対面するよう配置されるのが好ましい。なお、プラスティック層１２１の外側には、金属ネットが設けられてもよい。
【００２５】
図６（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ導電体１０の断面構造の例を示す図であり、図６（ａ）は、導電体１０の断面構造として、中心に設けられたスチール製ワイヤー１０１と、該スチール製ワイヤー１０１の外周に設けられた銅層（銅あるいは銅合金）１０２と、該銅層１０２の表面をコーティングしている銀層１０３とを備えた構造が示されている。一方、図６（ｂ）には、導電体１０の断面構造として、銅層（銅あるいは銅合金）１０２と、該銅層１０２の表面をコーティングしている銀層１０３とを備えた構造が示されている。
【００２６】
この発明に係る伝送用メタルケーブルは、図１中の矢印Ａ１及びＡ２で示されたように、低周波数帯域側における導体抵抗を意図的に増加させる一方、高周波数帯域側における導体抵抗を低減させるようシールドテープ、特に金属膜の膜厚を制御することで、信号波長帯域全体に亘るケーブル減衰量の周波数依存性の低減、すなわちゲインの平坦化を実現する構造を備える。
【００２７】
特に、ディジタル伝送に伴って上記シールドテープ上に発生する渦電流の該シールドテープ内部へ向かう分布深度である表皮厚は、上記金属層の膜厚は、伝送されるディジタル信号の基本周波数（Ｈｚ）をｆ、該金属膜の導電率（ｍｈｏ／ｍ）をσ、透磁率（Ｈ／ｍ）をμとするとき、以下の式（２）で与えられる。
【００２８】
【数３】
【００２９】
このとき、伝送されるディジタル信号に対して上記金属層の厚みは、上記式（１）で与えられる表皮厚の５０％以上かつ３００％以下になるよう設計されている。
【００３０】
具体的には、上記シールドテープにおいて、導電体に対面する金属膜は、１μｍ以上かつ１０μｍ以下、好ましくは２μｍ以上かつ６μｍ以下の厚みを有することを特徴としている。
【００３１】
図７は、この発明に係る伝送用メタルケーブルと従来の伝送用メタルケーブルについて、データレート（Ｍｂｐｓ）とケーブル減衰比Ｖout／Ｖin（％）の関係を示したグラフである。
【００３２】
図中、グラフＧ７１０は、比較例であるケーブルサンプルについて、データレート（Ｍｂｐｓ）とケーブル減衰比Ｖout／Ｖin（％）の関係を示している。なお、この比較例のケーブルサンプルは、図６（ｂ）に示された断面構造を有する導電体を有するが、シールドテープを有しないメタルケーブルである。また、導電体は、銀メッキされた軟銅線である。
【００３３】
一方、グラフＧ７２０、Ｇ７３０は、いずれもこの発明に係る伝送用メタルケーブルとして用意されたケーブルサンプルである。いずれのケーブルサンプルも導電体は、厚さ５μｍの銀メッキが施された銅合金である。また、グラフＧ７２０に相当するケーブルサンプルは、厚さ６μｍを有するアルミニウムの金属膜を含むシールドテープを備える。グラフＧ７３０に相当するケーブルサンプルは、厚さ３．５μｍを有する銅の金属膜を含むシールドテープを備える。
【００３４】
この図７からも分かるように、比較例のケーブルサンプルにおけるケーブル減衰量の周波数依存性（グラフＧ７１０）に対し、この発明に係る伝送用メタルケーブルとして用意されたケーブルサンプルにおけるケーブル減衰量の周波数依存性（グラフＧ７２０、Ｇ７３０）は、いずれも低周波数帯域側で低下する一方、高周波数帯域側で増加し、全体としてフラットな特性が得られる（図７中の矢印Ｂ１、Ｂ２で示された方向にケーブル減衰量が制御される）。
【００３５】
また、図８は、この発明に係る伝送用メタルケーブルとして用意された複数のケーブルサンプルについて、データレート（Ｍｂｐｓ）とケーブル減衰比Ｖout／Ｖin（％）の関係を示したグラフである。
【００３６】
なお、いずれのケーブルサンプルも、導電体として、図６（ｂ）に示された断面構造を有し、厚さ５μｍの銀メッキが施された銅合金である。また、各ケーブルサンプルは、それぞれ異なる膜厚の金属膜を含むシールドテープを備えており、グラフＧ８１０は、シールドテープに含まれる金属膜として、厚さ１μｍの銅膜が適用されたケーブルサンプル、グラフＧ８２０はシールドテープに含まれる金属膜として、厚さ２μｍの銅膜が適用されたケーブルサンプル、グラフＧ８３０はシールドテープに含まれる金属膜として、厚さ３μｍの銅膜が適用されたケーブルサンプル、グラフＧ８４０はシールドテープに含まれる金属膜として、厚さ４μｍの銅膜が適用されたケーブルサンプル、グラフＧ８５０はシールドテープに含まれる金属膜として、厚さ９μｍの銅膜が適用されたケーブルサンプル、そして、グラフＧ８６０はシールドテープに含まれる金属膜として、厚さ７μｍのアルミニウム膜が適用されたケーブルサンプルそれぞれにおける、ケーブル減衰量の周波数依存性を示す。
【００３７】
この図８から分かるように、ケーブル減衰量の周波数依存性の低減、すなわちゲインの平坦化に最も有効と思われる金属膜厚は、４μｍ±２μｍ（２μｍ〜６μｍ）である。ただし、シールドテープの形成方法としては、例えばプラスティック膜上に金属膜を蒸着したり、プラスティック膜と金属膜を直接張り合わせる方法が一般的である。金属蒸着の場合、形成される金属膜の膜厚は１μｍ未満であるのが一般的であり、この範囲では、この発明に係る伝送用メタルケーブルにようなゲインの平坦化を実現する効果は得られない。一方、金属張り合わせ場合、用意される金属膜の膜厚は１０μｍを越えてしまうため、この範囲でも、この発明に係る伝送用メタルケーブルにようなゲインの平坦化を実現する効果は得られない。したがって、実用的な金属膜の膜厚としては、１μｍ〜１０μｍが好ましい。
【００３８】
なお、上述の構造を有する伝送用メタルケーブルと１ユニットとして、複数のケーブルユニットを利用した多芯ケーブルも構成可能である。
【００３９】
ドレインワイヤー１５等をグランド結線に適用するとともに当該ケーブル内部に上述の構造を有するシールドテープを有する伝送用メタルケーブルであれば、例えばグランドとしてＤＣレベルまで低い抵抗値を有した装置間結線を実現しなければならない場合や、外部ノイズからの十分な遮断を実現する必要がある場合でも、ケーブル減衰量の周波数依存性を低減する効果（ゲインの平坦化）が得られる。また、シールドテープは接地用の導体などから電気的にアイソレートされていた方がより高い効果（周波数依存性の低減効果）が得られるが、完全あるいは不完全に接地された場合でもある程度の効果が得られるので、用途の拡張性が高くなる。
【００４０】
図９は、この発明に係る伝送用メタルケーブルが適用される代表的なシステムとして、伝送システムの構成を示す図である。図９に示された伝送システムは、上述の構造を備えた当該伝送用メタルケーブル１又は２と、該伝送用メタルケーブル１、２の一方の端部に電気的に接続された信号出力用ドライバ２０と、該伝送用メタルケーブル１、２を伝搬した信号を受けるレシーバー３０を備える。この構成により、１００Ｍｂｐｓ〜３Ｇｂｐｓ伝送帯域のディジタル伝送に適した伝送システムが得られる。
【００４１】
また、当該伝送用メタルケーブルは、上記伝送システムの他、半導体テスタ装置等を構成するシステムにも適用可能である。図１０は、その半導体テスタ装置の概略構成を示す図であり、この半導体テスタ装置は、半導体テスタ４０と、演算部、外部記憶部、端末装置等を含むシステム本体５０とを備え、当該伝送用メタルケーブル１又は２は、これら半導体テスタ４０とシステム本体５０との間において伝送システムの一部を構成する。
【００４２】
さらに、図１１には、図３に示された構造を備えた伝送用メタルケーブル２の先端にコネクタ６０が接続されたコネクタ付きコードの、特に端子間接続部分の構成を示す図である。このようなコネクタ付きケーブルは、５ｍ〜２０ｍ、さらには１ｍ〜１００ｍのディジタル伝送（１００Ｍｂｐｓ〜３Ｇｂｐｓの伝送範囲）に適している。
【００４３】
【発明の効果】
上述のようにこの発明によれば、導電体を覆うシールドテープに含まれる金属膜の膜厚が、低周波帯域側における導体抵抗を意図的に低下させつ一方、高周波帯域側で導体抵抗を増加させるよう設定されているので、信号波長帯域全体に亘ってケーブル減衰量の周波数依存性を低減させることが可能になる。その結果、特に差動伝送においてアイハイトが大きくなる一方、ゼロクロスジェッターが小さくなる。
【００４４】
また、この発明は、シールドテープに含まれる金属膜内部に閉じ込められる渦電流に起因した導体抵抗を積極的に利用しているため、直接信号を送信する必要がなく、すなわち該金属膜を接地した場合、該金属膜を接地しない場合のいずれにおいても同等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の伝送用メタルケーブルにおける導体抵抗（Ω／ｍ）の周波数特性を示すグラフである。
【図２】この発明に係る伝送用メタルケーブルの第１実施形態の全体構造及びI−I線に沿った断面構造を示す図である。
【図３】この発明に係る伝送用メタルケーブルの第２実施形態の全体構造及びII−II線に沿った断面構造を示す図である。
【図４】伝送用メタルケーブルへの導電体の導入形態を説明するための図である。
【図５】シールドテープの断面構造を示す図である。
【図６】伝導体の断面構造を示す図である。
【図７】この発明に係る伝送用メタルケーブルと従来の伝送用メタルケーブルについて、データレート（Ｍｂｐｓ）とケーブル減衰比Ｖout／Ｖin（％）の関係を示したグラフである。
【図８】この発明に係る伝送用メタルケーブルの複数サンプルについて、データレート（Ｍｂｐｓ）とケーブル減衰比Ｖout／Ｖin（％）の関係を示したグラフである。
【図９】この発明に係る伝送用メタルケーブルが適用されたシステムとして、伝送システムの構成を示す図である。
【図１０】この発明に係る伝送用メタルケーブルが適用されたシステムとして、半導体テスタ装置の概略構造を示す図である。
【図１１】この発明に係る伝送用メタルケーブルが適用されたコネクタ付きコードの接続部分の構成を示す図である。
【符号の説明】
１、２…伝送用メタルケーブル、１０…導電体、１１…絶縁体（プラスティック）、１２…シールドテープ、１２０…金属層、１２１…プラスティック層、１４…外層、１５…ドレインワイヤー、６０…コネクタ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、ディジタル伝送に適した構造を有する伝送用メタルケーブル等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
伝送用メタルケーブルとして、例えば差動伝送用メタルケーブルでは、それぞれ絶縁体で被覆された少なくとも一対の導電体の外周を覆うようにシールドが設けられた構造を備える。しかしながら、シールド自体は理想導体であり得ないため、該シールド上に電界が形成されると渦電流（Eddy Current）が発生する。このようにシールド内に閉じ込められた渦電流の発生に起因したジュール損によって、見かけ上の導体抵抗が悪化することが知られている。
【０００３】
従来、このようなジュール損を低下させるためには、シールドの抵抗値を下げる必要があり、例えば、高導電率の金属膜をシールドに使用したり、十分な厚さを有するシールドを用意するなどの方策が採られていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
発明者らは、従来の伝送用メタルケーブルについて検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、シールド内で発生する過電流は、伝送される信号と同じ周波数を有し、表皮効果（Skin Effect）により周波数が高くなるほど表面に分布する。このため、ジュール損は周波数が高くなるほど大きくなり、結果的に、図１中のグラフＧ１００に示されたように、周波数が高くなるほど導体抵抗（Ω／ｍ）が大きくなる。特に、高周波数帯域での信号伝送ほどシールドの厚みを増すことの有効性が低減する。
【０００５】
通常、伝送用メタルケーブルを使用したディジタル伝送では、導体抵抗の周波数依存性（図１のグラフＧ１００）により、高周波帯域側において導体抵抗の悪化に起因した信号劣化が生じ、十分な伝送品質の維持が難しくなるという課題があった。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、ディジタル伝送におけるケーブル減衰量の周波数依存性を低減することにより、信号歪みを抑制する構造を備えた伝送用メタルケーブル、並びに、該伝送用メタルケーブルを利用した通信方法、システム及びコネクタ付きコードを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成すべく、この発明に係る伝送用メタルケーブルは、１００Ｍｂｐｓ〜３Ｇｂｐｓの伝送帯域において、周波数依存性に対する優れた低減効果が得られる差動伝送用メタルケーブルを志向しており、それぞれ絶縁体により被覆されるとともに、所定方向に沿って伸びた少なくとも一対の導電体と、該導電体を取り囲むよう配置されるとともに、該導電体に対面する金属層を含むシールドテープを備える。特に、上記シールドテープにおいて、導電体に対面する金属膜は、１μｍ以上かつ１０μｍ以下、好ましくは２μｍ以上かつ６μｍ以下の厚みを有することを特徴としている。
【０００８】
ここで、ディジタル伝送に伴って上記シールドテープ上に発生する渦電流の該シールドテープ内部へ向かう分布深度である表皮厚は、上記金属層の膜厚は、伝送されるディジタル信号の基本周波数（Ｈｚ）をｆ、該金属膜の導電率（ｍｈｏ／ｍ）をσ、透磁率（Ｈ／ｍ）をμとするとき、以下の式（１）で与えられる。
【０００９】
【数２】
このとき、伝送されるディジタル信号に対して上記金属層の厚みは、上記式（１）で与えられる表皮厚の５０％以上かつ３００％以下になるよう設計される。
【００１１】
上述のような金属膜を含むシールドテープを備えた伝送用メタルケーブルでは、該金属膜内に閉じ込められる過電流を低減することはできても該過電流の発生を回避することはできない。そこで、この発明では、図１中の矢印Ａ１及びＡ２で示されたように、低周波数帯域側における導体抵抗を意図的に増加させる一方、高周波数帯域側における導体抵抗を低減させるようシールドテープ、特に金属膜の膜厚を制御することで、信号波長帯域全体に亘るケーブル減衰量の周波数依存性の低減、すなわちゲインの平坦化を実現している。この発明に係る伝送用メタルケーブルでは、上述のようにシールドテープに含まれる金属膜内に閉じ込められる過電流によって生じる導体抵抗を、特に低周波数帯域側で積極的に利用しようとする技術であり、直接信号を送信する必要がなく、すなわち該金属膜を接地した場合、該金属膜を接地しない場合のいずれにおいても同等の効果が得られる。
【００１２】
なお、上記シールドテープは、上記金属層単体で構成されても、該金属層とプラスティック層の多層構造であってもよい。また、このシールドテープが多層構造を備える場合、金属層は上記導電体に対面するよう配置される。
【００１３】
この発明に係る伝送用メタルケーブルは、上記導電体とともにシールドテープの内側に収納された状態で、上記所定方向に沿って伸びたドレインワイヤーを備えてもよい。また、当該伝送用メタルケーブルは、シールドテープの外周に設けられた絶縁材料の最外層を備えてもよい。
【００１４】
この発明に係る伝送用メタルケーブルは、シールドテープの外周を取り囲むように配置された金属材料層を備えてもよく、該シールドテープの外周を取り囲むように最外層が設けられた場合、該金属材料層は、シールドテープと最外層との間に配置されるのが好ましい。
【００１５】
さらに、この発明に係る伝送用メタルケーブルは、それぞれが、上述の構造と同様の伝送用メタルケーブルと同じ構造を有する複数のケーブルユニットを含んでもよい。
【００１６】
上述の構造を備えた伝送用メタルケーブルが適用された伝送システムでは、１００Ｍｂｐｓ〜３Ｇｂｐｓ伝送帯域（信号波長帯域を含む）においてケーブル減衰量の周波数依存性を効果的に低減する通信方法が実現される。また、当該伝送用メタルケーブルの先端にコネクタが接続されたコネクタ付きコードを構成することにより、半導体テスタ装置等、種々のシステムへの応用も可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る伝送用メタルケーブルやその応用に関する各実施形態を、図２〜図１１を用いて説明する。なお、図の説明において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。また、必要に応じて図１も参照する。
【００１８】
図２（ａ）は、この発明に係る伝送用メタルケーブルの第１実施形態の全体構成を示す図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）中のI−I線に沿った断面構造を示す図である。
【００１９】
これら図２（ａ）及び（ｂ）に示されたように、第１実施形態に係る伝送用メタルケーブル１は、プラスティックなどの絶縁体１１により被覆された導電体１０を有する。この導電体１０の外周にはさらにシールドテープ１２が巻かれており、導電体１０を覆った該シールドテープ１２をさらに覆うように樹脂層（最外層）１４が設けられている。なお、この図２（ａ）及び（ｂ）には、第１実施形態に係る伝送用メタルケーブル１として、少なくとも一対の導電体１０を備えた差動伝送用メタルケーブルが示されている。
【００２０】
一方、第２実施形態に係る伝送用メタルケーブル２も、図３（ａ）及び（ｂ）に示されたように、少なくとも一対の導電体１０を有する差動伝送用メタルケーブルとして示されている。なお、図３（ａ）は、この発明に係る伝送用メタルケーブルの第１実施形態の全体構成を示す図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）中のII−II線に沿った断面構造を示す図である。
【００２１】
この第２実施形態において、導電体１０それぞれは、第１実施形態と同様にプラスティックなどの絶縁体１１により被覆され、さらに、シールドテープ１２、樹脂層（最外層）１４により、その外周が順次覆われている。また、第２実施形態に係る伝送用メタルケーブル２は、接地用のドレインワイヤー１５が導電体１０に併設するように設けられており、該ドレインワイヤー１５は導電体１０とともにシールドテープ１２の内側に収納されている。
【００２２】
いずれの実施形態であっても、導電体１０（絶縁体１１で被覆されている）をシールドテープ１２で覆う方法は種々考えられる。代表的な例としては、例えば、図２（ａ）に示されたように、シールドテープ１２の両端が導電体１０の長手方向に沿って重なるよう導電体１０をシールドテープ１２で包んでもよく、また、図３（ａ）に示されたように、導電体１０にシールドテープ１２を巻き付けてもよい。
【００２３】
なお、上述の第１及び第２実施形態に係る伝送用メタルケーブル１、２が差動伝送用メタルケーブルである場合、樹脂層１４内に収納される少なくとも一対の導電体１０は、図４（ａ）に示されたように、互いに併設された状態で収納されてもよく、また、図４（ｂ）に示されたように、互いに撚合された状態で収納されてもよい。
【００２４】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、上記シールドテープ１２の断面構造を示す図である。シールドテープ１２は、図５（ａ）に示されたように、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、あるいは、いずれかの合金である、厚さＷを有する金属層１２０のみを含むか、図５（ｂ）に示されたように、厚さＷの金属層１２０とプラスティック層１２１で構成されてもよい（以下の説明において、単に「アルミニウム」、「銅」と記す場合には全てその合金も含むものとする）。ただし、シールドテープ１２が金属層１２０とプラスティック層１２１の多層構造である場合、該金属層１２０は導電体１１に対面するよう配置されるのが好ましい。なお、プラスティック層１２１の外側には、金属ネットが設けられてもよい。
【００２５】
図６（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ導電体１０の断面構造の例を示す図であり、図６（ａ）は、導電体１０の断面構造として、中心に設けられたスチール製ワイヤー１０１と、該スチール製ワイヤー１０１の外周に設けられた銅層（銅あるいは銅合金）１０２と、該銅層１０２の表面をコーティングしている銀層１０３とを備えた構造が示されている。一方、図６（ｂ）には、導電体１０の断面構造として、銅層（銅あるいは銅合金）１０２と、該銅層１０２の表面をコーティングしている銀層１０３とを備えた構造が示されている。
【００２６】
この発明に係る伝送用メタルケーブルは、図１中の矢印Ａ１及びＡ２で示されたように、低周波数帯域側における導体抵抗を意図的に増加させる一方、高周波数帯域側における導体抵抗を低減させるようシールドテープ、特に金属膜の膜厚を制御することで、信号波長帯域全体に亘るケーブル減衰量の周波数依存性の低減、すなわちゲインの平坦化を実現する構造を備える。
【００２７】
特に、ディジタル伝送に伴って上記シールドテープ上に発生する渦電流の該シールドテープ内部へ向かう分布深度である表皮厚は、上記金属層の膜厚は、伝送されるディジタル信号の基本周波数（Ｈｚ）をｆ、該金属膜の導電率（ｍｈｏ／ｍ）をσ、透磁率（Ｈ／ｍ）をμとするとき、以下の式（２）で与えられる。
【００２８】
【数３】
このとき、伝送されるディジタル信号に対して上記金属層の厚みは、上記式（１）で与えられる表皮厚の５０％以上かつ３００％以下になるよう設計されている。
【００３０】
具体的には、上記シールドテープにおいて、導電体に対面する金属膜は、１μｍ以上かつ１０μｍ以下、好ましくは２μｍ以上かつ６μｍ以下の厚みを有することを特徴としている。
【００３１】
図７は、この発明に係る伝送用メタルケーブルと従来の伝送用メタルケーブルについて、データレート（Ｍｂｐｓ）とケーブル減衰比Ｖout／Ｖin（％）の関係を示したグラフである。
【００３２】
図中、グラフＧ７１０は、比較例であるケーブルサンプルについて、データレート（Ｍｂｐｓ）とケーブル減衰比Ｖout／Ｖin（％）の関係を示している。なお、この比較例のケーブルサンプルは、図６（ｂ）に示された断面構造を有する導電体を有するが、シールドテープを有しないメタルケーブルである。また、導電体は、銀メッキされた軟銅線である。
【００３３】
一方、グラフＧ７２０、Ｇ７３０は、いずれもこの発明に係る伝送用メタルケーブルとして用意されたケーブルサンプルである。いずれのケーブルサンプルも導電体は、厚さ５μｍの銀メッキが施された銅合金である。また、グラフＧ７２０に相当するケーブルサンプルは、厚さ６μｍを有するアルミニウムの金属膜を含むシールドテープを備える。グラフＧ７３０に相当するケーブルサンプルは、厚さ３．５μｍを有する銅の金属膜を含むシールドテープを備える。
【００３４】
この図７からも分かるように、比較例のケーブルサンプルにおけるケーブル減衰量の周波数依存性（グラフＧ７１０）に対し、この発明に係る伝送用メタルケーブルとして用意されたケーブルサンプルにおけるケーブル減衰量の周波数依存性（グラフＧ７２０、Ｇ７３０）は、いずれも低周波数帯域側で低下する一方、高周波数帯域側で増加し、全体としてフラットな特性が得られる（図７中の矢印Ｂ１、Ｂ２で示された方向にケーブル減衰量が制御される）。
【００３５】
また、図８は、この発明に係る伝送用メタルケーブルとして用意された複数のケーブルサンプルについて、データレート（Ｍｂｐｓ）とケーブル減衰比Ｖout／Ｖin（％）の関係を示したグラフである。
【００３６】
なお、いずれのケーブルサンプルも、導電体として、図６（ｂ）に示された断面構造を有し、厚さ５μｍの銀メッキが施された銅合金である。また、各ケーブルサンプルは、それぞれ異なる膜厚の金属膜を含むシールドテープを備えており、グラフＧ８１０は、シールドテープに含まれる金属膜として、厚さ１μｍの銅膜が適用されたケーブルサンプル、グラフＧ８２０はシールドテープに含まれる金属膜として、厚さ２μｍの銅膜が適用されたケーブルサンプル、グラフＧ８３０はシールドテープに含まれる金属膜として、厚さ３μｍの銅膜が適用されたケーブルサンプル、グラフＧ８４０はシールドテープに含まれる金属膜として、厚さ４μｍの銅膜が適用されたケーブルサンプル、グラフＧ８５０はシールドテープに含まれる金属膜として、厚さ９μｍの銅膜が適用されたケーブルサンプル、そして、グラフＧ８６０はシールドテープに含まれる金属膜として、厚さ７μｍのアルミニウム膜が適用されたケーブルサンプルそれぞれにおける、ケーブル減衰量の周波数依存性を示す。
【００３７】
この図８から分かるように、ケーブル減衰量の周波数依存性の低減、すなわちゲインの平坦化に最も有効と思われる金属膜厚は、４μｍ±２μｍ（２μｍ〜６μｍ）である。ただし、シールドテープの形成方法としては、例えばプラスティック膜上に金属膜を蒸着したり、プラスティック膜と金属膜を直接張り合わせる方法が一般的である。金属蒸着の場合、形成される金属膜の膜厚は１μｍ未満であるのが一般的であり、この範囲では、この発明に係る伝送用メタルケーブルにようなゲインの平坦化を実現する効果は得られない。一方、金属張り合わせ場合、用意される金属膜の膜厚は１０μｍを越えてしまうため、この範囲でも、この発明に係る伝送用メタルケーブルにようなゲインの平坦化を実現する効果は得られない。したがって、実用的な金属膜の膜厚としては、１μｍ〜１０μｍが好ましい。
【００３８】
なお、上述の構造を有する伝送用メタルケーブルと１ユニットとして、複数のケーブルユニットを利用した多芯ケーブルも構成可能である。
【００３９】
ドレインワイヤー１５等をグランド結線に適用するとともに当該ケーブル内部に上述の構造を有するシールドテープを有する伝送用メタルケーブルであれば、例えばグランドとしてＤＣレベルまで低い抵抗値を有した装置間結線を実現しなければならない場合や、外部ノイズからの十分な遮断を実現する必要がある場合でも、ケーブル減衰量の周波数依存性を低減する効果（ゲインの平坦化）が得られる。また、シールドテープは接地用の導体などから電気的にアイソレートされていた方がより高い効果（周波数依存性の低減効果）が得られるが、完全あるいは不完全に接地された場合でもある程度の効果が得られるので、用途の拡張性が高くなる。
【００４０】
図９は、この発明に係る伝送用メタルケーブルが適用される代表的なシステムとして、伝送システムの構成を示す図である。図９に示された伝送システムは、上述の構造を備えた当該伝送用メタルケーブル１又は２と、該伝送用メタルケーブル１、２の一方の端部に電気的に接続された信号出力用ドライバ２０と、該伝送用メタルケーブル１、２を伝搬した信号を受けるレシーバー３０を備える。この構成により、１００Ｍｂｐｓ〜３Ｇｂｐｓ伝送帯域のディジタル伝送に適した伝送システムが得られる。
【００４１】
また、当該伝送用メタルケーブルは、上記伝送システムの他、半導体テスタ装置等を構成するシステムにも適用可能である。図１０は、その半導体テスタ装置の概略構成を示す図であり、この半導体テスタ装置は、半導体テスタ４０と、演算部、外部記憶部、端末装置等を含むシステム本体５０とを備え、当該伝送用メタルケーブル１又は２は、これら半導体テスタ４０とシステム本体５０との間において伝送システムの一部を構成する。
【００４２】
さらに、図１１には、図３に示された構造を備えた伝送用メタルケーブル２の先端にコネクタ６０が接続されたコネクタ付きコードの、特に端子間接続部分の構成を示す図である。このようなコネクタ付きケーブルは、５ｍ〜２０ｍ、さらには１ｍ〜１００ｍのディジタル伝送（１００Ｍｂｐｓ〜３Ｇｂｐｓの伝送範囲）に適している。
【００４３】
【発明の効果】
上述のようにこの発明によれば、導電体を覆うシールドテープに含まれる金属膜の膜厚が、低周波帯域側における導体抵抗を意図的に低下させつ一方、高周波帯域側で導体抵抗を増加させるよう設定されているので、信号波長帯域全体に亘ってケーブル減衰量の周波数依存性を低減させることが可能になる。その結果、特に差動伝送においてアイハイトが大きくなる一方、ゼロクロスジェッターが小さくなる。
【００４４】
また、この発明は、シールドテープに含まれる金属膜内部に閉じ込められる渦電流に起因した導体抵抗を積極的に利用しているため、直接信号を送信する必要がなく、すなわち該金属膜を接地した場合、該金属膜を接地しない場合のいずれにおいても同等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の伝送用メタルケーブルにおける導体抵抗（Ω／ｍ）の周波数特性を示すグラフである。
【図２】この発明に係る伝送用メタルケーブルの第１実施形態の全体構造及びI−I線に沿った断面構造を示す図である。
【図３】この発明に係る伝送用メタルケーブルの第２実施形態の全体構造及びII−II線に沿った断面構造を示す図である。
【図４】伝送用メタルケーブルへの導電体の導入形態を説明するための図である。
【図５】シールドテープの断面構造を示す図である。
【図６】伝導体の断面構造を示す図である。
【図７】この発明に係る伝送用メタルケーブルと従来の伝送用メタルケーブルについて、データレート（Ｍｂｐｓ）とケーブル減衰比Ｖout／Ｖin（％）の関係を示したグラフである。
【図８】この発明に係る伝送用メタルケーブルの複数サンプルについて、データレート（Ｍｂｐｓ）とケーブル減衰比Ｖout／Ｖin（％）の関係を示したグラフである。
【図９】この発明に係る伝送用メタルケーブルが適用されたシステムとして、伝送システムの構成を示す図である。
【図１０】この発明に係る伝送用メタルケーブルが適用されたシステムとして、半導体テスタ装置の概略構造を示す図である。
【図１１】この発明に係る伝送用メタルケーブルが適用されたコネクタ付きコードの接続部分の構成を示す図である。
【符号の説明】
１、２…伝送用メタルケーブル、１０…導電体、１１…絶縁体（プラスティック）、１２…シールドテープ、１２０…金属層、１２１…プラスティック層、１４…外層、１５…ドレインワイヤー、６０…コネクタ。
Claims (7)
- １００Ｍｂｐｓ〜３Ｇｂｐｓの伝送帯域において使用される差動伝送用メタルケーブルとして、それぞれ絶縁体により被覆されるとともに、所定方向に沿って伸びた少なくとも一対の導電体と、前記導電体を取り囲むよう配置されるとともに、該導電体に対面する厚み２μｍ以上かつ６μｍ以下の金属層を少なくとも有するシールドテープとを備えた伝送用メタルケーブルであって、
前記金属層は、伝送されるディジタル信号の基本周波数（Ｈｚ）をｆ、該金属膜の導電率（ｍｈｏ／ｍ）をσ、透磁率（Ｈ／ｍ）をμとするとき、
- 前記導電体とともに前記シールドテープの内側に収納された状態で、前記所定方向に沿って伸びたドレインワイヤーをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の伝送用メタルケーブル。
- 前記シールドテープは、前記金属層と、該金属層を介して前記導電体と反対側に設けられたプラスティック層を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の伝送用メタルケーブル。
- 前記シールドテープの外周に設けられた、絶縁材料の最外層をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の伝送用メタルケーブル。
- それぞれが、請求項１〜４のいずれか一項記載の伝送用メタルケーブルと同じ構造を有する複数のケーブル・ユニットを含む伝送用メタルケーブル。
- 請求項１〜５のいずれか一項記載の伝送用メタルケーブルを含むシステム。
- 請求項１〜５のいずれか一項記載の伝送用メタルケーブルと、該伝送用メタルケーブルに含まれる導電体それぞれと電気的に接続された端子を有するコネクタとを備えたコネクタ付きコード。
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