細線同軸・Twinaxialコネクタ

I-PEX is the pioneer of micro-coaxial connectors and mass produced the first CABLINE® micro-coaxial connector in 1996. As the data rates and operating frequencies increase, I-PEX micro-coaxial / twinaxial connectors also evolved to meet this demand. This page is based on frequently asked questions about micro-coaxial / twinaxial connector, cable and cable assemblies and addresses the needs of both new and expert engineers, considering to use these products either for the first time or use them often in their designs.

Contents

1) What is a Micro-coaxial Cable Harness and why do you need it?

High frequency signals are more sensitive to electromagnetic radiation from near by communication sources like antennas, high speed board traces and transcievers on PCBs. By using Micro-coaxial cables, these high speed signals are well shielded from noise and signal integrity of data is preserved. A micro-coaxial cable includes a center conductor for signal transmission that is surrounded  by dielectric core for insulation. There is outer metallic jacket with multiple strands for ground return current followed by PVC type jacket for additional insulation. I-PEX offers complete micro-coaxial cable harness solutions for high frequency signals by using its fully shielded connectors with optional mechanical locking feature for reliable connect by a dielectric.

Coaxial_Cable_Structure_E
Coaxial Cable Structure
CABLINE-CAII_PLUS
CABLINE®-CA II PLUS

2) What is a Twinaxial Cable Harness and why do you need it?

Twinaxial cables are more suitable for high speed digital data transmission that uses low voltage, low skew and tightly phase matched signals. These cables also dissipate less heat and offer smaller signal losses than PCB traces, so they can be used to interconnect the devices on the board. A Twinaxial cable has two center conductors typically used for differential signals. The two conductors are separated and surrounded by insualator like rubber or plastic. There is a outer layer of dielectric around these conductors for insulation just like in Micro-coaxial cables. There is a metallic outer conducting shield for ground return current and outer PVC type jacket. I-PEX offers complete Twinaxial Cable Harness solutions for high speed differential signals by using its fully shielded connectors with optional mechanical locking feature for reliable connectivity.

Twinaxial_Cable_Structure
Twinaxial Cable Structure
CABLINE-CA_IIP_PLUS
CABLINE®-CA IIP PLUS
CABLINE-UM
CABLINE®-UM

3) What is the maximum operating frequency in your application?

Maximum operating frequency determines how fast and how much of the data can be transmitted in a high speed interface of communication system. Impedance mismatch and high Insertion Losses of interconnect medium in high speed digital data transmission result in closed signal eye, leading to high Bit Error Rate and data loss on receiving end. For this reason, it becomes even more important to use a high performance, low loss cable interconnect with well matched impedance so that the high speed signals can be transmitted with high fidelity. CABLINE® series of products offer low losses and can operate up to maximum frequency of 16GHz and data rates can be supported up to 64Gbps using PAM4 signalling. USB, eDP, Display Port and PCIe are some of the commonly supported proctocols.

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Open Eye: High Fidelity Digital Data Signals with High Performance Coax Interconnect
Closed Eye: Disorted Digital Data / Bit Errors with Lossy Coax Interconnect

4) What is the available real estate for connector/ receptacle and plug assembly?

Number of channels in interface, required pin count, spacing between each pin, allowed mated width, length and profile height of plug and connector determine the type of suitable connector that should be used. Maximum available area and location of connector on PCB also determine the mounting configuration for receptacle and plug harness assembly, which can be horizontal or vertical . I-PEX offers connectors in both Horizontal and Vertical Mounting configurations and various different sizes and pin counts in its CABLINE® series of high speed connectors.

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5) Is there a need to shield the high frequency or power signals in the harness?

Sometimes there is a need to transmit power, low speed control and high speed data signals all in the same harness. Due to the close proximity of surface mounted components or noise present in the system, the signals need to be shielded from EMI and cross talk. I-PEX offers full 360 degrees EMI shielding solution, called ZenShield® on its plugs for both Flexible Printed Circuit Cable, Micro-coaxial cables, and Twinaxial in CABLINE®  series products to cover both the signal contacts and the soldered tails of mated connector from EMI noise.

ZenShield® is offered in CABLINE® -VS II, CABLINE® -VS IIF, CABLINE®-CA II, CABLINE®-CA II PLUS, CABLINE®-CA IIP PLUS, CABLINE®-CA IIF, CABLINE®-CX II and CABLINE®-UM series products.

Graphic Connector With Integrated Shielding for Tail Pins
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6) What are the main losses in high speed cable assemblies? How can the losses be minimized in my Harness Assemblies?

Insertion Loss, Return Loss and VSWR are key performance indicators of High Speed Twinaxial and Micro-Coaxial Cable Assemblies. A high performance Micro-coaxial cable results in excellent signal integrity  and reduced losses in high speed applications. At I-PEX we take pride to offer the high performance CABLINE® Micro-coaxial and Twinaxial Cable Assemblies which are built by using automated assembly processes to ensure consistent high quality and low losses in every finished product.

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Size of micro-coaxial cable, Cross section of micro-coaxial cable

7) What are the bend, flex and twist requirements of the harness?

Both Micro-coaxial and Twinaxial cables are specified for Minimum Bend Radius, a parameter that determines how tightly these cables can be bent repeatedly with out being damaged and still ensuring high signal integrity. Minimum bend radius is typically measured in millimeters. Micro-coaxial cables are also specified for twisting, a parameter that allows the rotational movement of cable along the Y axis and is typically measured in degrees.  When it comes to Micro-coaxial cables, the recommended minimum bending radius of cable is “6 times Wire O.D" but the actual specification depends on customer's selected coaxial cable.

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For Twinaxial Cables, the construction of cable restricts the bending and flexing in the direction of its height only as shown below. As a rule of thumb, the Minimum Bend radius for Twinaxial cables is specified as 10 times the height of cable. Bending and flexing side ways, along Y-axis is not allowed.

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8) What is the required pin out of harness assemblies?

Depending on the signal pin out, lay out and routing of board traces, the pin assignments can be different on each connector in the harness assembly. Two different types of pin out configurations are offered in I-PEX high speed harness assemblies i.e. 1-N type straight pin out and 1-1 type mirror pin out configurations for routing and placement flexibility in designs. 

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1-N Type Configuration, 1-1 Type Configuration

 

9) What is the required jacketing and bundling type on harness?

Four different types of outer tapes or jackets are offered for high speed cable harnesses for increased routing and placement flexibility in designs.  The bundling tapes can be wrapped around the cables at multiple points covering some, most or all of the cabling area of the harness. Also, there is flat bundle type option for space constrained systems that need light weight, transparent outer jacket with fast heat dissipation and uniform stress distribution. 

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Styles of Taping and Bundling In Micro-Coaxial Harness

 

10) What are the typical high speed protocols supported by these harnesses?

USB 3, USB 4, Thunderbolt, Displayport, eDP, HDMI, MIPI and PCIe Gen 5 and Gen 6 are some of the commenly supported protocols with the maximum data rate of 64Gbps/Lane using PAM4 signal type.

I-PEX offers a tool which can be used to find the available connector options that are suitable for a specific industry standard such as MIPI, PCIe, USB etc. At the same time, it allows the users to see what types of industry standards are supported by each of I-PEX high speed connector family. 

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11) How is a Micro-coaxial Cable Harness prepared and how many types of cables can be supported?

Main Process of Plug Harness Preparation is as follows:

  1. 1.Strip and prepare cable sub-assembly
  2. 2.Set the Cable Sub-Assembly to the Plug Housing Assembly part and solder the exposed conductor to the plug signal terminal
  3. 3.Set Lock Bar Assembly (or Lock Bar) to Plug Housing Assembly parts
  4. 4.Cover the plug shell and solder the required area to complete the plug harness
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Image of plug harness assembly process
(Example: CABLINE®-CA II)

I-PEXは細線同軸コネクタのパイオニアであり、1996年に最初のCABLINE®細線同軸コネクタを量産しました。データ転送速度と動作周波数の増加に伴い、I-PEX細線同軸/Twinaxialコネクタもこの需要に応えるべく進化してきました。このページでは、細線同軸/Twinaxialコネクタ、ケーブル、ケーブルアッセンブリに関するよくある質問とその回答をまとめました。

 

1) 細線同軸ケーブルハーネスとは?

高周波信号は一般的にアンテナ、高速基板トレース、PCB上のトランシーバーなど、通信源の近くからの電磁波の影響を受けやすくなっています。細線同軸ケーブルを使用することで、これらの高速信号はノイズから十分に保護され、データのシグナルインテグリティが保たれます。細線同軸ケーブルは、絶縁のための誘電体コアに囲まれた信号伝送用の中心導体を含みます。グランドリターン電流のために複数の撚り線を持つ外側の金属ジャケット、さらに絶縁用にPVCタイプのジャケットがあります。I-PEXは高周波信号用のフルシールドコネクタと、高い接続信頼性を保持するメカニカルロック機能(オプション)とともに完全な細線同軸ケーブルハーネスソリューションを提供します。
記事 :  細線同軸ケーブルハーネスとは?

 

Microcoax Cable- Structure
細線同軸ケーブル構造イメージ
A_Harness_Assembly_GIF
細線同軸ケーブルアッセンブリ
CABLINE-CA II PLUS
CABLINE®-CA II PLUS

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AnchorAnchor2) Twinaxialケーブルハーネスとは?

Twinaxialケーブルは、低電圧、低スキュー、厳密な位相整合信号を使用する高速デジタルデータ伝送に適しています。また、これらのケーブルは、PCBトレースよりも熱放散が少なく、信号損失が小さいため、基板上のデバイスの相互接続に使用することができます。Twinaxialケーブルには、通常差動信号に使用される2本の中心導体があります。2本の導体は分離され、ゴムやプラスチックのような絶縁体で囲まれています。細線同軸ケーブルのように、これらの導体の周囲には絶縁のための外層があります。また、グランドリターン電流用の金属製外部導体シールドとPVCタイプの外部ジャケットがあります。I-PEXは高速差動信号用のフルシールドコネクタと、高い接続信頼性を保持するメカニカルロック機能(オプション)とともに完全なTwinaxialケーブルハーネスソリューションを提供します。
記事:Twinaxialケーブルハーネスとは?

 

Twinaxial_Cable_Structure
Twinaxialケーブル構造イメージ

 

Why Twinax Harness_3_2
CABLINE®-UM
CABLINE -CA IIP PLUS
CABLINE® -CA IIP PLUS

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Anchor3) アプリケーションでの最大動作周波数は?

最大動作周波数は、通信システムの高速インターフェースにおいて、どれだけの速度でどれだけの量のデータを伝送できるかを決定します。高速デジタル・データ伝送における相互接続媒体のインピーダンス不整合と高い挿入損失は、閉じた信号アイダイアグラムを引き起こし、受信側での高いビットエラー率とデータ損失につながります。このため、高速信号を忠実に伝送するためには、インピーダンスの整った高性能で低損失のケーブル相互接続を使用することが重要です。CABLINE®シリーズの製品は低損失で、最大周波数16GHzまで動作し、PAM4信号を使用して最大64Gbpsのデータレートをサポートします。CABLINE®シリーズでは、USB、eDP、Display Port、PCIeなどのプロトコルに対応しています。
記事:最大動作周波数

 

Open Eye
開いたアイダイアグラム:
高性能同軸相互接続による高忠実度デジタルデータ信号
Closed Eye
閉じたアイダイアグラム :
同軸相互接続によるデジタル・データの歪みとビットエラー

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Anchor4) コネクタ/レセプタクルとプラグのアッセンブリのための利用可能な面積は?

インターフェースのチャンネル数、必要なピン数、各ピンの間隔、プラグとコネクタの許容嵌合幅、長さ、プロファイルの高さによって、使用すべき適切なコネクタのタイプが決まります。また、PCB上の最大利用可能面積とコネクタの位置により、リセプタクルとプラグのハーネスアセンブリの取り付け形状が決まります。I-PEXは、CABLINE®シリーズの高速コネクタで、水平と垂直の両方の実装構成、様々なサイズとピン数のコネクタを提供しています。
記事:アッセンブリのための利用可能な面積

 

端子ピッチラインナップ

嵌合ピッチラインナップ

CABLINE-VS CABLINE-CA CABLINE-UY CABLINE-UA II CABLINE-CX II without cover CABLINE-CAP
水平嵌合
CABLINE-UA II
垂直嵌合
0.5 mm pitch
0.4 mm pitch
0.35 mm pitch
0.3 mm pitch
0.25mm pitch
mating type options

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5) ハーネス内の高周波信号やパワー信号を保護する必要とは

電源、低速制御、高速データ信号をすべて同じハーネスで伝送する必要がある場合があります。表面実装部品が近接していたり、システム内にノイズが存在するため、信号をEMIやクロストークから保護する必要があります。I-PEXはZenShield®と呼ばれる360度完全なEMIシールドソリューションをFPCケーブルと、CABLINE®シリーズ製品の細線同軸ケーブルとTwinaxialケーブルのプラグの双方に提供しており、信号コンタクトと嵌合コネクタのはんだ付け側の両方をEMIノイズからカバーしています。
ZenShield®は、CABLINE®-VS II、CABLINE®-VS IIF、CABLINE®-CA II、CABLINE®-CA II PLUS、CABLINE®-CA IIP PLUS、CABLINE®-CA IIF、CABLINE®-CX IIおよびCABLINE®-UMシリーズ製品に搭載されています。
記事:高周波信号やパワー信号を保護する必要性

Need for Shielding_4
テールピン用シールド内蔵グラフィックコネクタ
Need for Shielding_3

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Anchor6) 高速ケーブルアッセンブリの主な損失は?ハーネスアッセンブリの損失を最小限に抑えるためには?

挿入損失、リターンロス、VSWRは、高速Twinaxおよび細線同軸ケーブルアッセンブリの重要な性能指標です。高性能な細線同軸ケーブルは、高速アプリケーションにおいて優れたシグナルインテグリティと損失の低減をもたらします。I-PEXでは、自動化されたアッセンブリプロセスにより、一貫した高品質と低損失を保証する高性能CABLINE®細線同軸ケーブルとTwinaxialケーブルアセンブリ完成品を誇りをもって提供します。
記事 : 高速ケーブルアッセンブリの主な損失

 

Size of micro-coaxial cable
細線同軸ケーブルのサイズ
Cross section of micro-coaxial cable
細線同軸ケーブルの断面図

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Anchor7) ハーネスの曲がりや柔軟性、ねじれなどの条件は?

最小曲げ半径は、細線同軸ケーブルとTwinaxialケーブルの両方が、これらのケーブルが損傷を受けることなく、かつ高いシグナルインテグリティを維持したまま繰り返し曲げることができる強さを決定するパラメーターです。最小曲げ半径は通常、ミリメートル単位で測定されます。また、細線同軸ケーブルは、Y軸に沿ってケーブルの回転運動を許容するパラメータであるねじれについても指定されており、通常、度単位で測定されます。 細線同軸ケーブルに関しては、ケーブルの推奨最小曲げ半径は「ワイヤー外径の6倍」ですが、実際の仕様はお客様が選択した同軸ケーブルによって異なります。

Bend Flex and Twist Rqmnts_3
           180 deg. to 360 deg.

Bend Flex and Twist Rqmnts_1

180 deg.     180 deg.

Bend Flex and Twist Rqmnts_2
 

Twinaxialケーブルの場合、ケーブルの構造上、以下のように高さ方向にのみ曲げや屈曲が制限されます。Twinaxialケーブルの最小曲げ半径は、ケーブルの高さの 10 倍と規定されています。Y 軸方向に曲げたりすることはできません。
記事 : ハーネスの曲がりや柔軟性、ねじれなどの条件

 

  ケーブル最小曲げ半径:高さの10倍  
折り曲げ禁止
 
Qstns_7-4

 ケーブル最小曲げ半径:高さの10倍

折り曲げ禁止 
 
     
 

 幅

Qstns_7-5

    ↑ ジャケット

高さ

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Anchor8) ハーネスアッセンブリに必要なピン配列は?

信号のピンアウト、レイアウト、基板トレースの配線により、ハーネスアセンブリの各コネクタでピン配置が異なります。I-PEX高速ハーネスアッセンブリでは、配線や配置の柔軟性を考慮し、1-Nタイプのストレート・ピン配列と1-1タイプのミラー・ピン配列の2種類のピン配列を提供しています。
記事 : ハーネスアッセンブリのピン配列

 

1-N Type Configuration
1-N Type 構成
1-1 Type Configuration
1-1 Type 構成

 

Anchor9) ハーネスに必要なジャケットと結束のタイプは?

高速ケーブルハーネスには4種類のアウター、テープ、またはジャケットが用意されており、配線や配置の柔軟性を高める設計が可能です。 バンドル・テープは、ハーネスのケーブル・エリアの一部、大部分、またはすべてをカバーする複数のポイントでケーブルに巻き付けることができます。また、スペースに制約のあるシステム向けに、軽量で透明なアウタージャケットを使用し、高速放熱と均一な応力分布を必要とするフラットバンドルタイプのオプションもあります。
記事 : ハーネスに必要なジャケットと結束

 

harness1

harness2 harness3

harness4

                                  Micro-Coaxial ケーブルハーネスのバンドル・タイプの形状

 

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Anchor10) ハーネスがサポートする一般的な高速プロトコル

USB 3、USB 4、Thunderbolt、Displayport、eDP、HDMI、MIPI、PCIe Gen 5およびGen 6は、PAM4信号タイプを使用した最大データレート64Gbps/Laneで一般的にサポートされているプロトコルの一部です。
I-PEXは、MIPI、PCIe、USBなどの特定の業界標準に適した利用可能なコネクタオプションを検索するツールを提供します。同時に、I-PEXの各高速コネクタがどの業界標準をサポートしているかを確認できます。
製品検索ツール 

 

Applicable Standards

 

Anchor11) 細線同軸ケーブルハーネスはどのように準備され、何種類のケーブルに対応できるか?

プラグハーネス加工の主な工程:
1.ケーブルサブアッセンブリを用意
2.ケーブルサブアッセンブリをプラグハウジングアッセンブリ部品にセットし露出した導体をプラグ信号端子にはんだ付け
3.ロックバーアッセンブリ(またはロックバー)をプラグハウジングアッセンブリ部品にセット
4.プラグシェルを被せ必要個所をはんだ付けしするとプラグハーネスが完成
記事 : プラグハーネス加工の主な工程

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プラグハーネス加工イメージ
(例: CABLINE®-CA II)

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