JP6402929B2 - ケーブル信号検出器 - Google Patents

Description

本発明は、ケーブル信号検出器に関するものである。

データセンタなどにおいては、サーバやハブなどの情報通信機器のレイアウト変更や移動、あるいは増設などに伴い、ＬＡＮ（Local Area Network）ケーブルなどの通信ケーブルの接続変更が行われる。

通信ケーブルの接続の有無を判定するために、情報通信機器には、通信ケーブルの接続を確認する接続確認用のランプを有するものがある。

また、通信ケーブルのコネクタの挿入や除去を検出し、通信ケーブルの接続を監視するものも提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５２７４６７１号公報

しかしながら、上述の従来技術では、通信ケーブルが物理的に接続されているか否かを確認することができるのみであり、実際に通信ケーブルを用いて通信が行われているか否か、すなわち情報通信の有無を確認することができないという問題がある。

そのため、通信中であることに気付かずに誤って通信ケーブルを抜いてしまうおそれがあり、情報通信機器のサービスの停止や転送中のデータの破損などの不具合が生じてしまうことも考えられる。

また、特許文献１のように通信ケーブルの接続を監視する場合、通信ケーブルに監視用の信号線を内蔵する必要があるため、汎用の通信ケーブルを使用できず、コストが高くなってしまうという問題もある。

さらに、伝送される電気信号そのものの電力を用いて、発光ダイオード等の発光素子を発光させることで、情報通信の有無を表示することが考えられるが、このような場合、電力を取り出すためにハイインピーダンスの入力回路を用いることができず、インピーダンスの不整合が発生し易くなるという問題がある。インピーダンスの不整合が発生すると、伝送される電気信号の品質が劣化し、信号通信におけるエラーレートの増加や、伝送速度の劣化等の問題が生じてしまう。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、情報通信の有無を表示することにより通信ケーブルの誤抜を抑制することが可能であり、汎用の通信ケーブルを使用可能であり、かつ伝送される電気信号の劣化が小さいケーブル信号検出器を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、通信ケーブルにおける情報通信の有無を検出するケーブル信号検出器であって、前記通信ケーブルに対して直列に接続され、前記通信ケーブルが伝送する信号の一部を分岐させて取り出し直流に整流して出力する整流回路と、前記整流回路からの出力により発光する発光回路と、を備え、前記整流回路は、半波整流回路または全波整流回路を複数並列に接続して構成されているケーブル信号検出器である。

前記通信ケーブルが、差動信号を伝送するものであり、差動信号を伝送する１対の信号線のそれぞれに対して直列に、同じ構成の前記整流回路を接続するように構成してもよい。

前記１対の信号線のそれぞれに接続された２つの前記整流回路を直列に接続し、その出力を前記発光回路に入力するように構成してもよい。

前記通信ケーブルとして、前記１対の信号線を含む複数の信号線と、前記複数の信号線の周囲を一括して被覆するシールド導体と、を備えたものを用いてもよい。

前記整流回路と並列に、入力インピーダンスを調整するための容量素子または誘導素子を接続してもよい。

前記整流回路と前記発光回路は、前記通信ケーブルの端部に設けられたコネクタ、または当該コネクタが接続される中継コネクタに設けられてもよい。

本発明によれば、情報通信の有無を表示することにより通信ケーブルの誤抜を抑制することが可能であり、汎用の通信ケーブルを使用可能であり、かつ伝送される電気信号の劣化が小さいケーブル信号検出器を提供できる。

（ａ）は本発明の一実施形態に係るケーブル信号検出器を含む送受信系の一例を示す回路図であり、（ｂ）はケーブル信号検出器が搭載される中継コネクタの斜視図である。 本発明の原理を説明する際の参考図であり、整流回路を備えない送受信系の回路図である。 本発明の原理を説明する際の参考図であり、１つの半波整流回路を備えた整流回路を接続したときの送受信系の回路図である。 本発明において、半波整流回路をＮ個接続したときの整流回路の回路図である。 本発明において、全波整流回路をＮ個接続したときの整流回路の回路図である。 （ａ）は、シミュレーションの際に用いたパラメータを説明する回路図であり、（ｂ）は反射係数の周波数特性のシミュレーション結果を示すグラフ図である。 本発明の一実施形態に係るケーブル信号検出器を含む送受信系の一例を示す回路図である。 本発明の一変形例に係るケーブル信号検出器を含む送受信系の一例を示す回路図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面にしたがって説明する。

図１（ａ）は、本実施形態に係るケーブル信号検出器を含む送受信系の一例を示す回路図であり、図１（ｂ）はケーブル信号検出器が搭載される中継コネクタの斜視図である。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、ケーブル信号検出器１は、通信ケーブル２における情報通信の有無を検出するものであり、通信ケーブル２に対して直列に接続され、通信ケーブル２が伝送する信号の一部を分岐させて取り出し直流に整流して出力する整流回路３と、整流回路３からの出力により発光する発光回路４と、を備えている。

通信ケーブル２としては、汎用のＬＡＮ（Local Area Network）ケーブルを用いることができる。本実施形態では、通信ケーブル２として、差動信号を伝送する信号線２ａを４対（合計８本）有するものを用いた。図１では、４対の信号線２ａのうち１対のみを示している。

整流回路３と発光回路４は、通信ケーブル２の端部に設けられたコネクタ（図示せず）、または当該コネクタが接続される中継コネクタ１０に設けられる。本実施形態では、中継コネクタ１０にケーブル信号検出器１を設ける場合を説明する。

中継コネクタ１０は、２つのコネクタ１１を備え、両コネクタ１１に接続された通信ケーブル２同士を接続するものである。コネクタ１１は、例えば、ＲＪ４５規格に準拠したジャックコネクタであり、通信ケーブル２の端部に設けられたコネクタ（例えばＲＪ４５規格に準拠したプラグコネクタ）を接続可能に構成されている。

両コネクタ１１は、回路基板１２に実装されている。この回路基板１２に、整流回路３と発光回路４とが搭載されることになる。

本実施形態では、通信ケーブル２として、差動信号を伝送する信号線２ａを４対有するものを用いているため、両コネクタ１１間の回路基板１２には、４つの信号伝送対に対応する４対の伝送線路６を有する信号伝送部５が形成されることになる。なお、図１（ａ）では、１対の伝送線路６のみを示している。

図１（ａ）では、説明の簡略化のため、送信装置７と中継コネクタ１０とを直接接続するように描いているが、実際には、送信装置７と中継コネクタ１０とは通信ケーブル２を介して接続されている。同様に、中継コネクタ１０と受信装置８とは、通信ケーブル２を介して接続されている。図１（ａ）における符号７ａは送信信号源、符号７ｂは送信負荷、符号８ａは受信負荷を表している。

整流回路３は、通信ケーブル２の任意の信号線２ａに対して直列に接続されている。ここでは、整流回路３が中継コネクタ１０に搭載されているため、整流回路３は、回路基板１２に形成された伝送線路６に直列に挿入されることになる。整流回路３の具体的な構成については後述する。

発光回路４は、発光素子として発光ダイオードを備えて構成されており、発光ダイオード単体で構成されていてもよい。なお、発光回路４は、適宜抵抗回路や発光ダイオードに流れる電流を制限する電流制限回路等を備えていてもよい。

さて、本実施形態に係るケーブル信号検出器１では、整流回路３は、半波整流回路または全波整流回路を複数並列に接続して構成されている。

つまり、整流回路３は、全体として整流機能を果たすものであるが、その具体的な構成は、通常一般に半波整流回路または全波整流回路と呼ばれている回路（以下、副整流回路９と呼称する）を複数並列に接続して構成されている。図１（ａ）では、整流回路３は、半波整流回路からなる第１副整流回路９ａと、第１副整流回路９ａと同じ構成の半端整流回路からなる第２副整流回路９ｂとを並列に接続して構成されている。なお、副整流回路９ａ，９ｂは、異なる構成であっても構わない。また、図１（ａ）では、副整流回路９ａ，９ｂが、２つのダイオードＤと直流カット用の２つの容量素子Ｃとから構成される場合を示しているが、副整流回路９ａ，９ｂの具体的な構成はこれに限定されるものではない。

以下、副整流回路９ａ，９ｂを並列に接続する理由について説明する。

整流回路３を用いることで、デジタル信号などの高周波電気信号を伝送する信号線２ａから直流電力を得て、発光回路４を動作させることが可能になる。しかし、この場合、整流回路３を通信ケーブル２の信号線２ａに直列に接続する必要が生じるため、送受信系においてインピーダンスの不整合が生じるおそれがある。インピーダンスの不整合は、伝送される電気信号の劣化の原因となるため、問題である。

ここで、電気信号の整合状態を表す指標として、反射係数Γがある。例えば、信号線２ａと送信装置７とを接続する場合、信号線２ａと送信装置７の接続点における反射係数Γは、信号線２ａの入力インピーダンスをＺａ、送信装置７の入力インピーダンスをＺｂとすると、下式
Γ＝（Ｚｂ−Ｚａ）／（Ｚｂ＋Ｚａ）
で規定される。

このとき、送信装置７から送り出される信号の電力をＰとすると、信号線２ａに伝達される電力Ｐ’は、下式
Ｐ’＝Ｐ×（１−｜Γ｜²）
となる。

すなわち、ＺａとＺｂの差分が大きい場合（不整合の場合）、反射係数Γの絶対値（｜Γ｜）が大きくなり（整合状態が劣化し）、信号線２ａに伝達される信号強度が小さくなってしまう。このため、ＺａとＺｂとをほぼ同じ値とし、反射係数Γを略０とすることにより、良好な整合状態を保つことができる。

まず、図２に示すように、送信装置７と受信装置８とを通信ケーブル２で接続した場合を考える。信号線２ａの特性インピーダンスをＺ１，送信装置７と受信装置８の負荷７ｂ，８ａのインピーダンスをＺ１とすると、信号入力端（送信装置７と信号線２ａの接続点、図示の観測点Ａ）での反射係数ΓＡは、下式
ΓＡ＝（Ｚ１−Ｚ１）／（Ｚ１＋Ｚ１）＝０
｜ΓＡ｜＝０
となり、送信装置７と信号線２ａ間は完全整合となる。

次に、図３に示すように、副整流回路９を１つ備えた整流回路３を信号線２ａに直列に接続した場合を考える。信号線２ａの特性インピーダンスをＺ１、送信装置７と受信装置８の負荷７ｂ，８ａのインピーダンスをＺ１とし、整流回路３の入力インピーダンスをＺＲとすると、信号線入力端（整流回路３と信号線２ａとの接続点、図示の観測点Ｂ）での反射係数ΓＢは、下式
ΓＢ＝（（Ｚ１＋ＺＲ）−Ｚ１）／（（Ｚ１＋ＺＲ）＋Ｚ１）
＝ＺＲ／（２×Ｚ１＋ＺＲ）
＝１／（２×Ｚ１／ＺＲ＋１）
となる。つまり、整流回路３を挿入することで、｜ΓＢ｜＞０となり、整合状態が劣化してしまうことが分かる。ここで、反射係数ΓＢはＺ１とＺＲとの比に依存しており、Ｚ１に対してＺＲが小さいほど、整合状態が良好になるといえる。

ところで、図３においては、整流回路３の出力端に発光回路４を接続している。整流回路３に入力される高周波信号の一部はダイオードＤにより直流信号に変換され、発光回路４へ伝達されることになる。ここで、ダイオードＤの動作抵抗をｒｄΩ、非動作時の抵抗を無限大Ωとし、負荷となる発光回路４のインピーダンスがｒｄより十分に大きいとすると、図３における整流回路３の入力インピーダンス（整流回路３の入力端から見た入力インピーダンス）はｒｄとなる。よって、観測点Ｂでの反射係数ΓＢは、下式
ΓＢ＝１／（２×Ｚ１／ｒｄ＋１）
で表される。ここでＺ１を実数と仮定すると、下式
｜ΓＢ｜＝１／（２×Ｚ１／ｒｄ＋１）
となる。

さらに、式の単純化のために、Ｚ１／ｒｄ＞＞１と過程すると、｜ΓＢ｜は、下式
｜ΓＢ｜＝ｒｄ／（２×Ｚ１）
で近似することができる。

次に、図１（ａ）に示した本実施形態に係るケーブル信号検出器１について考える。ケーブル信号検出器１では、２つの副整流回路９ａ，９ｂを並列に接続しており、各副整流回路９ａ，９ｂの入力インピーダンスはｒｄとなるので、整流回路３全体での入力インピーダンス（整流回路３の入力端から見た入力インピーダンス）はｒｄ／２となる。このとき、図１（ａ）における観測点Ｃでの反射係数ΓＣの絶対値｜ΓＣ｜は、下式
｜ΓＣ｜＝ｒｄ／（４×Ｚ１）
で表される。つまり、２つの副整流回路９ａ，９ｂを並列に接続して整流回路３を構成することで、１つの副整流回路９で整流回路３を構成した場合（図３の場合）と比較して、反射係数を１／２にすることができる。

なお、本実施形態では、２つの副整流回路９ａ，９ｂを並列に接続して整流回路３を構成したが、整流回路３にて並列させる副整流回路９の数はこれに限定されるものではない。

例えば、図４に示すように、Ｎ個の副整流回路９ａ，９ｂ，・・・，９ｎを並列に接続した場合、整流回路３全体の入力インピーダンスはｒｄ／Ｎとなる。このときの観測点Ｃでの反射係数をΓＣＮとすると、｜ΓＣＮ｜は、下式
｜ΓＣＮ｜＝ｒｄ／（２Ｎ×Ｚ１）
で表される。つまり、Ｎ個の副整流回路９ａ，９ｂ，・・・，９ｎを並列に接続して整流回路３を構成することで、１つの副整流回路９で整流回路３を構成した場合と比較して、反射係数を１／Ｎにすることができる。

このように、整流回路３にて副整流回路９を並列にする数を増やすほど、反射係数をより小さくし、インピーダンスの整合状態をより良好とすることが可能になる。ただし、副整流回路９を増やすとコスト増になるため、要求される電気信号の品質等に応じて、適宜副整流回路９を並列にする数を決定するとよい。

本実施形態では、副整流回路９として半波整流回路を用いたが、図５に示すように、副整流回路９として全波整流回路を用いても構わない。

確認のため、副整流回路９として全波整流回路を用い、各パラメータを図６（ａ）のように設定した場合において、副整流回路９を並列にする数（段数）を変化させたときの反射係数の周波数特性を図６（ｂ）に示す。

図６（ｂ）に示すように、反射係数は副整流回路９の段数が多くなるほと小さくなっており、副整流回路９の段数を増やすほどインピーダンスの整合状態を向上できることが分かる。

以上説明したように、本実施形態に係るケーブル信号検出器１では、通信ケーブル２に対して直列に接続され、通信ケーブル２が伝送する信号の一部を分岐させて取り出し直流に整流して出力する整流回路３と、整流回路３からの出力により発光する発光回路４と、を備え、整流回路３は、半波整流回路または全波整流回路（副整流回路９）を複数並列に接続して構成されている。

このように構成することで、発光回路４の発光の有無により通信ケーブル２の情報通信の有無を表示することが可能となり、通信ケーブル２の誤抜を抑制することが可能になる。

また、本実施形態では、従来技術のように監視用の信号線等を通信ケーブル２に設ける必要がないため、通信ケーブル２として汎用のものを使用することが可能であり、低コストである。

さらに、副整流回路９を複数並列に接続して整流回路３を構成することで、整流回路３の入力インピーダンスを小さくして、反射係数を抑え、良好なインピーダンス整合を実現することが可能になる。その結果、伝送される電気信号の品質の劣化、信号通信におけるエラーレートの増加、伝送速度の劣化等を抑制することが可能になる。

つまり、本実施形態によれば、情報通信の有無を表示することにより通信ケーブル２の誤抜を抑制することが可能であり、汎用の通信ケーブル２を使用可能であり、かつ伝送される電気信号の劣化が小さいケーブル信号検出器１を実現できる。

なお、本実施形態では、外部電源やバッテリ、増幅回路等を使用せず、通信ケーブル２から取り出した信号の電力のみを用いて発光回路４を発光させる構成であるため、電源回路や増幅回路に起因したノイズの影響がなく、また、増幅回路の出力電圧に起因するクロストーク等の問題も生じることがない。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。

図７に示すケーブル信号検出器７１は、差動信号を伝送する１対の信号線２ａのそれぞれに対して直列に、同じ構成の整流回路３を接続するように構成したものである。図示省略しているが、両整流回路３は、副整流回路９を複数並列に接続して構成されている。

図１（ａ）で説明したケーブル信号検出器１では、差動信号を伝送する１対の信号線２ａの一方の信号線２ａにのみ整流回路３を接続する構成であるため、一対の信号線２ａ間で電気信号の伝播時間差、すなわちスキューが発生してしまう場合も考えられる。通信ケーブル２として、シールド導体を有さないＵＴＰケーブル等を用いる場合にはこのスキューの影響は少ないが、複数の信号線２ａの周囲をシールド導体で一括して被覆したＳＴＰケーブル等を用いる場合には、スキューの影響による電気信号の劣化が問題となる場合も考えられる。

ケーブル信号検出器７１では、差動信号を伝送する１対の信号線２ａのそれぞれに同じ構成の整流回路３を接続しているため、対内でのスキューの発生を抑制することが可能であり、通信ケーブル２としてＳＴＰケーブル等のシールド導体を有するものを用いる場合に特に好適である。

また、ケーブル信号検出器７１では、１対の信号線２ａのそれぞれに接続された２つの整流回路３を直列に接続し、その出力を発光回路４に入力するように構成されている。これにより、両整流回路３で取り出す電力が小さい場合であっても、安定して発光回路４を動作させることが可能になる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施形態では言及しなかったが、図８に示すように、整流回路３と並列に、整流回路３側の入力インピーダンスを調整するための容量素子Ｃａまたは誘導素子Ｌａを接続してもよい。図８では、容量素子Ｃａと誘導素子Ｌａとを整流回路３と並列に接続した場合を示しているが、どちらか一方のみでもよく、容量素子Ｃａと誘導素子Ｌａとを直列に接続したものを整流回路３と並列に設けてもよい。この場合、伝送される電気信号の一部が、整流回路３を通らずに、容量素子Ｃａや誘導素子Ｌａを介して下流側に流れていくことになるため、整流回路３を介して発光回路４に出力される電力は低下する。よって、図８の構成は、発光回路４で十分に電力が得られている場合において、整合状態をより向上させるために用いることが好ましい。

１ ケーブル信号検出器
２ 通信ケーブル
３ 整流回路
４ 発光回路
７ 送信装置
８ 受信装置
９ 副整流回路

Claims (6)

1. 通信ケーブルにおける情報通信の有無を検出するケーブル信号検出器であって、
   前記通信ケーブルに対して直列に接続され、前記通信ケーブルが伝送する信号の一部を分岐させて取り出し直流に整流して出力する整流回路と、
   前記整流回路からの出力により発光する発光回路と、を備え、
   前記整流回路は、半波整流回路または全波整流回路を複数並列に接続して構成されている
   ことを特徴とするケーブル信号検出器。
2. 前記通信ケーブルが、差動信号を伝送するものであり、
   差動信号を伝送する１対の信号線のそれぞれに対して直列に、同じ構成の前記整流回路を接続するように構成した
   請求項１記載のケーブル信号検出器。
3. 前記１対の信号線のそれぞれに接続された２つの前記整流回路を直列に接続し、その出力を前記発光回路に入力するように構成した
   請求項２記載のケーブル信号検出器。
4. 前記通信ケーブルとして、前記１対の信号線を含む複数の信号線と、前記複数の信号線の周囲を一括して被覆するシールド導体と、を備えたものを用いる
   請求項２または３記載のケーブル信号検出器。
5. 前記整流回路と並列に、入力インピーダンスを調整するための容量素子または誘導素子を接続した
   請求項１〜４いずれかに記載のケーブル信号検出器。
6. 前記整流回路と前記発光回路は、前記通信ケーブルの端部に設けられたコネクタ、または当該コネクタが接続される中継コネクタに設けられる
   請求項１〜５いずれかに記載のケーブル信号検出器。

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