Interface編集部
【USBコラム08】
同軸ケーブルとSTPケーブルの挿入損失
Type-Cの規格書には，ケーブル径と単位長さ当たりの挿入損失が記載されています．しかし，実際のケーブル特性と比較すると少々異なります．
同軸ケーブルの規格値と電磁界シミュレーションで求めた1m当たりの挿入損失を図1に，STPケーブルの規格書と電磁界シミュレーションで求めた1m当たりの挿入損失を図2に示します．
図1 同軸ケーブル挿入損失
図2 STPケーブル挿入損失
規格書で示されている挿入損失である図1（a）と図2（a）を見ると，12.5GHz 〜15GHzの曲線がやや不自然なことが分かります．
一方，電磁界シミュレーションで求めた図1（b）と図2（b）は，2GHz付近まではf に比例して損失が増加し，それ以降の帯域では周波数に比例しています．2GHz付近までは表皮効果により損失が増加し，2GHz以上では誘電損失による影響を表しており，物理現象に一致しています．実際のケーブルは，絶縁材の誘電正接や導体のメッキ処理などにより，電磁界シミュレーションの特性より若干変化しますが，設計の目安として利用できます．
表1 と表2 は，図1と図2の値を表にしたものです．1.25GHzまでは，規格書と電磁界シミュレーションの値はおおむね同じですが，10GHz 付近ではやや異なり，電磁界シミュレーションの挿入損失の方は大きくなっています．
表1 同軸ケーブルの挿入損失
表2 STPケーブルの挿入損失
Type-Cケーブルはプラグを囲むフードの大きさ（幅と高さのみ，奥行きは規定がない）が規定されているので太いケーブルは接続できず，AWG30前後のケーブルが利用されています．電磁界シミュレーションのAWG30の5GHzにおける挿入損失を確認すすると，1mの長さでは同軸ケーブルが－5.5dB，STPケーブルで－4.5dBです．これにプラグの損失－1.6dB（＝－0.8dB×2）を加えると，同軸ケーブルで－7.1dB，STPケーブルで－6.1dBとなります．Gen2のケーブル規格で規定された－6dBに近い値になります．
実際に市販されているGen2ケーブル長が1m前後になることは，このシミュレーション結果からも見積もることができます．
同軸ケーブルよりSTPケーブルの挿入損失が小さい理由は，差動ケーブルのPチャネルとN チャネル間の電磁的な結合により，信号が流れやすくなるためです．
池田 浩昭（書籍「USB Type-Cのすべて」コラム5.Bより）
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