第一部分、連接器的分類

背板連接器

扁平電纜連接器

RJ

RJ是Registered Jack的縮寫，意思是“注冊的插座”。在FCC（美國聯邦通信委員會標準和規章）中RJ是描述公用電信網絡的接口，計算機網絡的RJ45是標準8位模塊化接口的俗稱。

電腦上的連接器

USB連接器

功率連接器

第二部分、連接器的基本特性

連接器的基本性能可分為：

機械性能

電氣性能

環境性能

機械性能

1、就連接功能而言，插拔力是重要地機械性能。插拔力分為插入力和拔出力（拔出力亦稱分離力），兩者的要求是不同的。在有關標準中有最大插入力和最小分離力規定，這表明，從使用角度來看，插入力要小（從而有低插入力LIF和 無插入力ZIF的結構），而分離力若太小，則會影響接觸的可靠性。

2、另一個重要的機械性能是連接器的機械壽命。機械壽命實際上是一種耐久性（durability）指標，在國標GB5095中把它叫作機械操作。它是以一次插入和一次拔出為一個循環，以在規定的插拔循環后連接器能否正常完成其連接功能（如接觸電阻值）作為評判依據。

3、連接器的插拔力和機械壽命與接觸件結構（正壓力大小）接觸部位鍍層質量（滑動摩擦系數）以及接觸件排列尺寸精度（對準度）有關。

電氣性能

①接觸電阻高質量的電連接器應當具有低而穩定的接觸電阻。連接器的接觸電阻從幾毫歐到數十毫歐不等。

②絕緣電阻衡量電連接器接觸件之間和接觸件與外殼之間絕緣性能的指標，其數量級為數百兆歐至數千兆歐不等。

③抗電強度或稱耐電壓、介質耐壓，是表征連接器接觸件之間或接觸件與外殼之間耐受額定試驗電壓的能力。

④其它電氣性能：

電磁干擾泄漏衰減是評價連接器的電磁干擾屏蔽效果,電磁干擾泄漏衰減 是評價連接器的電磁干擾屏蔽效果，一般在100MHz~10GHz頻率范圍內測試。

對射頻同軸連接器而言，還有特性阻抗、插入損耗、反射系數、電壓駐波比（VSWR）等電氣指標。由于數字技術的發展，為了連接和傳輸高速數字脈沖信號，出現了一些新型的連接器如高速信號連接器，相應地，在電氣性能方面，除特性阻抗外，還出現了一些新的電氣指標，如串擾（crosstalk），傳輸延遲（delay）、時滯（skew）等。

環境性能

①耐溫目前連接器的最高工作溫度為200℃（少數高溫特種連接器除外），最低溫度為-65℃。由于連接器工作時，電流在接觸點處產生熱量，導致溫升，因此一般認為工作溫度應等于環境溫度與接點溫升之和。在某些規范中，明確規定了連接器在額定工作電流下容許的最高溫升。

②耐濕潮氣的侵入會影響連接h絕緣性能，并銹蝕金屬零件。恒定濕熱試驗條件為相對濕度90%~95%（依據產品規范，可達98%）、溫度+40±20℃，試驗時間按產品規定，最少為96小時。交變濕熱試驗則更嚴苛。

第三部分 連接器選型的基本原則

載流量

在選擇走電源信號的連接器時候對于連接器的載流量比較關注，要采用降額設計，同時注意引腳之間的絕緣耐壓。

結構尺寸

連接器的外形尺寸是非常重要的，在產品中連接都有一定的空間限制，尤其是單板上連接器，不能與其他部件干涉。根據使用空間、安裝部位選擇合適的安裝方式（安裝有前安裝和后安裝，安裝固定方式有鉚釘、螺釘、卡圈或連接器本身卡銷快速鎖定等）和外形（直式、彎式，T型，圓形，方形）;

阻抗匹配

有些信號有阻抗要求，尤其是射頻信號，對阻抗匹配要求更為嚴格，阻抗不匹配時候會引起信號反射，從而影響信號傳輸。一般信號傳輸對連接器的阻抗沒有特殊要求。

屏蔽

隨著通訊產品的發展，EMC越來越受到重視，選擇的連接器時候需要有金屬外殼，同時線纜需要有屏蔽層，屏蔽層要與連接器的金屬外殼相連接，達到屏蔽效果，也可以采用注塑方法，將插頭部位用銅皮包裹，線纜的屏蔽層與銅皮焊接在一起。

防誤插

防誤插有兩方面：一方面是連接器本身，連接器本身旋轉180度、錯位錯誤連接導致信號錯誤連接，此時需要注意盡可能選擇防誤插連接器，或者通過調整連接器相對位置關系使裝配唯一化；另一方面，出于減少物料種類考慮，幾種信號都采用相同連接器，此時就可能出現將A插頭插到B插座上去，此時就需要注意，如果出現這樣情況時會引起嚴重后果（非簡單告警，帶有破壞性）的時候，必須將A、B接口選擇為不同類型的插座（例如A為male，B為female）；

可靠性

連接器用來連接信號，因此連接部位要可靠（例如面接觸要優于點接觸，針孔式要優于片簧式等）

通用性

在連接器的選擇過程中要盡可能選擇通用的物料，尤其同系列產品之間，連接器的選擇具有很強的通用性，減少物料種類，增加數量降低成本，同時降低供貨風險。

使用環境

連接器使用與室外、室內、高溫、高濕、鹽霧、霉菌、寒冷等環境時候，對連接器都有特殊的要求。

插拔頻率

連接器的插拔都有一定的壽命，插拔次數達到極限之后，連機器的性能就會下降，有些信號接口需要經常插拔時候選擇連接器的時候就要多注意連接器的插拔次數。

帶電情況

根據常帶電與否，選擇針型或孔型的連接器。

綜合考慮

在選擇連接器的過程中，各種因素之間不是獨立，經常會相互作用，因此我們在連接器選型過程中要綜合考慮，選擇最合適的連接器，選擇的好壞在不同階段將不同程度影響產品。

第三部分 高速連接器選型

對于連接器的選擇主要是從兩個大的方向著手，首先就是結構，其次就是電氣性能。

在結構方面，連接器首先要滿足連接的作用，所以符合結構設計，pin與pin一一對應。

在電氣性能方面，連接器需要滿足阻抗、插入損耗、回波損耗、遠端串擾、近端串擾、延時等等要求。

在這里就針對電氣方面的參數做點說明，下面是我測試的某公司一款的連接器。

阻抗:

阻抗設計要求在100ohm+/-10%。從結果上看，并不能滿足要求。在連接器處到了85ohm。

插入損耗：

插入損耗在28GHz范圍內都能滿足規范對插入損耗的要求。

回波損耗：

回波損耗在28GHz以內都在回損指標范圍以內，滿足規范要求。

遠端串擾：

遠端串擾，在28GHz以內基本滿足-20dB以內。

近端串擾：

近端串擾，在28GHz以內都在-25dB以內。由于沒有明確近端串擾和遠端串擾的要求，而是要求做ICN計算。本文暫且不做ICN介紹。

通過測試后，發現此款連接器基本都滿足規范要求，只是阻抗沒有滿足要求（本文只介紹分析流程，細節不贅述）。

當然，這種通過測試板測試連接器的方式，在某種意義上，很多公司難以做到，畢竟這需要花費很大的人力和財力，比如你至少需要一臺高帶寬的網絡分析儀，每次做測試板的時候需要打板，需要一個比較了解連接器測試流程的工程師等等。但是即使自己公司不這樣做，也要學會看懂供應商提供的測試報告，這是最基本的要求。否則在使用高速連接器的時候就會遇到不可預知的麻煩。

比如，如果您選用的連接器其串擾非常大，那么在設計的時候，即使在傳輸線上做的再好，在產品測試時，其誤碼率很可能就會達不到要求。之前有一個朋友就遇到了這種狀況。在第一版產品研發的時候，發現誤碼率一直過不了規范，在產品設計上找了所有能找的原因，包括芯片、鏈路設計等，都覺得沒有問題，找到我們的時候，我們分析了一遍之后，也覺得沒有問題，芯片也是我們用過的，距離更長都不會存在問題，拿到他們的產品實物一看，就發現其使用的高速連接器顯然是沒有升級的，廠家標稱說是可以達到那么高的速率，但是實際上還是存在一定的水分。因為其兩個版本的連接器在物理結構上是完全兼容的，但是由于連接器內部重新進行了升級設計，使原來的串擾效果得到了大大的提高。后來換掉連接器之后，產品完美地達到了規范要求。

很多時候廠家提供的參數是在他們設計和生產的條件下得到的，推薦各位用戶工程師使用，一般不會出現什么太大的問題，但是如果您在設計和生產的時候，使用的過孔不同或是材料不同或是生產工藝不同，這就即有可能出現問題，這個時候如果通過自己公司本身的設計和生產工藝驗證過之后，沒有任何問題才是最保險的。這種方式在做大型高速產品的時候，是一種非常有必要的研發手段。

如下是之前測試的一款連接器和廠商提供數據的插入損耗對比圖：

從結果上分析，在12.5GHz時，相差1dB，還是差別有點大。使用好一點的材料，都可以達到將近2inch的走線距離，著實有點小恐怖。當然，這并不是所有的連接器都是如此這種情況，有的還是非常接近。

隨著電子通訊技術的快速發展，集成電路的封裝與板上互連，對信號傳輸的帶寬要求越來越高。與此同時，互連通道傳輸的速率越來越快，邏輯門的判決時間窗口也越來越小。因此，信息化技術的發展直接導致互連通道中的集成電路封裝、傳輸線以及連接，從開始的“集總參數模型”，發展到了“分布參數模型”。相對于集成電路的封裝，印制電路板上的傳輸線以及連接器，由于幾何尺寸相對較大，更容易進入“分布參數模型”，即高速信號互連通道。PCB互連線、連接器以及布置在上的元件構成了電子設備互連系統的主要組成部分，信號通過印制板互連線以及連接器擴展到其他的印制板上，從而構成了整個背板系統。連接器作為整個互連系統的關鍵部位，已經成為提高系統傳輸速率的瓶頸，因此，研制滿足高速率傳輸性能的連接器，是提升系統高速互連性能的主要手段，也是解決信息化系統高速互連問題的關鍵因素。

上世紀九十年代初，在信息技術的強勁推動下，用于連接和傳輸高速數字信號的高速連接器開始發展起來了。當前，國外的高速連接器傳輸速率己經達到10Gbps，同時正在向40Gbps發展。早在2005年，世界著名連接器生產廠商FCI就與朗訊貝爾實驗室合作，利用FCI的高速連接器AirMaxVS和貝爾實驗室的信號傳輸架構成功地實現了高達25Gbps傳輸速率的信號傳輸，再次提高了高速連接器的性能。

在信息化裝備技術的推動下，通訊、鐵路交通、宇航、醫療儀器、高端武器等領域的數字信息化裝備將會對高速連接器產品的性能提出更高的要求，諸如高密度、模塊化、高可靠、多功能等方面，以滿足系統傳輸的模塊化、集成化、耐環境、抗干擾等各種應用需求。以往在電連接器的開發最主要考慮因素為機械特性，如插拔力以及腳位平整度等。其次再考慮連接器的電氣特性，如絕緣電阻、額定電流、接觸電阻等。但隨著高速通訊時代的來臨，對電連接器的性能要求更加茍刻，其高速傳輸引發的傳輸線效應不可忽略，解決高速連接器的信號完整性問題成為連接器設計的關鍵因素。

國內外研究現狀

當前，連接器已經成為電子元件的第二大支柱產業，根據最新的連接器權威研究機構Bishop& Associates公司統計的數據顯示，2013年中國市場連接器的銷售額已經達到136億美元，占全球市場份額的24%，中國己經成為連接器最大的銷售市場高速連接器的研發以及應用始于歐美發達國家，以莫仕、泰科、FCI等公司為首的國際大型連接器制造企業憑借技術和規模優勢，一直掌握著連接器制造產業的前沿技術，尤其是在要求解決高傳輸速度、耐環境、高可靠性、低串擾和低噪聲等問題的通訊和軍工應用領域，國際大公司有著明顯的優勢，而且該領域的連接器產品利潤水平也相對較高。

隨著客戶對傳輸速度的要求越來越高，國外連接器供應商在其原有產品的基礎上，不斷采用新的設計技術及工藝以優化微調其產品，如采用軟干涉連接電路板技術（電路板的孔可以做得更小）；用定制的塑膠來補償信號傾斜推薦在電路板擴孔等。為了滿足系統性能和可靠性要求，系統設計者仔細平衡傳輸速度、功率和封裝密度之間的關系。隨著互聯系統中對大數據量處理和傳輸的增長，不斷推動對傳輸速度的要求。國外高速通信系統的數據傳輸速率已由原來的6.25Gbps跳變至12.5Gbps，且向25Gbps普及推廣，將來數據傳輸速率會被提升到40Gbps、100Gbps甚至1Tbps，與其相配套的高速連接器也必將得到更快的發展。

半導體技術的發展促使連接器生產企業設計研發更高速率的產品。背板連接器市場經歷了新世紀暴增時代，這些連接器是為了迎接新一代應用的競爭而準備。在這個領域主要有個廠商：Amphenol TCS、FCI、Molex、Tyco，他們均能供應25Gbps的連接器。目前幾乎沒有量產的領域要求這么高的傳輸速度，但是這種高性能的連接器卻給了未來系統更新的空間，對系統設計者很有吸引力。

高速背板連接器是新系統硬件的至關重要零件，一旦在系統設計初期被選上，很可能無法用別家的連接器替換。因為在10Gbps以上工作頻率，若連接器的內部結構不同，傳輸性能會大不樣。有鑒于此，國外設備廠商與其主要連接器供應商達成協議，要求連接器供應商共享設計和生產方面的知識產權，在設計和生產上具備足夠的一致性以保證界面的互換性及高速傳輸的兼容性。這種要求連接器供應商之間共賞連接器技術的做法是史上少見的，創了歷史先河，很可能是未來連接器產業的發展趨勢。材料和產品結構技術的發展拓寬電纜組件的帶寬和提高電纜組件的傳輸速度。采用被動和主動的信號調理技術，銅件電纜能夠提供速度高于10Gbps距離高達24m性價比優越的方案。通過近二十年的產品開發，形成了以泰科、安費諾、莫仕、FCI、ENRI等為主的高速連接器生產廠商，通過對基礎理論、材料研發等技術創新，完成了諸如HM 2mm、ZD、ExaMax、LRM等高端高速連接器的普及應用，如下圖所示連接器信號傳輸速率由2.5Gbps逐漸到12.5Gbps，再攀升至25Gbps甚至是40Gbps。

VITA高速連接器

ZD高速連接器

LRM高速連接器

在信號完整性設計方面，其具有完備的理論分析基礎，如《電磁場與微波技術》、《高速信號傳輸》、《高速數字系統的信號完整性和轄射發射》等經典著作；擁有多種的高速信號仿真分析軟件，如keysight 的ADS等；以及完備的信號完整性測試平臺，如信號發生器、頻譜分析儀、矢量網絡分析儀、示波器、時域阻抗測試儀、誤碼率分析儀以及、等配套分析軟件等。

國內專業的高速連接器生產廠商主要有航天電器、中航光電、四川華豐，相關的科研院所有北京航空航天大學、北京郵電大學、上海交通大學等。隨著近幾年軍用武器型號的配套需要，國內各大連接器生產廠商通過仿制或改進國外相關的高速傳輸連接器產品，相繼開發了VITA46、LRM、JVPX、J599、1394等高速傳輸連接器，但該類連接器的傳輸一般不超過6.25Gbps。此外，部分廠家也開始配合用戶使用需求開始研制更高傳輸速率的連接器產品，并取得了一定成效。

總體來看，國內連接器發展起步較晚，在基礎理論、原材料、機械加工、產品測試等方面嚴重滯后于歐美發達國家。此外，由于國內各電子、航空、船舶、航天等系統對高速連接器使用需求的不一致性，加之各高速連接器廠商之間疏于交流合作，導致國內高速產品互不兼容，產品研發水平參差不齊，嚴重阻礙了高速產品的發展，與國外高速連接器的研制水平相比，國內高速連接器的研制主要有以下幾個方面的不足：

（1）在信號完整性理論研究方面，國內科研院所（如西安電子科技大學、上海交通大學、東南大學、國防科學技術大學、中國科學技術大學、南京航空航天大學、西南交通大學、中國科學院研究生院等）的研宄較為深入，但主要停留在理論研究及計算機仿真分析上面，真正的工程實用化較少。國內華為、中興等通信設備商也較早成立了自己獨立的信號完整性研究部門，具有較為完整的信號完整性測試平臺，但基本上還沒有以上的信號完整性問題方面的報道。國內各大武器型號研制及配套單位（如航天科工、航天科技、中電集團、中船重工、兵器集團等）雖在理論和工程實踐應用上達到了有機集合，但受各種因素限制，理論應用程度尚待深入。

（2）在原材料研制方面，國內的原材料生產廠商所生產的高速連接器用材料（如PPS、LCP、TPX、Rogers等）基本達不到實際使用要求，性能穩定性差，且有些材料甚至無法生產。國內高速連接器用材料基本依賴進口，從而對高速連接器的國產化及普及應用造成了嚴重的隱患。

（3）在零部件加工制造方面，因高速連接器的結構特點，很多零部件尺寸精度要求極高，國內的加工設備、模具及工藝方式方法尚無法滿足要求，從而在某種程度上限制了高速連接器的傳輸性能的提升。

（4）在產品精密組裝方面，與國外的自動化一體式裝配相比，國內基本采用手工或是手工加半自動的裝配方式，其裝配一致性較差，效率低，且連接器的一致性受人為因素的較大。

（5）在產品測試及驗證方面，國內目前還未有統一的高速連接器規范。各生產廠家的連接器測試規范、方法及指標互有差異，高速信號完整性測試平臺技術水平參差不齊，嚴重滯后了產品研發。

近幾年，國內各大連接器廠商和高校科研院所開始認識到這些不足，開始重視高速連接器信號完整性問題的研究，并取得了一些成果。北京郵電大學電接觸實驗室在良好的通信技術背景下，對高速連接器的信號完整信問題展開了一系列的研究，葉小蘭碩士研究了HDMI高速連接器的信號完整性并進行了優化，何晴研究了高頻電連接器的性能。電子科技大學的李迅波等仿真分析了SFP的損耗，初步得到了損耗與頻率的數學擬合關系。