通信連接器技術知識培訓教程

　通信是一項系統工程，使用的各個部件的性能都會影響整個網絡的性能，其中通信連接器屬于網絡傳輸介質互聯設備，所采用的連接器性能可能影響整個通信系統。目前，連接器產品的型號和標準很多，有電連接器件和光纖連接器。特別是光纖連接器，各種標準差異很大；同時，新的工藝、新的技術層出不窮。因此用戶應根據自己的實際情況，選擇適用的連接器。同時網絡建設的有關技術人員也要熟悉和了解各種連接器的性能，考慮網絡向高速網絡升級時的建設成本和硬件升級等問題，提出接口要求；并綜合考慮連接器的性能、價格和發展，建議連接器的選用。
 

　　連接器的形式和結構千變萬化，隨著應用對象、頻率、功率和應用環境等的不同，有各種不同形式的連接器。通信連接器作為一種物理層器件，在一定程度上影響傳輸系統的可靠性和各項性能；同時，連接器連接技術的改進，簡化了終端連接和維護服務，降低了對硬線連接的需求，使設計和生產過程更方便、更靈活，降低了生產和維護成本。由于光纖連接器也是一種損耗性產品，所以還要求其價格低廉。

　　一、光纖連接器

　　1.光纖連接器分類

　　光纖連接器的作用在于把光纖的兩個端面精密地對接起來，以使發射光纖輸出的光能量能最大限度地耦合到接收光纖中去，并使由于其接入光鏈路而對系統造成的影響減到最小，這也是光纖連接器的基本要求。這里所說的光纖連接器確切地講是光纖活動連接器，俗稱活接頭，是按光纖接頭可拆卸與否來分類時的一類；相應地還有一種不可拆卸的連接器，稱為固定連接器。正是由于連接器的使用，使得光通道間的可拆式連接成為可能，從而方便了光系統的調測與維護，使光系統的轉接調度更加靈活。

　　光纖連接器是光纖通信系統中使用量最大的光無源器件，隨著光纖的廣泛應用，光纖連接器已形成了門類齊全、品種繁多的系列產品，各種類型的特點也逐漸分明。光纖連接器按傳輸媒介的不同，可分為硅基光纖的單模、多模連接器以及以其他媒介(如塑膠等)為傳輸媒介的光纖連接器；按連接頭的結構形式，可分為FC、SC、ST、LC、D4、DIN、MU、MT等；按光纖端面形狀，可分為FC、PC(包括SPC或UPC)和APC型；按光纖芯數，可分為單芯型和多芯(如MT-RJ、MPO)型光纖連接器。對于單模光纖連接器，其接頭類型有FC、SC、ST、FDDI、SMA及新開發出的LC、MT-RJ等，端面接觸方式有PC、UPC和APC型。在實際應用過程中，一般按照光纖連接器結構的不同來加以區分。目前，FC、ST和SC3種類型連接器占據光纖連接器市場的主導地位。
 

　　2.光纖連接器的特點與應用

　　(1)FC(F01)型光纖連接器

　　FC型連接器采用金屬螺紋連接結構，插針體采用外徑2.5mm的精密陶瓷插針，根據其插針端面形狀的不同，它分為球面接觸的FC/PC和斜球面接觸的FC/APC兩種結構。FC型連接器是目前世界上使用量最大的品種，也是中國采用的主要品種。

　　(2)SC(F04)型光纖連接器

　　這是一種模塑插拔耦合式單模光纖連接器，其結構尺寸與FC型相同，插針體同樣為外徑2.5mm的精密陶瓷插針，端面處理采用PC或APC型研磨方式；緊固方式為插拔銷閂式。此類連接器價格低廉，插拔操作方便，接入損耗波動小，抗壓強度較高，安裝密度高。

　　(3)ST型光纖連接器

　　采用帶鍵的卡口式鎖緊結構(類似BNC連接結構)，插針體為外徑2.5mm的精密陶瓷插針，插針的端面形狀通常為PC面。

　　(4)DIN47256型光纖連接器

　　這是一種由德國開發的連接器，DIN是德國工業標準的表示，其后的數字為標準號。這種連接器采用的插針和耦合套筒的結構尺寸與FC型相同，端面處理采用PC研磨方式。其結構比FC型連接器要復雜一些，內部金屬結構中有控制壓力的彈簧，接入損耗值較小。

　　(5)雙錐型連接器

　　這類光纖連接器由兩個經精密模壓成形的端頭呈截頭圓錐形的圓筒插頭和一個內部裝有雙錐形塑料套筒的耦合組件組成。
 

　　光通信的飛速發展對光纖連接器器件的發展同樣提出了要求和需求。現在國際已經有許多公司開發了各種新型的光纖通信連接器。美國目前已經研制出8種結構的光纖連接器，其標準代號為光纖連接器內部匹配標準(FOCIS)。FOCIS1、2、3和4分別為雙錐型、ST型、SC型和FC型連接器的標準。新型的有用于光纖帶的MTP/MPO連接器(標準號為FOCIS5)、小型MT(小型MPO)連接器(標準代號為OFCIS8)、小型MAC連接器(標準號為OFTLS9)、MT-RJ連接器(標準代號為OFCIS12)，還有FJ型光纖連接器(標準代號為FOCLS6)、LC型連接器(標準代號為FOCIS10)、SG型連接器(標準代號為OFCIS7)等。日本對新一代光纖連接器的研究以NTT光電子學實驗室為代表，已研究出MT型、簡化SC型、MU型小型單元耦合型、FPC型和平面光波線路PLC型等結構的連接器，其中MU型連接器的標準號為JISC5963(日本工業標準)和IEC1754－6(國際電工委員會標準)。

　　新型光連接器在結構上大致可分為4類：第一類是在插頭直徑為2.5mm連接器的基礎上加以改進；第二類是圍繞光纖帶而設計的連接器；第三類是插頭直徑為l.25mm的小型連接器；第四類是無套管的光纖連接器。新一代連接器體積更小、價格更低。

　　一些發展比較迅速的光纖連接器包括：

　　(1)LC型光纖連接器)

　　采用操作方便的模塊化插孔(RJ)閂鎖機理制成。由于它的陶瓷插針的外徑僅為1.25mm，外形尺寸小，因此能夠大大提高連接器在光配線架中的密度。目前，在單模SFF方面，LC類型的連接器實際已經占據了主導地位，在多模方面的應用也增長迅速。

　　(2)MU型光纖連接器

　　MU型光纖連接器采用如SC型連接器那樣的插入鎖緊結構，外殼與SC型連接器相似，但由于采用了外徑為1.25mm的陶瓷插芯，尺寸要小得多。與SC型連接器相比，它可大大提高安裝密度，特別適用于新型的同步終端設備和用戶線路終端。隨著光纖網絡向更大帶寬更大容量方向的迅速發展和DWDM技術的廣泛應用，對MU型連接器的需求也將迅速增長。

　　(3)VF-45光纖連接器/SG連接器

　　VF-45光纖連接器已被認證為新的光纖接口的國際標準，命名為SG連接器；其接頭外形與普通8芯雙絞線接頭RJ-45相似，不采用套管，插頭和插座與光纖的連接就像用壓線鉗連接8芯5類線與RJ-45接頭一樣方便，使用專用的制作工具快速制作即可成型，可以減少現場端接的時間和成本，這是該連接器與其他FOCIS連接器的明顯區別。

　　(4)帶狀光纖連接器

　　在國內標準方面，中國已制定了FC、SC、ST/PC型連接器的國家標準，對其他一些光纖連接器也有一定的規定。受技術水平和標準化程度的限制，目前，中國光通信系統中所用的光纖連接器，或是使用進口連接器，或是將進口的陶瓷套管和外圍金屬件等散件在國內進行組裝，主要是FC型光纖連接器。

　　與電連接器相同，不同結構的光連接器，應用范圍也有所不同。例如FC連接器主要用于光纜干線系統，其中FC/APC連接器用在要求有較高的回波損耗的場合，如CATV網等；ST、SC型連接器和D4型連接器則廣泛用于光纖接入網和局域網中，其優點是接入損失小、便于安裝且穩定性高；對于短距離(≤20km)信號傳輸，因其精度要求不高，所以較多采用的是ST、SMA、FDDI等成本較低的連接器，且多用于多模系統。在本地交換機中的光纜終端架上采用較多的是SC連接器或簡化的SC連接器；新型的同步終端設備和用戶線路終端，采用的是LC、MU型連接器或帶狀光纖的MPO連接器；各種局域網一般采用的是帶狀陣列式光纜MT連接器。對于平面光波器件與光纖之間的連接，多采用PLC連接器。另外，塑膠類光纖連接器多用于更短距離通信，自動控制和音響訊號傳輸等，如用于住宅廣播的FJ型光纖連接器。MT-RJ光纖連接器在快速以太網及千兆位以太網中也有廣泛的應用。

　　在最新的光纖布線標準TIA/EIA-568-B.3中,推薦使用小型光纖連接器(SFF)。SFF包括有LC、MT-RJ、MU、E-2000，F-3000和VF-45等，這些SFF連接器的共性是低插入損耗、回波損耗、高重復性、高環境可靠性以及精密機械結構等。SFF連接器目前也是DWDM系統的最佳選擇。

　　為保證光纖連接器的正常使用，要考慮光纖連接器的光學性能、互換(同型號間)性能、機械性能、環境性能和壽命(即最大可拔插次數)。在光學性能方面，一般要求連接損耗應不大于0.5dB，回波損耗典型值應不小于25dB。對于同一類型的光纖連接器，可以任意組合使用、并可以重復多次使用，由此而導入的附加損耗一般都在小于0.2dB的范圍內。另外，光纖連接器的抗拉強度應不低于90N，必須在-40-+70℃的溫度下能夠正常使用，可以插拔l000次以上等等。

　　二、電連接器分類及應用

　　電連接器使電流在電路內被阻斷處或孤立不通的電路可以流通，使電路實現預定的功能。有些連接器被做成普通插座的形式，在線纜工業中得到廣泛認可和使用。

　　多年來電連接器的分類混亂，各個廠家自有其分類方法和標準。美國國家電子分銷商協會(NEDA,即NaTIonal Electronic Distributors AssociaTIon)在1989年主持制訂了一套稱為連接器部件封裝分類等級(Levels of Packaging)的標準。依據該標準，通信連接一般使用4級連接器。但級別只是用于學習和分類連接器，實際工作中很少按照上述級別談及連接器，而是按照連接器的外觀形式和連接的結構方式來命名它(不同結構形式電連接器的命名由國際上通用的詳細規范做出具體規定；一般來說，不同結構的連接器，有不同的應用范圍)。通信網絡的連接往往取決于所用的媒體，所以，通常是按不同的連接介質、連接方式和應用場合來討論連接器的。

　　1.多線電纜連接器

　　多線電纜連接器包括DB連接器和DIX連接器以及DIN連接器等。

　　(1)DB型連接器包括DB-9、DB-15、DB-25連接器,它用于連接串口設備及并口電纜,分為陽性端和陰性端,DB25中的DB代表是D型連接器,數字25代表連接器的針的個數。DB25連接器是目前微機與線路接口的常用器件。

　　(2)DIX連接器:它的外表象DB-15連接器.它在連接時是用滑扣來實現的,而DB15連接時是通過螺絲來固定的，常常用于連接粗纜以太網。

　　(3)DIN連接器:在DIN連接器中有不同的針以及針的排列形式,它一般在連接Macintosh和AppleTalk網絡中使用。

　　2.雙絞線連接器

　　雙絞線連接包括兩種連接器:RJ45和RJ11。RJ是描述公用電信網絡的接口，在以往的4類、5類、超5類，甚至出臺不久的6類布線中，采用的都是RJ型接口。

　　(1)RJ11連接器:是一種電話線類連接器，支持2線和4線，一般用于用戶電話線接入。

　　(2)RJ45連接器:一種同種類型的連接器，插孔式，比RJ11連接器較大，并且支持8線，是標準8位模塊化接口的俗稱，多用于網絡中連接雙絞線。由于它所用電路均為平衡式發送器和接受器，所以具有較高的共模抑制能力。

　　3.同軸電纜連接器

　　同軸電纜連接器包括T連接頭和BNC連接器及終端電阻。

　　(1)T連接頭：用于連接同軸電纜和BNC連接器。

　　(2)BNC連接器：BayoNette卡口式桶型連接器，用于將網段連接到BNC連接器。通信和計算機市場的急速增長以及通信技術和計算機技術的結合已成為刺激同軸連接器需求增長的主要因素。由于同軸電纜和T型連接器依賴BNC接插件進行連接，因此BNC連接器市場為業內人士所看好。
　　(3)終端器：電纜都需要終端器，終端器是一種特殊的連接器，它內部有一個精心選擇的匹配網絡電纜特性的電阻,其中每一個終端器都必須接地。

　　(4)在粗纜以太網中多使用N型連接器，工作站并不直接接入以太網絡中，而是用一個收發器，通過一個AUI連接器(DIX連接器)連到收發器。

　　射頻同軸連接器從連接類型來分，主要有以下三種：

　　(1)螺紋連接型：如：APC-7、N、TNC、SMA、SMC、L27、L16、L12、L8、L6等射頻同軸連接器。這種連接形式的連接器具有可靠性高、屏蔽效果好等特點，所以應用也最為廣泛。

　　(2)卡口連接型：如BNC、C、Q9、Q6等射頻同軸連接器。這種連接器具有連接方便、快捷等特點，也是國際上應用最早的射頻連接器連接形式。

　　(3)直插推連接型：如SMB、SSMB、MCX等，這種連接形式的連接器具有結構簡單、緊湊、體積小、易于小型化等特點。

　　串行通信方式是被廣泛采用的一種通信方式。在串行通信時，要求通信雙方都采用一個標準接口。ISDN基本接口的連接器均采用ISO8877標準。該標準規定S接口標準連接器為RJ-45(8芯)，中間4芯為有效芯；U接口連接器無標準，有些廠家用RJ-11，華為采用的是RJ-45，都是中間兩芯有效。數字傳輸網中G.703接口的連接器一般為BNC(75Ω)或RJ-45(120Ω)，有時也使用9芯接口。USB規范(通用串行總線)是一種連接標準，它為所有USB外設連接PC機提供了通用的連接器(A型和B型)。這些連接器將取代傳統的各種外部端口，如串口、游戲接口、并口等。

　　在綜合布線方面，以往的四類、五類、超五類，包括剛剛出臺的六類布線中，采用的都是RJ型接口。從七類標準開始，布線歷史上出現和RJ型和非RJ型接口的劃分。Cat7連接件組合（GG45-GP45）標準已在2002年3月22日被一致通過（IEC60603-7-7），成為7類標準連接件，并可完全兼容目前的RJ-45。

　　電連接器的選用包含了使用環境條件、電參數、機械參數、端接方式的選用。具體包括電氣參數要求、額定電壓、額定電流、接觸電阻、屏蔽性、安全參數、機械參數、機械壽命、連接方式、安裝方式和外形、環境參數、端接方式等等。
連接器的發展具有以下特點：

1、朝著小型化、高密度、高速度傳輸的方向發展；

2、朝著高性能、高頻化技術方向發展；

3、高電壓、大電流的連接器需求市場也很大；

4、連接器還朝著抗干擾技術、模塊化技術和無鉛化技術方向發展。

表1中列出的是典型的高速連接器的型號。在傳統并行同步數字信號的速率將要達到極限的情況下，高速串行方式是一個很好的解決思路。這使得低壓差分信號（LVDS）成為主要的下一代高速信號的電平標準。而高速連接器的選擇也成為高速率信號互聯要解決的主要問題。

高速連接器在發展中所采用的幾個關鍵技術包括：1、為了減少串擾所采用的差分信號、無噪聲信號和接地層技術；2、為了調整連接器的引線，可以改變由于連接器輸入和輸出物理距離不等而導致的延時差異；3、為了獲得最大的傳輸效率，連接器的特性阻抗值應與傳輸電路的特性阻抗相匹配。

連接器在有線系統中的應用

圖1所示為一個PSTN網的交換機，該交換機由7個部分組成。除了機箱尺寸的區別，機箱底部是一個機架的管理模塊，它包括管理模塊、傳輸背板和傳輸模塊。最前面有子板、載板、電源板，以及風冷系統、電扇托板。在交換機中，它的主要載板就是電話信息的傳輸以及輸入/輸出的連接，輸入/輸出系統所組成的只有很少的電腦板以及信令控制板。

表1 高速連接器的基本特性
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任何網絡都需要連通性，以便把單個設備組合成一個網絡系統。現今網絡中，互聯器件 （“連接器”） 扮演重要角色：首先，它能把單個設備進行電連接，形成更大的網絡系統；另一方面，如今都采用標準化的互聯，使不同公司制造的設備能相互連接在一起工作，從而在某個街區構建成一個網絡，以滿足商業或社區的需求。

因此，在有線通信系統中，連接器的作用主要有三個方面：首先，能在單個設備內的電路板和單個電元件間實現電連接；第二，如果采用標準化的互聯，就能使不同公司制造的設備相互連接在一起工作，從而在某個街區構建成一個網絡，以滿足商業或社區的需求；第三，通過設計達到可靠的功能，以承受已知的工作環境和設備服務期內的工作強度。

針對有線通信系統對連接器的要求，在設計時要考慮如下幾個方面：

? 鍍金接觸界面，用于保證更高的耐磨性和良好的電特性；

? 冗余的接觸界面，保證高可靠性；

? 可選擇氣密性連接或PCB焊接；

? 殼體外部特征要便于插入時導正和導向；

? 用不同的插針高度保證信號和接地的先后連接順序；

? 大功率電源要用特殊的端子，和信號的接觸端子要有所區別；

? 要保證EMI特性和機箱接地。

圖2是典型的連接系統中背板連接器的設計。它可以提供三種端子長度，即接地端子、信號1端子、信號2端子三個端子的長度是不同的。這是為了保證插座和插針在互相連接的時候，如果接反了，就無法插入。第二個是中間部分，它是用于安裝維修用的，整個插針板在插入的過程中，可以用來導向，甚至可以保證編碼和極性的正確。外壁用來保護端子和連接器的導向，這個端子就是插針部分，采用柔性插針。從右半部分圖中可以看到，外殼被拆除后，更清楚地顯示出了接觸面。它采用了雙柱冗余的接觸面設計，這樣可以大大提高接觸的可靠性。
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圖1 PSTN網交換機

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圖2 連接系統中典型的背板連接器的設計

連接器在無線通信系統中的應用

圖3表示的是典型的無線通信系統的基站內部互聯，以及它所需要的各種各樣的電子連接器。從圖中可以看出，左邊基站所要求的都是射頻連接器，右邊表示的是電源連接器、背板連接器、輸入/輸出連接器和印制電路板連接器。

圖4表示的是基站控制器、移動交換網絡和網關支持節點之間的典型互聯。這些互聯也用到了多種連接器。

移動手機用的開關式同軸連接器主要用于提供手機內的天線和汽車外部天線之間的信號的切換。這種開關式的連接器，它的表面安裝有三種高度，分別是3.5mm、4.5mm和6.0 mm。表面安裝開關式連接器直接和手機天線連接。由于功率元件和天線或開關間距離短，因此內部沒有電纜，信號傳輸非常好。它的性能指標如下：

? 工作頻率：高達2.4GHz

? 標準阻抗：50歐姆

? VSWR：1GHz時為1.15:1；2GHz時小于1.20:1 

? 插入損耗：2GHz時最大為-0.30dB 

? 使用壽命：30,000 次

? 溫度范圍：-40℃到+85℃

無線通信系統中所采用的電源連接器（圖5）的種類包括一體化背板電源系統、子板/堆疊用連接器、信號母線到板之間的連接器、板到板的電源連接器、電源到電纜/電纜到印刷板連接器、微處理器所用電源連接器以及電源輸入所用連接器。

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圖3 典型的無線通信系統的基站內部互聯


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圖4 基站控制器、移動交換網絡和網關支持節點之間的典型互聯
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圖5 無線通信系統的電源連接器

連接器的信號完整性設計

連接器在進行信號完整性設計時，需要考慮：1、與整個互聯傳輸線阻抗的連續性；2、連接器各插針間的串擾；3、有時序要求，要考慮連接器上的延時。連接器的分析方法與一般的信號分析方法基本一樣，都是利用仿真軟件進行仿真，并對結果進行分析，得出結論。 

連接器的模型分析和電路的模型分析是一樣的，只是要注意連接器和過孔效應的精確建模、仿真對于預測信號質量非常重要。

模型分析有五種情況：

? 多線模型 (MLM)： 適用于多插針連接器，包括接觸元件、接觸與接觸間耦合、接觸和屏蔽間耦合、焊盤間耦合等。除了SLM模擬的參數外，還能用來模擬串擾和地彈等。

? 單線模型 (SLM)： 適用于連接器中的單線，如高速信號傳輸線，可以用來模擬反射、時延和偏移、衰減以及信號傳輸質量。

? S參數模型：主要應用于頻域，可模擬吞吐量和串擾，通過時域變換，可產生阻抗、串擾、傳輸時延和眼圖等。

? IBIS模型：是一種基于V/I曲線的對I/O BUFFER快速準確建模的方法，支持所有類型的連接器和多種不同連接器建模，如差分和不平衡信令、SLM(無耦合)、MLM(耦合)、模型級聯、板到板以及板到電纜等。

? SPICE模型：是最為普遍的電路級模擬程序，被分析的電路中的元件可包括電阻、電容、電感、互感、獨立電壓源、獨立電流源、各種線性受控源、傳輸線以及有源半導體器件。

信號完整性是貫穿于高速數字電路設計中的最重要的問題之一，在此列出幾點建議：

? 對靈敏元件實施對噪聲器件的物理隔離；

? 阻抗控制、反射和信號終端匹配；

? 用連續的電源和地平面層；

? 布線中盡量避免采用直角；

? 差分對布線長度要相等，以保證在接收端良好的抑制比；

? 高速電路設計中應考慮串擾問題，包括近端串擾和遠端串擾；

? 電源退耦問題，也就是說加在電路上的電源一定要通過電感電容的退耦。



問答選編

問：如何有效地生成高速連接器的SI仿真模型？在沒有高端示波器的前提下，怎樣去驗證？

答：我們通過結合2D和3D技術，對連接器進行建模，利用延伸測試來驗證模型。高速模型需要用高速測試設備進行驗證。

問：請介紹連接器表面鍍錫會長出WHISKER的詳細原理和解決方案？ 

答：錫須的原理是純錫鍍層在應力和一定溫度、濕度下產生的。解決方案主要有：1、采用錫合金；2、在設計中緊配合的地方不鍍錫或減少配合應力，減少緊配合長度。

問：請問接插件產品安裝于溫度達到80℃的板上，泰科會采用哪些有效技術保證其能在小電流、低電壓下長期可靠工作？ 

答：1、端子材料選擇上選取抗高溫應力釋放材料；2、電鍍層選取適合長時間高溫的應用；3、減少連接器電阻引起的接觸點發熱。

問：選擇視頻設備的連接件需要注意哪些問題？主要看哪些參數？ 

答：傳輸速率及在其最高傳輸速率下的傳輸距離。

問：SFP系列的有三種接入方式，為什么要淘汰銅纜接入方式？ 

答：其實銅纜沒有被淘汰，實際上，銅攬在短距離會比光纜有價格優勢。

問：三級接觸順序怎么理解？ 

答：因為通常在系統中的信號需要有不同的連接順序，所以用不同針長的信號針來實現這樣的要求。比如先連接電源信號，再連接普通信號。

問：SFP產品的速率有多高？ 

答：SFP可以達到2.5G，SFP+可以達到10G。

問：接插件金屬端子使用的材料有哪些，在選用時要注意什么？ 

答：主要材料有銅和金，以及其他一些特殊合金。選用時需要注意導電性、彈性及強度、耐高溫性和成本等。