接插件（Connector）优化方案：插件连接简易化

如图3.9-45所示，接插件是为了方便两个电路之间进行连接而设计的一种特殊电子元器件，又称连接器。接插件一般由接件（也称为插座）和插件（也称为插头）两部分组成，两者可以完全分离。

图3.9-45　接插件

一、接插件的分类

接插件种类繁多、外形各异，应用十分广泛，其性能好坏直接关系到整个电路系统能否正常工作。接插件按工作频率可分为低频接插件和高频接插件；按形式可分为单芯接插件、二芯接插件、三芯接插件、同轴接插件、多极接插件等；按用途可分为音频接插件、视频接插件、印制电路板插座、电源插头和插座、集成电路插座、接线柱、接线端子等。

下面介绍几种常用的接插件。

1.耳机插头和插座

如图3.9-46所示，耳机插头和插座有单声道、立体声之分，立体声插头和插座比单声道的多了一个引脚。耳机插头和插座按照其插头的直径或插座的孔径可以分为2.5mm、3.5mm、6.5mm等类型。

图3.9-46　耳机插座和插头

在日常生活中，3.5mm的耳机接口的应用最为普遍，音频播放器、电视机、手机等影音设备大部分都有3.5mm耳机接口。但随着智能手机的不断发展，部分手机已经取消了传统的3.5mm模拟信号耳机接口，推出了Lightning耳机接口、USB Type-C数字信号耳机接口。6.5mm的耳机接口主要用于大功率影音设备以及专业音响设备中。

如图3.9-47所示，常用TRS来表示耳机插头的结构和特性。其中T代表耳机插头上的尖（Tip）、R代表耳机插头上的环（Ring）、S代表套（Sleeve）。可依据耳机插头的环（R）数不同将耳机插头分为TS（两段式，无环，尖和套各提供一个接触点）、TRS（三段式，一环，3个接触点）、TRRS（四段式，两环，4个接触点）。

图3.9-47　TS、TRS、TRRS耳机插头

图3.9-48　耳机转接器

TS耳机插头即单声道耳机插头，只有两个触点，分别是单声道和接地触点；TRS耳机插头即立体声耳机插头，有3个触点，分别是左声道、右声道和接地触点；TRRS耳机插头即带麦克风的立体声耳机插头，有4个触点，分别是左声道、右声道、接地和麦克风触点。

为了使耳机插头适用不同的插座，人们发明了如图3.9-48所示的能使各种耳机接口相互转换的转接器。例如2.5mm转3.5mm转接头、3.5mm转6.5mm转接头、3.5mm转USB Type-C转接头等。

2.RCA插头和插座

如图3.9-49所示，RCA插头和插座也称为RCA接口，由于是由Radio Corporation of American公司发明的，所以此类插头和插座以该公司的缩写命名为RCA插头和插座，又叫莲花插头和插座或梅花插头和插座。RCA插头和插座采用同轴电缆进行信号传输，中轴用来传输信号，外沿一圈的接触层接地，可以用来传输数字音频信号和模拟视频信号。

图3.9-49　莲花插头和插座

图3.9-50　电视机的RCA插座

RCA插头和插座是比较常见的一种音、视频接线端子，可以用于模拟音频、视频（三色AV接口）、数字音频（S/PDIF接口）与色差分量（YPbPr、YCbCr接口）传输等，几乎所有的电视机、影碟机都有这种接口。如图3.9-50所示，电视机输入输出面板左下方的3个RCA插座为模拟音频、视频输入接口，黄色用于视频信号，白色和红色用于立体声左声道和右声道，正上方的6个RCA插座是两组色差分量接口。

3.XLR插头和插座

如图3.9-51（a）所示，XLR插头和插座由于是由Cannon公司发明的，所以此类插头和插座也称为卡侬（Cannon）插头和插座。最初，此类插头和插座被称为Cannon X系列，之后的版本加入了弹簧锁（Latch）称为Cannon XL系列，接着在端子接触面以橡胶包着（Rubber），成为其缩写XLR的来源。与RCA模拟音频线缆直接传输声音的方式不同，XLR接口使用两个通道分别传送信号相同而相位相反的信号，接收端设备将这两组信号叠加，干扰信号就被抵消掉，从而获得高质量的模拟信号。

如图3.9-51（b）所示，最常见的XLR插头和插座有3个针头，其中1为接地（GND）、2为正极即热端（Hot）、3为反极即冷端（Cold）。卡侬插头和插座有公（Male）与母（Female）之分。公插的接点是插针，而母插的接点是插孔。按照国际上通用的惯例，以公插头或插座作信号的输出端；以母插头或插座作为信号的输入端。

图3.9-51　XLR插头和插座

图3.9-52　有XLR插座的音频设备

如图3.9-52所示，卡侬连接插件是专业音响系统中使用最广泛的一类接插件，可用于传输音响系统中的各类音频信号。从某种意义上说，是否使用卡侬接插件是专业音响系统有别于民用音响的特征之一。

4.BNC插头和插座

如图3.9-53所示，BNC插头和插座即卡扣配合型连接器（Bayonet Nut Connector），也称为BNC接口，是一种用于同轴电缆的连接器。BNC插头是一个螺旋凹槽的金属接头，由金属套头、针头和金属套管组成。在同轴电缆两端一般都要安装BNC接头，两根同轴电缆之间可通过T形接头连接。

图3.9-53　BNC插头和插座

50Ω、75Ω特性阻抗的BNC插头和插座最常用。50Ω的BNC插头和插座多用于高频率、高性能产品上；75Ω的BNC插头和插座多用于4GHz以下的产品，特别是视频消费电子产品。每种BNC连接器都有频率使用范围，用户要根据产品的工作频率来选择连接器。

BNC插头和插座所用的同轴电缆是一种屏蔽电缆，有传送距离长、信号稳定的优点，被大量用于通信系统中，在监视器、音响设备中也经常用带有BNC接口的同轴电缆来传送音频、视频信号。

5.RJ-45插头和插座

图3.9-54　RJ-45插头和插座(www.xing528.com)

如图3.9-54所示，RJ-45插头和插座也称为RJ-45接口，俗称水晶头。RJ-45插头只能沿固定方向插入并自动防止脱落。RJ（Registered Jack，RJ）是描述公用电信网络的接口，计算机网络的RJ-45是标准八位模块化接口的俗称，双绞线的两端必须安装这种RJ-45插头，以便插在网卡、集线器或交换机的RJ-45插座上，进行网络通信。常见的RJ接口还有RJ-11，一般有4针或6针，常用于固定电话机上。

如图3.9-55所示，RJ-45插头与双绞线有两种连接方法，分别称作T568A线序和T568B线序。在T568A中，与之相连的八根线按序号分别定义为：白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕；在T568B中，与之相连的八根线按序号分别定义为：白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕。其中差分传输线分别是白橙和橙色线缆、白绿和绿色线缆、白蓝和蓝色线缆、白棕和棕色线缆。T568A线序和T568B线序没有本质的区别，在同一个综合布线系统工程中，只能采用一种线序。制作连接线、插座、配线架等一般使用T568B线序。

图3.9-55　RJ-45的T568A线序和T568B线序

网络传输线分为直通线、交叉线和全反线。直通线又叫正线或标准线，两端采用T568B线序，多用于异种网络设备之间的互连，例如计算机与交换机、路由器与交换机等。交叉线又叫反线，一端T568A线序、另一端T568B线序，多用于同种网络设备之间的互连，例如计算机与计算机、交换机与交换机等。全反线一般一端是T568B线序、另一端颜色全反过来，这种连接允许计算机用户登录路由器或交换机，多用于超级终端与网络设备物理接口之间的连接，例如连接电脑和交换机或路由器的控制端口。

6.香蕉插头和插座

如图3.9-56所示，香蕉插头和插座（Banana Jack）的名字来自香蕉插头稍稍鼓起的外形。香蕉插头和插座是一种单引线连接器，常用于插拔频繁的设备，如图3.9-57所示的万用表表笔、电源输出端等。

图3.9-56　香蕉插头和插座

图3.9-57　香蕉插头和插座的应用

香蕉插头插入香蕉插座非常方便，插入后可以形成非常大的接触面积。由于香蕉插头插接简单、价格低廉，广泛应用于仪器仪表的输入、输出连接。

7.Y形插头和插座

如图3.9-58所示，Y形插头和插座又称为叉形绝缘端子连接器，是冷压端子的一种，具有连接便利、接触稳固、易于链式桥接的特点，适合用在需要输出、输入电流较大的电路中。

图3.9-58　Y形插头和插座

8.印制板接插件

如图3.9-59所示，印制板接插件一般都安装在印制板上，可分为单引线接插件和多引线接插件。

图3.9-59　印制板接插件

单引线接插件可以按照需要进行组合，这种接插件通常与跳线帽配合使用，作为选择开关。当跳线帽插在两个相邻的单引线接插件上时，这两个原本彼此断开的单引线接插件就会接通。因此，单引线接插件主要用在需要采用开关对频率、电流、电压等参数进行反复调整的电路中。

多引线接插件主要用来进行电路的连接，为了防止插错方向，这种接插件通常采用非对称设计，插头只能从一个方向和位置插入插座中，插头插入插座后，若要拔下来，要先压下用来防止插反并起固定作用的倒扣。

9.USB插头和插座

USB插头和插座即通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）插头和插座，也称为USB接口，其外观如图3.9-60所示。USB接口是Intel公司开发的总线架构，用在计算机上添加串行设备非常容易。只要将设备插入计算机的USB接口中，系统会自动识别和配置。USB接口是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范，广泛应用于个人电脑、移动设备、摄影器材、数字电视、游戏机等电子设备中。

图3.9-60　USB插头和插座

如图3.9-61所示，USB接口标准可分为USB 1.0、USB 2.0和USB 3.0。每一代USB接口根据所支持设备的特点又细分为USB Type A/B/C/Mini/Micro等。

图3.9-61　USB Type A/B/C/Mini/Micro接口

USB 1.0技术规范是由Intel、IBM、Compaq、Microsoft、NEC、Digital、North Telecom等公司组成的USBIF（USB Implement Forum）于1996年共同提出的，外设数据传输速度为1.5Mbps。1998年USB 1.0升级为USB 1.1，数据传输速度也提升到了12Mbps。

USB 2.0技术规范是由USB 1.1规范演变而来的，是由Compaq、HP、Intel、Lucent、Microsoft、NEC、Philips等公司共同制定和发布的，规范把外设数据传输速度提高到了480Mbps（60MB/s），可以满足大多数外设的数据传输要求。USB 2.0中的增强主机控制器接口（EHCI）定义了一个与USB 1.1相兼容的架构，它可以用USB 2.0的驱动程序驱动USB 1.1设备。

USB 3.0技术规范是由Intel、HP、Microsoft、NEC、Texas Instruments等公司组成的USB 3.0 Promoter Group共同制定和发布的，它的最大传输带宽达5.0Gbps（640MB/s）。USB 3.0引入了全双工数据传输，5根导线中2根用来发送数据、2根用来接收数据、1根作为地线，可以同步全速地进行读写操作。

USB Type A一般适用于个人计算机中，是应用最广泛的接口标准。USB Type B一般用于移动硬盘、打印机、显示器等设备。USB Mini分为A型和B型，与标准USB相比，USB Mini防误插性能出众、体积小巧，广泛应用于读卡器、手机、数码相机、数码摄像机、测量仪器等小型电子产品上。USB Micro是USB 2.0标准的一个便携版本，比USB Mini接口更小，由于其体积更加小巧、接头更加耐用，已基本取代USB Mini，广泛应用于手机、智能设备等电子产品上。USB Type C是在USB 3.1时代之后出现的，USB Type C最大的特点是插接时不区分正反，该接口拥有更小的体积、更快的传输速度（最高10Gbps）、更强悍的电力传输能力，主要面向更轻薄、更纤细的设备，已开始逐步取代USB Micro接口，主要应用于手机、平板电脑、笔记本电脑等电子产品上。

10.IEC交流电源插头

IEC 60320电源插头是一种遵循IEC 60320国际标准的电源线用插头，虽然各个国家都有不同的电源线标准，但IEC 60320标准是一种被大多数国家使用的国际标准。

IEC 60320电源线分为交流电源线和直流电源线。交流电源线的线材电压较高，使用更为广泛。IEC 60320电源线每种类型的插头都用字母C标识，例如C9、C10、C13、C14、C15、C16、C19、C20等，C后面的奇数表示母头、偶数表示公头。

如图3.9-62所示，C9、C13、C15、C19电源线插头都是母头，C10、C14、C16、C20电源线插头是与之一一对应的公头，同一组母头、公头可以连接在一起，使电流在两根电源线之间导通。C系列电源线插头的外观、电流以及工作温度都不同，C13电源线插头我们生活中最为常见，一般用于连接计算机、家用电器、仪器设备等。

图3.9-62　常用IEC交流电源插头

二、接插件的选用和替换

选用接插件时，要根据接插件的用途、安装位置、接插对数目以及接插件额定电压、额定电流等条件来确定。接插对的数目可以稍有富裕，额定电压、额定电流要留有富裕量。

如果发现某个接插对损坏，如果有多余的接插对，可以将原接插对上的引线调换到备用的接插对上，但应注意检查原接插对的绝缘是否损坏，对临近的插脚有无影响。如果没有多余的接插对，原则上应采用相同规格、相同型号的接插件替换，如没有相同规格、相同型号的接插件，可采用外形、安装尺寸、额定电流、额定电压相同的接插件代换。