连接器测试项目&目的（Connector Mechanical Test）

Granite River Labs, GRL

随着市场对高速线缆的需求越来越大、传输速率越来越高，所配套连接器的重要性也越被重视，且对不同介面（USB、HDMI®等）连接器的要求也更严格。因此GRL通过长久以来的认证测试经验，整理出相对应的测试项目、测试方法及目的，以帮助大家更好的去规避设计盲区和正确选择材料，从而降低开发的资金和时间成本。首先，以下帮大家整理出不同连接器的测试Group（图1~图4）。

图1：USB 2.0 Legacy 连接器测试项目

图2：USB 3.1 Legacy 连接器测试项目

图3：USB Type-C 连接器测试项目

图4：HDMI连接器测试项目

通过上面的连接器测试项目发现，连接器测试时主要专案可分为电气性能、机械性能、环境性能和信号完整性测试等几个部分：

接下来我们对几个重点测试项目进行更详细地介绍。

1. 电气性能测试

主要有低电平接触电阻测试、耐电压测试、绝缘电阻测试、电容、温升测试等

1.1 低电平接触电阻测试（Low level contact resistance）

• 测试方法：参照EIA-364-23
• 目的：验证连接器相互接通后，各个通道接触点的实际接触情况。
• 原理：通过在各个接触点通道上施加电压，通过额定电流后，测量接触通道两端的电压降，从而计算出电阻值。

1.2 耐电压测试（Dielectric withstanding voltage）

• 测试方法：参照EIA-364-20
• 目的：检测连接器在额定电压下是否能安全工作，以及承受过电位的能力；从而评定连接器绝缘材料或绝缘间隙是否合适。
• 原理：分别在连接器接触通道与接触通道之间、接触通道与外壳之间施加规定电压并保持规定时间，观察样品是否有击穿或放电现象。

1.3 绝缘电阻测试（Insulation Resistance）

• 测试方法：参照EIA-364-21
• 目的：检测连接器的绝缘性能是否符合电路设计的要求或经受高温，潮湿等环境应力时，其阻值是否符合有关技术条件的规定，从而避免因物理性能衰减造成电气功能丧失。
• 原理：在连接器的各通道之间部分施加额定的电压，从而使绝缘部分的表面或内部产生漏电流而呈现出来的电阻值。

1.4 电容测试（Capacitance）

• 测试方法：参照EIA-364-30
• 目的：检测连接器端子之间或端子与其他金属导体之间的电容性质，确定连接器导体间的电容值，避免电流或信号穿透而产生信号干扰。
• 原理：以1KHz或1MHz之测试频率，测试相邻两个通道之间的电容值。

1.5 温升测试（Contact Current Rating）

• 测试方法：参照EIA-364-70
• 目的：随着大电流的市场需求，连接器上传输的电流也越来越大，为确保连接器能长时间在高负载情况下安全、稳定的工作。
• 原理：将公母连接器集合在一起，在两端施加电压，并在每个通道上通过额定的电流，因电流流过端子的Pin，使得接点温度上升，在该位置点经由热电偶线量测得出温度，从而计算出温度变化情况。

2. 机械性能测试

包括有耐久性测试、插拔力测试、振动测试、机械冲击、四轴连续性测试、抗压强度测试、关键尺寸、镀层测试等。

2.1 耐久性测试（Durability）

• 测试方法：参照EIA-364-9
• 目的：评估反复插拔对连接器的影响，模拟实际使用中连接器的插拔状况。
• 原理：按照规定速率连续插拔连接器直至达到规定次数。

2.2 插拔力测试（Insertion and Extraction force ）

• 测试方法：参照EIA-364-13
• 目的：模拟连接器的在使用时的插拔力情况，是否满足实际使用时的需求
• 原理：将连接器按规定速率进行完全插合或拔出，记录相应的力值。

2.3 振动测试（Vibration）

• 测试方法：参照EIA-364-28
• 目的：类比振动对电连接器及其元件性能的影响；为了确定由电连接器在寿命期间可能遇到在主要频段或随机振动频段范围内及其幅度上受振动的影响情况
• 原理：通过设定机器特定的振动频率，类比产品使用时的特定振动条件下产品物理、电气等方面的性能，确保在不同振动环境下产品的连接功能。

2.4 机械冲击（Mechanical Shock）

• 测试方法：参照EIA-364-27
• 目的：类比消费者在加速运动负载下使用产品的状况，确保在不同加速环境下产品的连接功能
• 原理：用机械的特定运动，来类比消费者在加速运动负载下使用产品的状况，确保在不同加速度环境下产品的连接功能。

2.5 四轴连续性测试（4-Axis Continuity）

• 测试方法：根据实际的测试规范规定（USB的4-Axis Continuity）
• 目的：测试连接器插头上下左右所能承受的轴向力量，以避免在使用时，因操作上的错误，而造成连接器断裂、接触不良等状况。确保连接器在制造或使用过程中接触端子的状态，避免外力使接触端子偏离工作位置，导致连接功能丧失。
• 原理：通过施力装置，在四个面的指定位置向插头施加标准力，同时检测连接器的电气特性，是否功能正常。

2.6 抗压强度测试（Wrenching Strength）

• 测试方法：根据实际的测试规范规定（USB的Wrenching Test）
• 目的：类比连接器插头上、下、左、右四个方向所能承受的轴向力量，以避免在使用时，因消费者操作上的错误，而造成连接器断裂等状况。同时确保连接器在制造或使用过程中接触端子的状态，避免外力使接触端子偏离工作位置，导致连接功能丧失。
• 原理：通过施力装置，在四方向上的指定位置向连接器施加标准力；以类比连接器插头是否被破坏和不被破坏。

3. 环境性能测试

主要包括有温度寿命、冷热冲击、混合气体腐蚀、温湿度回圈、温度变化等

3.1 温度寿命测试（Temperature Life）

• 测试方法：参照EIA-364-17
• 目的：模拟连接器暴露在高温环境中，连接器的各项性能是否发生变化
• 原理：通过高温箱类比产品在不同温、湿度环境下存储，完成检查物理、电气等性能变化情况。

3.2 冷热冲击测试（Thermal Shock）

• 测试方法：参照EIA-364-32
• 目的：模拟连接器在急速的大温差变化下，对于其功能品质的影响。
• 原理：通过冷热冲击试验箱类比不同温度条件下使用产品的状况。

3.3 混合气体腐蚀测试（Mixed Flowing Gas）

• 测试方法：参照EIA-364-65
• 目的：模拟连接器暴露在不同浓度混合气体中的耐腐蚀能力及对其性能的影响。
• 原理：将试样暴露在多种混合气体环境下；在规定的时间后取出，检验试样的物理及电气相关特性。

3.4 温湿度回圈（Cyclic Temp and Humidity）

• 测试方法：参照EIA-364-31
• 目的：类比产品实际使用中在不同温、湿度环境下的性能，使样品不致遭到破坏或功能退化，并验证样品在高湿环境下操作的可行性。确认连接器在高温高湿环境下的功能。
• 原理：通过恒温恒湿箱类比产品在不同温、湿度环境下存储，完成检查物理、电气等性能变化情况。

3.5 温度变化（Thermal Disturbance）

• 测试方法：参照EIA-364-31
• 目的：模拟运输及使用过程中可能发生的最恶劣条件的极限高温、极限低温时，以及暴露在极限高、低温交替的冲击时的耐受能力。
• 原理：通过高低温试验箱类比产品在不同温度环境下的状态。

结论

通过上述连接器重点测试项目的详细介绍，希望大家能通过测试目的、原理及操作手法了解连接器的认证测试是如何进行的，从而排除连接器产品在测试上可能遇到的错误及问题，并进一步改善设计上的缺陷。 GRL拥有多年的线缆与连接器认证测试经验，并熟悉各个高速介面（DisplayPort、HDMI、USB等）规格与认证测试，若您有测试或设计上的任何问题，皆欢迎与我们联系！未来我们也将推出关于高频性能方面的介绍，敬请期待。

参考文献

1. Universal Serial Bus Cables and Connectors Class Document Revision 2.0 August 2007
2. Universal Serial Bus Specification Revision 2.0 April 27, 2000
3. Universal Serial Bus 3.1 Legacy Connectors and Cable Assemblies Compliance Document Revision 1.1 April 3, 2018
4. USB 3.1 Legacy Cable and Connector Specification Revision 1.0 September 22, 2017
5. Universal Serial Bus Type-C Connectors and Cable Assemblies Compliance Document Revision 2.1b June 2021
6. EIA-364

作者

GRL 东莞测试工程师蒋宁Mark Jiang 

GRL测试工程师，在线缆和连接器设计制造行业拥有超过15年的工作经验，精通HDMI、DisplayPort、USB等线缆和连接器认证测试与规范。

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发布日期2022/04/13 AN-220413-TW