高频连接器介绍及设计重点(超详细_超经典)
连接器详细知识解说
连接器详细知识解说电连接器分类、结构1．连接器常用的分类方法是：1)按外形分：圆形电连接器、矩形电连接器。
圆形电连接器由于自身结构的特点在军事装备上（航空、航天）用量最大。
矩形电连接器由于其结构简单更多的是用于电子设备的印制线路板上。
2)按结构分：按连接方式：螺纹连接、卡口（快速）连接、卡锁连接、推拉式连接、直插式连接等；按接触体端接形式：压接，焊接，绕接；螺钉（帽）固定；按环境保护分：耐环境电连接器和普通电连接器3)按用途分：射频电连接器密封电连接器（玻璃封焊）高温电连接器自动脱落分离电连接器滤波电连接器复合材料电连接器机场电源电连接器印制线路板用电连接器等2．电连接器结构电连接器由固定端电连接器（以下称插座），自由端电连接器（以下称插头）组成。
插座通过其方（圆）盘固定在用电部件上（个别还采用焊接方式），插头一般接电缆，通过连接螺帽实现插头、插座连接。
电连接器由壳体、绝缘体、接触体三大基本单元组成。
壳体——电连接器壳体是指插头插座的外壳、连接螺帽、尾部附件。
外壳作用是保护绝缘体和接触体（插针插孔的通称）等电连接器内部零件不被损伤。
上面的定位键槽保证插头与插座定位。
连接螺帽用于插头座连接和分离。
尾部附件用于保护导线与接触体端接处不受损伤并用于固定电缆。
壳体还具有一定电磁屏蔽作用。
壳体一般采用铝合金加工（机加、冷挤压、压铸）而成。
钢壳体多用于玻璃封焊和耐高温电连接器。
绝缘体——由装插针绝缘体、装插孔绝缘体。
界面封严体、封线体等组成。
用以保持插针插孔在设定位置上，并使各个接触体之间及各接触体与壳体之间相互电气绝缘。
通过绝缘体加界面封严体封线体取得封严措施，来提高电连接器的耐环境性能。
为适应产品的耐高温，低温，阻燃，保证零件几何尺寸稳定可靠。
绝缘体大都采用热固塑料模塑成形。
界面封严体、封线体采用硅橡胶模压等成形。
接触体——插针插孔是接触体总称，分为焊接式、压接式和绕接式等，用来实现电路连接。
插针插孔是电连接器关键元件，它直接影响着电连接器的可靠性。
高频连接器介绍及设计重点超详细超经典
9.偏移 偏移（Skew）的影响
规范中定义的Intra-pair skew是为了确保同一对差动信号经过连 接器一对端子后，还可以保持能接受的差动不平衡，才能使得 差动信号的优点表现出来。 若此两互补的差动信号的Intra-pair skew不相同，则会影响逻辑 转换的时间，严重则会造成不触发。 Inter-pair skew若是差异太大，则会造成不触发或是不同步触发。
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5.波动和波导 波动和波导
波动的几个重要物理概念： 波速（wave velocity） 阻抗（impedance） 反射（reflection）与穿射（transmission）
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6.特性阻抗 为什么谈特性阻抗
连接器的自容和自感会影响其特性阻抗(impedance) 电磁波在传输线中传递时，会因为传输线中特性阻抗的不连 续或不匹配，而造成电磁波的反射，因此连接器的特性阻抗必须 与前后的传输线相近。 若是连接器和系统发生阻抗不匹配(impedance mismatch)的 现象，如此一来此高频参数（特性阻抗）将扮演信号传输时衰减 量的来源之一。
串音杂讯是由于动态信号（或时变电压、电流），因电磁 感应定律所引起的电磁波，对邻近的信号线造成的干扰， 在高频的时候此种现象将会更加严重。 在两导体间的串音杂讯是依据其间的互容与互感。 串音杂讯又分为近端杂讯(backward)和远端杂讯(forward)
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7.串音杂讯 为什么要谈串音杂讯
控制串音杂讯的原因，首先是串音杂讯会使得信号线上 的信号衰减，极度的衰减会使得无法触发想驱动的元件。 再者若被害端作为信号线时，则串音杂讯会使得被害端 的信号失真，进而使得被害端无法称为触发元件。 串音杂讯会产生假信号。
高频连接器设计必看
电缆的阻抗本文准备解释清楚传输线和电缆感应的一些细节，只是此课题的摘要介绍。
如果您希望很好地使用传输线，比如同轴电缆什么的，就是时候买一本相关课题的书籍。
什么是理想的书籍取决于您物理学或机电工程，当然还少不了数学方面的底蕴。
什么是电缆的阻抗，什么时候用到它？首先要知道的是某个导体在射频频率下的工作特性和低频下大相径庭。
当导体的长度接近承载信号的1/10波长的时候，good o1风格的电路分析法则就不能在使用了。
这时该轮到电缆阻抗和传输线理论粉墨登场了。
传输线理论中的一个重要的原则是源阻抗必须和负载阻抗相同，以使功率转移达到最大化，并使目的设备端的信号反射最小化。
在现实中这通常意味源阻抗和电缆阻抗相同，而且在电缆终端的接收设备的阻抗也相同。
电缆阻抗是如何定义的？电缆的特性阻抗是电缆中传送波的电场强度和磁场强度之比。
（伏特/米）/（安培/米）=欧姆 欧姆定律表明，如果在一对端子上施加电压（E），此电路中测量到电流（I），则可以用下列等式确定阻抗的大小，这个公式总是成立：Z = E / I无论是直流或者是交流的情况下，这个关系都保持成立。
特性阻抗一般写作Z0（Z零）。
如果电缆承载的是射频信号，并非正弦波，Z0还是等于电缆上的电压和导线中的电流比。
所以特性阻抗由下面的公式定义：Z0 = E / I电压和电流是有电缆中的感抗和容抗共同决定的。
所以特性阻抗公式可以被写成后面这个形式：其中R=该导体材质（在直流情况下）一个单位长度的电阻率，欧姆G=单位长度的旁路电导系数（绝缘层的导电系数），欧姆j=只是个符号，指明本项有一个+90'的相位角（虚数）π=3.1416L=单位长度电缆的电感量c=单位长度电缆的电容量注：线圈的感抗等于XL=2πfL，电容的容抗等于XC=1/2πfL。
从公式看出，特性阻抗正比于电缆的感抗和容抗的平方根。
对于电缆一般所使用的绝缘材料来说，和2πfc相比，G微不足道可以忽略。
在低频情况，和R 相比2πfL微不足道可以忽略，所以在低频时，可以使用下面的等式：注：原文这里是Zo = sqrt ( R / (j * 2 * pi * f * L))应该是有个笔误。
连接器产品设计细节重点
e、其他类型：
单面接触有外框
单面接触
双面接触
环型接触
B 、挂钩基本形状有以下几种：
a：背部刺破式：
A尺寸控制端子脱落； B尺寸控制端子在 Housing内的窜动。 （一般窜动为0.15 ~ 0.25mm左右较合适）
此处尽量避免尖角，防止刮破胶体保持力变小；
尽量做水 平，保持 力可增大；
此处做成异型或增加加强筋，增强保持力。
e尺寸要设计合适
PIN太长 顶到端子
PIN太短 接构挂钩拉力较小，一般不采用。
c：挂钩为产品成型框口部份：
注：此种挂钩拉力大小，一般与塑胶相关较大。
d：挂钩为翅膀式：
挡片---防止 弹片不反弹。
二、Housing的设计： 1 、相关匹配尺寸：
A、端子与Housing匹配；
B、 Housing与Wafer匹配。
A、端子与Housing匹配；
弹片增加加 强筋
改变其拔出力的通常做法：
弹片内测压一凹槽形成利 角，增加与PIN针的抓力。 不利点：PIN针容易刮损
以上2种可以通过调整弹片外 的挡片来改变插拔力大小。
控制C尺寸，使其与Housing 壁接触或不接触来改变插拔 力大小。
注：改变材料硬度，也可以改变插拔力大小。
b：弹片外无框口：
•端子在Housing内腔窜动
尺寸D设为0.15~0.25mm 较合适。
•窜动太小会导致胶体弹
片不回位，端子可能脱 落。
•窜动太大端子向上移动
的距离较多。
•端子与Wafer的PIN接触
区域减少，易导致产品 瞬断或接触不良现象。
B、 Housing与Wafer匹配：
•A尺寸一般设计为：0.075左右（单边间隙） ；
连接器高频设计
6.特性阻抗 模拟讯号线长度变化对自容和自感值的影响
电气参数 高度变化
4.5mm 6.5mm 12mm 14mm
自容值Cself（pF)
0.713475 0.811567 1.0744 1.16462
电子连接器主要的功能为完整且正确的传输讯号，所以在整 个电子系统中，电子连接器是一个典型的被动元件，它的发展与 演进完全跟着电脑的CPU，近年来由于CPU的速度不断提高，由 早期的33MHz、66MHz到Pentium III 500MHz至最近的Pentium 4 3.06GHz，连带地提升主机板与电脑周边的电子信号传输速度， 因此担任电子信号传输桥梁的电子连接器的高频电气特性，便成 为电子连接器厂商一个重要的议题。
1.增加两导体之间的距离。 2.减少导体的横截面。 3.导体长度愈短愈好。 4.改变胶芯的介电常数。
8.传递延迟 何谓传递延迟（Propagation Delay）
把人比喻成讯号 人跑步比喻成讯号传输 跑步经过的路比喻成讯号传输的路径 人从起跑沿着路最后到达目的地所花费的时间称为总共 的传递时间延迟
8.传递延迟 Point to remember
降低单位长度的电容或降低单位长度的电感，可降低传递 延迟（Propagation Delay）
增加介质的介电系数，可降低传递延迟（ Propagation Delay）
9.偏移 何谓偏移（Skew）
许多的人比喻成许多的讯号 许多人跑步比喻成许多的讯号传输 跑步经过的路比喻成讯号传输的路径 每个人从起跑沿着路最后到达目的地所花费的时间差 异称为Skew
连接器各零件设计重点详细介绍
连接器各零件设计重点1.Housing☆连接器的主结构。
☆其它各零件靠它决定空间定位。
☆导体零件间的绝缘功能。
☆尺寸规划须兼顾成型性。
☆选材料须顾虑客户的制程条件。
☆因应用段需求而须限制模具进胶口者，须注明于图面上。
它是整个连接器的主体构件，其它的零件往它身上组装。
它大致决定连接器的外观尺寸，需确认其结构强度能承受最终使用者正常使用的破坏力或是客户明定的测试规格(例如:要求施加各方向的力于外接cable，不能看到破坏；或是安装螺丝时，施加适当的扭力不能造成破坏)。
既然是主体构件，自然肩负各零件定位的责任，因此与其它零件互配部位的尺寸与公差(包括几何公差)需拿捏适当。
重要feature ( 例如:安装端子的孔，其抽屉宽度)若是由单一模仁决定其尺寸，而该模仁又可由磨床加工制作，则可设定尺寸公差+/- 0.02 mm，以确保功能。
其它如正位度、平面度、轮廓度等几何公差也要适当运用，方可确保功能。
端子除了靠housing 做空间上的定位，还须靠housing 对它的固持力量来产生端子力学行为上的边界条件(例如悬臂梁式端子的fixed end )，进而在公母座配接时产生适当的正向力，同时避免退pin 的情形发生。
因此端子与housing 的干涉段尺寸与形状拿捏必须非常小心。
适当的端子倒刺形状以及干涉量，才能得到适当的端子保持力，又不至于因干涉过大造成housing 变形或破裂。
在电气功能方面，housing 肩负各导体零件之间的绝缘功能，以一般工程塑料阻抗值而言，只要射出成型做得到的厚度，后续加工过程又没有造成结构破坏，则塑料产生的绝缘阻抗与耐电压效果都可符合规格要求。
只有在吸湿性非常强的材料或是端子压入造成塑料隔栏破裂的情况下，可能发生塑料部分的绝缘阻抗或耐电压不合格的情形，否则该担心的多半是裸露在塑料之外的导体零件之间的绝缘效果，因为空气的绝缘效果远不及工程塑料的好。
Housing 的设计除了考虑上述的功能性，也须考虑射出成型的制造性，太厚或太薄或是厚薄不均都不适合，太厚则缩水严重，太薄不易饱模，厚薄不均则液态塑料充填时流动波前不平衡易造成冷却翘曲。
高频连接器技术讲义
Electrical Analysis Model
This figure shows the 9-pin model for the electrical simulation. Though the solder pads were included, this model does not include the effects of vias, ground, power planes and/or trace routing on the module and motherboard.
1-3电压驻波比（VSWR）（Voltage Standing Wave
Ratio):电压驻波比（VSWR）是射频技术中最常用的参数，用来衡
量部件之间的匹配是否良好。 电压驻波比用来表述端口的匹配性能 的。同一性能还可用回波损耗来表述。这两个指标定义如下， 电压驻波比： VSWR=(1+|r|)/(1-|r|) r ：为发射系数 =ZL-Z0/ZL+Z0 ZL为输入阻 抗，Z0为理想阻抗 回波损耗： RL=10log(入射功率/反射功率)
S21、S12、S22)
1-6时滞（skew）:时滞即时间延迟
1-7 衰减:信号在通道中传输时，会随着传输距离的增加而逐渐变小,衰
减 (Attenuation) 衰减是指信号幅度沿链路传输的减弱，是由于电缆的电阻所造成的电能损耗 以及电缆绝缘材料所造成的电能泄漏，衰减以分 贝（db）表示，低的衰减 值表示链路的性能好，而链路越长，频率越高，衰减就越大。试想一下，一 个过分衰减的的信号，接收端 又怎能识别呢！
四.設計相關技術與流程
SAS Connector, Complete Mechanical Model
连接器基本知识介绍精品PPT课件
2020/10/12
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連接器是什麼東東？
顧名思義，通俗地說，連接器就是將 兩種或兩種以上的物件連接到一塊的 媒介。廣義來說，連接器可以是硬體， 如我們日常見到的插座、手機插孔等 等，也可以是軟體，比如編程用到的 中間件等等。
連接器定義:
用以完成電路或電子机器等相互間電氣連接之器具(含附件)稱為連 接器
連接器的用途:
傳遞,傳送,轉換兩個介面之間資訊
是作為電路間, 組件間, 系統間電氣/電子傳輸連接部件, 使功率或 信號電流穩定可靠地流通, 又便于組合及維修
是通訊, 電腦, 家用電器, 工業自動化, 汽車, 電站等電氣/電子裝 置所不可缺少的重要机電元件
2020/10/12
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連接器知名廠商
Tyco (AMP/Thomas & Betts/Augat) Molex FCI/Berg Foxconn (Hon Hai) Amphenol JST Hirose 3M ITT Cannon JAE
Header & Socket
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PCB Header and Socket
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Level 3 I/O Port
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Level 3 I/O Port
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Stack Mini Din 產品結構
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Rear Shield For K-FTB
PWB For Modular Jack
Plated Spring For 12P AV CONN
Shield Cover For 12P AV CONN
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8.传递延迟 传递速度（Propagation Velocity）
电子信号的传递速度是依据其周遭的环境所决定，在传输 线中的传递速度为：
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5.波动和波导 波动和波导
波动的几个重要物理概念：
波速（wave velocity）
阻抗（impedance） 反射（reflection）与穿射（transmission）
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6.特性阻抗 为什么谈特性阻抗
连接器的自容和自感会影响其特性阻抗(impedance) 电磁波在传输线中传递时，会因为传输线中特性阻抗的不连 续或不匹配，而造成电磁波的反射，因此连接器的特性阻抗必须 与前后的传输线相近。 若是连接器和系统发生阻抗不匹配(impedance mismatch)的 现象，如此一来此高频参数（特性阻抗）将扮演信号传输时衰减 量的来源之一。
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7.串音杂讯 模拟串音杂讯和信号线间距的关系
由上图可以发现当两信号线间的距离愈靠近时，串音杂讯 的峰值会愈大，也就是产生的串音杂讯愈严重。
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7.串音杂讯 模拟串音杂讯和介电常数的关系
在远端时互容造成的电容性电流和互感造成的电感性电流的极性相反， 当互容值随着介电参数的增加而增加，加上互感值不变，可以发现当 介电常数增加时，对应的远端串音杂讯将会变小。 在近端时，因为电容性电流和电感性电流的极性是相同的，所以具有 相加性，所以近端串音杂讯将随着介电常数的增加而增加。
所以在USB 2.0中就必须考虑高频的效应。 （以上推论是在€=1的条件下）
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4.高频连接器的重点要求项目
特性阻抗（Characteristic Impedance) 串音杂讯（Crosstalk） 传递延迟（Propagation Delay） 偏移（Skew）
介入损失（Insertion Loss）or 衰减（Attenuation）
增加介质的介电系数，可降低传递延迟（ Propagation Delay）
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9.偏移 何谓偏移（Skew）
许多的人比喻成许多的讯号 许多人跑步比喻成许多的讯号传输 跑步经过的路比喻成讯号传输的路径 每个人从起跑沿着路最后到达目的地所花费的时间差异称为Skew
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9.偏移 何谓偏移（Skew）
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3.高频连接器的条件
何种电子连接器必须考虑高频的影响，以下为一般的推论：
由上可得若电子连接器长度大于λ /12mm，则必须视为散布元件 （distributed element），在此状况下就要考虑高频效应的影响。
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3.高频连接器的条件
例：USB连接器长度约为33mm USB 1.1中其最快传输速度为12Mbps，上升时间（rise time）为20ns 所以由Tr×f =0.5中可得出f=0.5/Tr=25MHz 再由λ=c/f中可求出λ=3×108/25×106M=12M=12000mm L/6= λ/12=12000/12(mm)=1000(mm)>>33(mm)
偏移（skew）也就是信号传递的时间差，时间偏移又有分 成两种，分别是intra-pair skew和inter-pair skew。
intra-pair skew是信号在相同信号对（same data pair）中传 递的时间差。 inter-pair skew是信号在不同信号对（differential data pair） 中传递的时间差。
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8.传递延迟 何谓传递延迟（Propagation Delay）
把人比喻成讯号 人跑步比喻成讯号传输 跑步经过的路比喻成讯号传输的路径 人从起跑沿着路最后到达目的地所花费的时间称为总共的传递时间 延迟
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8.传递延迟 何谓传递延迟（Propagation Delay）
根据ANSI/EIA 364-103规范所定义，传递时间乃是讯号通 过待测物所需要的时间。
Rev.A
高频连接器详细介绍及设计重点
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Revision change description : Rev.
Rev. A
Change cause/description
Initial release
Note
Lex Ai 2011.03.24
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Index
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 前言-----------------------------------------------信号传输的方式--------------------------------高频连接器的条件-----------------------------高频连接器的重点要求项目-----------------波动和波导--------------------------------------特性阻抗-----------------------------------------串音杂讯-----------------------------------------传递延迟-----------------------------------------偏移-----------------------------------------------衰减-----------------------------------------------Summary------------------------------------------
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6.特性阻抗 模拟讯号线长度变化对自容和自感值的影响
电气参数
高度变化 4.5mm 6.5mm 12mm 14mm 自容值Cself（pF) 0.713475 0.811567 1.0744 1.16462 自感值Lself（nH) 1.86799 2.72011 5.09864 5.93517
无损耗传输线的传递速度可以表示为：
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8.传递延迟 传递延迟（Propagation Delay）的决定
根据ANSI/EIA 364-103规范所定义，量测传递延迟是以输 入信号和输出信号在振幅10%和50%之间的时间差。
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8.传递延迟 Point to remember
降低单位长度的电容或降低单位长度的电感，可降低传递 延迟（Propagation Delay）
发现随着讯号线长度越长自容和自感值有上升的趋势
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6.特性阻抗 模拟讯号线长度变化对特性阻抗的影响
发现随着讯号线长度越长自容 和自感值有上升的趋势。
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6.特性阻抗 模拟介电常数变化对自容和自感值的影响
随着介电常数的增加，其自容值也会随之增加，然而软体中，改变介 电常数只会影响电容值的计算，然而不会改变电感值的计算。
串音杂讯是由于动态信号（或时变电压、电流），因电磁 感应定律所引起的电磁波，对邻近的信号线造成的干扰， 在高频的时候此种现象将会更加严重。
在两导体间的串音杂讯是依据其间的互容与互感。 串音杂讯又分为近端杂讯(backward)和远端杂讯(forward)
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7.串音杂讯 为什么要谈串音杂讯
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6.特性阻抗 模拟介电常数变化对特性阻抗的影响
随着介电常数的增加， 其特性阻抗值会随之 减少。
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6.特性阻抗 Point to remember
随着讯号线长度越长其特性阻抗会有上升的趋势。
随着介电常数的增加，其特性阻抗值会随之减少。
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7.串音杂讯 什么是串音杂讯（Cross talk）
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7.串音杂讯 模拟不同高度对串音杂讯的影响
由上图得知，当连接器高度愈高时（即端子长度愈长）， 其近端和远端串音杂讯会愈大。
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7.串音杂讯 Point to remember
串音杂讯的产生是由于驱动导体的周围电磁场耦合到邻近的导体。
串音杂讯的强度主要是由两导体分开的距离和入侵与被害端的横截 面几何来决定。 减少串音杂讯的方法： 1.增加两导体之间的距离。 2.减少导体的横截面。 3.导体长度愈短愈好。 4.改变胶芯的介电常数。
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9.偏移 偏移（Skew）的影响
规范中定义的Intra-pair skew是为了确保同一对差动信号经过连 接器一对端子后，还可以保持能接受的差动不平衡，才能使得 差动信号的优点表现出来。
若此两互补的差动信号的Intra-pair skew不相同，则会影响逻辑 转换的时间，严重则会造成不触发。 Inter-pair skew若是差异太大，则会造成不触发或是不同步触发。
器（Electrical connector）是泛指所有用在电子讯号 与电源上的连接元件及附属配件，广义的连接器还包含插座、插 头及Cable组立等。从电子封装的观点上来看，连接器是互相连接 （interconnection）部份可离合或是替换的元件，换言之是所有讯 号间的桥梁，因此连接器的性质将会牵动整个电子系统的运作品 质。 电子连接器主要的功能为完整且正确的传输讯号，所以在整 个电子系统中，电子连接器是一个典型的被动元件，它的发展与 演进完全跟着电脑的CPU，近年来由于CPU的速度不断提高，由 早期的33MHz、66MHz到Pentium III 500MHz至最近的Pentium 4 3.06GHz，连带地提升主机板与电脑周边的电子信号传输速度， 因此担任电子信号传输桥梁的电子连接器的高频电气特性，便成 为电子连接器厂商一个重要的议题。
所以在USB 1.1中并不须去考虑高频的效应。