擴展VPX連接中的選項

VPX 嵌入式系統(tǒng)需要強大的互連來實現(xiàn)并保持信號完整性。商業(yè)技術(shù)正在加固和適應(yīng)電源（VITA 62），光學(xué)（VITA 66）和RF（VITA 67）應(yīng)用，以補充合格的數(shù)字背板連接器并完善高性能架構(gòu)的互連技術(shù)集。

用于軍事和航空航天用途的嵌入式系統(tǒng)制造商面臨著與快速發(fā)展的電子系統(tǒng)世界保持同步的艱巨挑戰(zhàn)。目前正在向支持高速協(xié)議（如10 Gbps以太網(wǎng)）的串行交換架構(gòu)遷移，以實現(xiàn)諸如消除并行數(shù)據(jù)路徑中的差分偏斜等優(yōu)勢。雖然商用硅繼續(xù)推動帶寬和處理能力，但軍事/航空航天應(yīng)用高可靠性世界中的嵌入式計算平臺需要能夠承受振動、極端熱和其他應(yīng)用嚴(yán)苛的堅固技術(shù)。

現(xiàn)代嵌入式計算系統(tǒng)非常依賴于板級互連來支持任務(wù)和生命關(guān)鍵型應(yīng)用。VITA是航空航天和國防領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化嵌入式架構(gòu)開發(fā)的主要來源。維塔已經(jīng)指導(dǎo)了從最初的虛擬機總線到最新標(biāo)準(zhǔn)的進展，如維他命41（VXS）和維他命46（VPX）系統(tǒng)。VXS 提供了傳統(tǒng) VMEbus 并行架構(gòu)和較新的串行交換架構(gòu)之間的過渡。VXS 既使用傳統(tǒng)的 VME 連接器，也使用較新的 MULTIGIG RT 連接器系列中的一系列模塊。與 VXS 不同，串行 VPX 不會同時跨越并行世界和串行世界。

VPX的一個缺點是互操作性問題。首先，VPX允許廣泛的配置選項，其中許多選項從未使用過。其次，標(biāo)準(zhǔn) VPX 連接器主要用于數(shù)字信號。這使得設(shè)計人員設(shè)計了用于電源、光學(xué)和RF連接的臨時技術(shù)，這只會使互操作性問題變得更糟。

為了確保架構(gòu)級別的互操作性，VITA 65 （OpenVPX） 已被確定為管理標(biāo)準(zhǔn)，并在機箱、背板、插槽和模塊級別定義了各種配置的配置文件。最終目標(biāo)是在不同供應(yīng)商的產(chǎn)品之間建立兼容性，實現(xiàn)開放式架構(gòu)以及兩級維護和系統(tǒng)升級，允許用戶在現(xiàn)場更換生產(chǎn)線可更換模塊（LRM）。為了彌補互連技術(shù)中的缺陷，已經(jīng)發(fā)展了一系列新的標(biāo)準(zhǔn)，包括VITA 62（功率），66（光學(xué)）和67（RF）。

使 COTS 連接適應(yīng)軍事化區(qū)域

商用連接器技術(shù)處于支持多千兆位數(shù)據(jù)速率的最前沿。設(shè)計高速連接器是電氣工程中的一項挑戰(zhàn)。（與連接器相比，高速是一個滑溜溜的術(shù)語：從本質(zhì)上講，當(dāng)電氣建模將通過連接器的信號路徑視為傳輸線時，高速的概念就會發(fā)揮作用，阻抗、電容和電感的影響都會嚴(yán)重影響信號完整性。在某些方面，與信號上升時間相比，任何阻抗不連續(xù)性的大小決定了“常規(guī)”連接器和高速連接器之間的差異。高速連接器通常代表信號路徑中最大的阻抗不連續(xù)性。其設(shè)計需要導(dǎo)體和電介質(zhì)的微妙平衡，以防止反射、串?dāng)_和其他形式的信號衰減。高速商用連接器可以滿足苛刻的電氣要求，但難以滿足軍事/航空航天要求的機械堅固性。

相反，傳統(tǒng)的軍用/航空航天連接器堅固耐用，但不提供所需的速度和密度。最新的堅固型連接器設(shè)計將高速商用連接器的最佳屬性與從軍事/航空航天應(yīng)用中吸取的經(jīng)驗教訓(xùn)相結(jié)合，提供千兆位數(shù)據(jù)速率、密集封裝和機械穩(wěn)健性的最佳組合。盡管商用背板連接器不能直接用于軍事/航空航天應(yīng)用，但與從頭開始構(gòu)建新連接器相比，采用經(jīng)過驗證的信號傳輸技術(shù)并將其整合到更堅固的封裝中要容易得多。因此，我們的目標(biāo)是充分利用 COTS 技術(shù)并對其進行加固。

這一目標(biāo)在為VPX建立VITA 46數(shù)字互連時實現(xiàn)，代表了一個執(zhí)行良好的加固和驗證過程。表 1 比較了源商用連接器和加固型 VPX 版本的一些環(huán)境性能測試，以說明所執(zhí)行的擴展驗證測試。請注意，VPX 連接器必須通過商業(yè)版本無法通過的其他測試。

表 1：堅固耐用的 VITA 46 連接器性能優(yōu)于商用連接器

連接器的插入式模塊晶圓設(shè)計取代了引腳觸點，這在商業(yè)應(yīng)用中已經(jīng)確立。晶圓可用于差分、單端和功率需求，可輕松修改，以支持客戶對特性阻抗、傳播延遲和其他電氣參數(shù)的特定需求。連接器的無針背板一半確保了對主板的保護，從而保護了系統(tǒng)、車輛和任務(wù)。信號完整性與機械完整性并行提升。作為商業(yè)設(shè)計的加固版本，VPX 連接器支持高達 10 Gbps 的速度，遠高于支持 VPX 的 6.25 Gbps 所需的速度。該設(shè)計高度模塊化，支持 3U 和 6U 配置。

VITA 62： 高密度電源

雖然電源可以通過 VPX 連接器帶來，但 VITA 62（電源模塊）提供了更高容量的路由，它改進了 VITA 46 的電源要求，以支持 OpenVPX 系統(tǒng)級要求，并解決上電時的浪涌電流、輸出控制和同步等問題。VITA 62 中定義的連接器專注于電源處理任務(wù)。專用電源觸點源自商業(yè)設(shè)計，與前幾代觸點相比，在相同空間內(nèi)可提供高達 40% 的功率。該設(shè)計采用 20 A 和 50 A 觸點，可熱插拔，可承受配接不對中，并且配接力較低。

VITA 66： 啟發(fā)式光連接

VITA 66 ［光纖互連（以前為 46.12）］ 通過定義光模塊進一步擴展了 VPX 生態(tài)系統(tǒng)，這些模塊展示了使用經(jīng)過驗證的現(xiàn)有技術(shù)并使其適應(yīng)新應(yīng)用的優(yōu)勢。為光學(xué)元件（或RF）提供單獨的模塊，允許線路可更換單元（LRU）和LRM在背板上斷開，從而大大加快裝配、維護和升級，從而為設(shè)計和制造提供幫助。較舊的方法的工作方式類似，但新的模塊化方法適合 VPX 外形尺寸，具有可擴展性，并創(chuàng)建了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法以代替臨時方法。

VITA 66 允許用戶使用通用模塊外形尺寸選擇 MT 陣列連接器、ARINC 801 終端或擴展光束 （EB） 觸點。它們中的每一個都具有航空航天譜系，并在密度，堅固性，可修復(fù)性和其他特性方面具有不同的優(yōu)勢。例如，MT套圈提供最高密度的光纖 - 在3U系統(tǒng)中高達48，在6U系統(tǒng)中高達240。ARINC 801 觸頭基于已建立的 2.5 mm 陶瓷套圈，提供最佳的光學(xué)性能、低插入損耗和低反射率。膨脹梁連接器最能抵抗污垢、振動以及頻繁配接和拔拔。任何光學(xué)連接器都包含在堅固的機加工外殼中，包括導(dǎo)軌和鍵控。模塊可用于 P2/J2 至 P6/J6 的位置。

VITA 67：高密度射頻至 40 GHz

VITA 67（VPX 上的同軸互連）涵蓋射頻連接，基于盲配 SMPM 觸點，可在高密度配置中實現(xiàn)高達 40 GHz 的高性能。RF 模塊符合與 VITA 66 光纖模塊相同的包絡(luò)，支持四個或八個位置，也具有可擴展性，并允許非?？焖俚亟M裝、修復(fù)和重新配置開放式架構(gòu) VPX 系統(tǒng)。

堅固耐用的商用產(chǎn)品滿足軍事需求

適應(yīng)和發(fā)展商業(yè)互連技術(shù)已被證明是滿足日益增長的軍事嵌入式計算需求的首選方式。商業(yè)技術(shù)通常引領(lǐng)實現(xiàn)新的速度和密度水平，只需要足夠堅固耐用即可滿足高可靠性應(yīng)用的更嚴(yán)格要求。雖然這種商業(yè)技術(shù)的加固可能不是一件小事，但它通常比從頭開始提供更低的風(fēng)險和更快的上市途徑。與其證明一項技術(shù)是有效的，只需要證明該技術(shù)-已經(jīng)廣泛使用-在更嚴(yán)格的環(huán)境中工作。

審核編輯：郭婷