航空電子連接器的趨勢(shì)

第二次世界大戰(zhàn)后，航空電子從機(jī)電組件發(fā)展到電子和數(shù)字技術(shù)，如電傳操縱系統(tǒng)的發(fā)展所見。這種演變一直持續(xù)到今天，因?yàn)檐娪煤蜕逃蔑w機(jī)都使用越來越多的計(jì)算能力并產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。

航空電子設(shè)計(jì)人員繼續(xù)尋找將更多計(jì)算能力投入到能夠處理導(dǎo)航、通信和其他關(guān)鍵功能的嵌入式系統(tǒng)中的方法，從而減輕重量，提高數(shù)據(jù)傳輸速率和帶寬，同時(shí)提高魯棒性和安全性。為此，軍用和商用航空電子標(biāo)準(zhǔn)正在迅速共同發(fā)展，以至于值得花點(diǎn)時(shí)間關(guān)注先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)如何改善軍用航空電子設(shè)備連接器。

不斷發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)

商業(yè)航空公司制造商于1929年成立了航空無線電INC（ARINC），率先開始制定航空電子標(biāo)準(zhǔn)。最初的重點(diǎn)是地面通信標(biāo)準(zhǔn)。范圍很快擴(kuò)大到包括飛機(jī)內(nèi)部的通信標(biāo)準(zhǔn)。

相關(guān)的ARINC標(biāo)準(zhǔn)包括：

ARINC 429：1977年，定義了用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的雙線串行總線標(biāo)準(zhǔn)

ARINC 629：1992年，定義了多發(fā)射器數(shù)據(jù)總線協(xié)議，允許多個(gè)設(shè)備訪問同一總線（在波音777飛機(jī)上實(shí)施）

ARINC 664，第 7 部分，采用航空電子設(shè)備全雙工交換以太網(wǎng) （AFDX） 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施：1998 年，定義了用于飛機(jī)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的全雙工交換以太網(wǎng)，支持采用商用現(xiàn)貨 （COTS） 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

ARINC 653：1993年，2003年更新，為空間和時(shí)間分區(qū)的計(jì)算機(jī)資源定義了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）接口（在波音787飛機(jī)和空客A350飛機(jī)上實(shí)施）

ARINC 836A：即將發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，定義了微型模塊化機(jī)架的外殼

伴隨著ARINC標(biāo)準(zhǔn)的制定，美國軍方也采取了兩項(xiàng)舉措。第一個(gè)是集成模塊化航空電子設(shè)備（IMA）。IMA與其說是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，不如說是一個(gè)概念，它源于1987年成立的F-22聯(lián)合綜合航空電子工作組（JIAWG）。對(duì)設(shè)計(jì)人員的好處是，IMA允許在不同的計(jì)算機(jī)模塊之間使用相同的部件或卡，從而有助于減輕重量和維護(hù)問題。

第二個(gè)軍事舉措是開放系統(tǒng)架構(gòu)（OSA）。作為1994年國防部（DoD）指令的結(jié)果，OSA也不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，而是一種依賴于定義和發(fā)布的基于標(biāo)準(zhǔn)的接口和模塊設(shè)計(jì)而不是專有技術(shù)的戰(zhàn)略。許多OSA模塊由VITA工作組制定的標(biāo)準(zhǔn)定義，例如嵌入式系統(tǒng)的VPX模塊標(biāo)準(zhǔn)。

雖然 IMA 和 OSA 有相似之處，但 IMA 正在引領(lǐng)未來的步伐，在航空電子設(shè)計(jì)人員的關(guān)鍵兩個(gè)因素的推動(dòng)下，大力制定標(biāo)準(zhǔn)：首先，通過啟用一個(gè)強(qiáng)大的平臺(tái)來減輕重量，該平臺(tái)將更多的計(jì)算能力放在一個(gè)需要更少節(jié)點(diǎn)的盒子中;第二，擴(kuò)大數(shù)據(jù)傳輸速度和帶寬。

包裝的發(fā)展

鑒于標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用要求的共同演變，軍用航空電子設(shè)計(jì)人員和連接器OEM面臨著許多挑戰(zhàn)。

第一個(gè)挑戰(zhàn)是實(shí)現(xiàn)與緊湊、輕便的包裝系統(tǒng)的模塊化集成，使其足夠堅(jiān)固，適合航空航天環(huán)境。乍一看，這似乎只是OEM利用COTS技術(shù)并使其更加強(qiáng)大的問題。

OEM 在設(shè)計(jì)更堅(jiān)固的連接器時(shí)可以采取兩種不同的路徑。路徑 1 雖然提供了最大的自由度，但它使用專有的設(shè)計(jì)方法。因此，連接器將滿足苛刻的國防和航空航天要求，但不會(huì)成為OSA組件。

路徑 2 遵循實(shí)施開放 ARINC 和 VITA 標(biāo)準(zhǔn)的 OSA 方法。路徑 2 的一個(gè)示例是即將推出的 ARINC 836A 中定義的復(fù)合微型模塊化機(jī)架原理 （MiniMRP） 機(jī)箱。MiniMRP體現(xiàn)了商業(yè)/軍事共同進(jìn)化。最初，該產(chǎn)品針對(duì)的是商用客艙系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)化模塊類似于ARINC 836中定義的已建立的MRP系統(tǒng)，但MiniMRP模塊體積小40%，這意味著重量減輕了60%。此外，MiniMRP模塊可以取代軍事/航空航天應(yīng)用中使用的傳統(tǒng)金屬外殼。復(fù)合外殼不僅堅(jiān)固，而且還可以通過屏蔽、電路走線、嵌入式天線和其他功能輕松定制。設(shè)計(jì)人員可以靈活地定制可制造模塊，或者以類似目錄的方式從供應(yīng)商那里選擇模塊，類似于 COTS 部件。

促進(jìn)系統(tǒng)連接

航空電子連接器面臨的第二個(gè)挑戰(zhàn)是處理更高的數(shù)據(jù)速度和帶寬。數(shù)字戰(zhàn)場正在超越商業(yè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)速度/帶寬要求。這對(duì)軍事應(yīng)用中的盒對(duì)盒連接提出了更高的要求。

快速銅

在分布式航空電子設(shè)備中，大量鏈路距離不長，范圍從 100 兆以太網(wǎng)到 10 千兆以太網(wǎng)。在這些情況下，銅纜，特別是Cat 6a，適用于飛行控制，航空電子設(shè)備和機(jī)艙管理系統(tǒng)。Cat 6a 可在 83 米處支持 10 Gb 以太網(wǎng)，而 Cat 6 電纜則支持 36 米。為了堅(jiān)固耐用，Cat 6a 電纜采用含氟聚合物制成，支持 ANSI/TIA-568-C 規(guī)范，可在極端條件下長距離保持穩(wěn)定性，并提供 24 AWG 或更小的 26 AWG 尺寸，以最大限度地減少尺寸和重量。

對(duì)于連接器，Cat 6a 電纜可以使用 ARINC 高速連接器端接。它們可以處理更嚴(yán)格的插入損耗、串?dāng)_和其他信號(hào)降級(jí)因素，以及更快的 I/O 導(dǎo)致的帶寬回波損耗要求增加。還提供專有的圓形連接器，專為極端環(huán)境而設(shè)計(jì)，具有速度和尺寸優(yōu)勢(shì)，并采用金屬或復(fù)合外殼。

光纖

為了在更長的距離上提供更高的速度，光纖在骨干應(yīng)用中越來越受歡迎，特別是隨著 100 G 鏈路（每個(gè)傳輸?shù)浇邮真溌返?10 根 10 千兆位/秒光纖）變得越來越普遍。這些指標(biāo)清楚地顯示了光纖的優(yōu)勢(shì)：

速度和距離：雙絞線電纜可以在 100 米的距離內(nèi)傳輸 1 千兆位/秒的信號(hào);多模光纖可以傳輸10千兆/秒，傳輸距離可達(dá)550米;和單模光纖，更遠(yuǎn)一個(gè)數(shù)量級(jí)。

重量：通用 Cat 6a 以太網(wǎng)電纜每 1，000 英尺重 45 磅，而光纖電纜重量減輕 78%，僅重 10 磅。

抗噪性：光纖由介電材料制成;它們既不發(fā)射也不接收 EMI。不需要電纜屏蔽。

隨著軍用航空電子系統(tǒng)繼續(xù)承載更重的數(shù)據(jù)負(fù)載，端到端光纖解決方案具有吸引力。光纖曾經(jīng)以易碎和難以使用而聞名?，F(xiàn)在情況并非如此：今天的光纖結(jié)構(gòu)在安裝過程中可以抵抗擠壓和擠壓。無環(huán)氧/無拋光連接器可顯著加快端接速度。

光纖連接器分為兩大類：1） 物理接觸 （PC），其中配接終端使用用于單根光纖的陶瓷套圈和用于多根光纖的 MT 套圈進(jìn)行物理接觸;2）擴(kuò)展光束（EB），它對(duì)振動(dòng)，沖擊和其他機(jī)械危害的耐受性最高。EB連接器較高的插入損耗通常被EB性能的長壽命、可靠性和長期一致性所抵消。

視頻收發(fā)器是一種相對(duì)較新的組件，可以通過有源光纖網(wǎng)絡(luò)推動(dòng)重負(fù)載。TE 的 MiniCube 視頻收發(fā)器可以處理商業(yè)或軍用視頻顯示器的帶寬密集型視頻應(yīng)用。MiniCube產(chǎn)品包括光電設(shè)備，用于延長距離和傳輸離散的單個(gè)信號(hào)或支持多個(gè)視頻的多路復(fù)用。

先進(jìn)的解決方案

未來的包裝和連接將走向何方？

就包裝而言，以前的ARINC標(biāo)準(zhǔn)正在被ARINC 836A等新標(biāo)準(zhǔn)所取代。在消費(fèi)和工業(yè)電子產(chǎn)品中看到的同樣更小的尺寸和更高的密度現(xiàn)在正在航空電子設(shè)備中發(fā)揮作用。航空電子產(chǎn)品的通用包裝將繼續(xù)縮小，以適應(yīng)更小的盒子和顯著減輕的重量。就連接性而言，銅纜和光纖將繼續(xù)共存，各自具有特定優(yōu)勢(shì)。

數(shù)字戰(zhàn)場偵察、監(jiān)視和目標(biāo)獲?。?a href="http://www.ttokpm.com/tags/rs/" target="_blank">RSTA）任務(wù)的額外傳感器處理對(duì)數(shù)據(jù)交換提出了巨大的要求，這將需要在航空電子設(shè)備連接和計(jì)算平臺(tái)方面進(jìn)行更多創(chuàng)新。

物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 也在推動(dòng)傳感器革命。借助物聯(lián)網(wǎng)，飛機(jī)內(nèi)的多個(gè)系統(tǒng)（例如發(fā)動(dòng)機(jī)、輪胎、結(jié)構(gòu)部件甚至座椅）可以向多個(gè)集線器自行報(bào)告其狀態(tài)。當(dāng)飛機(jī)在途中時(shí)，支持物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備可以安排維護(hù)、訂購零件并報(bào)告性能，以提高可靠性并最大限度地減少停機(jī)時(shí)間。

好消息是：航空電子設(shè)備連接不斷發(fā)展。設(shè)計(jì)人員將受益于各種新選項(xiàng)，以滿足不斷增長的數(shù)據(jù)負(fù)載。由于標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品的激增，航空電子設(shè)計(jì)人員需要考慮各個(gè)方面，從物理層組件、布線和 IMA 解決方案的組件。

審核編輯：郭婷