飛機(jī)日益有賴于數(shù)字電子設(shè)備來(lái)交流信息和實(shí)現(xiàn)控制。MEA(多電飛機(jī)技術(shù))的發(fā)展趨勢(shì)讓機(jī)械系統(tǒng)向電氣控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變顯得尤為突出。飛機(jī)運(yùn)行和乘客設(shè)施中的電子設(shè)備越來(lái)越多，處理的負(fù)載也越來(lái)越大。嵌入式計(jì)算機(jī)不斷發(fā)展，因此允許使用日益復(fù)雜的機(jī)載傳感器和雷達(dá)。分布式處理將處理能力從一個(gè)集中的位置分散到各個(gè)端點(diǎn)，但仍須在接線盒之間進(jìn)行通信。

最重要的是，現(xiàn)代商用飛機(jī)需要進(jìn)行更多的信息處理。高帶寬計(jì)算也要求連接各接線盒的電纜提供更高的帶寬。目前人們所需的負(fù)載傳輸速度為 1 Gb/s，并且很快就會(huì)達(dá)到 10 Gb/s，所以雖然仍有人采用 IEEE 1394 和 USB 之類(lèi)的協(xié)議，但事實(shí)上以太網(wǎng)已經(jīng)成為了最受歡迎的協(xié)議。

與此同時(shí)，嵌入式計(jì)算系統(tǒng)和有關(guān)的互聯(lián)互通必須滿足人們對(duì)于更低 SWaP 的追求，即占用空間更小、重量更輕、耗電更少，同時(shí)還須滿足對(duì)于加固型元器件的需求，以耐受飛機(jī)內(nèi)的振動(dòng)和其他常見(jiàn)危害。

隨著商用飛機(jī)為乘客提供的服務(wù)越來(lái)越多(從視頻點(diǎn)播到互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn))，向每個(gè)座位提供服務(wù)的互聯(lián)互通主干網(wǎng)必須滿足更高的帶寬要求。與此同時(shí)，飛機(jī)制造商也在尋求安裝簡(jiǎn)便、穩(wěn)固可靠、需要較少維護(hù)甚或不需要維護(hù)的即插即用型解決方案?？紤]到商用飛機(jī)的使用壽命，能適應(yīng)未來(lái)電子設(shè)備升級(jí)的物理層也必不可少。

圖 1：機(jī)艙系統(tǒng)必須支持日益增加的服務(wù)，包括視頻點(diǎn)播直至寬帶接入。

光纖案例

不斷提高的數(shù)據(jù)速率要求設(shè)計(jì)者將光纖作為一種新途徑，在較長(zhǎng)距離上實(shí)現(xiàn)高速協(xié)議。光纖有三大優(yōu)點(diǎn)：

• 尺寸較小、重量較輕。光纖與銅纜的比較應(yīng)基于具體的電纜配置，我們以“一般的”基準(zhǔn)電纜為例：與屏蔽 PVC Cat 5e 類(lèi)電纜相比，雙工光纖電纜可節(jié)省約 25% 的空間，減輕 50% 的重量。

• 抗電磁干擾。由于光纖自身具備抗電氣噪聲的能力(無(wú)論是接收還是輻射能量)，所以使用光纖時(shí)無(wú)需關(guān)注 EMI 控制問(wèn)題。而銅纜對(duì)屏蔽層的潛在需求只會(huì)使尺寸和重量更大。

• 較長(zhǎng)的傳輸距離。雖然飛機(jī)上許多互連互通的距離相對(duì)較短，但是使用銅纜時(shí)，商用飛機(jī)中的乘客座艙仍面臨端到端的連接難題。

如今仍然有人認(rèn)為光纖技術(shù)在使用和維護(hù)方面較為困難，在端接光纖和連接器時(shí)尤其如此。其實(shí)，新的技術(shù)已針對(duì)商用和軍用飛機(jī)從光纖本身和連接器兩方面進(jìn)行了改進(jìn)，使光纖的清潔和維護(hù)更加簡(jiǎn)便。以 ARINC 801 接觸器為例，該產(chǎn)品具有可拆卸式耦合套管，同時(shí)，擴(kuò)束技術(shù)可以保護(hù)“護(hù)目鏡”后的纖芯并符合 ARINC 和 SAE AS3 標(biāo)準(zhǔn)。

還有一種說(shuō)法是光纖不夠可靠。應(yīng)用商用收發(fā)器時(shí)偶爾的不成功，竟然被視為光纖不適合在高振動(dòng)、溫度范圍廣泛的應(yīng)用中使用的證據(jù)。這顯然是忽略了航空環(huán)境專用加固型收發(fā)器的可用性問(wèn)題。

同樣，連接器接口也具有可靠的性能。光纖使用的三種主要終端為：陶瓷套圈、擴(kuò)束終端和 MT 多芯光纖套圈。光纜可靠性的指示之一，就是所有光纖均符合標(biāo)準(zhǔn)化的 VITA 66.x 規(guī)格，以便在 VPX 嵌入式計(jì)算應(yīng)用中提供光纖連接，并且符合 ARINC 801 和 SAE AS3 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

圖 2：擴(kuò)束光纖連接器使用非接觸式光纖接口，從而實(shí)現(xiàn)可靠的性能。(資料來(lái)源：TE Connectivity)

此外，由于套圈端面封閉并受到透鏡的保護(hù)，所以光纖將永遠(yuǎn)無(wú)需清潔。只有暴露在外的透鏡表面會(huì)受到污染，但非常容易清潔。由于線束的尺寸在機(jī)械接口上被大幅擴(kuò)大，因此空氣中的污染(例如粒徑為 10-µm 的塵粒)不會(huì)使信號(hào)衰退，但這種污染會(huì)嚴(yán)重降低連接套圈的性能。EB 連接器的插入損耗較高，但與其終生可靠而一致的 EB 性能相比，這一點(diǎn)就顯得不足為慮了。

最初的 EB 連接器使用的是無(wú)極性接口或插針，屬于標(biāo)準(zhǔn)軍用連接器。近來(lái)，16 號(hào)接觸器也采用了擴(kuò)束理念，可用于能夠容納 16 號(hào) AS39029 接觸器的 D38999 III 系列或 EN4165/ARINC 809 連接器腔。由于可用于軍用(和商用)連接器的插針多種多樣，因此，混合和匹配電氣信號(hào)、電源和光纖，甚至在同一個(gè)連接器中同時(shí)使用 EB 終端和 PC 終端，都變得更加簡(jiǎn)單。

圖 3：擴(kuò)束理念已應(yīng)用于 16 號(hào)接觸器。(資料來(lái)源：TE Connectivity)

銅纜案例

雖然光纖看起來(lái)具有壓倒性的優(yōu)勢(shì)，但是短時(shí)間內(nèi)銅纜并不會(huì)退出舞臺(tái)。利用先進(jìn)的交聯(lián)護(hù)套和絕緣材料，可以減小銅纜的尺寸和重量，同時(shí)，調(diào)制技術(shù)的進(jìn)步和電纜結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，也使得銅纜能夠在長(zhǎng)達(dá) 100 米的距離內(nèi)支持高速的數(shù)據(jù)傳輸。

隨著 I/O 速度不斷提升，信號(hào)完整性和功率預(yù)算的問(wèn)題帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，相比低速信號(hào)，高速信號(hào)比較難以管理?；ヂ?lián)互通的速度越高，管理回波損耗、插入損耗、串?dāng)_以及可能降低信號(hào)的類(lèi)似因素就會(huì)越難。理想的布線系統(tǒng)是接線盒之間不存在中間連接，但實(shí)際上，我們所需的生產(chǎn)間歇和模塊化使回路中不可避免地存在各種連接器。

為填補(bǔ)快速銅纜連接方面的差距，TE Connectivity (TE) 最近推出了支持 10 Gb/s 性能的三個(gè) CeeLok 產(chǎn)品系列，它們?cè)谛阅芎统叽绶矫娓骶邇?yōu)勢(shì)。

TE CeeLok FAS-X 連接器(圖 4)借助創(chuàng)新的方法在連接器內(nèi)維持屏蔽導(dǎo)通。這樣，連接器可以進(jìn)行多次級(jí)聯(lián)，而不會(huì)降低性能。該連接器比我們此處討論的另外兩種連接器要大，但是其信號(hào)完整性最高，并仍具有現(xiàn)場(chǎng)可修復(fù)性。這種連接器既可在 11 號(hào)外殼中支持 10G 以太網(wǎng)單信道，也可在 25 號(hào)外殼中支持四信道。

CeeLok FAS-T 連接器的尺寸較小，是采用 8 號(hào)外殼的 8 位連接器。該連接器的 T 形接觸器模式提供消噪和去耦功能，可最大程度地減少串?dāng)_并提高信號(hào)完整性。其后殼集成于插頭主體，有助于減小尺寸、降低成本、減輕重量，以及消除應(yīng)力和屏蔽 EMI。這種連接器可在現(xiàn)場(chǎng)端接和維修。

CeeLok FAS-T Nano 連接器同樣采用了 T 形接觸器模式，但其尺寸更小——插頭直徑僅為 0.3 英寸，并且可選推接或螺紋連接方式。不同于尺寸較大的 CeeLok FAS-T 連接器，CeeLok FAS-T Nano 連接器需要工廠配線，無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)端接。這種連接器基于完善的 NANONICS 小型連接器，但是加入了插針以實(shí)現(xiàn)高速傳輸。

圖 4：新一代圓形連接器支持以銅纜為載體的 10Gb/s 以太網(wǎng)。(資料來(lái)源：TE Connectivity)

銅纜和光纖將在大多數(shù)應(yīng)用中共存。二者各有優(yōu)勢(shì)：銅纜為我們大家所熟悉，用起來(lái)得心應(yīng)手，而光纖帶寬較高，能夠跨越較長(zhǎng)距離傳輸信號(hào)。如今的系統(tǒng)都面臨著巨大的挑戰(zhàn)，必須在處理數(shù)據(jù)、視頻、紅外成像和其他大量消耗帶寬的流程中為用戶提供無(wú)縫的體驗(yàn)，那么在這種情況下，無(wú)論是光纖還是銅纜連接，都必須確保端到端解決方案能夠適應(yīng)回路中的生產(chǎn)間歇。令人欣慰的是，這兩種技術(shù)都在繼續(xù)發(fā)展，為設(shè)計(jì)師解決不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)負(fù)載提供新的選擇。