第二次世界大戰(zhàn)后，航空電子從機電組件發(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，因為軍用和商用飛機都使用越來越多的計算能力并產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。

航空電子設(shè)計人員繼續(xù)尋找將更多計算能力投入到能夠處理導航、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，同時提高魯棒性和安全性。為此，軍用和商用航空電子標準正在迅速共同發(fā)展，以至于值得花點時間關(guān)注先進的標準如何改善軍用航空電子設(shè)備連接器。

不斷發(fā)展的標準

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準。最初的重點是地面通信標準。范圍很快擴大到包括飛機內(nèi)部的通信標準。

相關(guān)的ARINC標準包括：

ARINC 429：1977年，定義了用于點對點網(wǎng)絡(luò)的雙線串行總線標準

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

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)實施：1998 年，定義了用于飛機數(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，為空間和時間分區(qū)的計算機資源定義了實時操作系統(tǒng)（RTOS）接口（在波音787飛機和空客A350飛機上實施）

ARINC 836A：即將發(fā)布的標準，定義了微型模塊化機架的外殼

伴隨著ARINC標準的制定，美國軍方也采取了兩項舉措。第一個是集成模塊化航空電子設(shè)備（IMA）。IMA與其說是一個標準，不如說是一個概念，它源于1987年成立的F-22聯(lián)合綜合航空電子工作組（JIAWG）。對設(shè)計人員的好處是，IMA允許在不同的計算機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問題。

第二個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也不是一個標準，而是一種依賴于定義和發(fā)布的基于標準的接口和模塊設(shè)計而不是專有技術(shù)的戰(zhàn)略。許多OSA模塊由VITA工作組制定的標準定義，例如嵌入式系統(tǒng)的VPX模塊標準。

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)計人員的關(guān)鍵兩個因素的推動下，大力制定標準：首先，通過啟用一個強大的平臺來減輕重量，該平臺將更多的計算能力放在一個需要更少節(jié)點的盒子中;第二，擴大數(shù)據(jù)傳輸速度和帶寬。

包裝的發(fā)展

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

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

OEM 在設(shè)計更堅固的連接器時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，但不會成為OSA組件。

路徑 2 遵循實施開放 ARINC 和 VITA 標準的 OSA 方法。路徑 2 的一個示例是即將推出的 ARINC 836A 中定義的復(fù)合微型模塊化機架原理 （MiniMRP） 機箱。MiniMRP體現(xiàn)了商業(yè)/軍事共同進化。最初，該產(chǎn)品針對的是商用客艙系統(tǒng)。標準化模塊類似于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。

促進系統(tǒng)連接

航空電子連接器面臨的第二個挑戰(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。這對軍事應(yīng)用中的盒對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。它們可以處理更嚴格的插入損耗、串擾和其他信號降級因素，以及更快的 I/O 導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，具有速度和尺寸優(yōu)勢，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。這些指標清楚地顯示了光纖的優(yōu)勢：

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;多模光纖可以傳輸10千兆/秒，傳輸距離可達550米;和單模光纖，更遠一個數(shù)量級。

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 套圈進行物理接觸;2）擴展光束（EB），它對振動，沖擊和其他機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)器是一種相對較新的組件，可以通過有源光纖網(wǎng)絡(luò)推動重負載。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信號或支持多個視頻的多路復(fù)用。

先進的解決方案

未來的包裝和連接將走向何方？

就包裝而言，以前的ARINC標準正在被ARINC 836A等新標準所取代。在消費和工業(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。

數(shù)字戰(zhàn)場偵察、監(jiān)視和目標獲取（RSTA）任務(wù)的額外傳感器處理對數(shù)據(jù)交換提出了巨大的要求，這將需要在航空電子設(shè)備連接和計算平臺方面進行更多創(chuàng)新。

物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 也在推動傳感器革命。借助物聯(lián)網(wǎng)，飛機內(nèi)的多個系統(tǒng)（例如發(fā)動機、輪胎、結(jié)構(gòu)部件甚至座椅）可以向多個集線器自行報告其狀態(tài)。當飛機在途中時，支持物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備可以安排維護、訂購零件并報告性能，以提高可靠性并最大限度地減少停機時間。

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

審核編輯：郭婷