下一代無人機(jī)的高性能連接

盡管基于銅纜的高數(shù)據(jù)速率連接正在不斷發(fā)展，但光纖傳輸?shù)氖褂靡苍谠黾?。?chuàng)建獨立于位置的架構(gòu)意味著不同的子系統(tǒng)不得受到布線距離的限制。光纖具有眾所周知的優(yōu)點，即傳輸距離長，不受數(shù)據(jù)速率影響，抗噪性和體積小/重量輕。

隨著無人機(jī)從以平臺為中心轉(zhuǎn)向以網(wǎng)絡(luò)為中心的模型——與地面控制站、衛(wèi)星和遠(yuǎn)程終端共享傳感器和有效載荷信息的模型——需要計算密集型處理來分離小麥和谷殼并壓縮數(shù)據(jù)。VPX 是滿足這些需求的領(lǐng)先平臺，因為它為用戶提供了模塊化、可擴(kuò)展性以及對板級光纖和射頻連接的支持。

輸入/輸出和SWaP

為了避免性能瓶頸，I/O 連接需要與處理器保持同步，以便快速有效地移動數(shù)據(jù)。系統(tǒng)開始使用千兆甚至萬兆以太網(wǎng)來創(chuàng)建連接傳感器、處理器和通信的板載網(wǎng)絡(luò)。節(jié)省空間和重量是無人機(jī)的關(guān)鍵設(shè)計要求。特別是，減輕重量對于使無人機(jī)能夠在原地長時間徘徊并攜帶更重的有效載荷非常重要。在組件級別以盎司為單位的節(jié)省在系統(tǒng)級別產(chǎn)生磅數(shù)。

更高的速度和對減小尺寸和重量的要求相結(jié)合，意味著傳統(tǒng)的軍用連接器，如無處不在的MIL-DTL-38999圓形連接器，通常太大，不適合高速系統(tǒng)。由于這些原因，設(shè)計師正在尋找替代解決方案;無論選擇哪種解決方案，都必須足夠堅固耐用，以承受無人機(jī)部署帶來的沖擊和振動、極端溫度以及其他機(jī)械和環(huán)境危害。

圖1：小型圓形連接器支持端到端連接所需的高速（由 TE 連接提供）。

隨著I/O速度的提高，信號完整性和功耗預(yù)算問題帶來了新的挑戰(zhàn)。簡而言之，高速信號比低速信號更難管理?；ミB速度越高，就越難管理回波損耗、插入損耗、串?dāng)_以及可能降低信號質(zhì)量的類似因素。雖然理想的布線系統(tǒng)在盒子之間沒有中間連接，但實際對生產(chǎn)中斷和模塊化的需求需要在路徑中使用連接器。

設(shè)計不佳的連接器將表現(xiàn)為明顯的阻抗不連續(xù)性。不連續(xù)性的影響與頻率有關(guān)——回波損耗和串?dāng)_隨頻率增加——這意味著必須更仔細(xì)地設(shè)計高速I/O連接器。電纜中的衰減和連接器中的插入損耗也與頻率有關(guān)，這使得高速時的功率預(yù)算更具挑戰(zhàn)性。

尺寸、重量和功率（SWaP）問題對于提供持續(xù)監(jiān)視、更好的燃油重量比以及小型無人機(jī)的潛力仍然是最重要的。雖然更小、更輕的連接器有助于滿足SWaP目標(biāo)，但小型化不能簡單地以犧牲信號完整性或堅固性為代價來實現(xiàn)。納米微型和微型連接器已經(jīng)存在，但這些傳統(tǒng)連接器不是為高速信號設(shè)計的。

支持 10 G

快速銅纜連接方面的差距可以通過某些性能為 10 Gb/s 的連接器部分彌補(bǔ)。

通過連接器保持屏蔽連續(xù)性的連接器可以多次連接，而不會降低性能。這些連接器提供現(xiàn)場可維修性，支持 11 號外殼中的單個 10 G 以太網(wǎng)通道或 25 號外殼中的四個通道。尺寸為 8 的外殼中的較小 8 位連接器使用 T 形觸點模式提供降噪和去耦，以最大限度地減少串?dāng)_并提高信號完整性。在這款 8 號連接器中，后殼集成在插頭主體中，外形扁平，提供低重量應(yīng)力消除，并提供電磁 （EMI） 保護(hù)。納米連接器使用與 8 號連接器相同的 T 形觸頭模式，但采用納米微型尺寸，因為插頭的直徑僅為 0.3 英寸。（請參閱圖1，上一頁）。

光纖：重量輕，速度快

盡管基于銅纜的高數(shù)據(jù)速率連接正在不斷發(fā)展，但光纖傳輸?shù)氖褂靡苍谠黾印?chuàng)建獨立于位置的架構(gòu)意味著不同的子系統(tǒng)不得受到布線距離的限制。光纖具有眾所周知的優(yōu)點，即傳輸距離長，不受數(shù)據(jù)速率影響，抗噪性和體積小/重量輕。

雖然有許多光纖連接器可用，但光學(xué)觸點的兩個主要類別是物理接觸 （PC） 和擴(kuò)展光束 （EB）。PC終端通常使用陶瓷單纖維套圈，通過使終端物理接觸來實現(xiàn)低損耗。另一方面，EB連接器依靠球透鏡來擴(kuò)展，然后重新聚焦整個界面的光線。非接觸式 EB 接口具有高插拔周期耐用性和易于清潔的特點，而 PC 接口則提供最低的損耗。MT套圈的容量為12或24根光纖，可實現(xiàn)超高密度的光纖包裝。MT套圈有PC和EB兩種版本。

對于光纖連接，38999式連接器在無人機(jī)應(yīng)用中仍然很受歡迎。TE 最近推出了 MC801 連接器，它結(jié)合了 ARINC 801 端子和 38999 型外殼。無性別的 ARINC 終端被認(rèn)為比 PC 軍用式觸點的引腳和插座配置更易于使用、清潔和維護(hù)。涵蓋擴(kuò)展光束技術(shù)的 ARINC 845 最近選擇 TE 的 PRO BEAM EB16 終端作為商業(yè)航空應(yīng)用中堅固光學(xué)應(yīng)用的 ARINC 845 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

無人機(jī)連接的下一步是什么？

隨著更復(fù)雜的傳感器，更快，更強(qiáng)大的硅，以及更復(fù)雜的計算機(jī)架構(gòu)和軟件，無人機(jī)系統(tǒng)的一個明確未來是更多的帶寬。網(wǎng)絡(luò)主干網(wǎng)已經(jīng)從 1 Gb/s 以太網(wǎng)遷移到 10 Gb/s，40 和 100 Gb/s 正在等待。以通用硬件集為目標(biāo)的簡化設(shè)計也正在取得進(jìn)展。例如，設(shè)計與一系列物理層阻抗兼容的互連（如光纖通道、IEEE 1394、eSATA 等）不僅可以簡化系統(tǒng)設(shè)計，還可以減少必須庫存的電纜和連接器的數(shù)量和類型。改進(jìn)的兼容性將增強(qiáng)模塊化和簡單的即插即用連接的概念。

雖然設(shè)計人員最終會尋找標(biāo)準(zhǔn)化的高性能系統(tǒng)和組件，但在基于性能的替代方案方面，他們?nèi)匀挥羞x擇。今天基于性能的系統(tǒng)很可能成為明天的新標(biāo)準(zhǔn)。

審核編輯：郭婷