铜缆和光纤 共存于商业航空领域

飞机日益有赖于数字电子设备来交流信息和实现控制。MEA(多电飞机技术)的发展趋势让机械系统向电气控制系统的转变显得尤为突出。飞机运行和乘客设施中的电子设备越来越多，处理的负载也越来越大。嵌入式计算机不断发展，因此允许使用日益复杂的机载传感器和雷达。分布式处理将处理能力从一个集中的位置分散到各个端点，但仍须在接线盒之间进行通信。

最重要的是，现代商用飞机需要进行更多的信息处理。高带宽计算也要求连接各接线盒的电缆提供更高的带宽。目前人们所需的负载传输速度为 1 Gb/s，并且很快就会达到 10 Gb/s，所以虽然仍有人采用 IEEE 1394 和 USB 之类的协议，但事实上以太网已经成为了最受欢迎的协议。

与此同时，嵌入式计算系统和有关的互联互通必须满足人们对于更低 SWaP 的追求，即占用空间更小、重量更轻、耗电更少，同时还须满足对于加固型元器件的需求，以耐受飞机内的振动和其他常见危害。

随着商用飞机为乘客提供的服务越来越多(从视频点播到互联网访问)，向每个座位提供服务的互联互通主干网必须满足更高的带宽要求。与此同时，飞机制造商也在寻求安装简便、稳固可靠、需要较少维护甚或不需要维护的即插即用型解决方案。考虑到商用飞机的使用寿命，能适应未来电子设备升级的物理层也必不可少。

图 1：机舱系统必须支持日益增加的服务，包括视频点播直至宽带接入。

光纤案例

不断提高的数据速率要求设计者将光纤作为一种新途径，在较长距离上实现高速协议。光纤有三大优点：

• 尺寸较小、重量较轻。光纤与铜缆的比较应基于具体的电缆配置，我们以“一般的”基准电缆为例：与屏蔽 PVC Cat 5e 类电缆相比，双工光纤电缆可节省约 25% 的空间，减轻 50% 的重量。

• 抗电磁干扰。由于光纤自身具备抗电气噪声的能力(无论是接收还是辐射能量)，所以使用光纤时无需关注 EMI 控制问题。而铜缆对屏蔽层的潜在需求只会使尺寸和重量更大。

• 较长的传输距离。虽然飞机上许多互连互通的距离相对较短，但是使用铜缆时，商用飞机中的乘客座舱仍面临端到端的连接难题。

如今仍然有人认为光纤技术在使用和维护方面较为困难，在端接光纤和连接器时尤其如此。其实，新的技术已针对商用和军用飞机从光纤本身和连接器两方面进行了改进，使光纤的清洁和维护更加简便。以 ARINC 801 接触器为例，该产品具有可拆卸式耦合套管，同时，扩束技术可以保护“护目镜”后的纤芯并符合 ARINC 和 SAE AS3 标准。

还有一种说法是光纤不够可靠。应用商用收发器时偶尔的不成功，竟然被视为光纤不适合在高振动、温度范围广泛的应用中使用的证据。这显然是忽略了航空环境专用加固型收发器的可用性问题。

同样，连接器接口也具有可靠的性能。光纤使用的三种主要终端为：陶瓷套圈、扩束终端和 MT 多芯光纤套圈。光缆可靠性的指示之一，就是所有光纤均符合标准化的 VITA 66.x 规格，以便在 VPX 嵌入式计算应用中提供光纤连接，并且符合 ARINC 801 和 SAE AS3 行业标准。

图 2：扩束光纤连接器使用非接触式光纤接口，从而实现可靠的性能。(资料来源：TE Connectivity)

此外，由于套圈端面封闭并受到透镜的保护，所以光纤将永远无需清洁。只有暴露在外的透镜表面会受到污染，但非常容易清洁。由于线束的尺寸在机械接口上被大幅扩大，因此空气中的污染(例如粒径为 10-µm 的尘粒)不会使信号衰退，但这种污染会严重降低连接套圈的性能。EB 连接器的插入损耗较高，但与其终生可靠而一致的 EB 性能相比，这一点就显得不足为虑了。

最初的 EB 连接器使用的是无极性接口或插针，属于标准军用连接器。近来，16 号接触器也采用了扩束理念，可用于能够容纳 16 号 AS39029 接触器的 D38999 III 系列或 EN4165/ARINC 809 连接器腔。由于可用于军用(和商用)连接器的插针多种多样，因此，混合和匹配电气信号、电源和光纤，甚至在同一个连接器中同时使用 EB 终端和 PC 终端，都变得更加简单。

图 3：扩束理念已应用于 16 号接触器。(资料来源：TE Connectivity)

铜缆案例

虽然光纤看起来具有压倒性的优势，但是短时间内铜缆并不会退出舞台。利用先进的交联护套和绝缘材料，可以减小铜缆的尺寸和重量，同时，调制技术的进步和电缆结构的改进，也使得铜缆能够在长达 100 米的距离内支持高速的数据传输。

随着 I/O 速度不断提升，信号完整性和功率预算的问题带来了新的挑战。简单地说，相比低速信号，高速信号比较难以管理。互联互通的速度越高，管理回波损耗、插入损耗、串扰以及可能降低信号的类似因素就会越难。理想的布线系统是接线盒之间不存在中间连接，但实际上，我们所需的生产间歇和模块化使回路中不可避免地存在各种连接器。

为填补快速铜缆连接方面的差距，TE Connectivity (TE) 最近推出了支持 10 Gb/s 性能的三个 CeeLok 产品系列，它们在性能和尺寸方面各具优势。

TE CeeLok FAS-X 连接器(图 4)借助创新的方法在连接器内维持屏蔽导通。这样，连接器可以进行多次级联，而不会降低性能。该连接器比我们此处讨论的另外两种连接器要大，但是其信号完整性最高，并仍具有现场可修复性。这种连接器既可在 11 号外壳中支持 10G 以太网单信道，也可在 25 号外壳中支持四信道。

CeeLok FAS-T 连接器的尺寸较小，是采用 8 号外壳的 8 位连接器。该连接器的 T 形接触器模式提供消噪和去耦功能，可最大程度地减少串扰并提高信号完整性。其后壳集成于插头主体，有助于减小尺寸、降低成本、减轻重量，以及消除应力和屏蔽 EMI。这种连接器可在现场端接和维修。

CeeLok FAS-T Nano 连接器同样采用了 T 形接触器模式，但其尺寸更小——插头直径仅为 0.3 英寸，并且可选推接或螺纹连接方式。不同于尺寸较大的 CeeLok FAS-T 连接器，CeeLok FAS-T Nano 连接器需要工厂配线，无法现场端接。这种连接器基于完善的 NANONICS 小型连接器，但是加入了插针以实现高速传输。

图 4：新一代圆形连接器支持以铜缆为载体的 10Gb/s 以太网。(资料来源：TE Connectivity)

铜缆和光纤将在大多数应用中共存。二者各有优势：铜缆为我们大家所熟悉，用起来得心应手，而光纤带宽较高，能够跨越较长距离传输信号。如今的系统都面临着巨大的挑战，必须在处理数据、视频、红外成像和其他大量消耗带宽的流程中为用户提供无缝的体验，那么在这种情况下，无论是光纤还是铜缆连接，都必须确保端到端解决方案能够适应回路中的生产间歇。令人欣慰的是，这两种技术都在继续发展，为设计师解决不断增长的数据负载提供新的选择。