TE Connectivity技術(shù)文章：小型模塊化機(jī)架原理
[導(dǎo)讀]泰科電子告訴你小型模塊化機(jī)架原理其中的秘密。
MiniMRP-航空電子封裝
由于模塊化特性，許多不同的商業(yè)應(yīng)用更多的考慮將MiniMRP航空電子封裝作為航電系統(tǒng)的可選架構(gòu)。MiniMRP采用復(fù)合材料外殼，與傳統(tǒng)的金屬外殼相比，可以大幅度減輕重量。在無論使用光纖還是銅纜布線用于信息收集及發(fā)布的網(wǎng)絡(luò)線系中，MiniMRP 封裝系統(tǒng)都非常易于安裝部署。
模塊化航空電子封裝用于連接各種硬件，包括總線結(jié)構(gòu)的模塊、接口和電源。重要的考慮因素包括布局、尺寸以及組件耐受系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境變化和外部環(huán)境因素的能力。封裝外殼布局的靈活性有助于提高效率和降低復(fù)雜性。航空工業(yè)工程解決方案的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由ARINC制定；尤其是ARINC 836對(duì)MiniMRP進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。ARINC 836專門針對(duì)商用飛機(jī)機(jī)艙系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，不過，它也可以并且已經(jīng)應(yīng)用于無人駕駛飛行器和直升機(jī)。
航空電子的歷史
根據(jù)TE市場(chǎng)開發(fā)經(jīng)理Russell W. Graves的白皮書，TE在MiniMRP上的工作開端是為了跟上集成模塊化航空電子和相關(guān)航空電子架構(gòu)的日益普及步伐。航空航天業(yè)越來越多地采用基于以太網(wǎng)的協(xié)議，與傳統(tǒng)協(xié)議（如ARINC 429和629）相比，它可以提供更高的速度和帶寬。TE還密切關(guān)注未來可能實(shí)現(xiàn)40-Gb/s等功能的路線圖。MiniMRP建立在縮小以往ARINC 836 MRP標(biāo)準(zhǔn)尺寸的基礎(chǔ)之上。MiniMRP現(xiàn)包含于ARINC 836 Type II標(biāo)準(zhǔn)之中。
電子設(shè)備箱之間的連接速度尤其是一個(gè)問題。高速互連在長(zhǎng)距離上可能會(huì)有損性能，因?yàn)楦咚傩盘?hào)容易受到信號(hào)通道內(nèi)回波損耗、串?dāng)_和其他干擾的影響。TE通過使用合適的連接器（德馳DMC-M系列）解決了這個(gè)問題。
TE的MiniMRP已經(jīng)部署于空中客車防務(wù)及航天公司的“高速可重構(gòu)光網(wǎng)絡(luò)（HORNET）”項(xiàng)目。該項(xiàng)目率先在航空航天領(lǐng)域使用光纖網(wǎng)絡(luò)，用于全球網(wǎng)絡(luò)流量控制等目的。在HORNET中，MiniMRP航空電子架構(gòu)首次在實(shí)際的飛行測(cè)試條件下成功得到運(yùn)用。
因此，TE擴(kuò)大了航空電子封裝的小型化工作。它的MiniMRP封裝將尺寸減小了多達(dá)40%。舉例來說，它不是在航空電子設(shè)備艙中布置一個(gè)大的電子設(shè)備箱，而是在整個(gè)飛機(jī)上分布一些較小的電子設(shè)備箱。通過雙寬/單高和單寬/單高等尺寸選項(xiàng)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的靈活性，這兩種尺寸均顯著小于ARINC 600傳統(tǒng)系統(tǒng)。最簡(jiǎn)單的單寬/單高電子設(shè)備箱能夠容納100mm×100mm的印刷電路板。然后，根據(jù)飛機(jī)的要求，可以將這些模塊進(jìn)行混合、匹配、組合或單獨(dú)使用。
TE工程副總裁兼首席技術(shù)官Thierry Marin-Martinod表示：“從工程的角度來看，MiniMRP是我們TE工作方式的完美詮釋。我們傾聽‘客戶的聲音’，不斷分析全球的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。然后，我們消化這些知識(shí)輸入，并相應(yīng)地更新我們的技術(shù)路線圖。世界范圍內(nèi)，許多不同領(lǐng)域的電子設(shè)備都在縮小尺寸。然而，大多數(shù)飛機(jī)電子設(shè)備還是30年前的設(shè)計(jì)，因此有著強(qiáng)烈的改進(jìn)需求：處理器必須更加強(qiáng)大，電子組件必須更加高效，架構(gòu)也必須從集中式向分布式轉(zhuǎn)變。這一切都推動(dòng)著TE工程部門不斷創(chuàng)新，以減輕重量和節(jié)省空間?！?br />
MiniMRP的多功能應(yīng)用
MiniMRP模塊可以定制，它們的標(biāo)準(zhǔn)配置也具有十分廣泛的用途。TE的電子設(shè)備箱采用標(biāo)準(zhǔn)化的連接器插口和尺寸。這些標(biāo)準(zhǔn)尺寸也適用于商業(yè)現(xiàn)貨組件，因此有助于通過大批量生產(chǎn)來降低其成本。組件的通用性還使得系統(tǒng)在整個(gè)生命周期內(nèi)更加易于維護(hù)。目前，這些系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于空客直升機(jī)EC 135等飛機(jī)。
在模塊升級(jí)、更換或擴(kuò)展的情況下，模塊化設(shè)計(jì)還有助于模塊的置換。在電子設(shè)備箱架構(gòu)的搭建過程中，不用工具也能夠簡(jiǎn)便地完成安裝。一旦客戶明確了他們需要的模塊類型和使用位置，就可以輕松地確定其配置。因此，設(shè)計(jì)者可以選擇某個(gè)模塊或定制任意數(shù)量的模塊。
因此，挑戰(zhàn)在于用小型分布式電子設(shè)備箱替換集成了不同功能的大型電子設(shè)備箱。這樣可以簡(jiǎn)化安裝和故障檢測(cè)。TE Connectivity在機(jī)械安裝中還采用了系統(tǒng)化的方法，將特定電力電子設(shè)備的散熱限制納入了考慮范圍。
它們是如何變“迷你”（mini）的TE的MiniMRP模塊由鋁或其他輕質(zhì)復(fù)合材料制成。光纖或銅骨干系統(tǒng)也進(jìn)行了優(yōu)化，使其不增加太多的重量。由于模塊是分布式的，飛機(jī)上需要的銅電纜的總量減少了。此體系結(jié)構(gòu)還可以將組件移動(dòng)到更靠近需要智能的地方。
TE德馳DMC-M連接器系列用于MiniMRP模塊。這些連接器可以提供多腔和單模塊配置，并且具備多種布局和尺寸。接觸器可以壓接至銅線、鋁線，或者配合PCB支架使用。這種類型的連接器本身并不新穎，但之所以建議用于MiniMRP模塊，是因?yàn)樗瞎J(rèn)的航空航天工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它有許多布置方式，包括單一連接器或一盒兩/四個(gè)連接器，其中須配備多個(gè)連接器插口。德馳DMC-M連接器系列，可以連接銅纜、光纖、Quadrax電纜或其他類型的電纜。
制造商和客戶還必須考慮到，用于千兆和萬兆以太網(wǎng)、USB、IEEE 1394等的電纜需要滿足有關(guān)的電氣和結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到這些因素，那么就必須減小尺寸和減輕重量。特別是航空航天電纜還必須符合低煙、低毒和低可燃性標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗鼈兛赡芴幱诿芊饣驇缀跬耆忾]的空間內(nèi)。
TE Connectivity的解決方案是提供簡(jiǎn)單的安裝和智能的鎖定機(jī)構(gòu)，以支持安全的信號(hào)傳輸。
緊隨其他行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）也將出現(xiàn)在航空航天飛行器上。飛機(jī)上將需要越來越多的數(shù)據(jù)?？傮w系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以通過SWAP（尺寸、重量和電源）進(jìn)一步優(yōu)化。
由于模塊化特性，許多不同的商業(yè)應(yīng)用更多的考慮將MiniMRP航空電子封裝作為航電系統(tǒng)的可選架構(gòu)。MiniMRP采用復(fù)合材料外殼，與傳統(tǒng)的金屬外殼相比，可以大幅度減輕重量。在無論使用光纖還是銅纜布線用于信息收集及發(fā)布的網(wǎng)絡(luò)線系中，MiniMRP 封裝系統(tǒng)都非常易于安裝部署。
模塊化航空電子封裝用于連接各種硬件，包括總線結(jié)構(gòu)的模塊、接口和電源。重要的考慮因素包括布局、尺寸以及組件耐受系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境變化和外部環(huán)境因素的能力。封裝外殼布局的靈活性有助于提高效率和降低復(fù)雜性。航空工業(yè)工程解決方案的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由ARINC制定；尤其是ARINC 836對(duì)MiniMRP進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。ARINC 836專門針對(duì)商用飛機(jī)機(jī)艙系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，不過，它也可以并且已經(jīng)應(yīng)用于無人駕駛飛行器和直升機(jī)。
航空電子的歷史
根據(jù)TE市場(chǎng)開發(fā)經(jīng)理Russell W. Graves的白皮書，TE在MiniMRP上的工作開端是為了跟上集成模塊化航空電子和相關(guān)航空電子架構(gòu)的日益普及步伐。航空航天業(yè)越來越多地采用基于以太網(wǎng)的協(xié)議，與傳統(tǒng)協(xié)議（如ARINC 429和629）相比，它可以提供更高的速度和帶寬。TE還密切關(guān)注未來可能實(shí)現(xiàn)40-Gb/s等功能的路線圖。MiniMRP建立在縮小以往ARINC 836 MRP標(biāo)準(zhǔn)尺寸的基礎(chǔ)之上。MiniMRP現(xiàn)包含于ARINC 836 Type II標(biāo)準(zhǔn)之中。
電子設(shè)備箱之間的連接速度尤其是一個(gè)問題。高速互連在長(zhǎng)距離上可能會(huì)有損性能，因?yàn)楦咚傩盘?hào)容易受到信號(hào)通道內(nèi)回波損耗、串?dāng)_和其他干擾的影響。TE通過使用合適的連接器（德馳DMC-M系列）解決了這個(gè)問題。
TE的MiniMRP已經(jīng)部署于空中客車防務(wù)及航天公司的“高速可重構(gòu)光網(wǎng)絡(luò)（HORNET）”項(xiàng)目。該項(xiàng)目率先在航空航天領(lǐng)域使用光纖網(wǎng)絡(luò)，用于全球網(wǎng)絡(luò)流量控制等目的。在HORNET中，MiniMRP航空電子架構(gòu)首次在實(shí)際的飛行測(cè)試條件下成功得到運(yùn)用。
因此，TE擴(kuò)大了航空電子封裝的小型化工作。它的MiniMRP封裝將尺寸減小了多達(dá)40%。舉例來說，它不是在航空電子設(shè)備艙中布置一個(gè)大的電子設(shè)備箱，而是在整個(gè)飛機(jī)上分布一些較小的電子設(shè)備箱。通過雙寬/單高和單寬/單高等尺寸選項(xiàng)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的靈活性，這兩種尺寸均顯著小于ARINC 600傳統(tǒng)系統(tǒng)。最簡(jiǎn)單的單寬/單高電子設(shè)備箱能夠容納100mm×100mm的印刷電路板。然后，根據(jù)飛機(jī)的要求，可以將這些模塊進(jìn)行混合、匹配、組合或單獨(dú)使用。
TE工程副總裁兼首席技術(shù)官Thierry Marin-Martinod表示：“從工程的角度來看，MiniMRP是我們TE工作方式的完美詮釋。我們傾聽‘客戶的聲音’，不斷分析全球的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。然后，我們消化這些知識(shí)輸入，并相應(yīng)地更新我們的技術(shù)路線圖。世界范圍內(nèi)，許多不同領(lǐng)域的電子設(shè)備都在縮小尺寸。然而，大多數(shù)飛機(jī)電子設(shè)備還是30年前的設(shè)計(jì)，因此有著強(qiáng)烈的改進(jìn)需求：處理器必須更加強(qiáng)大，電子組件必須更加高效，架構(gòu)也必須從集中式向分布式轉(zhuǎn)變。這一切都推動(dòng)著TE工程部門不斷創(chuàng)新，以減輕重量和節(jié)省空間?！?br />
MiniMRP的多功能應(yīng)用
MiniMRP模塊可以定制，它們的標(biāo)準(zhǔn)配置也具有十分廣泛的用途。TE的電子設(shè)備箱采用標(biāo)準(zhǔn)化的連接器插口和尺寸。這些標(biāo)準(zhǔn)尺寸也適用于商業(yè)現(xiàn)貨組件，因此有助于通過大批量生產(chǎn)來降低其成本。組件的通用性還使得系統(tǒng)在整個(gè)生命周期內(nèi)更加易于維護(hù)。目前，這些系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于空客直升機(jī)EC 135等飛機(jī)。
在模塊升級(jí)、更換或擴(kuò)展的情況下，模塊化設(shè)計(jì)還有助于模塊的置換。在電子設(shè)備箱架構(gòu)的搭建過程中，不用工具也能夠簡(jiǎn)便地完成安裝。一旦客戶明確了他們需要的模塊類型和使用位置，就可以輕松地確定其配置。因此，設(shè)計(jì)者可以選擇某個(gè)模塊或定制任意數(shù)量的模塊。
因此，挑戰(zhàn)在于用小型分布式電子設(shè)備箱替換集成了不同功能的大型電子設(shè)備箱。這樣可以簡(jiǎn)化安裝和故障檢測(cè)。TE Connectivity在機(jī)械安裝中還采用了系統(tǒng)化的方法，將特定電力電子設(shè)備的散熱限制納入了考慮范圍。
它們是如何變“迷你”（mini）的TE的MiniMRP模塊由鋁或其他輕質(zhì)復(fù)合材料制成。光纖或銅骨干系統(tǒng)也進(jìn)行了優(yōu)化，使其不增加太多的重量。由于模塊是分布式的，飛機(jī)上需要的銅電纜的總量減少了。此體系結(jié)構(gòu)還可以將組件移動(dòng)到更靠近需要智能的地方。
TE德馳DMC-M連接器系列用于MiniMRP模塊。這些連接器可以提供多腔和單模塊配置，并且具備多種布局和尺寸。接觸器可以壓接至銅線、鋁線，或者配合PCB支架使用。這種類型的連接器本身并不新穎，但之所以建議用于MiniMRP模塊，是因?yàn)樗瞎J(rèn)的航空航天工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它有許多布置方式，包括單一連接器或一盒兩/四個(gè)連接器，其中須配備多個(gè)連接器插口。德馳DMC-M連接器系列，可以連接銅纜、光纖、Quadrax電纜或其他類型的電纜。
制造商和客戶還必須考慮到，用于千兆和萬兆以太網(wǎng)、USB、IEEE 1394等的電纜需要滿足有關(guān)的電氣和結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到這些因素，那么就必須減小尺寸和減輕重量。特別是航空航天電纜還必須符合低煙、低毒和低可燃性標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗鼈兛赡芴幱诿芊饣驇缀跬耆忾]的空間內(nèi)。
TE Connectivity的解決方案是提供簡(jiǎn)單的安裝和智能的鎖定機(jī)構(gòu)，以支持安全的信號(hào)傳輸。
緊隨其他行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）也將出現(xiàn)在航空航天飛行器上。飛機(jī)上將需要越來越多的數(shù)據(jù)?？傮w系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以通過SWAP（尺寸、重量和電源）進(jìn)一步優(yōu)化。
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