TE Connectivity技术文章：小型模块化机架原理
时间：2020-03-24 13:54:27
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[导读]泰科电子告诉你小型模块化机架原理其中的秘密。
MiniMRP-航空电子封装
由于模块化特性，许多不同的商业应用更多的考虑将MiniMRP航空电子封装作为航电系统的可选架构。MiniMRP采用复合材料外壳，与传统的金属外壳相比，可以大幅度减轻重量。在无论使用光纤还是铜缆布线用于信息收集及发布的网络线系中，MiniMRP 封装系统都非常易于安装部署。
模块化航空电子封装用于连接各种硬件，包括总线结构的模块、接口和电源。重要的考虑因素包括布局、尺寸以及组件耐受系统内环境变化和外部环境因素的能力。封装外壳布局的灵活性有助于提高效率和降低复杂性。航空工业工程解决方案的技术标准由ARINC制定；尤其是ARINC 836对MiniMRP进行了标准化。ARINC 836专门针对商用飞机机舱系统而设计，不过，它也可以并且已经应用于无人驾驶飞行器和直升机。
航空电子的历史
根据TE市场开发经理Russell W. Graves的白皮书，TE在MiniMRP上的工作开端是为了跟上集成模块化航空电子和相关航空电子架构的日益普及步伐。航空航天业越来越多地采用基于以太网的协议，与传统协议（如ARINC 429和629）相比，它可以提供更高的速度和带宽。TE还密切关注未来可能实现40-Gb/s等功能的路线图。MiniMRP建立在缩小以往ARINC 836 MRP标准尺寸的基础之上。MiniMRP现包含于ARINC 836 Type II标准之中。
电子设备箱之间的连接速度尤其是一个问题。高速互连在长距离上可能会有损性能，因为高速信号容易受到信号通道内回波损耗、串扰和其他干扰的影响。TE通过使用合适的连接器（德驰DMC-M系列）解决了这个问题。
TE的MiniMRP已经部署于空中客车防务及航天公司的“高速可重构光网络（HORNET）”项目。该项目率先在航空航天领域使用光纤网络，用于全球网络流量控制等目的。在HORNET中，MiniMRP航空电子架构首次在实际的飞行测试条件下成功得到运用。
因此，TE扩大了航空电子封装的小型化工作。它的MiniMRP封装将尺寸减小了多达40%。举例来说，它不是在航空电子设备舱中布置一个大的电子设备箱，而是在整个飞机上分布一些较小的电子设备箱。通过双宽/单高和单宽/单高等尺寸选项可以实现设计的灵活性，这两种尺寸均显著小于ARINC 600传统系统。最简单的单宽/单高电子设备箱能够容纳100mm×100mm的印刷电路板。然后，根据飞机的要求，可以将这些模块进行混合、匹配、组合或单独使用。
TE工程副总裁兼首席技术官Thierry Marin-Martinod表示：“从工程的角度来看，MiniMRP是我们TE工作方式的完美诠释。我们倾听‘客户的声音’，不断分析全球的技术发展趋势。然后，我们消化这些知识输入，并相应地更新我们的技术路线图。世界范围内，许多不同领域的电子设备都在缩小尺寸。然而，大多数飞机电子设备还是30年前的设计，因此有着强烈的改进需求：处理器必须更加强大，电子组件必须更加高效，架构也必须从集中式向分布式转变。这一切都推动着TE工程部门不断创新，以减轻重量和节省空间。”
MiniMRP的多功能应用
MiniMRP模块可以定制，它们的标准配置也具有十分广泛的用途。TE的电子设备箱采用标准化的连接器插口和尺寸。这些标准尺寸也适用于商业现货组件，因此有助于通过大批量生产来降低其成本。组件的通用性还使得系统在整个生命周期内更加易于维护。目前，这些系统已经应用于空客直升机EC 135等飞机。
在模块升级、更换或扩展的情况下，模块化设计还有助于模块的置换。在电子设备箱架构的搭建过程中，不用工具也能够简便地完成安装。一旦客户明确了他们需要的模块类型和使用位置，就可以轻松地确定其配置。因此，设计者可以选择某个模块或定制任意数量的模块。
因此，挑战在于用小型分布式电子设备箱替换集成了不同功能的大型电子设备箱。这样可以简化安装和故障检测。TE Connectivity在机械安装中还采用了系统化的方法，将特定电力电子设备的散热限制纳入了考虑范围。
它们是如何变“迷你”（mini）的TE的MiniMRP模块由铝或其他轻质复合材料制成。光纤或铜骨干系统也进行了优化，使其不增加太多的重量。由于模块是分布式的，飞机上需要的铜电缆的总量减少了。此体系结构还可以将组件移动到更靠近需要智能的地方。
TE德驰DMC-M连接器系列用于MiniMRP模块。这些连接器可以提供多腔和单模块配置，并且具备多种布局和尺寸。接触器可以压接至铜线、铝线，或者配合PCB支架使用。这种类型的连接器本身并不新颖，但之所以建议用于MiniMRP模块，是因为它符合公认的航空航天工业标准。它有许多布置方式，包括单一连接器或一盒两/四个连接器，其中须配备多个连接器插口。德驰DMC-M连接器系列，可以连接铜缆、光纤、Quadrax电缆或其他类型的电缆。
制造商和客户还必须考虑到，用于千兆和万兆以太网、USB、IEEE 1394等的电缆需要满足有关的电气和结构标准。考虑到这些因素，那么就必须减小尺寸和减轻重量。特别是航空航天电缆还必须符合低烟、低毒和低可燃性标准，因为它们可能处于密封或几乎完全封闭的空间内。
TE Connectivity的解决方案是提供简单的安装和智能的锁定机构，以支持安全的信号传输。
紧随其他行业的发展趋势，物联网（IoT）也将出现在航空航天飞行器上。飞机上将需要越来越多的数据。总体系统设计可以通过SWAP（尺寸、重量和电源）进一步优化。
由于模块化特性，许多不同的商业应用更多的考虑将MiniMRP航空电子封装作为航电系统的可选架构。MiniMRP采用复合材料外壳，与传统的金属外壳相比，可以大幅度减轻重量。在无论使用光纤还是铜缆布线用于信息收集及发布的网络线系中，MiniMRP 封装系统都非常易于安装部署。
模块化航空电子封装用于连接各种硬件，包括总线结构的模块、接口和电源。重要的考虑因素包括布局、尺寸以及组件耐受系统内环境变化和外部环境因素的能力。封装外壳布局的灵活性有助于提高效率和降低复杂性。航空工业工程解决方案的技术标准由ARINC制定；尤其是ARINC 836对MiniMRP进行了标准化。ARINC 836专门针对商用飞机机舱系统而设计，不过，它也可以并且已经应用于无人驾驶飞行器和直升机。
航空电子的历史
根据TE市场开发经理Russell W. Graves的白皮书，TE在MiniMRP上的工作开端是为了跟上集成模块化航空电子和相关航空电子架构的日益普及步伐。航空航天业越来越多地采用基于以太网的协议，与传统协议（如ARINC 429和629）相比，它可以提供更高的速度和带宽。TE还密切关注未来可能实现40-Gb/s等功能的路线图。MiniMRP建立在缩小以往ARINC 836 MRP标准尺寸的基础之上。MiniMRP现包含于ARINC 836 Type II标准之中。
电子设备箱之间的连接速度尤其是一个问题。高速互连在长距离上可能会有损性能，因为高速信号容易受到信号通道内回波损耗、串扰和其他干扰的影响。TE通过使用合适的连接器（德驰DMC-M系列）解决了这个问题。
TE的MiniMRP已经部署于空中客车防务及航天公司的“高速可重构光网络（HORNET）”项目。该项目率先在航空航天领域使用光纤网络，用于全球网络流量控制等目的。在HORNET中，MiniMRP航空电子架构首次在实际的飞行测试条件下成功得到运用。
因此，TE扩大了航空电子封装的小型化工作。它的MiniMRP封装将尺寸减小了多达40%。举例来说，它不是在航空电子设备舱中布置一个大的电子设备箱，而是在整个飞机上分布一些较小的电子设备箱。通过双宽/单高和单宽/单高等尺寸选项可以实现设计的灵活性，这两种尺寸均显著小于ARINC 600传统系统。最简单的单宽/单高电子设备箱能够容纳100mm×100mm的印刷电路板。然后，根据飞机的要求，可以将这些模块进行混合、匹配、组合或单独使用。
TE工程副总裁兼首席技术官Thierry Marin-Martinod表示：“从工程的角度来看，MiniMRP是我们TE工作方式的完美诠释。我们倾听‘客户的声音’，不断分析全球的技术发展趋势。然后，我们消化这些知识输入，并相应地更新我们的技术路线图。世界范围内，许多不同领域的电子设备都在缩小尺寸。然而，大多数飞机电子设备还是30年前的设计，因此有着强烈的改进需求：处理器必须更加强大，电子组件必须更加高效，架构也必须从集中式向分布式转变。这一切都推动着TE工程部门不断创新，以减轻重量和节省空间。”
MiniMRP的多功能应用
MiniMRP模块可以定制，它们的标准配置也具有十分广泛的用途。TE的电子设备箱采用标准化的连接器插口和尺寸。这些标准尺寸也适用于商业现货组件，因此有助于通过大批量生产来降低其成本。组件的通用性还使得系统在整个生命周期内更加易于维护。目前，这些系统已经应用于空客直升机EC 135等飞机。
在模块升级、更换或扩展的情况下，模块化设计还有助于模块的置换。在电子设备箱架构的搭建过程中，不用工具也能够简便地完成安装。一旦客户明确了他们需要的模块类型和使用位置，就可以轻松地确定其配置。因此，设计者可以选择某个模块或定制任意数量的模块。
因此，挑战在于用小型分布式电子设备箱替换集成了不同功能的大型电子设备箱。这样可以简化安装和故障检测。TE Connectivity在机械安装中还采用了系统化的方法，将特定电力电子设备的散热限制纳入了考虑范围。
它们是如何变“迷你”（mini）的TE的MiniMRP模块由铝或其他轻质复合材料制成。光纤或铜骨干系统也进行了优化，使其不增加太多的重量。由于模块是分布式的，飞机上需要的铜电缆的总量减少了。此体系结构还可以将组件移动到更靠近需要智能的地方。
TE德驰DMC-M连接器系列用于MiniMRP模块。这些连接器可以提供多腔和单模块配置，并且具备多种布局和尺寸。接触器可以压接至铜线、铝线，或者配合PCB支架使用。这种类型的连接器本身并不新颖，但之所以建议用于MiniMRP模块，是因为它符合公认的航空航天工业标准。它有许多布置方式，包括单一连接器或一盒两/四个连接器，其中须配备多个连接器插口。德驰DMC-M连接器系列，可以连接铜缆、光纤、Quadrax电缆或其他类型的电缆。
制造商和客户还必须考虑到，用于千兆和万兆以太网、USB、IEEE 1394等的电缆需要满足有关的电气和结构标准。考虑到这些因素，那么就必须减小尺寸和减轻重量。特别是航空航天电缆还必须符合低烟、低毒和低可燃性标准，因为它们可能处于密封或几乎完全封闭的空间内。
TE Connectivity的解决方案是提供简单的安装和智能的锁定机构，以支持安全的信号传输。
紧随其他行业的发展趋势，物联网（IoT）也将出现在航空航天飞行器上。飞机上将需要越来越多的数据。总体系统设计可以通过SWAP（尺寸、重量和电源）进一步优化。
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