Ruggedized VME64x разъем компании Amphenol Aerospace

Разъемы от компании Amphenol Aerospace: в космосе и на Земле

№ 6’2021
PDF версия
Прописная истина, что надежность радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) — это надежность ее подключений, не потеряла своей актуальности и в наши дни. С целью обеспечения надежности, прочности, компактности соединителей и гарантии целостности сигналов разработчики разъемов используют целый ряд технических решений, которые, как правило, в первую очередь направлены на удовлетворение потребностей критических сфер применения — оборонной и аэрокосмической. Однако такие решения могут успешно применяться и на коммерческих рынках. В статье рассматриваются разъемы компании Amphenol Aerospace, которые имеют двойное назначение и используются для внутриблочных соединений и межплатных подключений сложной РЭА коммерческого назначения.

Введение. Суть вопроса и немного экономики

Ни для кого не секрет, что на разработки для нужд оборонной и аэрокосмической промышленности тратятся огромные средства. В этой сфере работают лучшие ученые, инженеры и технологи, из рук которых, как правило, выходят технические шедевры. Однако, учитывая затраты на НИОКР и накладные расходы, объемы выпуска продукции такого специфического назначения невелики, ее себестоимость и, соответственно, цена довольно-таки высока. Есть и еще одна проблема — нередко эта продукция быстро устаревает. И тут существует два подхода.

Первый — сидеть как собака на сене. Инженеры-разработчики старой школы хорошо помнят, что в СССР существовал такой документ с грифом «Для служебного пользования», который мы называли «Перечень разрешенных». В этом перечне выпускаемые промышленностью радиодетали и компоненты РЭА делились на группы, и то, что было качественным и новым, шло для техники специального назначения и не могло быть использовано в аппаратуре для советского человека, о нуждах которого так заботилась наша родная Коммунистическая партия. Да и то, что было можно, часто требовало детального технического обоснования и получения специального разрешения в профильных министерствах. Кроме того, радиодетали и компоненты для спецтехники просто секретились, например серия 564 весьма приличных КМОП-микросхем, хотя данные по ее ширпотребовскому аналогу КР564 были доступны. Дело доходило до абсурда, так что вы могли и не знать о существовании того или иного нужного вам компонента. В результате для коммерческого рынка, который пренебрежительно назывался ширпотребом, компоненты РЭА шли не просто по остаточному принципу, а по принципу известной поговорки «На тебе, Боже, что мне не гоже».

Второй путь — идти с предложениями на коммерческие рынки. Продукция, востребованная на таких рынках, имеет большие объемы выпуска, что сказывается на ее себестоимости и цене. Для этого необходим отказ от излишней секретности. Примером может служить известная история про застежку-липучку, сначала изобретенную природой, а в 1941 году уже как техническое решение швейцарским инженером-электромехаником Жоржем де Местралем. Кстати, патент на нее после долгих мытарств был получен им только в 1955 году. И хотя тогда она так и не вышла на рынок, однако вскоре, благодаря подключению специалистов из НАСА, нашла применение в скафандрах и даже побывала на Луне.

Какая была бы судьба этого изобретения в СССР? Оно бы хранилось под строжайшим секретом. Что сделали в государствах рыночной экономики? Начали использовать липучку даже в кроссовках, причем еще до полета Нила Армстронга [1]. Так что для компаний, занятых в оборонной и аэрокосмической промышленности, шаг в область широкого коммерческого использования их продукции вполне естественен. Речь, конечно, идет не о танках и истребителях, а о компонентах, технологиях и решениях. Этот шаг позволяет увеличить объемы выпуска и достичь главного для рыночной экономики — увеличения прибыли. Именно этот путь сейчас избрала одна из старейших компаний США Amphenol Aerospace, основанная в 1932 году Артуром Дж. Шмиттом (Arthur J. Schmitt), американским инженером, изобретателем, предпринимателем и филантропом.

В настоящее время компания Amphenol Aerospace — крупнейший в мире производитель соединителей для военной и космической техники, электрических и оптоволоконных соединителей, кабелей и соединительных систем [2]. Название Amphenol получено слиянием слов из первоначального названия American Phenolic Corporation. Компания работает на следующих рынках:

  • авиация;
  • космос;
  • медицинская техника;
  • автомобилестроение;
  • средства мобильной связи;
  • широкополосная связь;
  • промышленность;
  • системы передачи данных.

Хотя многие из компонентов компании, разработанные ранее для указанных рынков, весьма специфические, они могут получить свою вторую жизнь уже как изделия коммерческого назначения. Поэтому имеет смысл познакомиться с ними поближе и оценить их с точки зрения возможности более широкого применения на коммерческом рынке РЭА критически важного назначения.

 

Продукция компании Amphenol Aerospace — лучший выбор для передачи высокоскоростных сигналов

Amphenol Aerospace — ведущий производитель интегрированных системных решений для военного и аэрокосмического назначения. Компания имеет более чем 80‑летний опыт работы на военном и аэрокосмическом рынке, и ее приверженность стандартам отрасли подтверждается во всем, что она разрабатывает и предлагает. Преимущество компании в системном подходе, так как она, имея столь обширный опыт и длинную историю, прекрасно понимает все особенности взаимосвязи между межсоединением, печатной платой, объединительной платой и шасси и использует эти знания для удовлетворения комплексных решений своих клиентов. Особенно это касается передачи высокоскоростных сигналов, для которых, кроме надежности непосредственно самого подключения, важно выполнение условий по их целостности.

Еще один важный элемент конструктивного решения, требующего высоконадежных разъемов, — это объединительные панели (backplane), они же кросс-платы, объединительные платы — элемент конструкции радиоэлектронных устройств, содержащий группу электрических соединителей, объединенных параллельно таким образом, что каждая электрическая линия каждого соединителя контактирует с такими же линиями других соединителей, формируя шину передачи данных и/или шину питания и заземления. В практике автора статьи был случай, когда для бесперебойного источника питания, служившего прототипом, для внутреннего подключения понадобился жгут диаметром 3 см. Проблему решило использование кросс-платы с двумя разъемами. Но и здесь часто требуются разъемы, гарантирующие не просто качественное, надежное электрические подключение, но и целостность сигнала. Такое решение может быть реализовано на разъемах от Amphenol Aerospace.

Разъемы семейства VIPER

Для примера возьмем шину VPX, которая является дальнейшим развитием стандарта VME [5].

Как шло развитие стандарта VPX

Рис. 1. Как шло развитие стандарта VPX

Шина VME была стандартизована IEC как ANSI/IEEE 1014-1987. То, как шло развитие стандарта, показано на рис. 1, а характеристики шины VME представлены в таблице. Дальнейшим развитием стала разработка стандарта VPX специально для аэрокосмических и военных применений. При его подготовке важно было сохранить максимальную совместимость с VME, радикально увеличить скорость передачи данных, улучшить технологию охлаждения и теплоотвод и реализовать возможность быстрой замены модулей (не блоков) в полевых условиях. Все эти цели были достигнуты.

Таблица. Характеристики шины VME

Характеристика

Значение

Разрядность шины

32/64

Адрес/данные

Раздельные (VME32), мультиплексируемые (VME64)

Тип шины

Асинхронная

Форм-фактор

3U, 6U, 9U

Максимальное количество модулей в крейте

21

Пропускная способность

для VME32 — до 40 Мбайт/с

для VME64 — до 80 Мбайт/с

для VME64 —до 320 Мбайт/с

Серия разъемов компании Amphenol Aerospace, выпущенная в соответствии со стандартом ANSI/IEEE 1014-1987, называется VIPER. VITA 60 предоставляет альтернативную систему разъемов объединительной платы для систем OpenVPX. Для поддержки стандарта компания ABS разработала разъем VIPER — мощную платформу для соединения объединительной платы и дочерней платы, обеспечивающую 63 дифференциальных сигнала на линейный дюйм. Разъем VIPER был разработан с учетом требований для следующего поколения защищенных военных и аэрокосмических приложений.

Соединительные контакты, основные элементы и особенности конструкции разъемов системы VIPER компании Amphenol Aerospace

Рис. 2. Соединительные контакты, основные элементы и особенности конструкции разъемов системы VIPER компании Amphenol Aerospace

Разъемы этой серии представляют собой экранированную, высокоплотную, высокоскоростную, модульную соединительную систему. Архитектура оптимизирована для использования витых пар с шагом контактов 1,8×1,35 мм на печатной плате за счет применения плоских контактных пластин, однако контакты могут использоваться и для подключения стандартных цепей передачи данных и питания. Контакты помещены в усиленный корпус из нержавеющей стали с ребрами жесткости и кодирующими (направляющими) контактами. Для подключения модулей (кросс-платы) используются секции с шагом 1,8×1,8 мм в таком же исполнении, а также доступны кодирующие и направляющие контакты. Для улучшения качества используются специально разработанные соединения с четырьмя зонами касания. Конструкция контактов, основные элементы и особенности конструкции разъемов системы VIPER показаны на рис. 2, а внешний вид разъема системы VIPER и типовое решение на его основе — на рис. 3.

Типовые решения с разъемами системы VIPER компании Amphenol Aerospace: cборка в виде объединительной платы с разъемами объединительной платы VIPER и шесть разъемов VIPER Backplane на одной плате и один модуль сопряжения Mating Viper (вверху)

Рис. 3. Типовые решения с разъемами системы VIPER компании Amphenol Aerospace: cборка в виде объединительной платы с разъемами объединительной платы VIPER и шесть разъемов VIPER Backplane на одной плате и один модуль сопряжения Mating Viper (вверху)

Характеристики и преимущества:

  • полная совместимость со стандартами VITA 60, VITA 46 и VITA 48;
  • работа с высокоскоростными сигналами: VIPER разработан для скорости передачи данных не менее 10 Гбит/с;
  • волновое сопротивление 100 Ом для конфигурации дифференциальной пары;
  • сборка дочерней платы оптимизирована для архитектуры дифференциальной пары с сеткой 1,8×1,35 мм;
  • дочерняя плата выполнена в специальном корпусе и предоставляет варианты сигнальных пластин и пластин передачи питания, интегрированных в элемент жесткости из нержавеющей стали, с рамой из нержавеющей стали и ключевыми элементами, предотвращающими ошибки сопряжения;
  • объединительная плата имеет сигнальные контакты, которые содержат высоконадежную конструкцию с четырьмя точками контакта, а также контакты заземления, которые имеют прочную совместимую конструкцию штифтов и штыревых контактов (вилок).

Высокоскоростные/модульные разъемы R‑VPX

Высокоскоростные разъемы R‑VPX компании Amphenol Aerospace — это прочная, высокоскоростная межплатная система межблочного соединения, способная передавать данные со скоростью более 10 Гбит/с, что соответствует и даже превышает стандартные требования по VITA 46. Такая система соединителей предоставляет пользователям модульность и гибкость за счет использования конструкции пластины печатной платы с индивидуальными схемами загрузки пластин. Высокоскоростные разъемы R‑VPX компании Amphenol Aerospace взаимозаменяемы и совместимы с разъемами серии MULTIGIG стандарта VITA 46, поставляемыми TE Connectivity. Кроме того, компании Amphenol и TE подписали соглашение о перекрестном лицензировании разъемов этой серии, согласно которому разъемы серии RVP-X и разъемы серии MULTIGIG являются взаимозаменяемыми и взаимосочленяемыми.

Общий вид разъема R‑VPX показан на рис. 4.

Общий вид разъема R VPX компании Amphenol Aerospace

Рис. 4. Общий вид разъема R VPX компании Amphenol Aerospace

Характеристики и преимущества разъема серии R‑VPX:

  • соответствует стандартам VITA 46 и Open VPX;
  • скорость передачи данных: не менее 10 Гбит/с;
  • полная совместимость и взаимозаменяемость с существующими соединителями VITA 46;
  • соответствует и превосходит требования к производительности стандарта VITA 47;
  • поддерживает протоколы Ethernet, Fiber Channel, Infini Band и другие;
  • модульность и легкий вес соответствуют требованиям COTS (Commercial Orbital Transportation Services — коммерческие услуги орбитальной транспортировки);
  • низкое усилие сопряжения;
  • безвыводной тип разъемов для несущей платы;
  • поддержка шага 0,8” при установке модулей расширения;
  • до 140 сигнальных линий/дюйм;
  • рабочий ток: 1,5 А на контакт;
  • могут оснащаться контактными модулями для обеспечения питания, высокочастотными модулями (VITA 67) и оптическими модулями (VITA 66).

Развитие данной серии разъемов нашло свое продолжение в разъемах R‑VPX Evolution и R‑VPX Evolution 2.0, показанных на рис. 5 и 6 соответственно.

Разъемы серии R-VPX Evolution компании Amphenol Aerospace

Рис. 5. Разъемы серии R-VPX Evolution компании Amphenol Aerospace

Разъемы серии R-VPX Evolution-2.0 компании Amphenol Aerospace

Рис. 6. Разъемы серии R-VPX Evolution-2.0 компании Amphenol Aerospace

Система защищенных межплатных высокоскоростных соединителей R‑VPX Evolution способна выполнять передачу данных с пропускной способностью не менее 16 Гбит/с. Данная серия разъемов является модульной и предоставляет большую гибкость в конфигурировании межплатных соединений за счет использования контактных модулей на основе печатных проводников.

Характеристики и преимущества разъема серии R‑VPX Evolution:

  • скорость передачи данных: не менее 16 Гбит/с;
  • разъем модуля имеет измененную площадь основания, для повышения производительности используются более мелкие контакты;
  • разъем объединительной платы — это стандартный ранее использованный разъем, так что никаких изменений на объединительной плате не требуется;
  • совместимость с существующими/устаревшими разъемами стандарта VITA 46;
  • площадь основания соответствует VITA 46.30 (VITA DraftSpec).

Семейство разъемов R‑VPX Evolution 2.0 от Amphenol Aerospace — это новое поколение высокоскоростных защищенных соединителей объединительной платы. Разъемы серии Evolution 2.0 разработаны, оптимизированы и рассчитаны на скорость передачи данных более 32 Гбит/с, что делает их самыми быстрыми разъемами VITA 46.30 в мире. Разъемы протестированы на соответствие уровням VITA и совместимы с разъемами, соответствующими требованиям R‑VPX, R‑VPX EVO 1 и VITA 46.

Характеристики и преимущества разъема серии R‑VPX Evolution 2.0:

  • скорость передачи данных: не менее 32 Гбит/с;
  • в разъемах модуля и объединительной платы для повышения производительности используются более мелкие контакты;
  • совместимость с существующими/устаревшими разъемами стандарта VITA 46;
  • площадь основания соответствует VITA 46.30 (VITA DraftSpec);
  • четырехточечная контактная система.

VITA 66.1 и 66.4

Семейство продуктов VITA 66 компании Amphenol Aerospace представляет собой надежные оптические соединительные системы MT-модуля/объединительной платы для установки «вслепую». Семейство разработано в соответствии со спецификациями открытой архитектуры VITA 66.1 и 66.4. Эти продукты могут использоваться в системах VPX, как определено в VITA 46, или в качестве автономных решений для оптических соединителей «вслепую». Соединительные системы Amphenol обеспечивают надежные высокоскоростные соединения для самых экстремальных коммерческих и военных условий. Внешний вид разъемов семейства VITA 66 компании Amphenol Aerospace представлен на рис. 7.

Внешний вид разъемов семейства VITA 66 компании Amphenol Aerospace

Рис. 7. Внешний вид разъемов семейства VITA 66 компании Amphenol Aerospace

Характеристики и преимущества разъема семейства VITA 66 компании Amphenol Aerospace:

  • соответствует спецификациям VITA 66.1 и VITA 66.4;
  • ферулы MТ плавающие и подпружиненные;
  • несколько вариантов направляющих для выравнивания;
  • для сборки не требуется специальных инструментов;
  • поддерживает стандартные промышленные ферулы MT — до 24 оптоволоконных каналов на одну ферулу.

Серия VME64x — надежные и устойчивые к внешним воздействиям межкомпонентные соединения

Компания Amphenol Aerospace в ответ на тенденцию к использованию в оборонной промышленности шасси и карт VME разработала устойчивый к воздействиям разъем VME64x (позиционируется компанией как Ruggedized VME64x). Такие карты производятся целым рядом компаний, но в качестве интерфейсного разъема в них предусмотрены стандартные разъемы VME COTS. Однако в жестких условиях среды эксплуатации такой стандартный разъем может выйти из строя, что отрицательно скажется на работе всего компьютеризированного комплекса. Межкомпонентное соединение компании Ruggedized VME64x от Amphenol Aerospace, предназначенное для повышения устойчивости к вибрации, имеет более надежное подключение, чем стандартные разъемы, и соответствует требованиям к разъему для жестких условий окружающей среды, предполагающему обслуживание по уровню  2.

Основные рынки, где требуется надежное решение в виде разъема Ruggedized VME64x от Amphenol Aerospace, это не только военная и коммерческая авиация, военные автомобили, но и системы GPS, а также коммерческая РЭА критической инфраструктуры. Защищенный разъем VME64x от Amphenol устанавливается на стандартные карты и объединительные платы VME64x, но не является взаимозаменяемым с другими типами коммерческих разъемов VME. Внешний вид разъема представлен на рис. 8.

Ruggedized VME64x разъем компании Amphenol Aerospace

Рис. 8. Ruggedized VME64x разъем компании Amphenol Aerospace

Особенности и преимущества:

  • Металлические корпуса устанавливаются непосредственно в стандартные монтажные отверстия для карт VME, обеспечивая поддержку и защиту вставок.
  • Металлические кожухи создают клетку Фарадея вокруг контактов, предохраняя контакты от воздействия электростатических разрядов на стороне модуля.
  • В одной оболочке размещаются все три модульные вставки.
  • Вставки P1/J1/P2/J2/P0/J0 могут использоваться в различных комбинациях.
  • Надежная контактная система:
    • контакты модуля — пайка в отверстия;
    • контакты объединительной платы представляют собой либо пайку в отверстия, либо совместимый без пайки хвостовик;
    • контакты соответствуют всем требованиям спецификации BS-VME64x-AA, в первую очередь максимальному усилию сочленения 59,4 фунта.
  • Вставки разрабатываются в соответствии с требованиями заказчика.
  • Предлагается в стандартной конфигурации 6U.
  • Площадь основания соответствует спецификации VITA ANSI/VITA 1.1-1997 VME64x.

Защищенный адаптер VME64x с щеточными контактами (технология Brush Contact) охватывает контакты компонентов категории COTS, что оказалось весьма удачным решением в военных приложениях VME. Надежная система адаптеров VME64x обеспечивает надежный многоточечный контакт в качестве основного интерфейса и объединяет три разъема в единую металлическую оболочку, создавая пассивную защиту от электростатического разряда для разъема модуля. Задняя часть разъема модуля подключается к стандартным дочерним платам COTS VME64x, изолируя их от жестких условий окружающей среды [3, 4].

 

Заключение

В статье ретроспективно рассмотрены семейства разъемов компании Amphenol Aerospace, которые могут иметь двойное назначение и использоваться для внутриблочных соединений и межплатных подключений сложной РЭА коммерческого назначения. Полная информация по рассмотренным и иным продуктам компании Amphenol Aerospace доступна на ее сайте и у ее авторизованных дилеров.

Литература
  1. История липучки. Застежка, почти совершившая революцию в легкой промышленности
  2. The largest Military & Aerospace Connector Manufacturer in the world
  3. Amphenol Ruggedized VME64x, VITA 60, 66 Interconnects
  4. Ruggedized VME 64x
  5. OpenVPXThe Next-Generation Interoperability Standard.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *