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VITA 76.0连接器确保高速线缆的信号完整性

    作者:宏拓新软件
    发布日期:2018-10-08         
阅读:68     
 
 

  76.0连接器

  VITA 76.0连接器确保在尺寸、重量和粗糙地面、机载和海军平台上的功耗最大的电缆高速互连时的优异的信号完整性。

  2015年,VITA采用了VITA 76.0标准,“带铜或AOC 10GB连接器的高性能高性能电缆”,为了定义一种新的38999型连接器:将高密度、高带宽的微型互连方案结合在一起的新接口,并符合MIL-DTL-38999标准的圆形外壳。2016年年初,VITA 76.0被批准为ANSI标准。

  在VITA 76.0出现之前,系统集成商必须在三个不尽如人意的选项之间做出选择,以充分利用正在使用处理器的能力来支持10 GbE、USB3.0和/或SATA3.0。他们要么坚持使用熟悉的、经过验证的38999系列连接器,接受性能的降低和电缆长度的缩减,要么采用Quadrax方法,并接受它的SWaP、密度和成本缺点。第三种选择是昂贵的非标准专用连接器设计。

  VITA 76.0提供了与传统的D 38999系列III相同的强度和环境等级,通过在QPL体系下的D 38999系列III外壳中嵌入公母(“Hermi”)接触设计。这种接触式Hermi设计触点是Meritec在1990年代开创并首次商业化的,在过去的20年中,它是可靠的,在商业和军事应用中都安装了数百万对。由于VITA 76.0采用了标准的QPL圆形外壳,它为设计者提供了灵活使用他们已经熟悉的现成市场标准背壳。

  在VITA 76.0之前的许多年里,最受欢迎的用于部署航空航天和国防子系统的高强度连接器,如ATR盒子,就是人们熟悉的MIL-DTL-38999标准圆形连接器。38999系列首次出现在上世纪30年代,在其80年的使用中,以在复杂的军事环境中满足更高的可靠性和强大的生存能力而著称。从那时起,连接器的基本设计已经发展为满足更好的电磁干扰屏蔽、抗流体、耐温湿度和防尘能力的要求。今天,在嵌入式系统中最常见的MIL-DTL-38999变化是系列III型,它通过三重启动线程耦合来连接。在过去15年中,以太网、DisplayPort、usb、sta、infiniband等的带宽需求急剧增加,这迫使连接器更多的创新研发,因为38999熟悉的引脚和插座触点已被证明不足以确保在电缆长度较高的数据速率下的信号完整性。

  随着支持更高带宽接口(如10 GbE、USB 3.0、PCI Express和SATA 3.0)的新型处理器的出现,人们对支持更高数据速率的圆形军用连接器的需求更为强烈。

  确保在尺寸、重量和粗糙地面、机载和海军平台上的功耗最大的电缆高速互连时的优异的信号完整性的挑战,推动了VITA 76.0连接器需求的增长。问题很简单:信号越快,电缆越长,信号退化越大,关键的应用程序如果信号丢失或失真是绝对致命的。新的高性能处理器(如英特尔的Xeon-D SoC)所支持的更高的数据速率并不适合用于传统的引脚和插座38999连接器,因为它们严格限制电缆的长度,通常只有几英尺长。考虑到10 GBASE-T标准(IEEE 802.3an-2006)支持在CAT 6A或CAT 7非屏蔽或屏蔽双绞线双绞线上能通过10 Gb/s的速率,范围最大可到100米(330英尺)。通过Meritec的成功验证的VITA 76.0连接器,可以支持10 GBASE-T标准的长度为100米的电缆。

  76.0连接器

  Curtiss-Wright的ParvusDuraCOR XD 1500模块化计算机就是一个当代坚固的嵌入式系统的典型例子,它充分利用了VITA 76.0连接器匹配100Ω阻抗的优点来确保其多个高速10 GbE、USB3.0和其他I/O接口的优越的信号完整性。

  这种坚固的COTS系统被设计用在最小、最轻的壳层中并提供超强的计算功能。它以12核Xeon类浮点处理为特色,支持高达128 GB的RAM,这是可供嵌入式系统使用的最高容量的内存结构。与VITA 76.0连接器配套的是一套全系列的Xeon-D高速I/O连接器,还能为专用的航空电子/虚拟电子有效载荷接口提供XMC和微型PCIe点的150个备用引脚。这种模块化和可伸缩性使C4ISR命令和控制、图像处理、监视、虚拟机管理程序、数据中心服务器处理和网络功能虚拟化(NFV)应用程序在恶劣的环境中具有特定的执行能力。

  在VITA 76.0出现之前,高速信号的系统设计人员不仅需要提高信号完整性同时又要考虑使用传统的38999圆形连接器。这种38999系列连接器的外壳内初步设计成象限触点。四角接触提供了更大的带宽,通过在圆形壳内重新安排信号和地面接触,这种圆形壳要考虑SWaP,密度,和成本。四角化方法将信号彼此隔离,更好地避免了串扰。

  76.0连接器

  在提高带宽能力的同时,四角化设计严重地减少了引脚数和引脚密度。例如,一个大小为38999的23外壳可以容纳六个四角触点,总共有六个双向车道,每个通道的容量大约为2.5GB/s。这意味着需要四个连接来支持10 GbE(2.5Gx4)。相比较而言,VITA 76.0连接器已被实验室证明支持10 Gb/s数据速率与差异对。更好的是,使用VITA 76.0连接器,Meritec可以利用QPL 38999制造商的外壳,然后以成本远低于Mil-循环嵌入式Quadrax连接器来做Hermi连接。

  76.0连接器

  VITA 76.0连接器使用的新接触设计与传统的引脚和插座设计不同,它使用的是一个平面的公母接触接口,在电缆插头和插座上都是相同的。

  该平面可以用最小的尺寸,从而节省成本,而不是更高的和更昂贵的四角接触。当匹配时,Hermi平面提供了两个接触点,并提供了一个光滑的无存根信号路径之间的插座和电缆插头。

  Hermi 接触设计,连同VITA 76.0所使用的线终端技术,提供了一个几乎透明的信号阻抗路径。在针和插座的设计中没有一个典型的电存根。虽然已经多次尝试在38999外壳中嵌入诸如以太网和usb等商用连接器,以便在崎岖的军事环境中使用,但新的Hermi公母接触设计是一种更小、更轻的更好的解决方案,它提供了适应各种协议所需的带宽要求。

  VITA 76.0连接器,外壳尺寸为23的支持145个与44个屏蔽差分对,等于22个 EMI/RFI屏蔽双向通道,每个连接器的总带宽为220 Gb/s。VITA 76.0连接器旨在解决信号完整性和高密度接口问题,同时使系统集成商能够继续使用标准的螺纹耦合38999圆壳。例如,鉴于VITA 76.0连接器是为10 GbE铜接口而优化的,而且使用在工业温度等级为10 GBASE-T的以太网收发器,预计10 GbE能力的系统将在过去一直由光学体系结构主导的应用程序中大量使用。此外,由于VITA 76.0还支持同轴互连,新的连接器也将用于视频和射频应用。

  VITA 76.0定义了六种外壳大小:23、17、15、13、11和9,其中四个是Meritec选择:23、17、13和9,因为11和15外壳尺寸与9和13尺寸相比优势不大。

  76.0连接器

  相比之下,传统的外壳23尺寸的38999连接器只支持100个连接点,稍微大一点的25外壳只支持128个连接。而尺寸为23的VITA 76.0可以支持18x10GbE通道或整个PCIExpress x16总线,由于其较小的外壳尺寸,实际上提供了2.75倍的差对密度。类似地,外壳尺寸为17的 VITA 76.0连接器提供66个连接点,而38999尺寸为17的只支持的55个连接点。这使得VITA 76.0的外壳尺寸17的能够支持8个10G以太网端口或18个差分对。VITA 76.0最小的外壳尺寸为的9连接器,支持8个总触点,并且非常适合处理10GBASE-T以太网的一个端口。而标准的38999外壳尺寸9只支持6个,

  在VITA 76.0出现之前,嵌入式系统设计人员满足信号完整性挑战的选项仅限于传统的引脚和38999系列连接器,这些连接器不能支持10 GbE,也不能使用Quadrax接触方案(该方案具有多个SI、SWaP和密度减弱)来支持10 GbE。设计师不得不转向更昂贵的光纤接口,来支持10 Gb/s的传输。另一个领域来自于系统设计人员对视频捕获/编码器的需求。这里的问题是最近高清晰度串行数字接口(HD-SDI)相机的流行,它最初是为广播行业开发的。最近,它们越来越多地被用于许多复杂的应用,如机载直升机或地面车辆。问题是,虽然HD-SDI摄像头到设计通过同轴线路传输的,但38999连接器传统上不支持同轴传输。相反,系统集成商不得不使用特殊的连接与他们的38999连接器外壳或使用完全不同的非军事连接器,以支持这样的相机。

  与此同时,连接器设计方面的创新仍在继续:VITA 76.0连接器的新版本目前正在设计中。此外,在VITA之前已经提出了两个概念性的有源光版本,从而允许铜电缆或光纤电缆与同一面板安装的壳体相匹配。系统工程师正在寻找在10G系统中改进SWaP 的资源,以及提供的众多选项和优点的VITA 76.0/ANSI标准。

  注:Meritec及其西海岸子公司Joy Signal Technology是信号完整性领导者,是高性能电气和电子互连嵌入式系统和连接器的首选垂直集成制造商。经过50年的创新,该公司为全球市场提供了成本效益高的解决方案,专门从事高强度的国防、军工、船舶、电信和数据通信、汽车、工业、医疗、自动测试设备、计算机、音频/视频、游戏、安全、和电源等连接器产品。

 

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