隨著無人機（UAV）的復雜程度和功能不斷發展，工程師需要更加關注端到端連接，以避免性能瓶頸。

許多無人機是長航時平臺，能夠以天為單位進行持續飛行，長時間保持在高空以執行監視和打擊任務。在監視角色中，無人機可能攜帶多個攝像頭和傳感器來處理各種頻率，從可見光到紅外和熱。除了這些環境中的光譜挑戰之外，另一個重要因素必須是創建克服低分辨率和窄視場的相機。

例如，ARGUS成像系統可以在空中20，000英尺處發現半徑10平方英里內的六英寸物體。ARGUS 系統使用 368 臺攝像機，每天可捕獲、處理和下載 100 萬 TB 的數據。由于該系統結合了來自多個相機的圖像并執行其他信號處理任務，因此需要快速的嵌入式計算機和復雜的軟件。由于傳感器產生的大量數據，另一個系統挑戰是通過將小麥與谷殼分開，可以這么說，通過機載處理，以便僅將關鍵數據傳輸到衛星或地面站。即使ARGUS系統每天可以處理100萬TB，更大的情報、監視和偵察（ISR）基礎設施也無法處理此類負載，即使數據壓縮量很大。

盒子內部、箱體之間有更多帶寬

所有這些都意味著需要更多的帶寬，不僅在盒子內部，而且在盒子到盒子的互連中。系統設計的一個目標是創建一個透明的基礎設施，使集成商能夠實現與位置無關的架構。位置獨立性使子系統能夠放置在整個無人機的最佳位置。

開放式架構仍然是一個重要因素，因為它們具有更易于重新配置、升級能力強以及供應商基礎更大的優勢。同樣，在整個網絡和本地數據總線中，行業標準的高速協議（如以太網、FireWire 或光纖通道）為數據傳輸提供了透明的物理層。

VPX 是嵌入式高性能計算的流行標準，數據速率可能超過 6.25 Gbps。VPX生態系統非常豐富，不斷發展，為設計人員提供了一系列單端和差分信號、夾層、電源、光學和RF連接的選擇。隨著 VPX 的發展，新的標準已經創建，以滿足最廣泛的互連需求。圖1顯示了單卡邊緣上信號、RF和光學可能性的名義配置。

VPX連接器堅固耐用，非常適合無人機應用，生態系統也在不斷發展。例如，TE 連接公司最近發布的 MULTIGIG RT 2-R（VITA 46 兼容）連接器超過了 VITA 47 的原始 VPX 環境，滿足了 VITA 72 研究組更嚴格的環境要求。由于設計人員對機械耐用性的期望已基本滿足，系統架構師現在比以往任何時候都更加關注信號完整性。隨著主流協議繼續轉向更高的數據速率，VPX設備正在并行表征，為更強大的功能鋪平了道路。

即使VPX取得了成功，由于各種封裝或應用需求，一些設計人員也需要在標準之外運行。想要超越標準的設計人員可以使用各種功能強大的互連解決方案。

輸入/輸出和聲功率

為了避免性能瓶頸，I/O 連接需要與處理器保持同步，以便快速高效地移動數據。更重要的是，互連的數量也在增加。如今，設計人員在小型圓形連接器方面擁有更多選擇，這些連接器將節省的空間和重量與滿足不斷增長的數據處理需求所需的高速性能相結合。

隨著I/O速度的提高，信號完整性和功率預算問題帶來了新的挑戰。簡而言之，高速信號比低速信號更難管理。互連速度越高，就越難管理回波損耗、插入損耗、串擾以及可能降低信號質量的類似因素。雖然理想的布線系統在箱子之間沒有中間連接，但現實世界對生產中斷和模塊化的需求需要路徑中的連接器。

設計不良的連接器將顯示為明顯的阻抗不連續性。不連續性的影響與頻率相關（回波損耗和串擾隨頻率增加），這意味著必須更仔細地設計高速I/O連接器。電纜中的衰減和連接器中的插入損耗也與頻率相關，這使得高速下的功率預算更具挑戰性。

尺寸，重量和功率（SWaP）問題仍然是提供持續監控，更好的燃料重量比以及小型無人機潛力的關鍵。雖然更小、更輕的連接器有助于滿足SWaP目標，但小型化不能以犧牲信號完整性或堅固的堅固性為代價。盡管納米微型和微型連接器已經存在，但這些連接器并不是為高速信號而設計的。

為了解決快速銅纜連接方面的這一差距，TE 連接公司推出了三個系列的 CeeLok 產品線。CeeLok FAS-X 連接器通過連接器保持屏蔽連續性，因此可以多次連接而不會降低性能。該連接器比這里討論的其他兩個連接器稍大，但保持了信號完整性，同時仍提供現場可修復性。連接器支持大小為 11 外殼的單個 10 GbE 通道或大小為 25 外殼中的四個通道。這些器件體積較小，在 8 號外殼中帶有一個 8 位連接器。連接器的 T 形觸點模式提供噪聲消除和去耦，以最大限度地減少串擾并提高信號完整性。后殼集成在插頭主體中，有助于提供薄型、低成本、低重量應力消除和 EMI 保護。連接器可現場終止且可維修。

CeeLok FAS-T納米連接器使用相同的T形接觸圖案，具有納米尺寸;插頭直徑僅為 0.3 英寸，可選擇推入式或螺紋聯軸器。與較大的設備不同，nano版本是工廠接線的，而不是可現場終止的。這些連接器基于 NANONICS 納米微型連接器，但帶有專為高速設計的插件。

圖 3：TE 連接的 10 Gbps CeeLok 連接器系列具有多種尺寸和性能配置。

即使基于銅纜的高數據速率連接正在不斷發展，光纖傳輸的使用也越來越多。創建與位置無關的架構意味著不同的子系統不能受到布線距離的限制。光纖有三個主要優點：

傳輸距離長：多模光纖可以輕松承載無人機中當今的數據速率。對于單模光纖，相對于無人機中遇到的距離，帶寬幾乎是無限的。因此，帶寬作為互連問題消失了。

抗噪性：光纖不會產生EMI;它們也不容易受到電磁干擾的影響。消除了屏蔽等問題，這些問題對于維護銅互連中的信號完整性至關重要。

體積小，重量輕：光纖電纜比銅電纜更小、更輕，為SWaP的最小化做出了重大貢獻。

光纖在更易于使用、更堅固耐用、更易于選擇方面也取得了長足的進步。例如，VITA 66 標準提供陶瓷套圈選擇，以實現最高水平的光學性能，非接觸式擴展光束終端以提高耐用性，MT 套圈用于高光纖數。相同的選項可用于各種軍用型圓形和矩形連接器。

帶寬向未來發展

無人機系統肯定需要更多的帶寬來處理更復雜的傳感器，更快，更強大的硅，以及更復雜的計算機架構和軟件。網絡骨干網已經從1 Gbps以太網遷移到10 Gbps，40和100 Gbps正在等待。簡化設計以創建通用硬件集的努力也在取得進展。例如，將互連設計為與一系列物理層阻抗（如光纖通道、IEEE 1394、eSATA等）兼容，不僅可以簡化系統設計，還可以減少必須庫存的電纜和連接器的數量和類型。增強的兼容性將增強模塊化和簡單的即插即用連接的概念。

雖然設計人員最終會尋找標準化的高性能系統和組件，但在基于性能的替代方案方面，他們仍然有選擇。今天基于性能的系統很可能成為明天的新標準。

審核編輯：郭婷