對(duì)于軍事和航空航天應(yīng)用中嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者而言，它意味著更高速的處理能夠應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的信號(hào)情報(bào)和網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)爭(zhēng)。反過(guò)來(lái)，這需要連接器不僅能夠處理高數(shù)據(jù)速率，而且還提供更高的堅(jiān)固性，以便在惡劣環(huán)境中提供可靠的操作。

即使設(shè)計(jì)人員追求更高的處理負(fù)載和更堅(jiān)固的組件，其他趨勢(shì)影響連接器的設(shè)計(jì)。第一個(gè)是解決SWaP尺寸，重量和功耗問(wèn)題 - 創(chuàng)建體積更小，重量更輕，功能更強(qiáng)大的系統(tǒng)。在無(wú)人駕駛或無(wú)人駕駛的高性能飛機(jī)中，空間總是非常重要，重量與飛行時(shí)間和有效載荷有直接關(guān)系，高效的配電有助于實(shí)現(xiàn)更小的發(fā)電組件。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員對(duì)SWaP的癡迷并不奇怪。

另一個(gè)重要趨勢(shì)是使用商用現(xiàn)貨（COTS）組件 - 確保產(chǎn)品在您需要時(shí)可用。即使是新的設(shè)計(jì)也可以通過(guò)使用完善的構(gòu)建模塊和經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)基于COTS。

新級(jí)別的連接器加固可以采用兩種形式：（1）全新的連接器或（2）升級(jí)到現(xiàn)有連接器。選項(xiàng)1提供了最大的自由度，但卻犧牲了傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)。選項(xiàng)2允許向后兼容現(xiàn)有的連接器和電路板設(shè)計(jì)。

TE Fortis Zd連接器是選項(xiàng)1的一個(gè)示例。盡管連接器相對(duì)較新，但它的根源在于COTS。這款連接器采用軍用系列MIL-DTL-55302迷你盒式觸點(diǎn)設(shè)計(jì)，是一種新設(shè)計(jì)，可提供更高的速度（12+ Gb/s）和高水平的堅(jiān)固性。該連接器已被考慮用于多種標(biāo)準(zhǔn)，并找到性能勝過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用。

在TE的MULTIGIG RT 2連接器中可以看到選項(xiàng)2的示例，下面將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)討論。

對(duì)連接器設(shè)計(jì)進(jìn)行酷刑測(cè)試

對(duì)于基于標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式計(jì)算，VITA 46和47已成為衡量合規(guī)性和性能的標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)定義了機(jī)械系統(tǒng)封裝要求以及沖擊，振動(dòng)，溫度和其他環(huán)境應(yīng)力的測(cè)試要求，一般系統(tǒng)和連接器必須承受這些應(yīng)力。

堅(jiān)固耐用的連接器，例如MULTIGIG RT 2為VITA 46 VPX系統(tǒng)指定的連接器必須滿足VITA 47要求。最近，該行業(yè)的一些公司已經(jīng)開(kāi)始了解VITA 47之外的利潤(rùn)率，以及更加緊張的連接器測(cè)試。 VITA 72Working Group已經(jīng)創(chuàng)建了新級(jí)別的測(cè)試 - 酷刑測(cè)試，因?yàn)樗沁B接器，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了預(yù)期的應(yīng)用程序危害的需求。在這樣做時(shí)，測(cè)試導(dǎo)致連接器設(shè)計(jì)的改進(jìn)。其中一個(gè)連接器是MULTIGIG RT 2連接器。

圖1：典型的VITA 46 6U VPX配置使用MULTIGIG RT 2連接器。在MULTIGIG RT 2子卡連接器中使用晶圓有助于創(chuàng)建重量輕，通用，無(wú)引腳的連接器設(shè)計(jì)。

連接器采用無(wú)引腳設(shè)計(jì)：子卡半部分和分束式晶圓，彈簧觸點(diǎn)在背板側(cè)。通過(guò)消除引腳以及短截和彎曲引腳的問(wèn)題，無(wú)引腳設(shè)計(jì)有助于提高可靠性并防止卡處理和配合過(guò)程中的損壞。子卡的基于晶片的設(shè)計(jì)允許每個(gè)晶片單獨(dú)配置：?jiǎn)味耍罘郑β驶蛏踔粱旌稀ｋm然VITA 46為每個(gè)模塊區(qū)域（P0到P6）指定了連接器模塊的類型，但晶圓設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)人員提供了在必要時(shí)混合和匹配晶圓的潛力。滿足SWaP問(wèn)題的一個(gè)重要好處是MULTIGIG RT 2連接器是最輕的VPX連接器，這在很大程度上歸功于輕質(zhì)晶圓和連接器構(gòu)造。

測(cè)試連接器的精確度

圖2顯示了根據(jù)Mercury Systems和VITA 72工作組創(chuàng)建的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，VITA 47標(biāo)準(zhǔn)和VITA 72要求之間振動(dòng)測(cè)試的主要差異之一。 RL3與VITA 47的V3基本相同。 RL3 + 3 dB大大增加了振動(dòng)水平。這種較高的功率譜密度使連接器承受更大的應(yīng)力，增加了由于振動(dòng)引起的接觸相互移動(dòng)而引起的接觸微動(dòng)和電鍍磨損的可能性。與之前的VITA 46/VITA 47測(cè)試相比，這些更高的振動(dòng)水平也可以延長(zhǎng)曝光時(shí)間。一般測(cè)試順序?yàn)椋?/p>

RL3隨機(jī)振動(dòng)：每軸1小時(shí)

RL3 + 3 dB隨機(jī)振動(dòng)：每軸1小時(shí)

RL3 + 3 dB隨機(jī)振動(dòng)：12小時(shí)，Z軸

圖2：VITA 72工作組進(jìn)行的測(cè)試使連接器受到很大影響使用RL3 + 3 dB水平隨機(jī)振動(dòng)進(jìn)行更有壓力的測(cè)試。

在檢查了VITA 72工作組測(cè)試的產(chǎn)品后，原來(lái)的MULTIGIG RT 2連接器表現(xiàn)非常出色;然而，沿著6U卡的選擇位置顯示出高水平的磨損，這表明需要增強(qiáng)的接觸解決方案。

傳統(tǒng)的連接器智慧說(shuō)增加可分離接口處的接觸點(diǎn)是有效的，因?yàn)槎鄠€(gè)接觸點(diǎn)提供冗余，從而提高了連接的可靠性。有人認(rèn)為最佳點(diǎn)是四點(diǎn)接觸。例如，如果影響接觸電阻的污染概率例如是給定接觸的0.01，則四點(diǎn)接觸的所有四個(gè)點(diǎn)同時(shí)受到影響的概率是（0.01）4或10-8！這說(shuō)明了冗余的力量。部分重新設(shè)計(jì)包括配對(duì)觸點(diǎn)對(duì)的重大改進(jìn)，同時(shí)保持與現(xiàn)有設(shè)計(jì)的向后兼容性。在原始連接器中，每個(gè)接觸彈簧梁與晶片墊形成單點(diǎn)接觸。在較新版本中，觸點(diǎn)已經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)，因此每個(gè)光束產(chǎn)生兩個(gè)接觸點(diǎn) - 稱為四重冗余 - 大致加倍接觸區(qū)域。圖3顯示了原始和重新設(shè)計(jì)的聯(lián)系人。

圖3：原始和四重冗余MULTIGIG RT 2觸點(diǎn)。

新增強(qiáng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要特征是兩個(gè)光束上的接觸光束和區(qū)域彼此不對(duì)稱。接觸波束長(zhǎng)度的差異意味著每個(gè)波束響應(yīng)于振動(dòng)具有獨(dú)特的頻率模式，有助于消除兩個(gè)波束同時(shí)實(shí)現(xiàn)諧振的可能性。即使接觸點(diǎn)增加，新的增強(qiáng)型接觸系統(tǒng)也不會(huì)增加配合力，同時(shí)有助于在極端振動(dòng)水平下保持可靠的接觸。

配合半部的晶圓也經(jīng)過(guò)輕微修改，以充分利用新的接觸點(diǎn)。梁設(shè)計(jì)。由于分離光束上的四個(gè)接觸點(diǎn)中的兩個(gè)更深，因此晶圓上的信號(hào)焊盤(pán)延伸1.2 mm以在配合期間保持至少2 mm的接觸擦拭，在原始設(shè)計(jì)的整個(gè)配合范圍內(nèi)保持四重冗余。/p>

測(cè)試結(jié)果

圖4顯示了當(dāng)“酷刑測(cè)試”達(dá)到圖2中規(guī)定的水平時(shí)6U VPX模塊的結(jié)果。為了檢查接觸磨損的指示，每個(gè)連接器模塊在原始和修改的接觸系統(tǒng)上解剖并目視檢查接觸磨損的跡象。盡管6U布置中的大多數(shù)觸點(diǎn)能夠承受這種極端振動(dòng)環(huán)境，但是存在易受微動(dòng)磨損影響的特定接觸位置。最重要的是，采用新的四重冗余設(shè)計(jì)，原始接觸設(shè)計(jì)所經(jīng)歷的磨損幾乎消失了。有趣的是，引導(dǎo)硬件的選擇也會(huì)影響性能。

引導(dǎo)硬件在幫助加固連接器方面的作用常常被忽視。硬件的主要目的是通過(guò)提供卡槽鍵控和連接器半部的初始對(duì)準(zhǔn)來(lái)幫助配合過(guò)程。許多導(dǎo)柱和模塊使用壓鑄工藝經(jīng)濟(jì)地制造。為了實(shí)現(xiàn)鍵控和引導(dǎo)功能，柱和插座可以具有相當(dāng)大的制造公差，這對(duì)于壓鑄件來(lái)說(shuō)是常見(jiàn)的。因此，導(dǎo)軌在限制沖擊和振動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)方面起著較小的作用。

機(jī)加工導(dǎo)軌硬件因具有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用而備受關(guān)注，因?yàn)楦_的配合已經(jīng)證明可以減少微動(dòng)。精密配合與圓周接地彈簧相結(jié)合有助于在高振動(dòng)環(huán)境中穩(wěn)定連接器，如圖4所示。

配合循環(huán)測(cè)試

四重冗余觸點(diǎn)設(shè)計(jì)是還進(jìn)行了模擬10,000次交配循環(huán)的測(cè)試。這個(gè)周期數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)實(shí)世界中最合理的應(yīng)用預(yù)期。然而，它既可以證明可靠性，又可以在高周期應(yīng)用中提供安心，例如測(cè)試平臺(tái)。高耐久性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)是穩(wěn)定的接觸電阻并且在接觸配合表面處沒(méi)有暴露的鎳底鍍。實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)（圖5），揭示了連接器配合接口電阻不僅穩(wěn)定，而且在10,000次交配和取消配合后實(shí)際上可以提高。這可以歸因于拋光效果，可以平滑接觸粗糙度，從而實(shí)現(xiàn)更緊密的接觸界面。

圖4：VITA 72工作組領(lǐng)導(dǎo)的“折磨測(cè)試”時(shí)，每個(gè)6U VPX測(cè)試樣品的最高磨損位置之間的比較。觸點(diǎn)設(shè)計(jì)和附件硬件都會(huì)影響高振動(dòng)環(huán)境下的連接器性能。

圖5：10,000次插接周期后的觸點(diǎn)耐久性測(cè)試顯示可接受的接觸面。

VITA兼容性和設(shè)計(jì)可靠性連接器

由于MULTIGIG RT 2-R連接器具有相同的電路板占位面積和配合接口，因此它是原始VITA 46連接器的直接替代品。四路冗余背板連接器可與原始子卡連接器配合 - 主要區(qū)別在于它在所有四個(gè)接觸點(diǎn)上保持獨(dú)特的接觸擦拭距離。對(duì)于與原始背板連接器配合的新子卡連接器，主要區(qū)別在于在配合期間額外的1.2 mm接觸擦拭，這為系統(tǒng)插入公差提供了更大的余量。

新的或升級(jí)？

在尋找更加堅(jiān)固的嵌入式計(jì)算連接器時(shí)，F(xiàn)ortis Zd和MULTIGIG RT 2-R連接器均可提供強(qiáng)大的性能。 Fortis Zd連接器是使用可靠的傳統(tǒng)接觸技術(shù)的新連接器的示例，其接觸密度比MULTIGIG RT 2連接器高出約20％（900對(duì)728）。因此，對(duì)于不需要基于標(biāo)準(zhǔn)（VITA）兼容性的應(yīng)用程序而言，它是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。但是，對(duì)于那些對(duì)VPX系統(tǒng)投入大量資金的人來(lái)說(shuō)，F(xiàn)ortis Zd連接器通常不是一種選擇。 VPX標(biāo)準(zhǔn)擁有強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)。 MULTIGIG RT 2-R連接器是一個(gè)高性能的例子，可擴(kuò)展行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的選項(xiàng)，以實(shí)現(xiàn)更加堅(jiān)固的未來(lái)。