飞机以太网数据网络的互连方案

   设计工程师面临着研发用于航空电子设备以太网网络应用接触器的巨大挑战。对商用飞机以太网系统标准的初步评估，是从ARINC航空电子工程委员会(AEEC)的飞机数据网络(ADN)小组委员会成立开始的。

        该小组委员会设立了一个处理ARINC 664飞机数据网络规范的多个部分组成的文件。该小组的努力促成了航空电子设备全双工以太网交换机(AFDX)的产生。AFDX是基于IEEE 803.2以太网标准，包含了具体明确的网络与带宽功能。

        用于标准以太网及其功能的最流行接触器是被称为RJ45的8P8C插头和插孔。尽管对电讯业而言，RJ45接头并不适合于飞机的严酷环境，尤其是对军用飞机。ADN小组委员会评估了严格的环境要求，并明确了RJ45接头封装所不适合的应用。进一步的评估揭示了在ARINC 600 LRU应用中盲目匹配的必然性。从接触器制造商的样品中获得大量信息，ADN小组委员会确定了对以太网数据网络应用所适合的接触器方案，即“Quadrax”接触器，如图1所示。

 

        Quadrax接触器的规格

        Quadrax接触器包括了四个内部信号接点，这些是彼此绝缘的，并且被包在外壳内。极化的关键是保证ARNIC 600或类似接触器的适当匹配。极化的关键还要确定接点2的位置，直接接到这个接点。同样，布线的关键是要确定接点1和接点2的位置，这是因为其直接位于这两个接点之间。这两个关键点构建起Quadrax接触器的正确匹配。

        与开发Quadrax接触器同时要做的是研发称为StarQuad的飞机以太网电缆组装设计。StarQuad组装包括了4根导线和四根屏蔽线，它们以螺旋模式缠绕起来，通过电缆组装屏蔽终端与Quadrax接触器的外壳相连。

        ARINC 664标准确定了StarQuad电缆组装的具体色彩编码：红色、绿色、蓝色和黄色。按照标准，电缆缠绕的色彩编码可以在视觉上来识别A端(红到绿到蓝再到黄的顺时针旋转)，以及B端(红到黄到蓝再到绿的逆时针旋转)。表1概述了该标准的部分色彩编码。

        StarQuad和Quadrax相结合的设计增加了有关设计和处理军事以及防空以太网电缆的复杂性。此外，电缆的缠绕或“布局”引起特定的几何关系，这要求与电缆端点、缠绕以及导线/接点有关的知识。当确定最终组装和终端时，这一关系是至关重要的。

        随着在接头交叉点采用标准(尺寸为20 AWG或22 AWG)引脚对传统导线进行捆束，电缆中导线的缠绕与接点之间的相互关系已不再是一个问题。但是，如果其中的以太网链接包含了与Quadrax接点的接触器，就要制定新的准则。

        为了支持这种导线/接点关系，并协助适当的组装程序，ARINC 664委员会确定了以下色彩分配：引脚1=红色，引脚2=黄色，引脚3 =蓝色，而引脚4 =绿色，如表1所示。在这种命名中，只有四个接点号码与导线颜色的组合可以使用。

        ARINC 600规范确定了外部Quadrax接点的形状，Quadrax接点插入的方向，以及适当的匹配接口位置，从而确保不同供应商之间接触器的互匹配性。此外，ARINC 600提供了一个电气、机械和热性能要求的清单。

        而最初的Quadrax接触器设计满足了ARINC 664标准，许多人还没有能力废弃StarQuad电缆。此外，Quadrax接触器最初用于不同类型采用圆形接触器的飞机机架及仪表板产品，但由于不同公司进行制造，每个Quadrax接触器含有不同终端方式。一个这样的终端方式如图2所示。

        例如，ITT电子器件终端处理涉及到剥去StarQuad电缆以及将中心接点卷曲到四个分立的接头。然后，把该中心接点放入夹具中。用户把与终端接触的夹具插入到包含内部绝缘体的Quadrax接点内。最后一步涉及保护机身和采用标准六角卷曲工具的卷曲插芯之间的StarQuad电缆屏蔽。已完成的Quadrax终端组装如图3所示。

        Quadrax接点电缆屏蔽的附属装置提供了很多重要的益处，这包括了减轻电缆应变，以及将底板通过接头封装连接到接地屏蔽罩的保护。这是通过接触腔内的固定夹来实现的。然后，电流从屏蔽罩通过Quadrax机身、固定夹、金属插头以及接头封装流到底板。这些特性使得接头在严格的军事以太网规范下实现了预期的功能。

         军用级接触器的出现

        尽管，事实是Quadrax接点最初的起源是板载以太网机架和仪表板应用，随着时间的推移网络应用迁移到其他市场，这包括了民用和军用航空应用。这一市场迁移迫使Quadrax组件连接到其他标准化接头配置，例如的MIL-DTL-38999和ARINC 404等。

        而通常的Quadrax接触器一般包含独立的接点、绝缘体以及与绝缘体保留来自外壳的单独接点的封装组件，某些Quadrax接触器将绝缘体与接头外壳集成在一起，向外壳提供最大的电缆屏蔽。这种类型的接触器还可以提供在接触器Quadrax锁定上的直接电缆屏蔽接地。例如，ITT电子器件公司的38999 Quadrax接触器采用后者的设计，提供了军事环境所需要的必要的鲁棒性和可靠性。

        此外，在某些情况下，Quadrax接触器的电缆往往被终止，除非匹配接头是安装在一个盒子里。盒内是接头必须连接的设备，无论是通过电缆还是通过接头后面的印制电路板，然后需要将Quadrax焊接到板子上。

        备选的设计允许接点被取消和/或更换，而不必拆开整个盒子和所有焊点。这在野战维修和接点可修复方面提供了最大的便利条件。

       图4至6显示了采用8接头尺寸Quadrax接触器配置的不同标准的接头封装。 

        提供多样性的接触器

        可以获得MIL-DTL-38999、ARINC 600和404矩形接触器等很多接头的配置。这些配置分别列在表2、3和4中。所有插头配置都提供了电缆屏蔽到外壳的电焊接，并且MIL-DTL-38999插头是外壳不可分割的一部分。

        正如所示，在安装从满足标准化规定到灵活设计的以太网数据总线网络应用时，Quadrax接触器的设计为设计工程师提供了很多好处。Quadrax接触器提供了业界标准的ARINC 600接口，安装到插头/结头上的电缆屏蔽的瞬间焊接，以及MIL-DTL-38999接头防止由于耦合时扭转载荷所造成的绝缘体开裂。

        同样的Quadrax接点可用于多种接触器类型，这包括ARINC 600、ARINC 404和MIL-DTL-38999。此外，具有卷曲终端的后可插入、后可拆卸Quadrax，以及具有PWB终端设计的前可插入、前可拆卸Quadrax提供了易维护性和可修复性。此外，在各种接触器设计中能够使用相同Quadrax接点，以及同样的接触器能容纳具有PWB终端引脚或插口的Quadrax，同时降低了库存和生产成本，但增加了简洁性和易用性。

        必须研发满足日益增加的高性能、易用性、终端要求、可靠性以及可用性等市场需求的接触器，从而满足制造商和应用的要求。根据焊料和接点的卷曲形式、形状、大小和外壳设计，接触器设计的广泛形式和灵活性允许Quadrax被设计为满足以太网功能不断发展的应用。