Conectividad de alto rendimiento para UAV de próxima generación

A pesar de que la conectividad basada en cobre de alta velocidad de datos está evolucionando, la transmisión de fibra óptica está encontrando un mayor uso. La creación de arquitecturas independientes de la ubicación significa que los diferentes subsistemas no deben verse limitados por las distancias de cableado. Las fibras ópticas tienen las ventajas bien conocidas de largas distancias de transmisión independientes de la velocidad de datos, la inmunidad al ruido y el tamaño pequeño/peso ligero. A medida que los UAV pasan de modelos centrados en la plataforma a modelos centrados en la red, que comparten información de sensores y carga útil con estaciones de control terrestre, satélites y terminales remotas, se requiere un procesamiento computacional intensivo tanto para separar el trigo de la paja como para comprimir los datos. VPX es una plataforma líder para satisfacer estas necesidades, ya que brinda a los usuarios modularidad, escalabilidad y soporte para conectividad óptica y de RF en el nivel de placa.

Para evitar cuellos de botella en el rendimiento, las conexiones de E/S deben seguir el ritmo de los procesadores para que los datos se muevan de forma rápida y eficiente. Los sistemas están empezando a utilizar gigabit e incluso 10 gigabit Ethernet para crear redes integradas que conectan sensores, procesadores y comunicaciones. El ahorro de espacio y peso son requisitos de diseño clave para los UAV. En particular, el ahorro de peso es importante para permitir que los UAV merodeen en la estación durante largos períodos y transporten cargas útiles más pesadas. Los ahorros medidos en onzas en el nivel de componente producen libras en el nivel del sistema. La combinación de velocidades más altas y demandas de tamaño y peso reducidos significa que los conectores militares tradicionales, como el omnipresente conector circular MIL-DTL-38999, a menudo son demasiado grandes y no son adecuados para sistemas de alta velocidad. Por estas razones, los diseñadores están buscando soluciones alternativas; cualquiera que sea la solución elegida, debe ser lo suficientemente sólida y resistente como para soportar los golpes y las vibraciones, las temperaturas extremas y otros peligros mecánicos y ambientales que conlleva el despliegue en un UAV.

A medida que aumentan las velocidades de E/S, los problemas de integridad de la señal y el presupuesto de energía crean nuevos desafíos. En pocas palabras, las señales de alta velocidad son más difíciles de manejar que las señales de baja velocidad. Cuanto mayor sea la velocidad de interconexión, más difícil será gestionar la pérdida de retorno, la pérdida de inserción, la diafonía y factores similares que pueden degradar las señales. Si bien un sistema de cableado ideal no tendría conexiones intermedias entre cajas, la necesidad real de interrupciones de producción y modularidad requiere conectores en la ruta. Un conector mal diseñado aparecerá como una discontinuidad de impedancia significativa. El impacto de la discontinuidad es la pérdida de retorno dependiente de la frecuencia y el aumento de la diafonía con la frecuencia, lo que significa que los conectores de E/S de alta velocidad deben diseñarse con más cuidado. La atenuación en el cable y la pérdida de inserción en el conector también dependen de la frecuencia, lo que hace que los presupuestos de energía sean más difíciles a altas velocidades. Los problemas de tamaño, peso y potencia (SWaP) siguen siendo los más importantes para proporcionar una vigilancia persistente, una mejor relación combustible-peso y el potencial de UAV más pequeños. Si bien los conectores más pequeños y ligeros ayudan a cumplir los objetivos de SWaP, la miniaturización no se puede lograr simplemente a expensas de la integridad de la señal o la resistencia sólida. Los conectores en nanominiatura y microminiatura ya existen, pero estos conectores heredados no fueron diseñados para señales de alta velocidad.

La brecha en la conectividad rápida de cobre se puede cerrar parcialmente con algunos conectores capaces de un rendimiento de 10 Gb/s. Un conector que mantiene la continuidad del blindaje a través del conector se puede concatenar varias veces sin degradar el rendimiento. Estos conectores ofrecen capacidad de reparación en campo y admiten un solo canal Ethernet de 10 G en una carcasa de tamaño 11 o cuatro canales en una carcasa de tamaño 25. Un conector más pequeño de ocho posiciones en una carcasa de tamaño 8 utiliza un patrón de contacto en forma de T para proporcionar cancelación y desacoplamiento de ruido para minimizar la diafonía y aumentar la integridad de la señal. En este conector de tamaño 8, la carcasa posterior está integrada en el cuerpo del enchufe para lucir un perfil bajo, proporcionar protección contra la tensión de bajo peso y proporcionar protección electromagnética (EMI). Los nanoconectores utilizan el mismo patrón de contacto en forma de T que los conectores de tamaño 8, pero en un tamaño nanominiatura, ya que los enchufes tienen solo 0.3 pulgadas de diámetro. (Ver Figura 1).

A pesar de que la conectividad basada en cobre de alta velocidad de datos está evolucionando, la transmisión de fibra óptica está encontrando un mayor uso. La creación de arquitecturas independientes de la ubicación significa que los diferentes subsistemas no deben verse limitados por las distancias de cableado. Las fibras ópticas tienen las ventajas conocidas de largas distancias de transmisión independientes de la velocidad de datos, la inmunidad al ruido y el tamaño pequeño/peso ligero. Si bien hay muchos conectores de fibra óptica disponibles, las dos categorías principales de contactos ópticos son el contacto físico (PC) y el haz expandido (EB). Los terminales de PC, que generalmente usan ferrules de cerámica de una sola fibra, logran una pérdida mínima al tocar físicamente los terminales. Los conectores EB, por otro lado, dependen de lentes de bola para expandir y luego reenfocar la luz a través de la interfaz. La interfaz EB sin contacto ofrece una alta durabilidad del ciclo de acoplamiento y una fácil limpieza, mientras que la interfaz de PC proporciona la menor pérdida. Los ferrules MT, con una capacidad de 12 o 24 fibras, permiten un envasado de fibra de muy alta densidad. Los ferrules MT están disponibles en versiones PC y EB.
Para la conectividad de fibra, los conectores de estilo 38999 siguen siendo populares en aplicaciones UAV. TE presentó recientemente el conector MC801, que combina terminales ARINC 801 y una carcasa estilo 38999 (Figura 2). Los terminales ARINC sin género se consideran más fáciles de usar, limpiar y mantener que la configuración de pin y enchufe de los contactos de estilo militar de PC. ARINC 845, que cubre tecnologías de haz expandido, seleccionó recientemente los terminales PRO BEAM EB16 de TE como la norma de la industria ARINC 845 para aplicaciones ópticas sólidas dentro de aplicaciones de aviación comercial.

Con sensores más sofisticados, silicio cada vez más rápido y más capaz, y arquitecturas informáticas y software más sofisticados, un futuro claro para los sistemas UAV es más ancho de banda. Las redes troncales ya están migrando de Ethernet de 1 Gb/s a 10 Gb/s, con 40 y 100 Gb/s esperando entre bastidores. La racionalización de los diseños con el objetivo de un conjunto de hardware común también está ganando terreno. Por ejemplo, diseñar interconexiones para que sean compatibles con una gama de impedancias de capa física, como Fibre Channel, IEEE 1394, eSATA y similares, no solo puede simplificar el diseño del sistema, sino que también puede reducir el número y los tipos de cables y conectores que deben almacenarse. La compatibilidad mejorada mejorará la idea de modularidad y fácil conectividad de enchufar y usar. Si bien los diseñadores, al final, buscarán sistemas y componentes estandarizados de alto rendimiento, todavía tienen opciones cuando se trata de alternativas basadas en el rendimiento. El sistema actual basado en el rendimiento bien puede convertirse en el nuevo estándar del mañana.