Conectividade de alto desempenho para UAVs de última geração

Mesmo que a conectividade baseada em cobre de alta taxa de dados esteja evoluindo, a transmissão de fibra óptica está encontrando um uso maior. Criar arquiteturas independentes de localização significa que diferentes subsistemas não devem ser limitados por distâncias de cabeamento. As fibras ópticas têm as vantagens conhecidas de longas distâncias de transmissão independentes da taxa de dados, imunidade de ruído e tamanho pequeno/peso leve. À medida que os UAVs passam de modelos centrados na plataforma para modelos centrados em rede – aqueles que compartilham informações de sensores e cargas úteis com estações de controle de solo, satélites e terminais remotos – o processamento computacional intenso é necessário tanto para separar o trigo do joio quanto para comprimir os dados. O VPX é uma plataforma líder para atender a essas necessidades, pois oferece aos usuários modularidade, escalabilidade e suporte para conectividade óptica e RF em nível de placa.

Para evitar gargalos de desempenho, as conexões de E/S precisam acompanhar o ritmo dos processadores para que os dados se movam de forma rápida e eficiente. Os sistemas estão começando a usar gigabit e até mesmo 10 gigabits Ethernet para criar redes integradas que conectam sensores, processadores e comunicações. Economizar espaço e peso são os principais requisitos de design para UAVs. Em particular, a economia de peso é importante para permitir que os UAVs permaneçam na estação por longo tempo e para transportar cargas mais pesadas. Economia medida em onças no nível de componente produz libras no nível do sistema. A combinação de velocidades mais altas e demandas por tamanho e peso reduzidos significa que os conectores militares tradicionais, como o onipresente conector circular MIL-DTL-38999, são muitas vezes muito grandes e não são adequados para sistemas de alta velocidade. Por essas razões, os designers buscam soluções alternativas; qualquer solução escolhida deve ser robusta e resistente o suficiente para suportar o choque e vibrações, extremos de temperatura e outros riscos mecânicos e ambientais que vêm com a implantação em um UAV.

À medida que as velocidades de E/S aumentam, questões de integridade de sinal e orçamento de energia criam novos desafios. Simplificando, os sinais de alta velocidade são mais difíceis de gerenciar do que os sinais de baixa velocidade. Quando mais alta for a velocidade de interconexão, mais difícil será gerenciar a perda de retorno, perda de inserção, diafonia e fatores semelhantes que podem degradar os sinais. Enquanto um sistema de cabeamento ideal não teria conexões intermediárias entre as caixas, a necessidade do mundo real de quebras de produção e modularidade requer conectores no caminho. Um conector mal projetado aparecerá como uma descontinuidade de impedância significativa. O impacto da descontinuidade é dependente de frequência – perda de retorno e aumento de interferência com frequência – o que significa que os conectores de E/S de alta velocidade devem ser projetados com mais cuidado. A atenuação no cabo e a perda de inserção no conector também são dependentes de frequência, tornando os orçamentos de energia mais desafiadores em altas velocidades. Os problemas de tamanho, peso e potência (SWaP) permanecem mais importantes no fornecimento de vigilância persistente, uma melhor relação combustível-peso e o potencial para UAVs menores. Embora conectores menores e mais leves ajudem a cumprir as metas do SWaP, a miniaturização não pode ser simplesmente realizada em detrimento da integridade do sinal ou resistência robusta. Os conectores de nanominiatura e microminiatura já existem, mas esses conectores legados não foram projetados para sinais de alta velocidade.

A lacuna na conectividade de cobre rápido pode ser parcialmente coberta com alguns conectores capazes de desempenho de 10 Gb/s. Um conector que mantém a continuidade da blindagem através do conector pode ser concatenado várias vezes sem degradar o desempenho. Estes conectores oferecem reparabilidade de campo, suportando um único canal Ethernet de 10 G em uma concha tamanho 11 ou quatro canais em uma concha tamanho 25. Um conector menor de oito posições em uma concha tamanho 8 usa um padrão de contato em forma de T para oferecer cancelamento de ruído e dissociação para minimizar a interferência e aumentar a integridade do sinal. Neste conector tamanho 8, o backshell é integrado ao corpo plugue para ostentar um perfil baixo, fornecer alívio de tensão de baixo peso e fornecer proteção eletromagnética (EMI). Os nanoconectores usam o mesmo padrão de contato em forma de T que os conectores tamanho 8, mas em um tamanho de nanominiatura, já que os plugues têm apenas 0,3 polegadas de diâmetro. (Veja a Figura 1).

Mesmo que a conectividade baseada em cobre de alta taxa de dados esteja evoluindo, a transmissão de fibra óptica está encontrando um uso maior. Criar arquiteturas independentes de localização significa que diferentes subsistemas não devem ser limitados por distâncias de cabeamento. As fibras ópticas proporcionam vantagens bem conhecidas de longas distâncias de transmissão independentes da taxa de dados, imunidade sonora e tamanho pequeno/peso leve. Embora existam muitos conectores de fibra óptica disponíveis, as duas principais categorias de contatos ópticos são contato físico (PC) e feixe expandido (EB). Terminais de contato físico, normalmente usando uma virola de fibra simples de cerâmica, obtêm baixa perda tendo os terminais tocando-se fisicamente. Os conectores EB, por outro lado, dependem de lentes esféricas para expandir e, em seguida, focar novamente a luz através da interface. A interface EB sem contato oferece alta durabilidade do ciclo de acoplamento e fácil limpeza, enquanto a interface do contato físico proporciona a menor perda. Uma virola MT, com capacidade de 12 ou 24 fibras, permite embalagens de fibras de alta densidade. As virolas MT estão disponíveis nas versões de contato físico e EB.
Para conectividade de fibra, os conectores no estilo 38999 permanecem populares em aplicações UAV. A TE introduziu recentemente o conector MC801, que combina os terminais ARINC 801 e uma concha estilo 38999 (Figura 2). Os terminais ARINC sem gênero são considerados mais fáceis de usar, limpar e manter do que a configuração de pino e soquete de contatos de estilo militar com contato físico. A ARINC 845, que abrange tecnologias de feixe expandidas, selecionou recentemente os terminais PRO BEAM EB16 da TE como o padrão do setor ARINC 845 para aplicações ópticas robustas dentro de aplicações de aviação comercial.

Com sensores mais sofisticados, silício cada vez mais rápido e mais capaz, e arquiteturas e softwares de computador mais sofisticados, um futuro claro para sistemas UAV é mais largura de banda. Os backbones de rede já estão migrando de 1 Gb/s Ethernet para 10 Gb/s, com 40 e 100 Gb/s aguardando nos bastidores. Simplificar projetos com o objetivo de um conjunto de hardware comum também está ganhando terreno. Por exemplo, projetar interconexões para serem compatíveis com uma gama de impedâncias de camada física – como Fibre Channel, IEEE 1394, eSATA e afins – pode simplificar não só o design do sistema, mas também pode reduzir o número e os tipos de cabos e conectores que devem ser estocados. A compatibilidade aprimorada melhorará a ideia de modularidade e conectividade fácil plug-and-play. Enquanto os designers, no final, procurarão sistemas e componentes padronizados de alto desempenho, eles ainda têm escolhas quando se trata de alternativas baseadas em desempenho. O sistema baseado em desempenho de hoje pode muito bem se tornar o novo padrão de amanhã.