使用单对以太网 (SPE) 解决方案推进飞机连接

以太网物理 (PHY) 层在从办公室到汽车再到飞机的过程中发生了显著的变化。初始电气和电子工程师协会 (IEEE) 802.3 标准（也称为 10BASE5）于 1983 年首次发布，采用了绰号为“粗缆网”的 PHY 层，因为其庞大的电缆尺寸支持 10 Mbs 传输。随后的发展产生了使用两对 10BASE-T 标准（于 1990 年发布为 IEEE 802.3i）非屏蔽绞线的较细电缆。

10BASE-T 的后续版本（100BASE-TX (100 Mbs)、1000BASE-T (1 Gbs) 和 10GBASE-T (10 Gbs)）仍包含四个非屏蔽绞线对 (UTP)。电缆设计从 3 类（用于电话布线和 10BASE-T 以太网的语音级 UTP 电缆）发展到 6 类（使用四对导线）及以上。为了满足汽车和飞机的需求，工程师们不断缩小以太网 PHY 层。

2011 年，Broadcom Corporation 发布了其 BroadR-Reach 标准，允许汽车制造商在基于 100 Mb/s 以太网的开放可扩展网络协议的基础上实现标准化。目标是容纳多个电子系统，例如用于后视摄像头和信息娱乐设备的高级驾驶辅助系统 (ADAS)。BroadR-Reach 链路通过电缆长度达 15 米（49 英尺）的单根绞合线对以 100 Mbs 的数据速率提供双向（全双工）操作。商用级以太网电缆有四到八根导线，而这种双线设计降低了连接成本并将电缆重量减少了近一半。

BroadR-Reach 技术的发展使得 OPEN Alliance 工作小组（一个主要由汽车行业和技术提供商组成的非营利性开放行业联盟）将 100BASE-T1 定义为“汽车以太网”标准。（Broadcom 是开发 100BASE-T1 的 OPEN Alliance 推广成员；TE 是采用成员。）

TE 在一系列专为汽车以太网开发的产品中实施了 100BASE-T1。BroadR-Reach 和 100BASE-T1 标准之间的唯一区别是链路两端用于传输数据的 PHY 芯片类型。100BASE-T1 规范于 2015 年作为 IEEE 802.3bw 发布，还支持通过单根平衡绞合线对电缆进行 100 Mbs 操作。

将汽车以太网应用于飞机的优势显而易见。100BASE-T1 标准定义了一种强大的互连技术，适用于温度变化和存在振动的严苛操作环境。它支持经济高效的车载网络连接和适用于中等数据量和低延迟的分布式网络架构。它还可以扩展到 1000BASE-T1 规范的 1 Gbps 性能，未来有可能使用替代技术实现 5 Gbps。

作为稳健性的进一步证明，100BASE-T1 标准是定位为工业物联网 (IIoT) 平台的几个 IEEE 802.3 SPE 标准之一。开发旨在通过双线电缆同时提供数据（以太网）和远程电源（数据线供电），从而实现工业 4.0 连接。

鉴于技术势头，将 100BASE-T1 的优势从汽车转移到飞机上是很简单的。因此，最近由客舱系统小组委员会 (CSS) 制定的 ARINC 854 客舱设备网络总线规范引用了 100BASE-T1 标准。CSS 由航空电子工程委员会 (AEEC) 组织，该委员会本身在 ARINC 行业活动（ARINC IA）下运营，ARINC 行业活动是 SAE 行业技术联盟 (SAE ITC) 的一个项目。

作为 CSS 的成员，TE 开发了一系列 100BASE-T1 产品，以满足 ARINC 854 规范。成果是 Mini-ETH 互连系统 - 一种端到端、点对点的 SPE 解决方案，具有显著的 SWaP 和性能优势，适用于喷气式客机和轻型飞机的网络。

开发 MATEnet 汽车互连以及一系列符合 ARINC 标准的飞机互连的 TE 专业知识同样体现在 Mini-ETH 技术中。成果是 SPE 平台，该平台使飞机能够更智能、更轻便地飞行。

Mini-ETH 互连在客舱设备网络总线的 ARINC 854 规范中进行了描述。兼容连接器和电缆分别在 ARINC 第二部分和第三部分规范中进行了描述。

Mini-ETH 互连解决方案可降低下一代飞机网络架构中的 SWaP，而不会影响信号完整性或网络可靠性。它符合电气布线互连系统 (EWIS) 标准，并具有显著的 SWaP、性能和实施优势。

Mini-ETH 互连解决方案对飞机重量减轻有多大贡献？让我们看一下前面关于布线重量的示例，并重点关注宽体商用喷气式飞机中布线的以太网部分。如果采用 Mini-ETH 电缆/连接器解决方案，将减少以太网布线重量 50%，从而减少负载 50 千克（110 磅）。如果消除那么多的重量，那么每架飞机每年的燃料成本将减少 3,185 美元⁷。将来，如果航空电子设计转向目前讨论的分布式和模块化方法，那么 Mini-ETH 互连解决方案也将支持这些开发的成本节省。

MiniETH 技术具有的以下优势适用于当今的客舱网络设计：

• 连接器重量和性能：Mini-ETH 连接器的设计基于 TE 的 DEUTSCH 369  系列连接器的成功，这是一系列符合 EWIS 标准的矩形连接器，可在小空间范围内提供强大的解决方案。369 系列连接器设计本身基于 TE 的  DEUTSCH DMC-M 系列连接器，这是近三十年来在航空航天应用中使用的经典模块化座舱和航空电子设备设计。除了紧凑性之外，369 系列连接器设计还提供内部锁扣和符合人体工程学的按钮功能，可减少安装时间并减少安装过程中对连接器和飞机的损坏。该设计还提供了额外的安全功能，为飞机系统提供额外的保护层。与典型的 D-sub 连接器相比，Mini-ETH 连接器减轻了多达 41% 的重量。每架飞机可以减轻多达 20 千克（44 磅）或更多的重量，具体取决于网络和其他飞机应用的配置和要求。
• 电缆重量和尺寸：  与常用于 100 Mbs 以太网的 4 线四轴电缆或用于常见 5e 类和 6a 类电缆具有八根 24 AWG 导线的八通道电缆相比，双线 Mini-ETH 电缆的重量减轻了 73%（图 1）。具有 26 AWG 导线的 Mini-ETH 电缆尺寸更小，可提高空间利用率。例如，从具有四根 24 AWG 导线的四轴电缆切换到具有两根 26 AWG 导线的 Mini-ETH 电缆，可将电缆的直径缩小约 15%。Mini-ETH 电缆的护套结构基于 TE 在瑞侃精密挤压高温泡沫绝缘介质方面的长期经验。护套材料低烟，符合 FAR 第 25 部分的阻燃要求，以及主要飞机制造商的毒性要求。Mini-ETH 布线在 ARINC 800 第 3 部分电缆规范中进行了描述。根据对 ARINC 标准进一步发展的预测，Mini-ETH 电缆也为未来高达 1,000 Mbs 的操作做好了准备。 
• 链路长度：Mini-ETH 链路经过认证，可在 15 米（49 英尺）长度支持 100 Mbs 操作。未来将支持 40 米（131 英尺）的长度和高达 1,000 Mbs 的速度。 
• 强大的端子和轻质外壳：Mini-ETH 连接器采用标准 Mil-Spec AS39029 端子，这是一种适用于严苛环境的高性能设计。这些小型化端子具有可靠的抗振动性能。连接器外壳由坚固的材料制成，强度与钢相似，但重量减轻了 40%。复合材料和加工端子的组合支持在 -55 °C (131 °F) 至高达 175 °C (347 °F) 的温度下工作，适用于机舱环境。