高密度、高可靠的射频连接，这里有一个好方案！-电子发烧友网

对于嵌入式开发者来讲，对产品设计小型化的追求似乎是永无止境的。这种追求带来了两个直接的挑战：一是如何在有限的空间内“堆料”，满足不断增加的功能性要求；二是如何实现高密度、高可靠的互连，以满足系统连接性和扩展性的需求。

利用背板互连来实现嵌入式设备之间的连接和扩展，是目前业界普遍采用的主流技术方案，为此创建一套标准化体系，方便不同厂商之间的组件互连和互操作，增加设计的灵活性，也就成了刚需。

VPX标准就是在这样的背景下诞生的。VPX是VITA（VME International Trade Association, VME国际贸易协会）组织2007年推出的新一代高速串行总线标准，它脱胎于广泛应用的VME总线，继承了VME开放性的架构，并在多个方面进行了升级，诸如：

扩展的带宽：VPX总线引入了业界知名串行总线技术，如RapidIO、PCI-Express和以太网等，可以支持更高的背板带宽，满足更大数据吞吐量的需求。
支持高性能计算：其采用交换式结构替代VME的主控式结构，使得系统整体性能摆脱了主控板的限制，而且在交换式结构下，处理器可以在任意时间发送数据，而不需要等待总线，因此特别适合多处理器系统。
优化的电源与散热：VPX总线提升了电源供电能力，在5V、12V和48V下分别可提供高达115W、384W和768W的功率，使得VPX子卡可以集成更多的模块，与VME总线相比这是一个显著的进步。与此同时，面对功率提升后的散热问题，VPX总线提供了空气散热、金属传导散热和液体散热三种散热方式，也可以很好地有效应对。

在VPX标准后续的发展中，又根据应用的需求做了多次升级，其中比较关键的升级包括两次：一是VITA 46（即VPX-REDI），其在散热和结构加固等方面做了新的定义，以满足军事和航空航天等领域更为严苛的应用环境要求；二是VITA 65，也就是常被提及的OpenVPX，其在VPX规范基础上重新定义了系统兼容框架，是一个系统级标准，主要作用是解决不同厂商设计兼容性的问题。

凭借不断优化的性能，以及开放的架构，VPX总线的应用日趋广泛，从开始的国防工业扩展到工控及其他领域，其兼容性的产品越来越多，生态日趋完善。在此基础之上，VPX也在根据新的需求，持续进行标准的迭代和升级。

创建标准的同轴背板连接

随着应用的发展，嵌入式系统中一个新的需求也逐渐显现出来，那就是：随着数字处理速度的提高，很多应用中数据转换需要在更靠近天线的地方实现，以满足小型化和轻量化的设计要求，这就需要考虑将同轴传输的射频（RF）信号连接加入到背板中。而此前，同轴传输的射频、视频和其他模拟信号，大都是通过前面板连接器或者是定制的同轴背板进行互连的。如果能够在VPX标准架构基础上定义一个标准化的同轴背板连接解决方案，显然是一个更佳的技术路径。

这样的需求，催生了VITA 67标准。VITA 67标准使用同轴接口连接器代替VITA 46 P2至P6位置的差分数字连接器，提供了一种用VPX背板和插件模块实现盲配同轴互连的结构，其为系统设计带来的价值显而易见。

首先，VITA 67标准支持VPX嵌入式计算架构，使得射频信号的连接与其他信号和数据传输公用一个背板，且满足相关VITA标准在振动、环境和耐腐蚀等方面的要求，特别适用于航空航天和国防等高可靠性、高密度的嵌入式应用。

其次，VITA 67带来的同轴背板连接的标准化，使得操作人员安装、维修和升级系统变得更简单，且不同厂商之间的VITA 67插件连接器模块也可互换使用，这无疑会大大增加设计的灵活性和系统的扩展性。

图1：VITA 67背板和插件模块

（图源：Amphenol / SV Microwave）

VITA 67基本标准定义了一个支持VPX架构的框架，在此基础上又逐渐迭代出了不同的“子标准”。VITA 67.1定义了兼容3U VPX的连接器模块，包含4个SMPM连接器触点；VITA 67.2 标准则定义了与6U VPX兼容的连接器模块，包含8个SMPM触点。

图2：VITA 67.1和VITA 67.2背板和插件模块

（图源：Amphenol / SV Microwave）

目前，VITA 67已经迎来了新的VITA 67.3版本，其在继承前期版本优势特性的基础上，又在以下几个方面进行了进一步的优化：

提升了设计灵活度

根据VITA 67.1和VITA 67.2的定义，浮动触点是在插件模块侧，仅允许在插件模块的触点上进行电缆端接，而VITA 67.3则将浮动触点移动到了背板侧，这就为插件模块设计者带来更大的自由度，可以让插件模块直接与PCB相连而无需使用射频电缆组件，也有利于减少物理空间的占用。

图3：VITA 67.3插件模块无需射频电缆组件直接连接PCB（图源：Amphenol / SV Microwave）

扩展了端口配置

VITA 67.3不像VITA 67.1和VITA 67.2那样定义固定的端接位置，因此VITA 67.3背板模块可利用完整的1.00”插槽间距进行灵活的设计，增加连接位数，提高空间利用率。具体来讲，VITA 67.1和VITA 67.2模块的触点位置是固定的2 x 2和2 x 4阵列（如图2），而VITA 67.3则可以灵活地定义触点的数量和位置，设计出多样性的端口配置产品。

图4：不同端口配置的VITA 67.3模块

（图源：Amphenol / SV Microwave）

增加了连接密度

为了进一步增加连接密度，VITA 67.3采用了VITA 66（光学模块）标准中的对准功能，也就是在背板上的浮动插件与触点接合之前，就预先实现RF触点阵列的对齐，这种精确对准功能一方面有利于盲插操作，提升连接的可靠性；另一方面也有利于进一步降低触点的外形尺寸，采用更小型化的射频连接器（如SPMS），实现更高密度的连接。

图5：19端口VITA 67.3 SMPS背板连接器模块

（图源：Amphenol / SV Microwave）

特别值得一提的是，VITA 67.3所定义的高密度同轴背板连接，还可以再向前走一步，与其他连接器一起构成高密度的混合连接方案。比如VITA 66.5中就定义了一种新的方案，通过在同一连接器模块中组合射频和光链路，来实现混合的射频/光模块的高密度连接。

图6：VITA 66.5射频/光模块混合连接模块

（图源：Amphenol / SV Microwave）

综上所述，VITA 67.3标准定义了一种在VPX体系结构中实现高密度、高可靠射频连接的架构，而且已经根据既有以及未来的需求，迭代或衍生出了不同的版本，为嵌入式开发者在设计中整合射频功能，应对复杂性和可扩展性挑战提供了极佳的解决方案。

构建完整VITA 67.3连接器系统

了解了VITA 67.3标准为我们带来的好处，下一步就是要精心选好料，为构建高性能的同轴背板连接奠定基础。

在构建VITA 67.3互连解决方案方面，Amphenol / SV Microwave可以提供丰富的产品组合，包括VITA 67.1、VITA 67.2和67.3射频连接器、触点和线缆组件，它们还可以与其他VITA标准（如 VITA 46和VITA 66）产品并行使用，以实现一个完整的高密度背板连接系统。

图7：VITA 67.3方案

（图源：Amphenol / SV Microwave）

Amphenol / SV Microwave的VITA 67.3同轴连接器模块包括SMPM（脚距小至0.228"）和SMPS（脚距小至0.155"）系列两种触点版本，半宽、全宽等外形尺寸，可容纳多达19个浮动同轴 (SMPS) 触点，实现出色的射频性能。

VITA 67.3同轴射频连接器采用独特的固定机制，简化了组装/拆卸工作；重叠主体结构，可减少串扰；盲插和简化的电缆布线缩短了MTTR（平均修复时间）；这些接口连接器还可与其他VITA连接器标准并排实施，并达到或超过VITA 67环境测试标准，非常适合于航空航天、国防、航空电子、通信和雷达系统等高可靠性、高密度应用。

图8：VITA 67.3同轴连接器模块

（图源：Amphenol / SV Microwave）

与VITA 67连接器模块相配套，Amphenol / SV Microwave还提供VITA 67同轴连接器触点，涵盖VITA 67.1、67.2和67.3不同的规格，容易组装/拆卸，可确保在各种配接条件下实现出色的射频性能。这些触点还可与VITA 46硬件并行实施，赋能更灵活的背板互连设计。

图9：VITA 67同轴连接器触点

（图源：Amphenol / SV Microwave）

同时，Amphenol/SV Microwave的VITA 67高密度、高性能射频电缆组件，提供直流至65GHz射频性能，以及推入和卡接插配型号，可用于PCB与VITA 67模块的连接，方便地实现背板和子插件板的互连，且可容纳径向和轴向错位，实现更密集的封装。

图10：VITA 67射频电缆组件

（图源：Amphenol / SV Microwave）

当然，在Amphenol / SV Microwave的VITA 67解决方案中，也少不了相应的装配工具。Amphenol / SV Microwave为VITA 67互连提供了全套简单易用的安装和拆卸工具，适用于VITA 67.1/.2/.3触点和电缆组件，可简化和标准化安装过程，提高整体操作效率。

图11：VITA安装和拆卸工具

（图源：Amphenol / SV Microwave）

除了VITA 67相关的产品，跟随着VITA标准的迭代，Amphenol / SV Microwave还推出了SMPM和SMPS VITA 66.5插入式混合模块，其包括14或19端口射频和3端口MT光纤链路，采用卡入式安装类型，直向和推入式配接，具有钝化表面处理。这些VITA 66.5混合模块具有50Ω的阻抗、高达100GHz的频率，以及高达325VRMS 的介电耐压，工作温度范围为-65°C至+165°C，符合MIL-STD-202机械和环境标准，是高密度混合连接的一个典范。