这种通信架构能够实现计算机内部,或在某些情况下不同系统、组件和应用程序之间的数据顺畅交换。

数据总线是CPU、内存和外设之间用于传输数据的连接集合,也是决定计算机处理能力的主要因素之一。它由硬件(如电线、光纤和总线插槽)以及软件(包括通信协议)组成。共享的物理通道——数据总线,通常由电路板上的导线或走线构成,允许多个设备进行通信。与通过交换机路由带地址数据包的网络不同,总线采用仲裁协议来管理哪个设备可以在共享通道上发送数据。

Axon Cable设计并制造符合MIL-STD-1553标准的数据传输系统组件,这些组件具有高数据安全性、优异的信号完整性、电磁干扰防护性能,并且能够实现轻量化和空间节省,同时支持对连接至总线的所有设备进行快速诊断。Axon的数据总线产品包括22、24和26 AWG屏蔽双绞线电缆,其标称阻抗为77Ω。它们可以与多种类型的耦合器连接,例如直通式耦合器、压接式耦合器、机架式耦合器、继电器式耦合器、可拆卸式耦合器以及各类附件。

### 起源与发展

在最早的计算机中,CPU、内存和外设之间的数据传输采用手工连接的点对点方式;但随着系统日益复杂,工程师们更倾向于使用一种共享的标准化通道——总线——而非为每对设备定制专用连线。最早且最具影响力的通用总线之一是DEC公司的Unibus,它由戈登·贝尔与卡内基梅隆大学的学生哈罗德·麦克法兰于1969年前后为PDP-11系列计算机开发。随着系统的不断发展,DEC(数字设备公司)还推出了Q总线(一种面向小型系统的低成本多路复用型总线)、Fastbus(用于高性能系统)以及Massbus(一种专用于VAX和后期PDP-11机型的I/O专用总线)。

S-100总线(又称Altair总线)是MITS公司在20世纪70年代中期微型计算机时代开发的一种早期计算机总线。有趣的事实:设计师埃德·罗伯茨在产品发布时缺少一些硬件,因此他在主板上预留了空插槽,以便日后添加这些缺失的组件。开放式设计使外部公司能够开发兼容的扩展卡。S-100总线后来被标准化为IEEE 696-1983标准,但此后已不再使用。

从20世纪70年代到90年代,由于微处理器的出现以及通用集成电路的普及,共享标准取代了专有的布线设计。现代数据总线既包括连接CPU与内存的系统总线/内部总线,也包括外设总线/扩展总线。这些标准在很大程度上是由英特尔、摩托罗拉、齐格勒、德州仪器和仙童等微处理器/集成电路制造商开发的,他们的芯片在整个行业中确立了总线信号标准。

在现代总线发展史上,最具里程碑意义的变革之一,莫过于在21世纪初至中期,从并行宽总线(如ISA、早期PCI、并行SCSI)向高速串行总线(如PCIe、SATA、USB)的转变。自那时起,高速串行数据总线的演进主要聚焦于信号完整性、协议融合以及架构规模。随着基于铜线的信号传输接近其物理极限,业界逐渐从简单的二进制NRZ(非归零)电压编码转向更先进的调制技术、统一的软件架构,以及光通信等替代性物理传输介质。

### **设计亮点**

实物/电子产品通常用于构成数据总线的组件包括:

* 导电走线或导线——印制电路板(PCB)上蚀刻的铜质走线,或用于外部总线的独立导线/扁平电缆。 * 背板——一种带有多个并联连接的相同连接器插槽的无源印刷电路板,电路卡可插入其中。 * 电缆组件和连接器——用于在板外实现的总线(例如,SCSI扁平电缆、SATA电缆、USB电缆)。 * 总线控制器/仲裁芯片——用于管理在某一时刻由哪个设备进行传输的逻辑电路。 * 收发器/驱动器集成电路——用于将信号发送到总线上并从中读取信号的芯片(由于共享的电气线路需要精细的电压和阻抗管理,因此必不可少)。 * 总线中继器——用于将总线扩展至多个网段。

金氏连接解决方案提供的MIL-STD-1553B电缆插孔

### 市场与应用

汽车与交通运输行业目前是最大的市场之一,这主要得益于当今车辆中大量配备的电子控制单元及其所承担的众多功能,例如发动机控制、高级驾驶辅助系统(ADAS)、防抱死制动系统(ABS)、安全气囊、电动助力转向,以及电动汽车电池管理等。

航空航天与国防(航空电子)——MIL-STD-1553是由美国国防部制定的一种军用总线,广泛应用于多种军用和民用运输机、航天器及地面车辆。ARINC-429是商用航空领域的对应标准。

工业自动化——在该市场中被称为现场总线,它们通过Modbus(尤其值得注意的是,该协议免费开放且应用极为广泛)、PROFIBUS、DeviceNet、CANopen以及各类工业以太网协议(如EtherCAT、PROFINET、EtherNet/IP),将可编程逻辑控制器(PLC)、驱动器、传感器和阀门等设备连接起来,应用于过程工业(石油与天然气、化工、发电)、离散制造生产线以及楼宇自动化等领域。如BACnet或LON(用于楼宇自动化)。

其他市场的众多应用场景也广泛采用数据总线,包括农业机械、电梯与自动扶梯、医疗仪器、船舶与海事系统、机器人技术、照明控制、3D打印机,甚至模型铁路。

菲尼克斯电气用于2区的多通道现场总线耦合器

### 供应商

许多连接器供应商均提供数据总线相关产品,其中包括Axon Cable、安费诺航空航天、AMETEK、Cinch Connectivity Solutions、Lumberg、菲尼克斯电气、Radiall、罗森伯格、TE Connectivity、WAGO以及魏德米勒。

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