Board-to-board-kontaktdon inom medicinteknik
Rätt kontakter inom medicinteknik
Inom medicintekniken (medicinteknik) kommer nätverksanslutna MedTech-enheter med allt fler smarta sensorer att dominera scenen. Stränga regler och högsta möjliga felsäkerhet anger den väg som de använda produkterna och komponenterna måste följa. Miniatyrisering, datahastighet och elektromagnetisk strålning är uttryckligen de krav som Board-to-Board-kontaktdon måste uppfylla. För hårdvaruutvecklaren är detta kriterier som i hög grad präglar enhetsdesignen.
Idag måste patienterna fortfarande anpassa sig till hälso- och sjukvårdssystemets strukturer. Redan imorgon – och Deloittes prognoser gäller för 2025 – kommer vården istället att utgå från patienterna, deras vistelseort och deras tidsmässiga behov. Övergången till denna ”4P-medicin” (predictive, preventative, personalized, participatory) underlättas av många digitala innovationer.
Denna paradigmförändring kommer att märkas hos tillverkarna av medicinsk utrustning. Antalet smarta sensorer ökar i takt med att produkterna kopplas samman i Internet of Medical Things (IoMT). Vården blir bekvämare, till exempel genom trådlösa anslutningar till elektroniska patientjournaler samt överföring och övervakning av vitalparametrar i realtid. Med dataanalys, kognitiva metoder och robotik öppnas ytterligare potentialområden inom hälso- och sjukvården.
Denna paradigmförändring kommer att märkas hos tillverkarna av medicinsk utrustning. Antalet smarta sensorer ökar i takt med att produkterna kopplas samman i Internet of Medical Things (IoMT). Vården blir bekvämare, till exempel genom trådlösa anslutningar till elektroniska patientjournaler samt överföring och övervakning av vitalparametrar i realtid. Med dataanalys, kognitiva metoder och robotik öppnas ytterligare potentialområden inom hälso- och sjukvården.
Hög hastighet och EMC-skydd i fokus för medicintekniska apparater
Medicinska bildgivande system som CT-skannrar, MR-apparater och digitala röntgenapparater bearbetar upp till 20 Gbit/s bild- och patientdata i realtid. Detsamma gäller inom telemedicin och fjärrövervakning. Även inom kirurgisk robotik krävs realtidsöverföring av bilder och styrkommandon mellan kirurgens konsol och robotsystemet. Högupplöst endoskopi samt implanterbara enheter och patientövervakningssystem är ytterligare områden som förlitar sig på dataöverföring, men som också lägger stor vikt vid EMC-designaspekter för immunitet och patientsäkerhet.
Andra trender, såsom ökningen av sensorer från flera källor och allt mer nätverksanslutna helhetssystem, kräver snabb, tillförlitlig och säker dataöverföring via olika gränssnitt – något som gäller särskilt för medicintekniska enheter. Här spelar signalintegriteten (signalintegritet) en avgörande roll, särskilt i tillämpningar där högprecisa och tillförlitliga data är avgörande. Konstanta strömmar och exakta data är oundgängliga för att säkerställa utrustningens funktionssäkerhet, tillförlitlighet och effektivitet. Höga bithastigheter, ibland över stora avstånd, kan vid störningar som brus, (åter)kopplingsförluster samt förvrängningar och överhörning påverka de elektriska signalerna så kraftigt att fel uppstår och utrustningen slutar fungera.
Andra trender, såsom ökningen av sensorer från flera källor och allt mer nätverksanslutna helhetssystem, kräver snabb, tillförlitlig och säker dataöverföring via olika gränssnitt – något som gäller särskilt för medicintekniska enheter. Här spelar signalintegriteten (signalintegritet) en avgörande roll, särskilt i tillämpningar där högprecisa och tillförlitliga data är avgörande. Konstanta strömmar och exakta data är oundgängliga för att säkerställa utrustningens funktionssäkerhet, tillförlitlighet och effektivitet. Höga bithastigheter, ibland över stora avstånd, kan vid störningar som brus, (åter)kopplingsförluster samt förvrängningar och överhörning påverka de elektriska signalerna så kraftigt att fel uppstår och utrustningen slutar fungera.
Efterlevnad av gällande branschstandarder
Inom ramen för regelverk som Medical Device Regulation (MDR) i Europeiska unionen eller Food and Drug Administration (FDA)-föreskrifterna i USA gäller det att säkerställa godkännande och säker användning av utrustningen. En trend bland alla hårdvarudesigners är dessutom kravet på att utnyttja det allt mindre utrymmet i medicintekniska enheter ännu mer effektivt, samtidigt som påfrestningarna på enheterna i form av stötar, vibrationer och svängningar samt termiska och kemiska miljöfaktorer fortfarande ställer höga krav på alla enheters robusthet.
Dessutom finns det tre specifika, tillämpningsinriktade industristandarder för medicintekniska enheter som måste beaktas vid all konstruktion. För det första ISO 80369-1, som behandlar konstruktionsmetodiken för att minska risken för felaktig anslutning av medicintekniska enheter eller tillbehör. För det andra IEC 60601, som beskriver de allmänna kraven på grundläggande säkerhet och väsentliga prestandaegenskaper, inklusive elektromagnetiska störningar (EMI) och elektromagnetisk kompatibilitet (EMC). Och för det tredje ISO 13485, som avser kvalitetssystemen som ansvarar för spårbarheten av de komponenter och processer som används i tillverkningsprocessen.
Dessutom finns det tre specifika, tillämpningsinriktade industristandarder för medicintekniska enheter som måste beaktas vid all konstruktion. För det första ISO 80369-1, som behandlar konstruktionsmetodiken för att minska risken för felaktig anslutning av medicintekniska enheter eller tillbehör. För det andra IEC 60601, som beskriver de allmänna kraven på grundläggande säkerhet och väsentliga prestandaegenskaper, inklusive elektromagnetiska störningar (EMI) och elektromagnetisk kompatibilitet (EMC). Och för det tredje ISO 13485, som avser kvalitetssystemen som ansvarar för spårbarheten av de komponenter och processer som används i tillverkningsprocessen.
Board-to-board-kontaktdon som signalöverförare
När komplexiteten och integrationsdensiteten i medicintekniska apparater ständigt ökar och befintliga och nya funktioner måste integreras på mycket begränsat utrymme, ställs oerhört höga krav på kort-till-kort-kontakt som fungerar som en bro mellan kretskorten. De mest skiftande användningsplatserna och -områdena utsätter apparaterna för vibrationer och stötar. kontaktdon måste säkerställa en långsiktig kontaktsäkerhet även vid mikrorörelser. Robusthet, dataöverföring och EMC-skärmning är de tre hörnstenarna i den mekaniska utrustningskonstruktionen för hårdvaruutvecklaren.
kontaktdon av den senaste generationen måste minimera störningar i signalöverföringen, och kontaktdesignen på kontakterna måste vara perfekt anpassad för detta. Därför är målet alltid att undvika riskerna vid dataöverföringen, vilka främst omfattar impedansvariationer till följd av förändringar i material och geometri samt dämpning genom insättningsförlust och returförlust, liksom överhörning.
kontaktdon av den senaste generationen måste minimera störningar i signalöverföringen, och kontaktdesignen på kontakterna måste vara perfekt anpassad för detta. Därför är målet alltid att undvika riskerna vid dataöverföringen, vilka främst omfattar impedansvariationer till följd av förändringar i material och geometri samt dämpning genom insättningsförlust och returförlust, liksom överhörning.
Signalskydd som grund
När det gäller elektromagnetiska störningar kräver höghastighetssignaler ett särskilt signalskydd. En kontaktdon kan i detta sammanhang fungera både som störningskälla och som störningsavledare. Här rekommenderas signalskydd med hjälp av skärmplåt för att skydda de känsliga signalerna mot yttre störningar. Att redan en liten elektrisk impuls kan förvränga brukssignalen framgår av bilden nedan.
Mottagaren kan inte längre entydigt tolka de digitala tillstånden i HDMI-signalen redan efter en kort burst-impuls på 0,5 kV, medan signalöverföringen via den skärmade kontaktdonen fortfarande är stabil även vid 4,4 kV.
Kopplingsinduktansen LK beskriver kontaktdon utifrån de elektriska förhållandena i båda funktionerna – källa och sänka. Detta gäller såväl immunitet som elektromagnetisk emission. Om den inducerade spänningen (Uind), generatorns spänning (UGen) samt generatorkonstanten (kGen) är kända, kan den specifika maximalt tillåtna kopplingsinduktansen (LK) bestämmas med följande ekvation:
LK = Uind / (UGen * kGen) (ekv. 1)
Kopplingsinduktiviteten (ömsesidig induktans) hjälper dessutom användaren att välja rätt kontaktdon (kontaktdon) med avseende på dess elektromagnetiska kompatibilitet och undvika kostsamma och tidskrävande trial-and-error-tester i EMC-Laboret. Här följer ett exempel: För en HDMI-signal fastställdes vid en spänning på 4,4 kV en fallspecifik maximal ömsesidig induktans på 47 pH. Om värdet överstiger detta kommer signalen följaktligen inte längre att överföras störningsfritt.
Kopplingsinduktansen LK beskriver kontaktdon utifrån de elektriska förhållandena i båda funktionerna – källa och sänka. Detta gäller såväl immunitet som elektromagnetisk emission. Om den inducerade spänningen (Uind), generatorns spänning (UGen) samt generatorkonstanten (kGen) är kända, kan den specifika maximalt tillåtna kopplingsinduktansen (LK) bestämmas med följande ekvation:
LK = Uind / (UGen * kGen) (ekv. 1)
Kopplingsinduktiviteten (ömsesidig induktans) hjälper dessutom användaren att välja rätt kontaktdon (kontaktdon) med avseende på dess elektromagnetiska kompatibilitet och undvika kostsamma och tidskrävande trial-and-error-tester i EMC-Laboret. Här följer ett exempel: För en HDMI-signal fastställdes vid en spänning på 4,4 kV en fallspecifik maximal ömsesidig induktans på 47 pH. Om värdet överstiger detta kommer signalen följaktligen inte längre att överföras störningsfritt.
Speciellt för krävande industriella tillämpningar
Produktfamiljen Zero8 från ept har utformats för dessa höga krav inom medicinteknik (medicinteknik) och erbjuder, tack vare sin höga skalbarhet, en idealisk anpassning till individuella behov – typer, stapelhöjd (stapelhöjd) och antal poltal kan väljas individuellt. Socklar och kontaktdon finns för närvarande i typerna mid-profile och low-profile och kommer i framtiden även att finnas som high-profile och i vinklad version. Tack vare de olika bygghöjderna kan man med Zero8-kontaktdon uppnå kortavstånd på 6,00 mm till 21,00 mm, där poltalet varierar mellan tolv och 80. För skärmning kan båda sidorna av kontaktdonsparet förses med skydd, och alla Zero8-kontaktdon är naturligtvis kompatibla med varandra och kan kombineras fritt.
Den dubbelsidiga anslutningstekniken ScaleX tål de tuffa förhållandena i industriella tillämpningar och garanterar säker kontakt även vid mekanisk belastning som stötar och vibrationer. Dessutom kompenserar den för toleranser på enhetssidan i alla riktningar när kontakterna är anslutna. Tack vare EMC-skärmning skyddas signalerna i industriella miljöer mot yttre påverkan och materialets egenskaper garanterar en datahastighet på upp till 16 Gbit/s.
Mer information om Zero8 »
Den dubbelsidiga anslutningstekniken ScaleX tål de tuffa förhållandena i industriella tillämpningar och garanterar säker kontakt även vid mekanisk belastning som stötar och vibrationer. Dessutom kompenserar den för toleranser på enhetssidan i alla riktningar när kontakterna är anslutna. Tack vare EMC-skärmning skyddas signalerna i industriella miljöer mot yttre påverkan och materialets egenskaper garanterar en datahastighet på upp till 16 Gbit/s.
Mer information om Zero8 »
Man får inte underskatta vikten av att välja rätt kontaktdon för en höghastighetsapplikation. Som beskrivs här finns det särskilt inom medicintekniken många krav som måste uppfyllas samtidigt. Vilka mekaniska eller elektriska egenskaper som kort-till-kort-kontakt måste uppfylla eller hur kontaktens anslutningsperiferi är utformad – allt detta är finstämda detaljfrågor som kan vara avgörande för valet, pin för pin.
Är du intresserad?
Välj då direkt din kontaktdon från europeisk tillverkning:
Produktlista
