Board-to-board-kontakter inom medicinteknik
Rätt kontakter inom medicinteknik
Inom medicintekniken kommer uppkopplade medicintekniska enheter med allt fler smarta sensorer att dominera marknaden. Stränga regler och högsta möjliga felsäkerhet anger riktlinjerna som de använda produkterna och komponenterna måste följa. Miniatyrisering, dataöverföringshastighet och elektromagnetisk strålning är uttryckliga krav som board-to-board-kontakter 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 elektromagnetisk kompatibilitet i fokus för medicintekniska apparater
Medicinska bildgivande system som datortomografer, MR-utrustning 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 är beroende av dataöverföring, men som också lägger stor vikt vid EMC-designaspekter för störningssäkerhet och patientsäkerhet.
Andra trender, såsom ökningen av multisensorteknologi och alltmer nätverksanslutna helhetssystem, kräver snabb, tillförlitlig och säker dataöverföring via olika gränssnitt – ett faktum som gäller särskilt för medicintekniska enheter. Här spelar signalintegriteten en avgörande roll, där högprecisa och tillförlitliga data dominerar i applikationerna. 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 starkt att fel uppstår och utrustningen slutar fungera.
Andra trender, såsom ökningen av multisensorteknologi och alltmer nätverksanslutna helhetssystem, kräver snabb, tillförlitlig och säker dataöverföring via olika gränssnitt – ett faktum som gäller särskilt för medicintekniska enheter. Här spelar signalintegriteten en avgörande roll, där högprecisa och tillförlitliga data dominerar i applikationerna. 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 starkt att fel uppstår och utrustningen slutar fungera.
Efterlevnad av gällande branschstandarder

Inom ramen för regelverk som EU:s förordning om medicintekniska produkter (MDR) eller FDA:s föreskrifter 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 produkter ännu mer effektivt, samtidigt som belastningarna på produkterna i form av stötar, vibrationer och svängningar samt termiska och kemiska miljöfaktorer fortfarande ställer höga krav på allas robusthet.
Dessutom finns det tre fokuserade, tillämpningsspecifika industristandarder för medicintekniska enheter som måste beaktas vid all konstruktion. För det första ISO 80369-1, som behandlar konstruktionsmetodiken för att minska risken för felanslutning av medicintekniska enheter eller tillbehör. För det andra IEC 60601, som beskriver de allmänna kraven på grundläggande säkerhet och väsentliga prestandaegenskaper, inklusive elektromagnetisk störning (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 fokuserade, tillämpningsspecifika industristandarder för medicintekniska enheter som måste beaktas vid all konstruktion. För det första ISO 80369-1, som behandlar konstruktionsmetodiken för att minska risken för felanslutning av medicintekniska enheter eller tillbehör. För det andra IEC 60601, som beskriver de allmänna kraven på grundläggande säkerhet och väsentliga prestandaegenskaper, inklusive elektromagnetisk störning (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-kontakter som signalöverförare
När komplexiteten och integrationsgraden i medicintekniska apparater ständigt ökar och befintliga och nya funktioner måste integreras på mycket begränsat utrymme, ställs oerhört höga krav på board-to-board-kontakter som fungerar som en bro mellan kretskorten. De mest skiftande användningsplatser och -områden utsätter apparaterna för vibrationer och stötar. Kontaktdonen måste säkerställa långsiktig kontaktsäkerhet vid mikrorörelser. Robusthet, dataöverföring och EMC-skärmning är de tre hörnstenarna i den mekaniska utrustningskonstruktionen för hårdvaruutvecklaren.
Den senaste generationens kontaktdon måste minimera störningar i signalöverföringen och kontaktdonens kontaktdesign måste vara perfekt anpassad för detta. Därför är målet alltid att undvika riskerna vid dataöverföring, som främst omfattar impedansvariationer på grund av material- och geometriförändringar samt dämpning genom insättningsförlust och returförlust samt överhörning.
Den senaste generationens kontaktdon måste minimera störningar i signalöverföringen och kontaktdonens kontaktdesign måste vara perfekt anpassad för detta. Därför är målet alltid att undvika riskerna vid dataöverföring, som främst omfattar impedansvariationer på grund av material- och geometriförändringar samt dämpning genom insättningsförlust och returförlust samt 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 störningsmottagare. Här rekommenderas signalskydd med hjälp av skärmplåt för att skydda de känsliga signalerna mot yttre störningar. Bilden nedan visar att redan en liten elektrisk impuls kan förvränga den önskade signalen.
Mottagaren kan inte längre tolka HDMI-signalens digitala tillstånd entydigt redan efter en kort puls på 0,5 kV, medan signalöverföringen via den skärmade kontakten fortfarande är stabil även vid 4,4 kV.
Kopplingsinduktansen LK beskriver kontakten utifrån de elektriska förhållandena i båda funktionerna – källa och dränering. Detta gäller både störningssäkerhet och störningsutsändning. Om den inducerade spänningen (Uind), generatorns spänning (UGen) samt generatorkonstanten (kGen) är kända, kan den specifika maximalt tillåtna kopplingsinduktansen (LK) bestämmas med denna ekvation:
LK = Uind / (UGen * kGen) (ekv. 1)
Kopplingsinduktansen hjälper dessutom användaren att definiera rätt kontaktdon med avseende på dess elektromagnetiska kompatibilitet och undvika kostsamma och tidskrävande trial-and-error-tester i EMC-laboratoriet. Här är ett exempel: För en HDMI-signal fastställdes vid en spänning på 4,4 kV en fallspecifik maximal kopplingsinduktans på 47 pH. Om värdet ligger över detta överförs signalen inte längre störningsfritt.
Kopplingsinduktansen LK beskriver kontakten utifrån de elektriska förhållandena i båda funktionerna – källa och dränering. Detta gäller både störningssäkerhet och störningsutsändning. Om den inducerade spänningen (Uind), generatorns spänning (UGen) samt generatorkonstanten (kGen) är kända, kan den specifika maximalt tillåtna kopplingsinduktansen (LK) bestämmas med denna ekvation:
LK = Uind / (UGen * kGen) (ekv. 1)
Kopplingsinduktansen hjälper dessutom användaren att definiera rätt kontaktdon med avseende på dess elektromagnetiska kompatibilitet och undvika kostsamma och tidskrävande trial-and-error-tester i EMC-laboratoriet. Här är ett exempel: För en HDMI-signal fastställdes vid en spänning på 4,4 kV en fallspecifik maximal kopplingsinduktans på 47 pH. Om värdet ligger över detta överförs signalen inte längre störningsfritt.
Speciellt för krävande industriella tillämpningar

Produktfamiljen Zero8 från ept har utformats för dessa höga krav inom medicintekniken och erbjuder, tack vare sin höga skalbarhet, en idealisk anpassning till individuella behov – utföranden, stapelhöjd och antal poler kan väljas individuellt. Socklar och kontaktdon finns för närvarande i utförandena Mid-Profile och Low-Profile och kommer i framtiden även att finnas som High-Profile och i vinklad version. Tack vare de olika höjderna kan kretskortsavstånd på 6,00 mm till 21,00 mm realiseras med Zero8-kontaktdon, där antalet poler varierar mellan tolv och 80. För avskärmning kan båda sidorna av kontaktparet 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 en 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-skärmningen skyddas signalerna i industriella miljöer mot yttre påverkan och materialets egenskaper garanterar en dataöverföringshastighet på upp till 16 Gbit/s.
Mer information om Zero8 »
Den dubbelsidiga anslutningstekniken ScaleX tål de tuffa förhållandena i industriella tillämpningar och garanterar en 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-skärmningen skyddas signalerna i industriella miljöer mot yttre påverkan och materialets egenskaper garanterar en dataöverföringshastighet på upp till 16 Gbit/s.
Mer information om Zero8 »
Det är viktigt att inte underskatta vikten av att välja rätt kontaktdon för en höghastighetsapplikation. Som beskrivs här finns det många krav samtidigt, särskilt inom medicintekniken. Vilka mekaniska eller elektriska egenskaper som board-to-board-kontakterna måste uppfylla eller hur kontaktens anslutningsperiferi är utformad – det är alla finstämda detaljfrågor som kan vara avgörande för valet från pin till pin.
Är du intresserad?
Välj då direkt din kontaktdon tillverkad i Europa:
Produktlista

Har du några frågor?
Kontakta oss gärna!
Skicka en förfrågan via formuläret
+49 8861 2501 0
sales@ept.de
Kontakta oss gärna!
Skicka en förfrågan via formuläret
+49 8861 2501 0
sales@ept.de

