Board-to-Board съединител в медицинска техника
Правилните контакти в областта на медицинската техника (медицинска техника)
В областта на медицинската техника (медицинска техника) свързаните устройства с все повече „умни“ сензори ще доминират на пазара. Най-строгите нормативни изисквания и най-високата степен на защита срещу отказ определят пътя, по който трябва да вървят използваните продукти и компоненти. Миниатюризацията, скоростта на предаване на данни (скорост на предаване на данни) и електромагнитното излъчване са изрично посочените изисквания, на които са подложени съединителите „Board-to-Board“ (съединител). За разработчиците на хардуер това са критерии, които оказват решаващо влияние върху дизайна на устройствата.
Днес пациентите все още трябва да се приспособяват към структурите на здравната система. Утре обаче – а прогнозите на Deloitte важат за 2025 г. – здравното обслужване ще се ориентира точно обратно към пациентите, към мястото, на което се намират, и към техните времеви изисквания. Преходът към тази „4P-медицина“ (predictive, preventative, personalized, participatory) се подпомага от многобройни цифрови иновации.
Тази промяна в парадигмата ще се прояви при производителите на медицински устройства. Броят на интелигентните сензори нараства с свързването на продуктите в Интернет на медицинските устройства (IoMT). При грижата за пациентите се повишава комфортът, например чрез безжични връзки към електронната медицинска карта, както и чрез предаване и мониторинг на жизнените показатели в реално време. С анализа на данни, когнитивните методи и роботиката се откриват нови области с потенциал в здравеопазването.
Тази промяна в парадигмата ще се прояви при производителите на медицински устройства. Броят на интелигентните сензори нараства с свързването на продуктите в Интернет на медицинските устройства (IoMT). При грижата за пациентите се повишава комфортът, например чрез безжични връзки към електронната медицинска карта, както и чрез предаване и мониторинг на жизнените показатели в реално време. С анализа на данни, когнитивните методи и роботиката се откриват нови области с потенциал в здравеопазването.
Високата скорост и ЕМС – във фокуса на медицинската техника
Медицинските системи за образна диагностика, като компютърни томографи (CT), апарати за магнитно-резонансна томография (MRI) и цифрови рентгенови апарати, обработват до 20 Gbit/s изображения и данни за пациенти в реално време. Същото важи и за приложенията в телемедицината и дистанционното наблюдение. По същия начин в хирургичната роботика се изисква предаване в реално време на изображения и команди за управление между конзолата на хирурга и роботизираната система. Ендоскопията с висока разделителна способност, както и имплантируемите устройства и системите за мониторинг на пациенти, са други области, които разчитат на предаването на данни, но също така отдават голямо значение на аспектите на проектирането, свързани с електромагнитна съвместимост (ЕМС), за устойчивост на смущенията (устойчивост на смущения) и безопасността на пациентите.
Други тенденции, като нарастването на сензорните системи с множество източници и все по-силно свързаните цялостни системи, изискват бърз, надежден и сигурен пренос на данни през различни интерфейси – факт, който важи особено за устройствата в областта на медицинските технологии. При това интегритетът на сигнала (цялост на сигнала) играе решаваща роля в приложенията, където преобладават високопрецизни и надеждни данни. Постоянните токове и точните данни са незаменими за осигуряване на функционалната безопасност, надеждност и ефективност на устройствата. Високите скорости на предаване на данни, понякога на големи разстояния, могат при смущения като шум, загуби от обратна връзка, както и изкривявания и прехвърляне на сигнали (преслушване), да повлияят толкова силно на електрическите сигнали, че да възникнат грешки и устройствата да престанат да функционират.
Други тенденции, като нарастването на сензорните системи с множество източници и все по-силно свързаните цялостни системи, изискват бърз, надежден и сигурен пренос на данни през различни интерфейси – факт, който важи особено за устройствата в областта на медицинските технологии. При това интегритетът на сигнала (цялост на сигнала) играе решаваща роля в приложенията, където преобладават високопрецизни и надеждни данни. Постоянните токове и точните данни са незаменими за осигуряване на функционалната безопасност, надеждност и ефективност на устройствата. Високите скорости на предаване на данни, понякога на големи разстояния, могат при смущения като шум, загуби от обратна връзка, както и изкривявания и прехвърляне на сигнали (преслушване), да повлияят толкова силно на електрическите сигнали, че да възникнат грешки и устройствата да престанат да функционират.
Спазване на приложимите индустриални стандарти
В рамките на регулаторните изисквания, като Регламента за медицинските изделия (MDR) в Европейския съюз или разпоредбите на Агенцията по храните и лекарствата (FDA) в САЩ, е необходимо да се гарантира одобрението и безопасното използване на устройствата. Освен това тенденцията при всички хардуерни дизайнери е да се използва все по-ефективно все по-малкото пространство в медицинските устройства, като натоварванията върху устройствата по отношение на удари, вибрации и колебания, както и термичните и химичните въздействия на околната среда, продължават да изискват висока издръжливост от всички устройства.
Освен това съществуват три целенасочени, специфични за приложението индустриални стандарта за устройства в областта на медицинските технологии (MedTech), които трябва да се вземат предвид при всички проекти. Първо, ISO 80369-1, който се отнася до методологията на проектиране за намаляване на риска от неправилно свързване на медицински устройства или аксесоари. Второ, IEC 60601, която описва общите изисквания за основна безопасност и съществени експлоатационни характеристики, включително електромагнитни смущения (EMI) и електромагнитна съвместимост (ЕМС). И трето, ISO 13485, която се отнася до системите за качество, отговарящи за проследимостта на компонентите и процесите, използвани в производствения процес.
Освен това съществуват три целенасочени, специфични за приложението индустриални стандарта за устройства в областта на медицинските технологии (MedTech), които трябва да се вземат предвид при всички проекти. Първо, ISO 80369-1, който се отнася до методологията на проектиране за намаляване на риска от неправилно свързване на медицински устройства или аксесоари. Второ, IEC 60601, която описва общите изисквания за основна безопасност и съществени експлоатационни характеристики, включително електромагнитни смущения (EMI) и електромагнитна съвместимост (ЕМС). И трето, ISO 13485, която се отнася до системите за качество, отговарящи за проследимостта на компонентите и процесите, използвани в производствения процес.
Board-to-Board съединител като предаватели на сигнали
Когато сложността и гъстотата на интеграция в медицинските устройства продължават да нарастват и се налага да се интегрират съществуващи и нови функционалности в изключително ограничено пространство, изискванията към съединителите „съединител платка-платка“ като мост между печатните платки са изключително високи. Най-разнообразните места и области на приложение подлагат устройствата на вибрации и сътресения. Съединителите трябва да осигуряват дългосрочна надеждност на контакта при микродвижения. Здравината, предаването на данни и ЕМС-екраниране са трите основни стълба в механичния дизайн на устройствата за разработчиците на хардуер.
Съединителите (съединител) от най-новото поколение трябва да сведат до минимум смущенията в предаването на сигнала, а дизайнът на контактите на съединителите трябва да бъде перфектно съобразен с това. Ето защо целта винаги е да се избегнат рисковете при предаването на данни, сред които са предимно колебанията в импеданса, дължащи се на промени в материала и геометрията, както и затихването, причинено от загуби при вмъкване (Insertion Loss) и обратни загуби (Return Loss), а също и пренос на сигнали между каналите (преслушване).
Съединителите (съединител) от най-новото поколение трябва да сведат до минимум смущенията в предаването на сигнала, а дизайнът на контактите на съединителите трябва да бъде перфектно съобразен с това. Ето защо целта винаги е да се избегнат рисковете при предаването на данни, сред които са предимно колебанията в импеданса, дължащи се на промени в материала и геометрията, както и затихването, причинено от загуби при вмъкване (Insertion Loss) и обратни загуби (Return Loss), а също и пренос на сигнали между каналите (преслушване).
Защитата на сигнала като основа
По отношение на електромагнитните влияния високоскоростните сигнали се нуждаят от специална защита. В този случай съединителят (съединител) може да действа както като източник на смущения, така и като поглъщател. Тук се препоръчва защита на сигнала чрез екранираща ламарина (екранираща пластина), за да се предпазят чувствителните сигнали от външни влияния. От изображението по-долу става ясно, че дори малък електрически импулс може да изкриви полезния сигнал.
Приемникът вече не може да интерпретира еднозначно цифровите състояния на HDMI сигнала дори след кратък импулс от 0,5 kV, докато предаването на сигнала през екранирания съединител остава стабилно дори при 4,4 kV.
Свързващата индуктивност (взаимна индуктивност) LK описва съединителя (съединител) чрез електрическите характеристики в двете му функции – източник и приемник. Това важи както за устойчивостта на смущения (устойчивост на смущения), така и за излъчването на смущения (електромагнитно излъчване). Ако индуцираното напрежение (Uind), напрежението на генератора (UGen) и константата на генератора (kGen) са известни, специфичната максимално допустима свързваща индуктивност (LK) може да се определи с това уравнение:
LK = Uind / (UGen * kGen) (уравнение 1)
Индуктивността на свързване (взаимна индуктивност) помага на потребителя също така да определи подходящия конектор (съединител) по отношение на неговата електромагнитна съвместимост и да избегне скъпите и отнемащи време изпитвания по метода „проба-грешка“ в ЕМС-Labor. Ето един пример: за HDMI сигнал при напрежение от 4,4 kV е определена максимална за конкретния случай взаимна индуктивност от 47 pH. Ако стойността надвиши тази граница, сигналът вече няма да се предава без смущения.
Свързващата индуктивност (взаимна индуктивност) LK описва съединителя (съединител) чрез електрическите характеристики в двете му функции – източник и приемник. Това важи както за устойчивостта на смущения (устойчивост на смущения), така и за излъчването на смущения (електромагнитно излъчване). Ако индуцираното напрежение (Uind), напрежението на генератора (UGen) и константата на генератора (kGen) са известни, специфичната максимално допустима свързваща индуктивност (LK) може да се определи с това уравнение:
LK = Uind / (UGen * kGen) (уравнение 1)
Индуктивността на свързване (взаимна индуктивност) помага на потребителя също така да определи подходящия конектор (съединител) по отношение на неговата електромагнитна съвместимост и да избегне скъпите и отнемащи време изпитвания по метода „проба-грешка“ в ЕМС-Labor. Ето един пример: за HDMI сигнал при напрежение от 4,4 kV е определена максимална за конкретния случай взаимна индуктивност от 47 pH. Ако стойността надвиши тази граница, сигналът вече няма да се предава без смущения.
Специално за изискващи промишлени приложения
Продуктовата серия Zero8 на ept е проектирана за тези високи изисквания в медицинската техника (медицинска техника) и благодарение на високата си мащабируемост предлага идеално приспособяване към индивидуалните изисквания – типовете, височината на подреждане (височина на стека) и броят на полюсите могат да се избират индивидуално. В момента сокетите и съединителите (съединител) се предлагат в конструкции с mid-profile (тип) и low-profile (low-profile), а в бъдеще ще бъдат налични и версии с high-profile (high-profile) и ъглови версии. Благодарение на различните височини на корпуса, с съединителите Zero8 могат да се реализират разстояния между платките от 6,00 мм до 21,00 мм, като броят на полюсите варира от 12 до 80. За целите на екраниране и двете страни на двойката съединители могат да бъдат снабдени със защита, като, разбира се, всички съединители Zero8 са съвместими помежду си и могат да се комбинират свободно.
Двустранната технология за свързване ScaleX може да издържи суровите условия на индустриалните приложения и гарантира сигурен контакт при механично натоварване, като удари и вибрации. Освен това тя компенсира отклоненията от страна на устройството във всички посоки, когато съединителите са в съединено състояние. Благодарение на ЕМС-екраниране сигналите в индустриалната среда са защитени от външни влияния, а материалните характеристики гарантират скорост на скорост на предаване на данни до 16 Gbit/s.
Повече информация за Zero8 »
Двустранната технология за свързване ScaleX може да издържи суровите условия на индустриалните приложения и гарантира сигурен контакт при механично натоварване, като удари и вибрации. Освен това тя компенсира отклоненията от страна на устройството във всички посоки, когато съединителите са в съединено състояние. Благодарение на ЕМС-екраниране сигналите в индустриалната среда са защитени от външни влияния, а материалните характеристики гарантират скорост на скорост на предаване на данни до 16 Gbit/s.
Повече информация за Zero8 »
Не трябва да се подценява изборът на подходящия съединител (съединител) за високоскоростно приложение. Както е описано тук, особено в областта на медицинската техника съществуват много изисквания едновременно. Какви механични или електрически свойства трябва да притежават съединителите „съединител платка-платка“ или как е оформена периферията на контактите на съединителя – това са все фини детайли, които могат да бъдат решаващи при избора, дори и за всеки отделен контакт.
Интересувате ли се?
Тогава веднага изберете своя съединител от европейски производител:
Списък на продуктите
