Board-to-board-stik i medicinsk teknologi
De rette kontakter inden for medicinsk teknologi
Inden for medicinsk teknologi vil netværksforbundne medtech-enheder med stadig flere smarte sensorer komme til at dominere markedet. De strengeste regler og den højeste fejlsikkerhed angiver den retning, som de anvendte produkter og komponenter skal følge. Miniaturisering, dataoverførselshastighed og elektromagnetisk stråling er de specifikke krav, som board-to-board-stikforbindelser skal opfylde. For hardwareudvikleren er dette kriterier, der i høj grad præger udformningen af udstyret.
I dag er patienterne stadig nødt til at tilpasse sig sundhedssystemets strukturer. Allerede i morgen – og Deloittes prognoser gælder for 2025 – vil sundhedsplejen i stedet være tilpasset patienterne, deres opholdssted og deres tidsmæssige rammer. Overgangen til denne »4P-medicin« (predictive, preventative, personalized, participatory) fremmes af mange digitale innovationer.
Dette paradigmeskifte vil vise sig hos producenterne af medicinsk udstyr. Antallet af smarte sensorer stiger i takt med, at produkterne bliver forbundet i Internet of Medical Things (IoMT). Komforten i patientplejen øges, for eksempel gennem trådløse forbindelser til den elektroniske patientjournal samt overførsel og overvågning af vitale parametre i realtid. Med dataanalyse, kognitive metoder og robotik opstår der yderligere potentialeområder inden for sundhedssektoren.
Dette paradigmeskifte vil vise sig hos producenterne af medicinsk udstyr. Antallet af smarte sensorer stiger i takt med, at produkterne bliver forbundet i Internet of Medical Things (IoMT). Komforten i patientplejen øges, for eksempel gennem trådløse forbindelser til den elektroniske patientjournal samt overførsel og overvågning af vitale parametre i realtid. Med dataanalyse, kognitive metoder og robotik opstår der yderligere potentialeområder inden for sundhedssektoren.
Høj hastighed og elektromagnetisk kompatibilitet i fokus for medicinsk udstyr
Medicinske billeddannelsessystemer som CT-scannere, MR-scannere og digitale røntgenapparater behandler op til 20 Gbit/s billed- og patientdata i realtid. Det samme gælder inden for telemedicin og fjernovervågning. Også inden for kirurgisk robotik er der behov for realtidsöverførsel af billeder og styrekomandoer mellem kirurgens konsol og robotsystemet. Højopløsningsendoskopi samt implanterbare enheder og patientovervågningssystemer er yderligere områder, der er afhængige af dataoverførsel, men som også lægger vægt på EMC-designaspekter for støjimmunitet og patientsikkerhed.
Yderligere tendenser, såsom stigningen i multisensorik og stadig mere sammenkoblede samlede systemer, kræver hurtig, pålidelig og sikker dataoverførsel via forskellige grænseflader – et faktum, der især gælder for medtech-udstyr. Her spiller signalintegritet en afgørende rolle, hvor højpræcise og pålidelige data dominerer i applikationerne. Konstante strømme og nøjagtige data er uundværlige for at sikre udstyrets funktionssikkerhed, pålidelighed og effektivitet. Høje bithastigheder, til tider over store afstande, kan ved forstyrrelser som støj, (tilbageslags-)koblingstab samt forvrængninger og krydstale påvirke de elektriske signaler så kraftigt, at der opstår fejl, og udstyret svigter.
Yderligere tendenser, såsom stigningen i multisensorik og stadig mere sammenkoblede samlede systemer, kræver hurtig, pålidelig og sikker dataoverførsel via forskellige grænseflader – et faktum, der især gælder for medtech-udstyr. Her spiller signalintegritet en afgørende rolle, hvor højpræcise og pålidelige data dominerer i applikationerne. Konstante strømme og nøjagtige data er uundværlige for at sikre udstyrets funktionssikkerhed, pålidelighed og effektivitet. Høje bithastigheder, til tider over store afstande, kan ved forstyrrelser som støj, (tilbageslags-)koblingstab samt forvrængninger og krydstale påvirke de elektriske signaler så kraftigt, at der opstår fejl, og udstyret svigter.
Overholdelse af gældende industristandarder
Inden for rammerne af lovgivningsmæssige krav som f.eks. forordningen om medicinsk udstyr (MDR) i Den Europæiske Union eller Food and Drug Administration (FDA)-reglerne i USA er det nødvendigt at sikre godkendelse og sikker anvendelse af udstyret. En tendens blandt alle hardware-designere er desuden kravet om at udnytte det stadig mindre monteringsrum i medicinsk udstyr endnu mere effektivt, hvor belastningerne af udstyret med hensyn til stød, vibrationer og svingninger samt termiske og kemiske miljøpåvirkninger fortsat stiller krav til robustheden af alt udstyr.
Derudover findes der tre fokuserede, anvendelsesspecifikke industristandarder for medtech-udstyr, som skal tages i betragtning ved alle design. For det første ISO 80369-1, der omhandler designmetodikken til reduktion af risikoen for forkert tilslutning af medicinsk udstyr eller tilbehør. For det andet IEC 60601, der beskriver de generelle krav til grundlæggende sikkerhed og væsentlige ydeevneegenskaber, herunder elektromagnetisk interferens (EMI) og elektromagnetisk kompatibilitet (EMC). Og for det tredje ISO 13485, der vedrører kvalitetssystemer, som er ansvarlige for sporbarheden af de komponenter og processer, der anvendes i produktionsprocessen.
Derudover findes der tre fokuserede, anvendelsesspecifikke industristandarder for medtech-udstyr, som skal tages i betragtning ved alle design. For det første ISO 80369-1, der omhandler designmetodikken til reduktion af risikoen for forkert tilslutning af medicinsk udstyr eller tilbehør. For det andet IEC 60601, der beskriver de generelle krav til grundlæggende sikkerhed og væsentlige ydeevneegenskaber, herunder elektromagnetisk interferens (EMI) og elektromagnetisk kompatibilitet (EMC). Og for det tredje ISO 13485, der vedrører kvalitetssystemer, som er ansvarlige for sporbarheden af de komponenter og processer, der anvendes i produktionsprocessen.
Board-to-board-stik som signaloverførere
Når kompleksiteten og integrationsgraden i medicinsk udstyr bliver stadig større, og eksisterende og nye funktioner skal integreres på meget begrænset plads, stilles der enorme krav til board-to-board-stik som bro mellem printkortene. De mest forskelligartede anvendelsessteder og -områder udsætter udstyret for vibrationer og stød. Stikforbindelserne skal sikre langvarig kontaktsikkerhed ved mikrobevægelser. Robusthed, dataoverførsel og EMC-afskærmning er de tre hjørnestene i det mekaniske udstyrsdesign for hardwareudvikleren.
Den nyeste generation af stikforbindelser skal minimere forstyrrelser i signaloverførslen, og stikkets kontaktdesign skal være perfekt tilpasset dette. Derfor er målet altid at undgå risici i dataoverførslen, som hovedsageligt omfatter svingninger i impedansen på grund af ændringer i materiale og geometri samt dæmpning som følge af indsætningstab og returtab samt krydstale.
Den nyeste generation af stikforbindelser skal minimere forstyrrelser i signaloverførslen, og stikkets kontaktdesign skal være perfekt tilpasset dette. Derfor er målet altid at undgå risici i dataoverførslen, som hovedsageligt omfatter svingninger i impedansen på grund af ændringer i materiale og geometri samt dæmpning som følge af indsætningstab og returtab samt krydstale.
Signalbeskyttelse som grundlag
Hvad angår elektromagnetiske påvirkninger, kræver højhastighedssignaler en særlig signalbeskyttelse. Et stik kan i denne sammenhæng fungere både som støjkilde og som støjdræn. Her anbefales signalbeskyttelse ved hjælp af afskærmningsplade for at beskytte de følsomme signaler mod eksterne påvirkninger. Billedet nedenfor viser, at selv en lille elektrisk impuls kan forvrænge det ønskede signal.
Modtageren kan ikke længere entydigt fortolke HDMI-signalets digitale tilstande efter blot en kort burst-impuls på 0,5 kV, hvorimod signaloverførslen i det afskærmede stik forbliver stabil selv ved 4,4 kV.
Koblingsinduktansen LK beskriver stikket ud fra de elektriske forhold i begge funktioner – kilde og dræn. Dette gælder både for støjimmunitet og for støjudsendelse. Hvis den inducerede spænding (Uind), generatorens spænding (UGen) samt generatorkonstanten (kGen) er kendt, kan den specifikke maksimalt tilladte koblingsinduktans (LK) bestemmes med denne ligning:
LK = Uind / (UGen * kGen) (ligning 1)
Koblingsinduktiviteten hjælper desuden brugeren med at definere det passende stik med hensyn til dets elektromagnetiske kompatibilitet og undgå omkostnings- og tidskrævende trial-and-error-test i EMC-laboratoriet. Her er et eksempel: For et HDMI-signal blev der ved en spænding på 4,4 kV fastslået en sagspecifik maksimal koblingsinduktans på 47 pH. Ligger værdien derover, overføres signalet derfor ikke længere uden forstyrrelser.
Koblingsinduktansen LK beskriver stikket ud fra de elektriske forhold i begge funktioner – kilde og dræn. Dette gælder både for støjimmunitet og for støjudsendelse. Hvis den inducerede spænding (Uind), generatorens spænding (UGen) samt generatorkonstanten (kGen) er kendt, kan den specifikke maksimalt tilladte koblingsinduktans (LK) bestemmes med denne ligning:
LK = Uind / (UGen * kGen) (ligning 1)
Koblingsinduktiviteten hjælper desuden brugeren med at definere det passende stik med hensyn til dets elektromagnetiske kompatibilitet og undgå omkostnings- og tidskrævende trial-and-error-test i EMC-laboratoriet. Her er et eksempel: For et HDMI-signal blev der ved en spænding på 4,4 kV fastslået en sagspecifik maksimal koblingsinduktans på 47 pH. Ligger værdien derover, overføres signalet derfor ikke længere uden forstyrrelser.
Specielt til krævende industrielle anvendelser
Produktfamilien Zero8 fra ept er udviklet til at imødekomme disse høje krav inden for medicinsk teknologi og tilbyder med sin høje skalerbarhed en ideel tilpasning til individuelle behov – udformninger, stabelhøjde og antal poler kan vælges individuelt. Sokler og stikforbindelser findes i øjeblikket i udformningerne Mid-Profile og Low-Profile og vil fremover også være tilgængelige som High-Profile og i vinklede versioner. Takket være de forskellige højdevarianter kan Zero8-stikforbindelser realisere printafstande fra 6,00 mm til 21,00 mm, hvor antallet af poler varierer mellem 12 og 80. Med henblik på afskærmning kan begge sider af stikparret udstyres med beskyttelse, og alle Zero8-stik er naturligvis indstikskompatible indbyrdes og kan kombineres frit.
Den dobbeltsidede tilslutningsteknologi ScaleX kan modstå de barske forhold i industrielle anvendelser og sikrer en pålidelig kontakt under mekanisk belastning såsom stød og vibrationer. Desuden kompenserer den for enhedssidige tolerancer i alle retninger, når stikkene er sat sammen. Takket være EMC-afskærmningen beskyttes signalerne i industrielle miljøer mod ydre påvirkninger, og materialets egenskaber garanterer en dataoverførselshastighed på op til 16 Gbit/s.
Mere information om Zero8 »
Den dobbeltsidede tilslutningsteknologi ScaleX kan modstå de barske forhold i industrielle anvendelser og sikrer en pålidelig kontakt under mekanisk belastning såsom stød og vibrationer. Desuden kompenserer den for enhedssidige tolerancer i alle retninger, når stikkene er sat sammen. Takket være EMC-afskærmningen beskyttes signalerne i industrielle miljøer mod ydre påvirkninger, og materialets egenskaber garanterer en dataoverførselshastighed på op til 16 Gbit/s.
Mere information om Zero8 »
Det er vigtigt ikke at undervurdere betydningen af at vælge det rigtige stik til en højhastighedsapplikation. Som beskrevet her stilles der især inden for den medicinske teknologi mange krav på én gang. Hvilke mekaniske eller elektriske egenskaber board-to-board-stikforbindelserne skal opfylde, eller hvordan stikkets tilslutningsperiferi er udformet – det er alt sammen finurlige detaljer, der kan være afgørende for valget fra pin til pin.
Er du interesseret?
Så vælg straks dit stik, der er fremstillet i Europa:
Produktliste
Er der yderligere spørgsmål?
Så kontakt os gerne!
Forespørgsel via formularen
+49 8861 2501 0
sales@ept.de
Så kontakt os gerne!
Forespørgsel via formularen
+49 8861 2501 0
sales@ept.de