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    連接器技術助力實現醫療設備的小型化

    作者: 發布時間:2019-10-22 9:26:33

    連接器變得越來越小。問題是,連接器有多???要回答這個問題,重要的是要記住使用連接器的應用需要許多性能和可靠性要求,特別是在醫療設備中。

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    圖1.與連接器配套的電纜的柔軟度和感覺可以幫助確?;颊咴趦炠|環境中被服務。

    特定應用的連接器(特別是尺寸縮小的連接器)在過去五年中迅速發展起來?,F在,這促進了技術進步的快速變化,這一切是從新的實體模型設計和性能預測軟件開始,這些軟件有助于電路芯片技術的新進展。這些變化有助于提高性能和改進功能。這些不斷發展的電路芯片需要更低的電壓和電流,但運行速度更快,可以存儲和處理更多的數據,同時可以延長電池壽命。

    新的軟件也使設計人員能夠模擬更小的連接器選項,可以從簡單的CAD渲染,實現產品制造。新的外殼尺寸和形狀可以在幾分鐘內快速改變,并用CNC機器切割。這些變化以合理的價格為設計人員提供了更快的原型周期,這些設計人員需要從其互連系統中擠出每隔一毫米的空間。通常,設計人員選擇標準連接器來開始電路測試,但最終發現他們需要定制設計連接器變體。

    確定尺寸要求

    連接器尺寸要求通?;谝恍╆P鍵應用因素和性能限制,包括電流負載、信號完整性、環境條件和電路移動性。許多其他因素包括對生物保護的認識和遵守,連通配對中的最小開口間隙和爬電(可以囤積污染物以及特定的材料以進行滅菌)。

    信號完整性

     隨著連接器和電路模塊擠入更緊湊的空間,電路必須仍然獨立于相鄰電路工作。設計必須包 括防止信號串擾,以及防止電磁輻射或接收系統內外的其他信號噪聲。一些現代屏蔽技巧通 常內置于連接器中。 新的屏蔽材料通常將編織線和鋁箔組合在一起,圍繞電纜的長度纏繞在護套材料內。此外, 小型陶瓷濾光片可以包含在連接器殼體內,用于選擇哪個頻率信號可以通過電纜并且哪些可 以放電到地。 

    環境條件 

    堅固耐用的連接器設計可在極端環境中提供高性能,通??赏ㄟ^規范進行控制,確保在高沖 擊和振動期間連續信號流動,以及極端溫度循環期間的性能。例如,血液灌注監測器在手術 期間靠近患者,以確保不發生外科醫生從手術臺看不到的內部出血的情況。 一種微型電纜(堅固耐用,采用醫用級硅膠包覆成型)的末端有一個連接器,可與一次性導 管配合使用。導管位于大腦內部,小而精致。在這種情況下,主電纜保護小導管在其使用期 間不會意外地移動或拉動。直到最后導管被移除并丟棄,同時連接器和電纜組件拔出以進行 嚴格的滅菌和清潔。 在一些便攜式應用中,例如新生兒監護儀、心電圖系統和其他皮膚敏感檢測器,

    連接器通常 面臨一些額外的挑戰。防護密封和電阻等防護等級(IP)在便攜式電纜和設備中至關重要。 Omnetics 連接器公司的 IP68 Nano-Circular 系列就是如何在當今市場上解決這個問題的一 個例子。這些連接器被防止在最小的外形尺寸之中,并保持密封。 選擇合適的材料和加工也可以生產超過 IEC 60601 規范的連接器,并防止任何漏電或短路導 向被治療的患者。彈性密封環通常被內置在連接器中,以確保濕氣和灰塵都不會穿過連接器 并進入電路。隨著連接器繼續小型化,將需要更小和更小的密封件。 

    電流負載 

    每個連接器觸點必須提供與其配合的低電阻接口,并攜帶足夠的電流以滿足其所服務的電 路。幸運的是,芯片技術的進步降低了電流量,只要它們保持在安全范圍內以獲得良好的性 能(電源和信號浪涌有一些變化),就可以縮小互連元件。電流限制通常由電纜本身的電線 直徑決定,因為電線長度乘以電阻將決定互連系統的性能和熱容量。 使用低電阻線選項可以處理足夠的電流來運行設備,這通常很關鍵。如此多的機器經常同時 運行,高阻力會降低信號處理單元的速度或延遲觸發緊急報警。當連接器具有匹配阻抗時, 它可以為室內顯示器提供了顯著的清晰度。 

    電路移動性 

    將有源芯片直接連接到便攜式設備是當今對小型化的需求的一個例子。機器人手和醫療探針 尖端等應用是早期的例子。經皮連接器現在用于神經疼痛管理裝置,并且微型連接器正用于 耳蝸裝置。甚至更小的連接器也被應用于遠程功能控制電路的神經監視和控制設備。 由于醫學設計師面臨著試圖將更多功能集中到便攜式電子產品中,因此引入較小連接器的費 用似乎主要集中在帕金森研究中應用的大腦繪圖和神經傳感設備。正是在這里才開始需要減 小尺寸。評估標準設計的潛在形狀、配合和功能,然后使用實體模型設計進行定制,以滿足 尺寸和可靠性要求。引腳和插座尺寸可以減小到符合這些標準的最小尺寸,并且仍然可以擠 入所允許的空間。 電路設計還可以通過組合信號系統來減少引線數量。在裝置組裝期間,一些連接器正在醫療 器械內使用。這些連接器在其使用壽命期間配對一次或兩次,設計可能側重于設備沖擊和振 動的長期可靠性。 最近,將兩個或三個連接器組合成一個連接器的發展已成為焦點。儀器設計人員發現,他們 可以通過要求連接器在同一個連接器中同時具有電源部分和單獨的信號處理功能,來減少連 接到機器的電纜數量。這節省了空間、重量,并且在許多情況下節省了成本。儀器設計人員 將多種觸點類型添加到單個連接器中,并可選擇在一個外殼中使用:1、3、5 或 10 個觸點。 此選項允許 OEM 將電源線和信號線相互連接,從而節省設計時間并減少庫存所需的備用電纜 數量。 挑戰與機遇 今天的微型連接器提供了卓越的性能,在一個元件中承載充電功率和信號路由。這種使用單 個扁平條帶或引線框架互連的方法,為高速數字信號處理開辟了道路。仔細使用形狀和間距 可以實現另一層次的高密度互連。隨著電路速度的增加和尺寸的減小,使用獨特的低介電強 度絕緣體材料,也為較小的連接器鋪平了道路。使用引腳或壓力連接的板對板連接器占用的 空間非常小,并且僅在信號傳輸中產生微小的像差。 小型連接器的用途還有待觀察。較大的連接器目前正被更小更輕的微圓形連接器所取代,這 些連接器使用 0.050 英寸間距,而那些相同的 0.050 英寸間距解決方案正在被 0.025 英寸間 距的納米變體所取代,也可以處理多個高速信號。


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