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                      连接器技术助力实现医疗设备的小型化

                      作者: 发布时间:2019-10-22 9:26:33

                      连接器变得越来越小。问题是,连接器有多小?要回答这个问题,重要的是要记住使用连接器的应用需要许多性能和可靠性要求,特别是在医疗设备中。

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                      图1.与连接器配套的电缆的柔软度和感觉可以帮助确保患者在优质环境中被服务。

                      特定应用的连接器(特别是尺寸缩小的连接器)在过去五年中迅速发展起来。现在,这促进了技术进步的快速变化,这一切是从新的实体模型设计和性能预测软件开始,这些软件有助于电路芯片技术的新进展。这些变化有助于提高性能和改进功能。这些不断发展的电路芯片需要更低的电压和电流,但运行速度更快,可以存储和处理更多的数据,同时可以延长电池寿命。

                      新的软件也使设计人员能够模拟更小的连接器选项,可以从简单的CAD渲染,实现产品制造。新的外壳尺寸和形状可以在几分钟内快速改变,并用CNC机器切割。这些变化以合理的价格为设计人员提供了更快的原型周期,这些设计人员需要从其互连系统中挤出每隔一毫米的空间。通常,设计人员选择标准连接器来开始电路测试,但最终发现他们需要定制设计连接器变体。

                      确定尺寸要求

                      连接器尺寸要求通常基于一些关键应用因素和性能限制,包括电流负载、信号完整性、环境条件和电路移动性。许多其他因素包括对生物保护的认识和遵守,连通配对中的最小开口间隙和爬电(可以囤积污染物以及特定的材料以进行灭菌)。

                      信号完整性

                       随着连接器和电路模块挤入更紧凑的空间,电路必须仍然独立于相邻电路工作。设计必须包 括防止信号串扰,以及防止电磁辐射或接收系统内外的其他信号噪声。一些现代屏蔽技巧通 常内置于连接器中。 新的屏蔽材料通常将编织线和铝箔组合在一起,围绕电缆的长度缠绕在护套材料内。此外, 小型陶瓷滤光片可以包含在连接器壳体内,用于选择哪个频率信号可以通过电缆并且哪些可 以放电到地。 

                      环境条件 

                      坚固耐用的连接器设计可在极端环境中提供高性能,通常可通过规范进行控制,确保在高冲 击和振动期间连续信号流动,以及极端温度循环期间的性能。例如,血液灌注监测器在手术 期间靠近患者,以确保不发生外科医生从手术台看不到的内部出血的情况。 一种微型电缆(坚固耐用,采用医用级硅胶包覆成型)的末端有一个连接器,可与一次性导 管配合使用。导管位于大脑内部,小而精致。在这种情况下,主电缆保护小导管在其使用期 间不会意外地移动或拉动。直到最后导管被移除并丢弃,同时连接器和电缆组件拔出以进行 严格的灭菌和清洁。 在一些便携式应用中,例如新生儿监护仪、心电图系统和其他皮肤敏感检测器,

                      连接器通常 面临一些额外的挑战。防护密封和电阻等防护等级(IP)在便携式电缆和设备中至关重要。 Omnetics 连接器公司的 IP68 Nano-Circular 系列就是如何在当今市场上解决这个问题的一 个例子。这些连接器被防止在最小的外形尺寸之中,并保持密封。 选择合适的材料和加工也可以生产超过 IEC 60601 规范的连接器,并防止任何漏电或短路导 向被治疗的患者。弹性密封环通常被内置在连接器中,以确保湿气和灰尘都不会穿过连接器 并进入电路。随着连接器继续小型化,将需要更小和更小的密封件。 

                      电流负载 

                      每个连接器触点必须提供与其配合的低电阻接口,并携带足够的电流以满足其所服务的电 路。幸运的是,芯片技术的进步降低了电流量,只要它们保持在安全范围内以获得良好的性 能(电源和信号浪涌有一些变化),就可以缩小互连元件。电流限制通常由电缆本身的电线 直径决定,因为电线长度乘以电阻将决定互连系统的性能和热容量。 使用低电阻线选项可以处理足够的电流来运行设备,这通常很关键。如此多的机器经常同时 运行,高阻力会降低信号处理单元的速度或延迟触发紧急报警。当连接器具有匹配阻抗时, 它可以为室内显示器提供了显著的清晰度。 

                      电路移动性 

                      将有源芯片直接连接到便携式设备是当今对小型化的需求的一个例子。机器人手和医疗探针 尖端等应用是早期的例子。经皮连接器现在用于神经疼痛管理装置,并且微型连接器正用于 耳蜗装置。甚至更小的连接器也被应用于远程功能控制电路的神经监视和控制设备。 由于医学设计师面临着试图将更多功能集中到便携式电子产品中,因此引入较小连接器的费 用似乎主要集中在帕金森研究中应用的大脑绘图和神经传感设备。正是在这里才开始需要减 小尺寸。评估标准设计的潜在形状、配合和功能,然后使用实体模型设计进行定制,以满足 尺寸和可靠性要求。引脚和插座尺寸可以减小到符合这些标准的最小尺寸,并且仍然可以挤 入所允许的空间。 电路设计还可以通过组合信号系统来减少引线数量。在装置组装期间,一些连接器正在医疗 器械内使用。这些连接器在其使用寿命期间配对一次或两次,设计可能侧重于设备冲击和振 动的长期可靠性。 最近,将两个或三个连接器组合成一个连接器的发展已成为焦点。仪器设计人员发现,他们 可以通过要求连接器在同一个连接器中同时具有电源部分和单独的信号处理功能,来减少连 接到机器的电缆数量。这节省了空间、重量,并且在许多情况下节省了成本。仪器设计人员 将多种触点类型添加到单个连接器中,并可选择在一个外壳中使用:1、3、5 或 10 个触点。 此选项允许 OEM 将电源线和信号线相互连接,从而节省设计时间并减少库存所需的备用电缆 数量。 挑战与机遇 今天的微型连接器提供了卓越的性能,在一个元件中承载充电功率和信号路由。这种使用单 个扁平条带或引线框架互连的方法,为高速数字信号处理开辟了道路。仔细使用形状和间距 可以实现另一层次的高密度互连。随着电路速度的增加和尺寸的减小,使用独特的低介电强 度绝缘体材料,也为较小的连接器铺平了道路。使用引脚或压力连接的板对板连接器占用的 空间非常小,并且仅在信号传输中产生微小的像差。 小型连接器的用途还有待观察。较大的连接器目前正被更小更轻的微圆形连接器所取代,这 些连接器使用 0.050 英寸间距,而那些相同的 0.050 英寸间距解决方案正在被 0.025 英寸间 距的纳米变体所取代,也可以处理多个高速信号。


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