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connettore board-to-board nella tecnologia medicale

connettore board-to-board nella tecnologia medicale

I contatti giusti nel settore dell’tecnologia medicale

Nel settore della tecnologia tecnologia medicale, i dispositivi MedTech interconnessi dotati di un numero sempre maggiore di sensori intelligenti domineranno la scena. Normative rigorosissime e la massima protezione contro i guasti indicano la strada che i prodotti e i componenti utilizzati devono seguire. Miniaturizzazione, velocità di velocità di trasmissione dati e radiazioni elettromagnetiche sono esplicitamente i requisiti a cui sono soggetti i connettori board-to-connettore. Per lo sviluppatore hardware, questi sono criteri che influenzano in modo determinante la progettazione dei dispositivi.
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Attualmente i pazienti devono ancora adattarsi alle strutture del sistema sanitario. Già dal 2025 – secondo le previsioni di Deloitte – l’assistenza sanitaria sarà orientata esattamente al contrario, in base ai pazienti, al luogo in cui si trovano e alle loro esigenze temporali. Il passaggio a questa “medicina 4P” (predictive, preventative, personalized, participatory) è favorito da numerose innovazioni digitali.

Questo cambiamento di paradigma avrà ripercussioni anche sui produttori di dispositivi medici: il numero di sensori intelligenti aumenterà grazie alla connessione dei dispositivi nell’Internet of Medical Things (IoMT). Nell’assistenza ai pazienti il comfort migliorerà, ad esempio tramite connessioni wireless alla cartella clinica elettronica e la trasmissione in tempo reale dei parametri vitali. Con la data analytics, i metodi cognitivi e la robotica si aprono ulteriori ambiti di potenziale nel settore sanitario.

High-speed e EMC al centro dell’attenzione nei dispositivi di tecnologia medicale

I sistemi di imaging medico, quali scanner TC, apparecchiature per la risonanza magnetica e apparecchiature radiografiche digitali, elaborano fino a 20 Gbit/s di dati relativi alle immagini e ai pazienti in tempo reale. Lo stesso vale per le applicazioni di telemedicina e monitoraggio a distanza. Anche nella robotica chirurgica è richiesta la trasmissione in tempo reale di immagini e comandi di controllo tra la console del chirurgo e il sistema robotico. L’endoscopia ad alta risoluzione, così come i dispositivi impiantabili e i sistemi di monitoraggio dei pazienti, sono ulteriori settori che si affidano alla trasmissione dei dati, ma che attribuiscono grande importanza anche agli aspetti di progettazione relativi alla compatibilità elettromagnetica (EMC) per garantire l’immunità e la sicurezza dei pazienti. 

Altre tendenze, come la diffusione dei sensori multisorgente e dei sistemi complessivi sempre più interconnessi, richiedono una trasmissione dei dati veloce, affidabile e sicura attraverso diverse interfacce – un aspetto che vale in particolare per i dispositivi medtech. In questo contesto, l’integrità del segnale gioca un ruolo decisivo, soprattutto nelle applicazioni in cui prevalgono dati altamente precisi e affidabili. Correnti costanti e dati accurati sono indispensabili per garantire la sicurezza, l’affidabilità e l’efficienza funzionale dei dispositivi. Elevate velocità di trasmissione, talvolta su lunghe distanze, possono, in presenza di disturbi quali rumore, perdite di retroazione, distorsioni e diafonia, compromettere i segnali elettrici a tal punto da causare errori e guasti ai dispositivi. 

Conformità alle norme industriali pertinenti

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Fig. 2: Un vecchio connettore DIN della serie D con passo di 5,08 mm e, sotto, il nuovo Zero8 con passo di 0,8 mm
Nel rispetto dei requisiti normativi, quali il Regolamento sui dispositivi medici (MDR) nell’Unione Europea o le norme della Food and Drug Administration (FDA) negli Stati Uniti, è necessario garantire l’omologazione e l’uso sicuro dei dispositivi. Inoltre, una tendenza comune a tutti i progettisti hardware è quella di sfruttare in modo ancora più efficiente lo spazio di installazione sempre più ridotto nei dispositivi medici, mentre le sollecitazioni a cui sono sottoposti i dispositivi in termini di urti, vibrazioni e oscillazioni, nonché gli influssi ambientali termici e chimici, continuano a richiedere una elevata robustezza di tutti i dispositivi.

Esistono inoltre tre norme industriali mirate e specifiche per l’applicazione relative ai dispositivi MedTech, che devono essere prese in considerazione in tutte le fasi di progettazione. In primo luogo, la norma ISO 80369-1, che riguarda la metodologia di progettazione volta a ridurre il rischio di collegamenti errati di dispositivi medici o accessori. In secondo luogo, la norma IEC 60601, che descrive i requisiti generali relativi alla sicurezza di base e alle caratteristiche essenziali di prestazione, comprese le interferenze elettromagnetiche (EMI) e la compatibilità elettromagnetica (EMC). E in terzo luogo, la norma ISO 13485, che riguarda i sistemi di qualità responsabili della tracciabilità dei componenti e dei processi utilizzati nel processo di produzione. 

connettore board-to-board come trasmettitori di segnale

Se la complessità e la densità di integrazione nei dispositivi medici continuano ad aumentare e occorre integrare funzionalità esistenti e nuove in spazi ristretti, i requisiti per i connettori «connettore scheda-scheda», che fungono da ponte tra i circuiti stampati, sono estremamente elevati. I luoghi e i settori di impiego più disparati sottopongono i dispositivi a vibrazioni e urti. I connettori devono garantire la sicurezza dei contatti a lungo termine anche in presenza di micromovimenti. Robustezza, trasmissione dei dati e EMC (schermatura) sono i tre pilastri fondamentali nella progettazione meccanica dei dispositivi per gli sviluppatori hardware.

I connettore di ultima generazione devono ridurre al minimo le interferenze nella trasmissione del segnale e il design dei contatti dei connettori deve essere perfettamente adattato a questo scopo. Pertanto, l’obiettivo è sempre quello di evitare i rischi nella trasmissione dei dati, tra cui figurano principalmente le fluttuazioni di impedenza dovute a variazioni dei materiali e della geometria, nonché l’attenuazione causata da insertion loss e return loss, oltre alla diafonia.

La protezione del segnale come base

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Fig. 3: Disturbi sul segnale nel caso di un connettore schermato (a sinistra) e non schermato (a destra).
Per quanto riguarda le interferenze elettromagnetiche, i segnali ad alta velocità richiedono una protezione speciale. Un connettore può fungere sia da fonte di interferenza che da dissipatore. In questo caso si raccomanda una protezione del segnale tramite una piastra di schermatura per proteggere i segnali sensibili dalle interferenze esterne. L’immagine sottostante mostra come anche un piccolo impulso elettrico possa alterare il segnale utile. 
Il ricevitore non è più in grado di interpretare in modo univoco gli stati digitali del segnale HDMI già dopo un breve impulso a raffica di 0,5 kV, mentre la trasmissione del segnale del connettore schermato rimane stabile anche a 4,4 kV. 

L’mutua induttanza LK descrive il connettore attraverso le relazioni elettriche in entrambe le funzioni: sorgente e carico. Ciò vale sia per l’immunità che per l’emissione elettromagnetica. Se la tensione indotta (Uind), la tensione del generatore (UGen) e la costante del generatore (kGen) sono note, è possibile determinare l’mutua induttanza massima ammissibile specifica (LK) con questa equazione:

LK = Uind / (UGen * kGen) (Eq. 1)

L’mutua induttanza aiuta inoltre l’utente a definire il connettore più adatto in termini di compatibilità elettromagnetica ed evita costose e dispendiose in termini di tempo prove per tentativi nel EMC-Labor. Ecco un esempio: per un segnale HDMI, a una tensione di 4,4 kV, è stata determinata un’mutua induttanza massima specifica per il caso in questione pari a 47 pH. Se il valore supera tale soglia, il segnale non viene più trasmesso senza interferenze.

Appositamente progettato per applicazioni industriali esigenti

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Fig. 4: zero8 nella versione non schermata (a sinistra) e schermata (a destra).
La famiglia di prodotti Zero8 di ept è stata progettata per soddisfare questi elevati requisiti nel settore della tecnologia tecnologia medicale e, grazie alla sua elevata scalabilità, offre un adattamento ideale alle esigenze individuali: tipi costruttivi, altezza di impilamento (altezza di impilamento) e numero di poli possono essere selezionati individualmente. Attualmente, i connettori maschio e femmina (connettore) sono disponibili nelle tipo Mid-Profile e low-profile e in futuro saranno disponibili anche nelle versioni high-profile e angolate. Grazie alle diverse altezze di montaggio, i connettori Zero8 consentono di realizzare distanze tra le schede da 6,00 mm a 21,00 mm, con un numero di poli variabile da 12 a 80. Ai fini della schermatura, è possibile scegliere la protezione su entrambi i lati della coppia di connettori; naturalmente, tutti i connettori Zero8 sono compatibili tra loro e liberamente combinabili. 

La tecnologia di connessione bifacciale ScaleX è in grado di resistere alle condizioni estreme delle applicazioni industriali e garantisce un contatto sicuro in presenza di sollecitazioni meccaniche quali urti e vibrazioni. Inoltre, una volta innestati, compensa le tolleranze dei dispositivi in tutte le direzioni. Grazie alla EMC (schermatura), i segnali in ambiente industriale sono protetti da influenze esterne e le caratteristiche dei materiali garantiscono una velocità di trasmissione dati dati fino a 16 Gbit/s.

Maggiori informazioni su Zero8 »
Non va sottovalutata l’importanza di scegliere il connettore (connettore) giusto per un’applicazione ad alta velocità. Come descritto in questa sede, soprattutto nel settore della tecnologia medicale, coesistono molti requisiti contemporaneamente. Quali caratteristiche meccaniche o elettriche devono soddisfare i connettori connettore scheda-scheda o come è configurata la periferia di collegamento del connettore: si tratta di questioni di dettaglio molto delicate che, da pin a pin, possono essere decisive nella scelta. 

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