conector «board-to-board» na tecnologia médica
Os contactos certos na área da tecnologia médica
Na área da tecnologia tecnologia médica, os dispositivos MedTech interligados, com cada vez mais sensores inteligentes, irão dominar o panorama. Regulamentações rigorosas e o mais elevado nível de proteção contra falhas definem o caminho que os produtos e componentes utilizados têm de seguir. A miniaturização, a taxa de transmissão de dados e a radiação eletromagnética são, explicitamente, os requisitos a que os conector «board-to-board» estão sujeitos. Para o desenvolvedor de hardware, estes são critérios que influenciam significativamente o design do dispositivo.
Hoje, os doentes ainda têm de se adaptar às estruturas do sistema de saúde. Amanhã já – e as previsões da Deloitte referem-se a 2025 –, os cuidados de saúde orientar-se-ão exatamente ao contrário, em função dos doentes, do local onde se encontram e dos seus horários. A transição para esta «medicina 4P» (predictive, preventative, personalized, participatory) é facilitada por muitas inovações digitais.
Esta mudança de paradigma irá manifestar-se junto dos fabricantes de dispositivos médicos. O número de sensores inteligentes aumenta com a interligação dos produtos na Internet das Coisas Médicas (IoMT). No atendimento ao doente, o conforto aumenta, por exemplo, através de ligações sem fios ao registo eletrónico do doente, bem como da transmissão e monitorização de parâmetros vitais em tempo real. Com a análise de dados, métodos cognitivos e robótica, surgem novos campos de potencial no setor da saúde.
Esta mudança de paradigma irá manifestar-se junto dos fabricantes de dispositivos médicos. O número de sensores inteligentes aumenta com a interligação dos produtos na Internet das Coisas Médicas (IoMT). No atendimento ao doente, o conforto aumenta, por exemplo, através de ligações sem fios ao registo eletrónico do doente, bem como da transmissão e monitorização de parâmetros vitais em tempo real. Com a análise de dados, métodos cognitivos e robótica, surgem novos campos de potencial no setor da saúde.
Alta velocidade e CEM: em destaque nos dispositivos de tecnologia médica
Os sistemas de imagiologia médica, como tomógrafos computadorizados (CT), aparelhos de ressonância magnética (RM) e aparelhos de raios X digitais, processam até 20 Gbit/s de dados de imagens e de pacientes em tempo real. O mesmo se aplica a aplicações de telemedicina e monitorização remota. Da mesma forma, na robótica cirúrgica, é necessária a transmissão em tempo real de imagens e comandos de controlo entre a consola do cirurgião e o sistema robótico. A endoscopia de alta resolução, bem como os dispositivos implantáveis e os sistemas de monitorização de doentes, são outros campos que dependem da transmissão de dados, mas que também dão importância aos aspetos de conceção em matéria de compatibilidade eletromagnética (CEM) para garantir a imunidade e a segurança dos doentes.
Outras tendências, como o aumento da utilização de sensores de múltiplas fontes e de sistemas globais cada vez mais interligados, exigem uma transmissão de dados rápida, fiável e segura através de diversas interfaces — um facto que se aplica, em particular, aos dispositivos de tecnologia médica. Neste contexto, a «integridade do sinal» desempenha um papel decisivo, uma vez que os dados de alta precisão e fiabilidade predominam nas aplicações. Correntes constantes e dados precisos são indispensáveis para garantir a segurança funcional, a fiabilidade e a eficiência dos dispositivos. Elevadas taxas de bits, por vezes ao longo de grandes distâncias, podem, em caso de perturbações como ruído, perdas por (retro)alimentação, bem como distorções e diafonia, afetar os sinais elétricos de tal forma que surjam erros e os dispositivos deixem de funcionar.
Outras tendências, como o aumento da utilização de sensores de múltiplas fontes e de sistemas globais cada vez mais interligados, exigem uma transmissão de dados rápida, fiável e segura através de diversas interfaces — um facto que se aplica, em particular, aos dispositivos de tecnologia médica. Neste contexto, a «integridade do sinal» desempenha um papel decisivo, uma vez que os dados de alta precisão e fiabilidade predominam nas aplicações. Correntes constantes e dados precisos são indispensáveis para garantir a segurança funcional, a fiabilidade e a eficiência dos dispositivos. Elevadas taxas de bits, por vezes ao longo de grandes distâncias, podem, em caso de perturbações como ruído, perdas por (retro)alimentação, bem como distorções e diafonia, afetar os sinais elétricos de tal forma que surjam erros e os dispositivos deixem de funcionar.
Cumprimento das normas industriais aplicáveis
No âmbito de requisitos regulamentares como o Regulamento relativo aos Dispositivos Médicos (MDR) na União Europeia ou as normas da Food and Drug Administration (FDA) nos EUA, é necessário garantir a homologação e a utilização segura dos dispositivos. Além disso, uma tendência entre todos os projetistas de hardware é a necessidade de utilizar de forma ainda mais eficiente um espaço de montagem cada vez mais reduzido nos dispositivos médicos, sendo que as solicitações a que os dispositivos estão sujeitos — tais como choques, vibrações e oscilações, bem como influências ambientais térmicas e químicas — continuam a exigir robustez de todos os dispositivos.
Além disso, existem três normas industriais específicas para dispositivos de tecnologia médica que devem ser tidas em conta em todos os projetos. Em primeiro lugar, a ISO 80369-1, que aborda a metodologia de projeto para reduzir o risco de ligação incorreta de dispositivos médicos ou acessórios. Em segundo lugar, a norma IEC 60601, que descreve os requisitos gerais relativos à segurança básica e às características essenciais de desempenho, incluindo as perturbações eletromagnéticas (EMI) e a compatibilidade eletromagnética (CEM). E, em terceiro lugar, a norma ISO 13485, que se refere aos sistemas de qualidade responsáveis pela rastreabilidade dos componentes e processos utilizados no processo de produção.
Além disso, existem três normas industriais específicas para dispositivos de tecnologia médica que devem ser tidas em conta em todos os projetos. Em primeiro lugar, a ISO 80369-1, que aborda a metodologia de projeto para reduzir o risco de ligação incorreta de dispositivos médicos ou acessórios. Em segundo lugar, a norma IEC 60601, que descreve os requisitos gerais relativos à segurança básica e às características essenciais de desempenho, incluindo as perturbações eletromagnéticas (EMI) e a compatibilidade eletromagnética (CEM). E, em terceiro lugar, a norma ISO 13485, que se refere aos sistemas de qualidade responsáveis pela rastreabilidade dos componentes e processos utilizados no processo de produção.
conector «board-to-board» como transmissores de sinal
À medida que a complexidade e a densidade de integração nos dispositivos médicos continuam a aumentar e é necessário integrar funcionalidades existentes e novas num espaço extremamente reduzido, os requisitos para os conector placa a placa, enquanto ponte entre as placas de circuito impresso, tornam-se imensamente elevados. Os mais diversos locais e áreas de utilização sujeitam os dispositivos a vibrações e choques. Os conector têm de garantir a segurança do contacto a longo prazo, mesmo em caso de micromovimentos. Robustez, transmissão de dados e CEM (blindagem) são, para o desenvolvedor de hardware, os três pilares fundamentais no projeto mecânico dos dispositivos.
Os conector da última geração têm de minimizar as perturbações na transmissão de sinais, e o design dos contactos dos conectores deve ser perfeitamente adaptado a esse fim. Por isso, o objetivo é sempre contornar os riscos na transmissão de dados, entre os quais se incluem principalmente as flutuações de impedância decorrentes de alterações nos materiais e na geometria, bem como o atenuamento causado pela perda de inserção (Insertion Loss) e pela perda de retorno (Return Loss), além da interferência entre canais (diafonia).
Os conector da última geração têm de minimizar as perturbações na transmissão de sinais, e o design dos contactos dos conectores deve ser perfeitamente adaptado a esse fim. Por isso, o objetivo é sempre contornar os riscos na transmissão de dados, entre os quais se incluem principalmente as flutuações de impedância decorrentes de alterações nos materiais e na geometria, bem como o atenuamento causado pela perda de inserção (Insertion Loss) e pela perda de retorno (Return Loss), além da interferência entre canais (diafonia).
A proteção do sinal como base
No que diz respeito às interferências eletromagnéticas, os sinais de alta velocidade requerem uma proteção especial. Um conector (conector) pode funcionar tanto como fonte de interferência como como dissipador. Neste caso, recomenda-se a proteção do sinal através de uma chapa de blindagem (placa de blindagem), para proteger os sinais sensíveis de influências externas. A imagem abaixo ilustra que mesmo um pequeno impulso elétrico pode distorcer o sinal útil.
O recetor já não consegue interpretar de forma inequívoca os estados digitais do sinal HDMI após um breve impulso de 0,5 kV, ao passo que a transmissão do sinal do conector blindado continua estável mesmo a 4,4 kV.
A indutância mútua LK descreve o conector através das relações elétricas em ambas as funções – fonte e dreno. Isto aplica-se tanto à imunidade como à emissão eletromagnética. Se a tensão induzida (Uind), a tensão do gerador (UGen) e a constante do gerador (kGen) forem conhecidas, a indutância mútua específica máxima admissível (LK) pode ser determinada através desta equação:
LK = Uind / (UGen * kGen) (Ec. 1)
A indutância mútua, além disso, ajuda o utilizador a definir o conector adequado em termos de compatibilidade eletromagnética e a evitar testes de tentativa e erro, dispendiosos em termos de custos e tempo, no CEM-Labor. Eis um exemplo: para um sinal HDMI, foi determinada uma indutância mútua máxima específica para o caso de 47 pH a uma tensão de 4,4 kV. Se o valor for superior a este, o sinal deixará, portanto, de ser transmitido sem interferências.
A indutância mútua LK descreve o conector através das relações elétricas em ambas as funções – fonte e dreno. Isto aplica-se tanto à imunidade como à emissão eletromagnética. Se a tensão induzida (Uind), a tensão do gerador (UGen) e a constante do gerador (kGen) forem conhecidas, a indutância mútua específica máxima admissível (LK) pode ser determinada através desta equação:
LK = Uind / (UGen * kGen) (Ec. 1)
A indutância mútua, além disso, ajuda o utilizador a definir o conector adequado em termos de compatibilidade eletromagnética e a evitar testes de tentativa e erro, dispendiosos em termos de custos e tempo, no CEM-Labor. Eis um exemplo: para um sinal HDMI, foi determinada uma indutância mútua máxima específica para o caso de 47 pH a uma tensão de 4,4 kV. Se o valor for superior a este, o sinal deixará, portanto, de ser transmitido sem interferências.
Especialmente concebido para aplicações industriais exigentes
A família de produtos Zero8 da ept foi concebida para responder a estas elevadas exigências na área da tecnologia médica (tecnologia médica) e, graças à sua elevada escalabilidade, oferece uma adaptação ideal às necessidades individuais – os tipos, a altura de empilhamento (altura de empilhamento) e o número de polos podem ser selecionados individualmente. Os soquetes e os conector estão atualmente disponíveis nos tipo mid-profile e low-profile, e, no futuro, estarão também disponíveis nas versões high-profile e angulares. Graças às diferentes alturas de construção, os conectores Zero8 permitem obter distâncias entre placas de circuito impresso de 6,00 mm a 21,00 mm, sendo que o número de polos varia entre 12 e 80. Para efeitos de blindagem, é possível optar por proteção em ambos os lados do par de conectores, sendo que, naturalmente, todos os conectores Zero8 são compatíveis entre si e podem ser combinados livremente.
A tecnologia de ligação de dupla face ScaleX consegue resistir às condições adversas das aplicações industriais e garante um contacto seguro sob cargas mecânicas, tais como choques e vibrações. Além disso, compensa as tolerâncias dos equipamentos em todas as direções quando os conectores estão encaixados. Graças à CEM (blindagem), os sinais no ambiente industrial ficam protegidos contra influências externas e as características do material garantem uma taxa de transmissão de dados de dados de até 16 Gbit/s.
Mais informações sobre o Zero8 »
A tecnologia de ligação de dupla face ScaleX consegue resistir às condições adversas das aplicações industriais e garante um contacto seguro sob cargas mecânicas, tais como choques e vibrações. Além disso, compensa as tolerâncias dos equipamentos em todas as direções quando os conectores estão encaixados. Graças à CEM (blindagem), os sinais no ambiente industrial ficam protegidos contra influências externas e as características do material garantem uma taxa de transmissão de dados de dados de até 16 Gbit/s.
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Não se deve subestimar a importância de selecionar o conector adequado (conector) para uma aplicação de alta velocidade. Tal como aqui descrito, existem muitos requisitos simultâneos, especialmente na área da tecnologia médica. Quais as características mecânicas ou elétricas que os conectores «conector placa a placa» têm de cumprir ou como se configura a periferia de ligação do conector – todas estas são questões de pormenor delicadas que, de pino a pino, podem ser decisivas na seleção.
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