Connecteurs carte à carte dans le secteur médical
Les bons contacts dans le secteur des technologies médicales
Dans le domaine des technologies médicales, les appareils connectés, équipés d'un nombre croissant de capteurs intelligents, vont dominer le paysage. Des réglementations très strictes et une protection maximale contre les pannes dictent la voie que doivent suivre les produits et composants utilisés. La miniaturisation, le débit de transmission des données et le rayonnement électromagnétique sont les exigences explicites auxquelles sont soumis les connecteurs carte à carte. Pour le développeur de matériel, ce sont là des critères qui influencent considérablement la conception des appareils.
Aujourd’hui, ce sont encore les patients qui doivent s’adapter aux structures du système de santé. Demain déjà – et les prévisions de Deloitte portent sur 2025 –, les soins de santé s’adapteront exactement à l’inverse aux patients, à leur lieu de résidence et à leurs contraintes horaires. Le passage à cette « médecine des 4P » (prédictive, préventive, personnalisée, participative) est favorisé par de nombreuses innovations numériques.
Ce changement de paradigme se manifestera chez les fabricants d’appareils médicaux. Le nombre de capteurs intelligents augmente avec la mise en réseau des produits dans l’Internet des objets médicaux (IoMT). Dans les soins aux patients, le confort s’améliore, par exemple grâce à des connexions sans fil vers le dossier médical électronique ainsi qu’à la transmission et à la surveillance des paramètres vitaux en temps réel. L’analyse de données, les méthodes cognitives et la robotique ouvrent de nouveaux champs de possibilités dans le secteur de la santé.
Ce changement de paradigme se manifestera chez les fabricants d’appareils médicaux. Le nombre de capteurs intelligents augmente avec la mise en réseau des produits dans l’Internet des objets médicaux (IoMT). Dans les soins aux patients, le confort s’améliore, par exemple grâce à des connexions sans fil vers le dossier médical électronique ainsi qu’à la transmission et à la surveillance des paramètres vitaux en temps réel. L’analyse de données, les méthodes cognitives et la robotique ouvrent de nouveaux champs de possibilités dans le secteur de la santé.
La haute vitesse et la CEM au cœur des appareils médicaux
Les systèmes d'imagerie médicale, tels que les scanners, les appareils d'IRM et les appareils de radiographie numérique, traitent jusqu'à 20 Gbit/s de données d'images et de données patient en temps réel. Il en va de même pour les applications de télémédecine et de télésurveillance. De même, la robotique chirurgicale nécessite la transmission en temps réel d'images et de commandes entre la console du chirurgien et le système robotique. L'endoscopie haute résolution, ainsi que les dispositifs implantables et les systèmes de surveillance des patients sont d'autres domaines qui reposent sur la transmission de données, mais qui accordent également une grande importance aux aspects de conception CEM pour la résistance aux interférences et la sécurité des patients.
D'autres tendances, telles que l'essor des capteurs multisources et des systèmes globaux de plus en plus interconnectés, exigent une transmission de données rapide, fiable et sécurisée via différentes interfaces – un aspect particulièrement important pour les appareils de technologie médicale. L'intégrité du signal joue ici un rôle décisif, car ces applications reposent sur des données hautement précises et fiables. Des courants constants et des données précises sont indispensables pour garantir la sécurité, la fiabilité et l'efficacité fonctionnelles des appareils. Des débits binaires élevés, parfois sur de longues distances, peuvent, en cas de perturbations telles que le bruit, les pertes par (rétro)couplage ainsi que les distorsions et la diaphonie, altérer les signaux électriques à tel point que des erreurs surviennent et que les appareils tombent en panne.
D'autres tendances, telles que l'essor des capteurs multisources et des systèmes globaux de plus en plus interconnectés, exigent une transmission de données rapide, fiable et sécurisée via différentes interfaces – un aspect particulièrement important pour les appareils de technologie médicale. L'intégrité du signal joue ici un rôle décisif, car ces applications reposent sur des données hautement précises et fiables. Des courants constants et des données précises sont indispensables pour garantir la sécurité, la fiabilité et l'efficacité fonctionnelles des appareils. Des débits binaires élevés, parfois sur de longues distances, peuvent, en cas de perturbations telles que le bruit, les pertes par (rétro)couplage ainsi que les distorsions et la diaphonie, altérer les signaux électriques à tel point que des erreurs surviennent et que les appareils tombent en panne.
Respect des normes industrielles applicables
Dans le cadre des exigences réglementaires telles que le règlement sur les dispositifs médicaux (MDR) dans l'Union européenne ou les prescriptions de la Food and Drug Administration (FDA) aux États-Unis, il s'agit de garantir l'homologation et l'utilisation sûre des appareils. Parallèlement, les concepteurs de matériel visent à optimiser l’utilisation de l’espace de montage de plus en plus restreint à l’intérieur des appareils médicaux, tandis que les contraintes mécaniques (chocs, vibrations et oscillations) et les influences thermiques et chimiques de l’environnement exigent une robustesse élevée de la part de tous les équipements.
Il existe par ailleurs trois normes industrielles ciblées et spécifiques à l'application pour les appareils de technologie médicale, dont il faut tenir compte dans toutes les conceptions. Premièrement, la norme ISO 80369-1, qui traite de la méthodologie de conception visant à réduire le risque de connexion incorrecte des appareils médicaux ou de leurs accessoires. Deuxièmement, la norme CEI 60601, qui décrit les exigences générales en matière de sécurité de base et de performances essentielles, y compris les interférences électromagnétiques (EMI) et la compatibilité électromagnétique (CEM). Enfin, la norme ISO 13485, qui porte sur les systèmes qualité chargés d'assurer la traçabilité des composants et des procédés utilisés dans le processus de production.
Il existe par ailleurs trois normes industrielles ciblées et spécifiques à l'application pour les appareils de technologie médicale, dont il faut tenir compte dans toutes les conceptions. Premièrement, la norme ISO 80369-1, qui traite de la méthodologie de conception visant à réduire le risque de connexion incorrecte des appareils médicaux ou de leurs accessoires. Deuxièmement, la norme CEI 60601, qui décrit les exigences générales en matière de sécurité de base et de performances essentielles, y compris les interférences électromagnétiques (EMI) et la compatibilité électromagnétique (CEM). Enfin, la norme ISO 13485, qui porte sur les systèmes qualité chargés d'assurer la traçabilité des composants et des procédés utilisés dans le processus de production.
Connecteurs carte à carte utilisés comme transmetteurs de signaux
Alors que la complexité et la densité d'intégration des appareils médicaux ne cessent d'augmenter et qu'il faut intégrer des fonctionnalités existantes et nouvelles dans des espaces extrêmement restreints, les exigences imposées aux connecteurs carte à carte, qui font le lien entre les circuits imprimés, sont extrêmement élevées. Les lieux et domaines d'utilisation les plus divers soumettent les appareils à des vibrations et des chocs. Les connecteurs doivent garantir une fiabilité de contact à long terme malgré les micro-mouvements. Pour le développeur de matériel, la robustesse, la transmission de données et le blindage CEM constituent les trois piliers de la conception mécanique des appareils.
Les connecteurs de dernière génération doivent minimiser les perturbations dans la transmission du signal, et la conception des contacts des connecteurs doit être parfaitement adaptée à cet effet. L'objectif est donc toujours d'éviter les risques liés à la transmission de données, qui comprennent principalement les variations d'impédance dues à des changements de matériaux et de géométrie, ainsi que l'atténuation due à la perte d'insertion et à la perte de retour, sans oublier la diaphonie.
Les connecteurs de dernière génération doivent minimiser les perturbations dans la transmission du signal, et la conception des contacts des connecteurs doit être parfaitement adaptée à cet effet. L'objectif est donc toujours d'éviter les risques liés à la transmission de données, qui comprennent principalement les variations d'impédance dues à des changements de matériaux et de géométrie, ainsi que l'atténuation due à la perte d'insertion et à la perte de retour, sans oublier la diaphonie.
La protection des signaux comme fondement
En ce qui concerne les interférences électromagnétiques, les signaux à haute vitesse nécessitent une protection particulière. Un connecteur peut alors agir à la fois comme source d'interférences et comme puits de captage. Il est donc recommandé d'utiliser une protection de signal sous forme de tôle de blindage afin de protéger les signaux sensibles contre les interférences externes. L'image ci-dessous montre qu'une simple impulsion électrique, même minime, peut fausser le signal utile.
Le récepteur n'est déjà plus en mesure d'interpréter clairement les états numériques du signal HDMI après une brève impulsion de 0,5 kV, alors que la transmission du signal par le connecteur blindé reste stable même à 4,4 kV.
L'inductance de couplage LK caractérise le connecteur par ses propriétés électriques dans ses deux fonctions : source et puits. Cela vaut aussi bien pour l'immunité que pour l'émission de perturbations. Si la tension induite (Uind), la tension du générateur (UGen) et la constante du générateur (kGen) sont connues, l'inductance de couplage maximale admissible (LK) peut être déterminée à l'aide de cette équation :
LK = Uind / (UGen * kGen) (Éq. 1)
L'inductance de couplage aide également l'utilisateur à définir le connecteur approprié en termes de compatibilité électromagnétique et à éviter les essais par tâtonnements coûteux et chronophages en laboratoire CEM. Par exemple, pour un signal HDMI, une inductance de couplage maximale de 47 pH a été déterminée pour une tension de 4,4 kV. Si la valeur est supérieure, le signal n'est donc plus transmis sans interférences.
L'inductance de couplage LK caractérise le connecteur par ses propriétés électriques dans ses deux fonctions : source et puits. Cela vaut aussi bien pour l'immunité que pour l'émission de perturbations. Si la tension induite (Uind), la tension du générateur (UGen) et la constante du générateur (kGen) sont connues, l'inductance de couplage maximale admissible (LK) peut être déterminée à l'aide de cette équation :
LK = Uind / (UGen * kGen) (Éq. 1)
L'inductance de couplage aide également l'utilisateur à définir le connecteur approprié en termes de compatibilité électromagnétique et à éviter les essais par tâtonnements coûteux et chronophages en laboratoire CEM. Par exemple, pour un signal HDMI, une inductance de couplage maximale de 47 pH a été déterminée pour une tension de 4,4 kV. Si la valeur est supérieure, le signal n'est donc plus transmis sans interférences.
Spécialement conçu pour les applications industrielles exigeantes
La gamme de produits zero8 d'ept a été conçue pour répondre à ces exigences élevées du secteur médical et, grâce à sa grande évolutivité, s'adapte parfaitement aux besoins individuels : les formats, la hauteur d'empilage et le nombre de broches peuvent être choisis individuellement. Les socles et les connecteurs sont actuellement disponibles en formats « mid-profile » et « low-profile » et seront également proposés à l'avenir en version « high-profile » et coudée. Grâce aux différentes hauteurs de construction, les connecteurs Zero8 permettent de réaliser des espacements entre circuits imprimés allant de 6,00 mm à 21,00 mm, le nombre de pôles pouvant varier de 12 à 80. À des fins de blindage, il est possible d’opter pour une protection des deux côtés de la paire de connecteurs ; bien entendu, tous les connecteurs Zero8 sont compatibles entre eux et peuvent être combinés librement.
La technologie de connexion double face ScaleX résiste aux conditions difficiles des applications industrielles et garantit une connexion fiable en cas de contraintes mécaniques telles que les chocs et les vibrations. De plus, elle compense les tolérances des équipements dans toutes les directions une fois les connecteurs enfichés. Grâce au blindage CEM, les signaux sont protégés des influences extérieures dans un environnement industriel et les matériaux utilisés garantissent un débit de transmission de données pouvant atteindre 16 Gbit/s.
Plus d’informations sur le Zero8 »
La technologie de connexion double face ScaleX résiste aux conditions difficiles des applications industrielles et garantit une connexion fiable en cas de contraintes mécaniques telles que les chocs et les vibrations. De plus, elle compense les tolérances des équipements dans toutes les directions une fois les connecteurs enfichés. Grâce au blindage CEM, les signaux sont protégés des influences extérieures dans un environnement industriel et les matériaux utilisés garantissent un débit de transmission de données pouvant atteindre 16 Gbit/s.
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Il ne faut pas sous-estimer l'importance de choisir le connecteur adapté à une application à haut débit. Comme décrit ici, le secteur médical, en particulier, est soumis à de nombreuses exigences simultanées. Les propriétés mécaniques ou électriques que doivent présenter les connecteurs carte à carte, ou encore la configuration des périphériques de connexion du connecteur : ce sont là des questions de détail qui peuvent s'avérer décisives pour le choix, broche par broche.
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