Der Stecker muss zum Kabel passen: Wie zuverlässige High-Speed-Datenübertragung in der Medizin gelingt

Datenübertragung spielt in der modernen Medizin eine wichtige Rolle. Die Anwendungen sind vielfältig. Sei es bei präziser Bildgebung oder Diagnoseverfahren, wie zum Beispiel Endoskopie, Laparoskopie, Elektroenzephalographie (EEG), MRT und CT-Scanner oder medizinischem Ultraschall. Entscheidend ist dabei die Verbindungstechnik. Steckverbinder und Kabel müssen nicht nur möglichst kompakt sein, sondern auch robust, zuverlässig und nicht zuletzt stabile Signalintegrität bieten. Auch der zunehmenden Nachfrage nach High-Speed-Anwendungen muss Rechnung getragen werden. Hierbei steht der USB-3.2-Gen-2-Standard mit Übertragungsraten von bis zu 10 Gbit/s besonders im Fokus.

Um zuverlässige und effiziente Verbindungslösungen, insbesondere für die High-Speed-Datenübertragung, zu entwickeln, ist Fachwissen in der Kabelkonfektionierung, bei Hochleistungssteckverbindern sowie in der Simulation, Prüfung und Gestaltung von Signalintegrität unerlässlich. Nur so entstehen Lösungen, die allen Ansprüchen genügen. Neben der allgegenwärtigen Miniaturisierung und der bei Medizintechnikprodukten besonders wichtigen Hygiene, gibt es weitere Faktoren, die insbesondere von Produktdesignern berücksichtigt werden müssen.

Flexibilität

Es gibt nicht die eine Lösung, die alles abdecken kann. Bei USB-3.2-Verbindungslösungen ist dies nicht anders. Neben der Größe und der Konfiguration spielt die Integration eines Verriegelungsmechanismus, der zur Anwendung passt, eine entscheidende Rolle. Für Lösungen, die dauerhaft im Einsatz sind und womöglich von Patienten getragen werden, wie zum Beispiel Langzeit-EKGs, ist ein Verschlussmechanismus geeignet, der nicht aus Versehen ausgesteckt werden kann. Andere Lösungen wiederum sind darauf angewiesen, dass sie schnell und einfach ein und ausgesteckt werden können. Insbesondere im OP ist es wichtig, dass die Verbindung von Kamerasystemen und anderen Instrumenten durch Blindstecken und einfache Handhabung, selbst mit Handschuhen, gut ausgeführt werden kann.

Lösungsanbieter müssen deshalb verschiedene Steckverbinder für verschiedene Anwendungen im Angebot haben – und diese im Optimalfall auch noch in verschiedenen Konfigurationen und Ausführungen liefern können. Das beginnt bereits beim Material: Messing, rostfreier Stahl oder Kunststoff. Jede Anwendung hat andere Anforderungen. Wichtig ist in jedem Fall, dass das Material chemikalienbeständig sowie für Sterilisationsprozesse geeignet ist. Auch die Dichtigkeit spielt eine Rolle. IP68 ist das Minimum, manche Steckverbinder bieten zusätzlich sogar IP69 und hermetische Abdichtung durch harzversiegelte Kontaktblöcke, je nach Anwendung.

Auch die Größe des Steckverbinders und Anzahl an Pins hat Auswirkungen auf die Verbindung: 9 Pins in einem Ø 15,5 mm-Stecker oder 9 Pins in einem Ø 12,9 mm-Stecker oder 12 Signal- und Leistungspins in einem Ø 14,9 mm-Stecker. Alle sind mit USB-3.2-Spezifikationen ausrüstbar, aber nicht alle passen zu jeder Anwendung. Es ist wichtig, die richtige Kombination zu ermitteln.

Stabile Signalintegrität

Aber nicht nur der Steckverbinder ist entscheidend beim Design von Medizintechniklösungen. Auch die Kabelkonfektionierung muss mit entsprechender Expertise durchgeführt werden. Ingenieure müssen im Entwurfs- und Charakterisierungsprozess zahlreiche komplexe Parameter berücksichtigen, darunter Impedanzanpassung, Leitungsverzögerung, Einfügungs- und Rückflussdämpfung, Übersprechen sowie EMV-Abschirmung.

Eine hochwertige Kabelkonfektionierung sorgt für die Sicherstellung einer zuverlässigen Datenübertragung, der Signalintegrität und Gesamtfunktion des Systems. Für eine erfolgreiche High-Speed-Datenübertragung vom Sender zum Empfänger müssen Steckverbinder und Kabel optimal aufeinander abgestimmt und einer Reihe von Konformitätstests auf Systemebene unterzogen werden. USB 3.2 ist ein besonders anspruchsvolles Protokoll, bei dem Faktoren wie Steckverbinderdesign, Kabellänge, Kabelverluste und kontrollierte sowie wiederholbare Montage- und Vergussprozesse bei Übertragungsraten über 1 Gbit/s entscheidend sind. Es ist zudem wichtig, die gesamte physikalische Schicht der Verbindung im Rahmen eines Systemtests als Ganzes zu analysieren.

Zwar eröffnet USB 3.2 neue Möglichkeiten der High-Speed-Datenübertragung in der Medizin, jedoch wird ihr Potenzial nur dann voll ausgeschöpft, wenn alle Komponenten, also Steckverbinder und Kabelkonfektionierung, perfekt aufeinander und auf die geplante Anwendung abgestimmt sind. Hersteller und Designer sollten deshalb darauf achten einen Lösungsanbieter auszuwählen, der alles aus einer Hand bietet.

USB 3.2 ist ein besonders anspruchsvolles Protokoll, bei dem die Signalintegrität über zahlreiche Tests optimiert werden muss, um ein perfektes Ergebnis zu erzielen. Sehen Sie sich auf dem YouTube-Kanal von Fischer Connectors das Lehrvideo „Signal Integrity – simply explained“ an.

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