使用弹簧探针可以让连接器设计师可以定制PIN针数量,用于优化MRI系统中连接器的性能,提供特定频率,节省尺寸,重量和成本,同时在需要时保持同轴通道的性能。
MRI(磁共振成像)系统用于复杂医疗诊断,提供体内结构清晰和详细视图。该设备在一个强大磁场中应用核磁共振原理来创建身体结构图像,而不使用潜在有害的x射线。核磁共振技术不断完善,为医疗保健提供更有价值的手段。
MRI系统依赖于各种复杂的互连技术。在磁共振机器中,射频线圈用作天线,环绕要成像的特定身体部位。该线圈与磁场内的射频通信,通常通过高频电缆和连接器连接到更大的MRI系统中。
然而,电子元件通常由磁性材料组成,这可能会产生干扰,使图像扭曲。为了防止这种情况发生,MRI系统中使用的线圈电缆和连接器必须是非磁性的。此外,在这些连接器中使用的信号、功率和射频触点必须高度可靠,能承受这种设备所需的数万个配合周期。由于同轴射频接触可能很大、昂贵且脆弱,因此在这些系统中迫切需要更小、更坚固、更经济的互连方案。
在MRI系统中,MRI线圈经常与患者直接接触。这就需要进行以病人的舒适度和技术性能为中心的设计。用轻质材料制作MRI线圈有助于防止对被成像的病人施加过度压力。出于同样原因,尽量减少电缆和连接器的尺寸和重量也很重要。
MRI线圈中的每个射频通道通常需要同轴连接。通过用接触网格阵列替换同轴MRI触点,MRI设计者可以减少连接器的尺寸、重量和成本。然而,更有效的MRI解决方案可能是用弹簧探头取代针脚和插座触点。这使得清洁电缆连接器更快和更容易,因为平面触点比同轴插座更容易清洁。这有助于提高MRI套件的整体质量。
在MRI线圈端增加一个连接器,在电缆损坏时更容易更换,而不是维修整个MRI线圈。这减少了MRI设备的停机时间,降低了MRI设备维护成本。这样做需要一个非常小的连接器,因为它离病人更近。具有接触阵列特征的连接器使这成为可能。
弹簧探针PGA技术
弹簧探头具有非常长的配合周期,通常高于传统的针插座接触系统。弹簧探头的使用使非常昂贵的核磁共振系统能够满负荷运行。 Smiths Interconnect公司开发了配合周期超过60000次的非磁性弹簧探头,用于核磁共振系统。
使用弹簧探头网格阵列还提供了更强的通用性和定制选项。MRI设计者可以定制引脚数量,并针对特定频率设计优化连接器的性能。这种策略有助于节省尺寸、重量和成本,同时保持同轴电缆通道的性能。弹簧探头网格阵列也简化了电缆终止方式。
比较选定应用中PGA和同轴接触连接器的相对尺寸,PGA触点仅占传统同轴触点的一半左右,如下例所示的16和32通道连接器引脚。
弹簧探针PGA的特点和优点:
* 高密度
* 6万次的配合周期
* 稳定的接触电阻
* 接触点抗损伤
* 触点密封程度高
* 非磁性组件,防止可能扭曲图像的“伪影”
射频MRI连接器的性能要求:
* 相对磁渗透率(小于0.00005µr)
* 插入损耗(大于-0.2dB,至12.5MHz;大于-0.3dB,至135MHz)
* 返回损耗(小于-33dB,至12.5MHz;小于-20dB,至300MHz)
* 串扰比率(小于-45dB,高达12.5MHz)
* 低电平电路电阻(每个触点小于20mΩ(配合周期寿命前后)
* 60k配合周期
如图3所示,一个典型的16通道PGA布局,包含32个探头触点,其中16个是信号信号,16个是返回信号。
为了验证PGA模式中弹簧探头的MRI互连技术,Smiths Interconnect公司进行了一系列测试,包括磁导率、插入损耗、回程损耗、串扰比、低电平接触电阻、连接器耐久性、接触寿命等测试。测试配置是一个圆形连接器,带有24个等间距的弹簧探头,具备12个通道。
MRI设备测试表明,弹簧探头网格阵列连接器提供了典型的MRI线圈所需的机械、电气和可优化的性能,以及MRI系统内部连接。此外,该技术提供了一个非磁性接口,多达60,000次可靠的配合周期。插入/返回损耗、串扰和接触电阻水平符合MRI系统设计者要求,使其成为设计下一代MRI设备的理想选择。
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