DE69801741T2 - Wire bundle for electrical signals - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kabel mit einem elektrischen Signalbündel zur Anordnung in einem äußeren Mantel.The invention relates to an electrical cable with an electrical signal bundle for arrangement in an outer sheath.
Elektrische Signalleitungen sind zum Beispiel aus der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 735 544 (Cartier et al.), übertragen an die Hewlett-Packard Company, bekannt. Diese Patentanmeldung beschreibt ein Ultraschallsystem mit einem Wandlerkabel zur Bereitstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem Wandler und einem Anzeigeprozessor. Die dritte Ausführungsform des Wandlerkabels in dieser Anmeldung verwendet drei Schichten von extrudierten bandförmigen Baugruppen, die durch abgeschirmte Leiter aus dünnen Streifen aus blankem Kupfer voneinander getrennt sind. Der Stapel von bandförmigen Baugruppen und Schirmleitern wird mit einem bandförmigen Mantel extrudiert, um eine gewünschte Länge des Wandlerkabels zu bilden.Electrical signal lines are known, for example, from European Patent Application EP-A-0 735 544 (Cartier et al.), assigned to Hewlett-Packard Company. This patent application describes an ultrasound system with a transducer cable for providing an electrical connection between a transducer and a display processor. The third embodiment of the transducer cable in this application uses three layers of extruded ribbon assemblies separated by shielded conductors made of thin strips of bare copper. The stack of ribbon assemblies and shield conductors is extruded with a ribbon jacket to form a desired length of transducer cable.
US-A-4 847 443 (Basconi), übertragen an die Amphenol Corporation, lehrt ein weiteres Beispiel für ein elektrisches Signalleitungskabel, das aus mehreren, im allgemeinen flachen, elektrischen Signalleitungssegmenten gebildet wird, die in einer verriegelten Beziehung zusammengestapelt sind. Jedes elektrische Signahleitungssegment dieses vorbekannten Kabels enthält mindestens einen Signalleiter, der auf jeder Seite von Masseleitern umgeben wird. Die mehreren Masseleiter bilden effektiv eine Massefläche, die das Übersprechen zwischen den angrenzenden Signalleitern verhindert. Die Isolationsmaterialien, in denen die Leiter angeordnet sind, werden über die einzelnen Signalleiter extrudiert.US-A-4 847 443 (Basconi), assigned to Amphenol Corporation, teaches another example of an electrical signal line cable formed from a plurality of generally flat electrical signal line segments stacked together in an interlocked relationship. Each electrical signal line segment of this prior art cable includes at least one signal conductor surrounded on each side by ground conductors. The plurality of ground conductors effectively form a ground plane that prevents crosstalk between adjacent signal conductors. The insulating materials in which the conductors are disposed are extruded over the individual signal conductors.
Das europäische Patent EP-B-0 605 600 (Springer et al.), übertragen an die Minnesota Mining and Manufacturing Company, lehrt ein Bandkabel und ein Laminierungsverfahren zu dessen Herstellung. Das hergestellte Bandkabel umfaßt mehrere gleichmäßig beabstandete, flexible Leiter, die von einem Isolator umgeben werden, bei dem es sich um ein mikroporöses Polypropylen handelt.European Patent EP-B-0 605 600 (Springer et al.), assigned to Minnesota Mining and Manufacturing Company, teaches a ribbon cable and a lamination process for its manufacture. The ribbon cable produced comprises a plurality of evenly spaced flexible conductors surrounded by an insulator which is a microporous polypropylene.
Das US-Patent US-A-4 847 443 (Crawley et al.), übertragen an W. L. Gore & Associates, lehrt ein Flachbandkabel mit mehreren Leitern, bei dem mehrere elektrische Leiter in einem Isolatot angeordnet sind; der aus expandiertem Polytetrafluorethylen (ePTFE) besteht.US Patent US-A-4 847 443 (Crawley et al.), assigned to WL Gore & Associates, teaches a multi-conductor ribbon cable in which multiple electrical conductors are arranged in an insulator made of expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE).
Die PCT-Patentanmeldung WO-A-91/09406 (Ritchie et al.) lehrt eine elektrische Verdrahtung, die aus länglichen, elektrisch leitfähigen Metallfolienstreifen besteht, die mittels eines die Folienstreifen zwischen den Laminierungsfilmen befestigenden Klebstoffs zwischen sich gegenüberliegende Schichten aus Isolierfilm laminiert ist.PCT patent application WO-A-91/09406 (Ritchie et al.) teaches electrical wiring consisting of elongated, electrically conductive metal foil strips laminated between opposing layers of insulating film by means of an adhesive securing the foil strips between the laminating films.
Die deutsche Patentanmeldung DE-A-24 24 442, übertragen an Siemens, lehrt eine Kabelbaugruppe, die mehrere zwischen isolierende Filme laminierte Flachkabel umfaßt.German patent application DE-A-24 24 442, assigned to Siemens, teaches a cable assembly comprising several flat cables laminated between insulating films.
Die PCT-Patentanmeldung WO-A-80/00389 (Clarke), übertragen an die Square D Company in Palatine, Illinois, lehrt ein Eingangs-/Ausgangs-Datenkabel zur Verwendung in programmierbaren Steuerungen. Das Kabel besitzt einen Masseleiter, einen Logikpegelspannungsleiter und mehrere Signalleiterbahnen. Die Leiter sind auf zwei oder drei Schichten aus flexiblem Kunststoffmaterial auf spezifische Weise angeordnet, um eine hohe Immunität gegenüber Störungen und geringe induktive Verluste zu erzielen. Die Schichten werden zusammengeklebt, um eine Laminatstruktur zu bilden.PCT patent application WO-A-80/00389 (Clarke), assigned to Square D Company of Palatine, Illinois, teaches an input/output data cable for use in programmable controllers. The cable has a ground conductor, a logic level voltage conductor, and several signal traces. The conductors are arranged on two or three layers of flexible plastic material in a specific manner to provide high noise immunity and low inductive losses. The layers are glued together to form a laminate structure.
Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten elektrischen Signalbündels, das in einem äußeren Mantel angeordnet werden kann.An object of the invention is to provide an improved electrical signal bundle that can be arranged in an outer jacket.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines elektrischen Signalbündels, das einen leichten Abschluß an einer Abschlußleiterplatte ermöglicht.A further object of the invention is to provide an electrical signal bundle that allows easy termination on a termination circuit board.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines elektrischen Signalbündels, dessen Leiter koaxiale Eigenschaften bieten.A further object of the invention is to provide an electrical signal bundle whose conductors offer coaxial properties.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines elektrischen Signalbündels zur Verwendung in einem Katheter.Another object of the invention is to provide an electrical signal bundle for use in a catheter.
Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden gelöst, indem folgendes bereitgestellt wird: ein elektrisches Signalbündel zur Anordnung in einem äußeren Mantel und mehrere koplanare elektrische Signalleiter, die in einem Isolator eingeschlossen sind und eine Bündelbaugruppe bilden. Der Isolator weist eine Isolatoroberseite und eine Isolatorunterseite auf, und ein Abschirmstreifen ist entweder auf der Isolatoroberseite oder auf der Isolatorunterseite angeordnet. Die Bündelbaugruppe ist helixförmig um eine Mittelachse gewunden, und mindestens einer der elektrischen Signalleiter weist einen Wellenwiderstand im Bereich von 50 Ω bis 200 Ω auf. Durch den Einschluß der mehreren koplanaren elektrischen Signalleiter in einem Isolator sind die elektrischen Signalleiter leicht handzuhaben und mit einer Abschlußleiterplatte zu verbinden. Gegenüber den vorbekannten Verfahren der Verwendung mehrerer einzelner Koaxialleiter in einer Röhre, in der jeder Leiter einzeln identifiziert und an die entsprechende Verbindung auf einer Abschlußleiterplatte angepaßt werden muß, wird dadurch eine wesentlich verbesserte Handhabung gewährleistet. Der Isolator stellt sicher, daß alle Signalleiter in dem Bündel in einer bekannten Position bleiben und somit leicht identifiziert werden können.These and other objects of the invention are achieved by providing an electrical signal bundle for placement in an outer jacket and a plurality of coplanar electrical signal conductors disposed in an insulator and form a bundle assembly. The insulator has an insulator top and an insulator bottom, and a shielding strip is disposed on either the insulator top or the insulator bottom. The bundle assembly is wound helically about a central axis, and at least one of the electrical signal conductors has a characteristic impedance in the range of 50 Ω to 200 Ω. By enclosing the plurality of coplanar electrical signal conductors in an insulator, the electrical signal conductors are easy to handle and connect to a terminating circuit board. This provides significantly improved handling over the prior art methods of using multiple individual coaxial conductors in a tube in which each conductor must be individually identified and matched to the corresponding connection on a terminating circuit board. The insulator ensures that all signal conductors in the bundle remain in a known position and can thus be easily identified.
Der Abschirmstreifen dient zur Abschirmung mindestens eines Teils der Leiter von einem störenden elektromagnetischen Feld, das außerhalb des Bündels erzeugt wird oder von Signalen erzeugt wird, die von anderen der Signalleiter geführt werden. Der Abschirmstreifen wird vorteilhafterweise aus der Gruppe von elektrisch leitenden Zusammensetzungen bestehend aus metallisiertem Gewebe, einer Metallschicht, Metallfolie, Metallgeflecht, leitendem Fluorpolymer, gefüllt mit Metallpartikeln, oder einer Kombination dieser hergestellt. Das Material ist vorzugsweise Kupfer, Aluminium, Gold oder Silber oder eine Legierung dieser und ist ganz besonders bevorzugt Kupfer.The shielding strip serves to shield at least a portion of the conductors from a disturbing electromagnetic field generated outside the bundle or generated by signals carried by other of the signal conductors. The shielding strip is advantageously made from the group of electrically conductive compositions consisting of metallized fabric, a metal layer, metal foil, metal braid, conductive fluoropolymer filled with metal particles, or a combination of these. The material is preferably copper, aluminum, gold or silver or an alloy of these and is most preferably copper.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Isolator einen oberen Isolator, der an einem unteren Isolator angebracht ist. Dadurch können die Signalleiter auf der Oberfläche eines der Isolatoren in einer definierten Position angeordnet werden, und der andere Isolator wird dann oben auf den Leitern angeordnet, um sie in einer festen Position zu halten. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der obere Isolator mit dem unteren Isolator laminiert. Es können jedoch auch andere Anbringungsverfahren, wie zum Beispiel die Verwendung von Klebstoff, verwendet werden. Es ist natürlich möglich, die Isolation mit den Signalleitern zu extrudieren.In one embodiment of the invention, the insulator comprises an upper insulator attached to a lower insulator. This allows the signal conductors to be placed on the surface of one of the insulators in a defined position, and the other insulator is then placed on top of the conductors to hold them in a fixed position. In the preferred embodiment of the invention, the upper insulator is laminated to the lower insulator. However, other attachment methods, such as the use of adhesive, may also be used. It is of course possible to extrude the insulation with the signal conductors.
Vorzugsweise werden der obere Isolator und der untere Isolator aus der Gruppe isolierender Materialien bestehend aus Perfluoralkoxy, Fluorethylen-Polypropylen, Polyolefin, einschließlich Polypropylen und Polyethylen, Polymethylpenten, Polytetrafluorethylen oder expandiertem Polytetrafluorethylen und ganz besonders bevorzugt aus expandiertem Polytetrafluorethylen (PTFE) hergestellt. Expandiertes PTFE besitzt eine sehr niedrige Dielektrizitätskonstante und bietet folglich äußerst gute elektrische Signaleigenschaften für das Bündel.Preferably, the upper insulator and the lower insulator are made from the group of insulating materials consisting of perfluoroalkoxy, fluoroethylene-polypropylene, polyolefin, including polypropylene and polyethylene, polymethylpentene, polytetrafluoroethylene or expanded polytetrafluoroethylene and most preferably expanded polytetrafluoroethylene (PTFE). Expanded PTFE has a very low dielectric constant and thus provides extremely good electrical signal properties for the bundle.
Der Abschirmstreifen wird vorzugsweise durch Laminierung an dem Isolator befestigt, obwohl auch andere Verfahren, wie die Verwendung von Klebstoffen, verwendet werden können.The shielding strip is preferably attached to the insulator by lamination, although other methods, such as the use of adhesives, may also be used.
Damit die elektrischen Signalleiter an einer Abschlußleiterplatte angebracht werden können, werden elektrische Signalleiter an einem Ende des elektrischen Signalbündels freigelegt. Die elektrischen Signalleiter weisen vorzugsweise einen Rasterabstand auf, der auf den Abstand zwischen den Abschlußpunkten auf der Abschlußleiterplatte angepaßt ist. Dies ermöglicht eine einfache Verbindung der einzelnen Abschlußpunkte mit den Signalleitern in dem Bündel.In order to enable the electrical signal conductors to be attached to a termination circuit board, electrical signal conductors are exposed at one end of the electrical signal bundle. The electrical signal conductors preferably have a grid spacing that is adapted to the distance between the termination points on the termination circuit board. This enables the individual termination points to be easily connected to the signal conductors in the bundle.
Das erfindungsgemäße elektrische Signalbündel kann vorteilhafterweise in einem Katheter verwendet werden.The electrical signal bundle according to the invention can be advantageously used in a catheter.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes elektrisches Kabel.Fig. 1 shows an electrical cable according to the invention.
Fig. 2 zeigt eine Leiterplatte, mit der das elektrische Kabel verbunden werden soll.Fig. 2 shows a circuit board to which the electrical cable is to be connected.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Zeichnung des elektrischen Kabels mit den koplanaren elektrischen Signalleitern, das die Abschirmung auf einer ersten Seite des elektrischen Signalbündels aufweist.Fig. 3 shows a perspective drawing of the electrical cable with the coplanar electrical signal conductors having the shield on a first side of the electrical signal bundle.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Zeichnung des elektrischen Kabels mit den koplanaren elektrischen Signalleitern, das die Abschirmung auf einer zweiten Seite des elektrischen Signalbündels aufweist.Fig. 4 shows a perspective drawing of the electrical cable with the coplanar electrical signal conductors having the shield on a second side of the electrical signal bundle.
Fig. 5 zeigt eine Herstellungsvorrichtung für die koplanaren elektrischen Signalleiter.Fig. 5 shows a manufacturing device for the coplanar electrical signal conductors.
Fig. 6 zeigt einen Sinterofen für die elektrischen Signalleiter.Fig. 6 shows a sintering furnace for the electrical signal conductors.
Fig. 7 zeigt eine Vorrichtung zur Ausführung von Flexlife-Messungen.Fig. 7 shows a device for carrying out Flexlife measurements.
Fig. 1 zeigt ein elektrisches Signalkabel 10, das einen erfindungsgemäßen Katheter bildet. Das elektrische Signalkabel 10 ist an einem Ende mit einer Abschlußleiterplatte 20 und an dem anderen Ende mit Verbindern 30a und 30b verbunden. Der Abschluß des elektrischen Signalkabels 10 an der Abschlußleiterplatte. 20 und an den Verbindern 30a und 30b ist lediglich ein Beispiel für mögliche Abschlüsse des erfindungsgemäßen elektrischen Signalkabels und soll die Erfindung nicht einschränken. Das elektrische Signalkabel umfaßt ein elektrisches Signalbündel 40 mit einem ersten Ende 45a und einem zweiten Ende 45b und einem äußeren Mantel 50. Der äußere Mantel besitzt äußere Mantelenden 55a und 55b. Das elektrische Signalbündel 40 erstreckt sich über die äußeren Mantelenden 55a, 55b hinaus.Fig. 1 shows an electrical signal cable 10 which forms a catheter according to the invention. The electrical signal cable 10 is connected at one end to a termination circuit board 20 and at the other end to connectors 30a and 30b. The termination of the electrical signal cable 10 at the termination circuit board 20 and at the connectors 30a and 30b is merely an example of possible terminations of the electrical signal cable according to the invention and is not intended to limit the invention. The electrical signal cable comprises an electrical signal bundle 40 with a first end 45a and a second end 45b and an outer jacket 50. The outer jacket has outer jacket ends 55a and 55b. The electrical signal bundle 40 extends beyond the outer jacket ends 55a, 55b.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel für die Abschlußleiterkarte 20, mit der das elektrische Signalkabel 10 an dem zweiten Ende 45b verbunden werden kann. Die Abschlußleiterkarte 20 besitzt mehrere Kontakte 60a und 60b, mit denen jeder der elektrischen Signalleiter in dem elektrischen Signalkabel 10 verbunden wird. Die elektrischen Signalleiter werden in späteren Figuren abgebildet. Die Abschlußkarte 20 kann mit Sonden 65 verbunden sein, die in einer medizinischen Anwendung verwendet werden. Es werden andere Anwendungen in Betracht gezogen, und die Verwendung in einem medizinischen Gerät schränkt die Erfindung nicht ein. Die Kontakte 60a und 60b weisen einen Rasterabstand auf, der vorzugsweise an den Rasterabstand der elektrischen Signalleiter in dem elektrischen Signalkabel 10 angepaßt ist.Fig. 2 shows an example of the termination board 20 to which the electrical signal cable 10 can be connected at the second end 45b. The termination board 20 has a plurality of contacts 60a and 60b to which each of the electrical signal conductors in the electrical signal cable 10 is connected. The electrical signal conductors are shown in later figures. The termination board 20 can be connected to probes 65 used in a medical application. Other applications are contemplated and use in a medical device does not limit the invention. The contacts 60a and 60b have a pitch that is preferably matched to the pitch of the electrical signal conductors in the electrical signal cable 10.
Fig. 3 zeigt das elektrische Signalkabel 10 der Erfindung. Es ist das elektrische Signalbündel 40 in dem äußeren Mantel 50 abgebildet. Das elektrische Signalbündel 40 wird (wie später beschrieben) als eine planare Isolation 80 hergestellt, in der mehrere koplanare elektrische Signalleiter 70 in einem Rasterabstand voneinander eingeschlossen sind. Die planare Isolation 80 besitzt eine Oberseite 84 und eine Unterseite 86. Ein Abschirmstreifen 90 wird dann an der Oberseite 84 oder der Unterseite 86 der planaren Isolation 80 angebracht. Das elektrische Signalbündel 40 wird dann helixförmig um eine Mittelachse 60 gewunden und in dem äußeren Mantel 50 angeordnet. Bei der in Fig. 3 abgebildeten Ausführungsform wird der Abschirmstreifen 90 auf der Oberseite 84 der planaren Isolation angeordnet und bildet somit einen äußeren Umfang des helixförmig gewundenen elektrischen Signalbündels 40. Er kann auch auf der Unterseite 86 der planaren Isolation 80 angeordnet werden, um einen inneren Umfang des helixförmig gewundenen elektrischen Signalbündels 40 zu bilden (siehe Fig. 4). Der äußere Mantel 50 enthält außerdem einen Ableitungsdraht 100.Fig. 3 shows the electrical signal cable 10 of the invention. The electrical signal bundle 40 is shown in the outer jacket 50. The electrical signal bundle 40 is manufactured (as described later) as a planar insulation 80 in which a plurality of coplanar electrical signal conductors 70 are enclosed at a grid spacing from one another. The planar insulation 80 has a top surface 84 and a bottom surface 86. A shielding strip 90 is then attached to the top surface 84 or the bottom surface 86 of the planar insulation 80. The electrical signal bundle 40 is then wound helically about a central axis 60 and arranged in the outer jacket 50. At In the embodiment shown in Fig. 3, the shielding strip 90 is disposed on the top surface 84 of the planar insulation to form an outer perimeter of the helically wound electrical signal bundle 40. It may also be disposed on the bottom surface 86 of the planar insulation 80 to form an inner perimeter of the helically wound electrical signal bundle 40 (see Fig. 4). The outer jacket 50 also includes a drain wire 100.
Die elektrischen Signalleiter 70 können aus einem beliebigen leitfähigen Material hergestellt werden, wie zum Beispiel Kupfer, vernickeltem Kupfer, verzinntem Kupfer, versilbertem Kupfer, verzinnten Legierungen, versilberten Legierungen oder Kupferlegierungen. Vorzugsweise werden die elektrischen Signalleiter 70 aus rundem Kupferdraht hergestellt. Außerdem wäre es möglich, flache Leiter zu verwenden.The electrical signal conductors 70 can be made of any conductive material, such as copper, nickel-plated copper, tin-plated copper, silver-plated copper, tin-plated alloys, silver-plated alloys, or copper alloys. Preferably, the electrical signal conductors 70 are made of round copper wire. It would also be possible to use flat conductors.
Die in Fig. 3 und 4 abgebildete Anzahl von elektrischen Signalleitern 70 soll die Erfindung nicht einschränken. Die Achsen der elektrischen Signalleiter 70 werden durch einen ersten Rasterabstand a getrennt, der im Bereich von 0, 1 bis 1 mm liegt. Der Isolator 80 umfaßt eine obere Isolierschicht 80a und eine untere Isolierschicht 80b, die beide aus einem beliebigen isolierenden dielektrischen Material, wie zum Beispiel Polyethylen, Polyester, Perfluoralkoxy, Fluorethylen Polypropylen, Polypropylen, Polymethylpenten, Polytetrafluorethylen oder expandiertem Polytetrafluorethylen hergestellt werden können. Vorzugsweise wird expandiertes Polytetrafluorethylen verwendet, wie in US-A-3 953 556, US-A-4 187 390 oder US-A-4 443 657 beschrieben.The number of electrical signal conductors 70 shown in Figs. 3 and 4 is not intended to limit the invention. The axes of the electrical signal conductors 70 are separated by a first pitch a which is in the range of 0.1 to 1 mm. The insulator 80 comprises an upper insulating layer 80a and a lower insulating layer 80b, both of which can be made of any insulating dielectric material such as polyethylene, polyester, perfluoroalkoxy, fluoroethylene, polypropylene, polypropylene, polymethylpentene, polytetrafluoroethylene or expanded polytetrafluoroethylene. Preferably, expanded polytetrafluoroethylene is used as described in US-A-3,953,556, US-A-4,187,390 or US-A-4,443,657.
Das elektrische Signalbündel 40 ist an seinem ersten Ende 45a mit den Verbindern 30a, 30b verbunden, indem die elektrischen Signalleiter 70 in dem elektrischen Signalbündel durch Entfernen des gesamten Isolators 80 oder eines Teils des Isolators 80 freigelegt werden. Das elektrische Signalbündel 40 wird an seinem zweiten Ende 45b verbunden, indem das elektrische Signalbündel 40 aufgebündelt oder aufgerollt wird und dann mindestens ein Teil der elektrischen Signalleiter 70 vorzugsweise durch. Entfernen entweder der oberen Isolierschicht 80a oder der unteren Isolierschicht 80b freigelegt wird. Dies ermöglicht eine direkte Verbindung der freigelegten Leiter 70 mit den Leitern auf der Abschlußkarte 20.The electrical signal bundle 40 is connected at its first end 45a to the connectors 30a, 30b by exposing the electrical signal conductors 70 in the electrical signal bundle by removing all or part of the insulator 80. The electrical signal bundle 40 is connected at its second end 45b by bundling or rolling up the electrical signal bundle 40 and then exposing at least a portion of the electrical signal conductors 70, preferably by removing either the upper insulating layer 80a or the lower insulating layer 80b. This allows for direct connection of the exposed conductors 70 to the conductors on the termination card 20.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung enthält das elektrische Signalbündel 40 einundzwanzig elektrische Signalleiter 70. Sechzehn der elektrischen Signalleiter 70 führen elektrische Meßsignale aus den Sonden 65, die an der Abschlußkarte 20 angebracht sind. Fünf der elektrischen Signalleiter 70 führen elektrische Steuersignale zu den Sonden 65. Die sechzehn elektrischen Signalleiter, die Meßsignale führen, müssen von elektromagnetischen Feldern außerhalb des elektrischen Signalkabels 10 und von durch die elektrischen Steuersignale erzeugten elektromagnetischen Feldern abgeschirmt werden. Bei der Ausführungsform von Fig. 3 befinden sich die elektrischen Signalleiter 70, die die Messung führen, auf dem äußeren Umfang des elektrischen Signalbündels 40, so daß der Abschirmstreifen 90 sie vor elektromagnetischen Streufeldern abschirmt. Bei der Ausführungsform von Fig. 4 befinden sich die elektrischen Signalleiter 70, die die elektrischen Meßsignale führen, im Inneren des elektrischen Signalbündels 40 und werden dort durch den Abschirmstreifen 90 vor elektromagnetischen Streufeldern von außerhalb des Signalbündels 40 und von den durch die elektrischen Steuersignale erzeugten abgeschirmt.In one embodiment of the invention, the electrical signal bundle 40 includes twenty-one electrical Signal conductors 70. Sixteen of the electrical signal conductors 70 carry electrical measurement signals from the probes 65 attached to the termination card 20. Five of the electrical signal conductors 70 carry electrical control signals to the probes 65. The sixteen electrical signal conductors carrying measurement signals must be shielded from electromagnetic fields external to the electrical signal cable 10 and from electromagnetic fields generated by the electrical control signals. In the embodiment of Fig. 3, the electrical signal conductors 70 carrying the measurement are located on the outer periphery of the electrical signal bundle 40 so that the shielding strip 90 shields them from stray electromagnetic fields. In the embodiment of Fig. 4, the electrical signal conductors 70 which carry the electrical measurement signals are located inside the electrical signal bundle 40 and are shielded there by the shielding strip 90 from electromagnetic stray fields from outside the signal bundle 40 and from those generated by the electrical control signals.
Der äußere Mantel 50 besteht aus Silikon oder Polyolefinen, wie zum Beispiel Polyethylen, Polypropylen oder Polyethylpenten; Fluorpolymeren, wie zum Beispiel Fluor-Ethylen/Propylen (FEP); Fluor- Alkoxypolymer, wie zum Beispiel Perfluor(alkoxy)alkylanen, z. B. einem Copolymer von TFE und Perfluorpropylvinylether (PFA); Polyurethan, Polyvinylchlorid (PVC) oder Polytetrafluorethylen (PTFE) oder verstärktem expandiertem PTFE (ePTFE). Bei einer Ausführungsform der Erfindung wurde der äußere Mantel 50 aus Polyethylen oder expandiertem PTFE mit Silikonverstärkung hergestellt. Der letztere äußere Mantel 50 ist von W. L. Gore & Associates in Phoenix, Arizona, unter dem Warenzeichen SILKORE erhältlich.The outer jacket 50 is made of silicone or polyolefins such as polyethylene, polypropylene or polyethylpentene; fluoropolymers such as fluoroethylene/propylene (FEP); fluoroalkoxy polymer such as perfluoro(alkoxy)alkylanes, e.g. a copolymer of TFE and perfluoropropyl vinyl ether (PFA); polyurethane, polyvinyl chloride (PVC) or polytetrafluoroethylene (PTFE) or reinforced expanded PTFE (ePTFE). In one embodiment of the invention, the outer jacket 50 was made of polyethylene or expanded PTFE with silicone reinforcement. The latter outer jacket 50 is available from W. L. Gore & Associates of Phoenix, Arizona under the trademark SILKORE.
Die Herstellung des elektrischen Signalbündels 40 ist in Fig. 5 für die Ausführungsform dargestellt, bei der die obere Isolierschicht 80a und die untere Isolierschicht 80b aus expandiertem PTFE hergestellt werden. Dieses Verfahren ist im wesentlichen dasselbe wie das in US-A-3082292 (Gore) gelehrte. In dieser Figur werden zur Kennzeichnung der Komponenten des elektrischen Signalbündels 40 dieselben. Bezugszahlen wie für die Komponenten des elektrischen Signalbündels 40 in den in Fig. 3 und 4 abgebildeten Ausführungsformen der Erfindung verwendet. Mehrere einzelne Signalleiter 70, ein oberer Isolator 80a, der über den mehreren einzelnen Signalleitern 70 angeordnet ist, und ein unterer Isolator 80b, der unter den mehreren einzelnen Signalleitern 70 angeordnet ist, sowie ein Abschirmstreifen 90 wurden zusammen zwischen zwei sich entgegengesetzt drehenden Druckwalzen 110a und 110b bei einer Laminierungstemperatur hindurchgeführt, die ausreicht, um ein Bonden zwischen dem unteren Isolator 80b und dem oberen Isolator 80a zu erzielen, z. B. zwischen 327ºC und 410ºC. Bei der in Fig. 5 abgebildeten Herstellungsausführungsform wird der Abschirmstreifen 90 auf der Oberseite 84 des Isolators 80 angeordnet. Dieselbe Vorrichtung könnte jedoch verwendet werden, um den Abschirmstreifen 90 auf der Unterseite 86 des Isolators 80 anzuordnen. Dadurch wurde das elektrische Signalbündel 40 gebildet. Zu diesem Zweck wird die obere Druckwalze 110a mit einer Anzahl oberer Peripherierillen 120a versehen, die jeweils durch eine obere Peripherierippe 130a getrennt und in einem Abstand voneinander entlang dem Umfang der Druckwalzen 110a aufgereiht werden. Ähnlich werden die unteren Druckwalzen 110b mit einer Anzahl Von unteren Peripherierillen 120b versehen, die jeweils durch eine untere Peripherierippe 130b getrennt und in einem Abstand voneinander entlang dem Umfang der Druckwalze 110b aufgereiht werden. Jede obere Peripherierille 120a der oberen Druckwalze 110a liegt zusammen mit den an sie angrenzenden oberen Peripherierippen 130a mit einer der unteren Peripherierillen 120b mit den an diese angrenzenden unteren Peripherierippen 130b der unteren Druckwalze 110b in einer Reihe, um einen Durchgangskanal für einen der elektrischen Signalleiter 70 zu bilden. Der Abstand zwischen den beiden Druckwalzen 110a, 110b und den Peripherierillen 120a, 12Db ist im Hinblick auf ihre Abmessungen so ausgelegt, daß ein einzelner Leiter 70 sowie der obere Isolator 80a und der untere Isolator 80b kontinuierlich zwischen einem Paar verlaufen, das aus einer der oberen Peripherierillen 120a und einer der unteren Peripherierillen 120b besteht. Die oberen Peripherierippen 130a und die unteren Peripherierippen 130b sind so eng beieinander, daß der obere Isolator 80a und der untere Isolator 80b an diesen Positionen fest zusammengepreßt werden, um eine Zwischenzone 140 in dem elektrischen Signalbündel 40 zu bilden.The manufacture of the electrical signal bundle 40 is shown in Fig. 5 for the embodiment in which the upper insulating layer 80a and the lower insulating layer 80b are made of expanded PTFE. This process is essentially the same as that taught in US-A-3082292 (Gore). In this figure, the same reference numerals are used to identify the components of the electrical signal bundle 40 as for the components of the electrical signal bundle 40 in the embodiments of the invention shown in Figs. 3 and 4. A plurality of individual signal conductors 70, an upper insulator 80a disposed over the plurality of individual signal conductors 70 and a lower insulator 80b disposed beneath the plurality of individual signal conductors 70 and a shielding strip 90 were passed together between two counter-rotating pressure rollers 110a and 110b at a lamination temperature sufficient to achieve bonding between the lower insulator 80b and the upper insulator 80a, e.g., between 327°C and 410°C. In the manufacturing embodiment depicted in Fig. 5, the shielding strip 90 is disposed on the top surface 84 of the insulator 80. However, the same apparatus could be used to dispose the shielding strip 90 on the bottom surface 86 of the insulator 80. This formed the electrical signal bundle 40. For this purpose, the upper pressure roller 110a is provided with a number of upper peripheral grooves 120a, each separated by an upper peripheral rib 130a and arranged at a distance from one another along the circumference of the pressure rollers 110a. Similarly, the lower pressure rollers 110b are provided with a number of lower peripheral grooves 120b, each separated by a lower peripheral rib 130b and arranged at a distance from one another along the circumference of the pressure roller 110b. Each upper peripheral groove 120a of the upper pressure roller 110a, together with the upper peripheral ribs 130a adjacent thereto, is in line with one of the lower peripheral grooves 120b with the lower peripheral ribs 130b of the lower pressure roller 110b adjacent thereto, to form a through-channel for one of the electrical signal conductors 70. The distance between the two pressure rollers 110a, 110b and the peripheral grooves 120a, 120b is dimensionally designed such that a single conductor 70 as well as the upper insulator 80a and the lower insulator 80b run continuously between a pair consisting of one of the upper peripheral grooves 120a and one of the lower peripheral grooves 120b. The upper peripheral ribs 130a and the lower peripheral ribs 130b are so close to each other that the upper insulator 80a and the lower insulator 80b are pressed tightly together at these positions to form an intermediate zone 140 in the electrical signal bundle 40.
Um ihre Haftung des oberen Isolators 80a an dem unteren Isolator 80b an den einzelnen Signalleitern 70 und aneinander in dem elektrischen Signalbündel 40 zu verbessern, wurde das elektrische Signalbündel 40 durch ein Sintergerät geführt, in dem es so erhitzt wird, daß man eine enge Verbindung in den Zwischenzonen 140 des elektrischen Signalbündels 40 erzielt. Bei Verwendung eines oberen Isolators 80a und eines unteren Isolators 80b aus PTFE wird eine Sintertemperatur im Bereich von 327ºC bis 410ºC verwendet.In order to improve the adhesion of the upper insulator 80a to the lower insulator 80b to the individual signal conductors 70 and to each other in the electrical signal bundle 40, the electrical signal bundle 40 was passed through a sintering device in which it was heated to achieve a tight bond in the intermediate zones 140 of the electrical signal bundle 40. When using an upper insulator 80a and a lower insulator 80b made of PTFE, a sintering temperature in the range of 327ºC to 410ºC is used.
Ein Ausführungsbeispiel für ein Sintergerät in Form eines Sinterofens 150, der ein Salzbad umfaßt, ist in schematischer und vereinfachter Form in Fig. 6 dargestellt. In diesem Beispiel wird das elektrische Signalbündel 40 kontinuierlich durch den Sinterofen 150 geleitet.An embodiment of a sintering device in the form of a sintering furnace 150 comprising a salt bath is shown in schematic and simplified form in Fig. 6. In this example, the electrical signal bundle 40 is continuously passed through the sintering furnace 150.
Tabelle 1 zeigt den Rasterabstand a für ein elektrisches Signalbündel 40 mit einem Wellenwiderstand von 50 Q im Vergleich zu elektrischen Signalleitern 70 von AWG (American Wire Gauge) 3801 (Außendurchmesser 0,102 mm), 4001 (Außendurchmesser 0,079 mm), 4201 (Außendurchmesser 0,063 mm) und 4401 (Außendurchmesser 0,051) und Isolatoren aus ePTFE (Dielektrizitätskonstante 1,3), PTFE (Dielektrizitätskonstante 2,1), PES (Dielektrizitätskonstante 3, 3). Die elektrischen Signalleiter weißen aus einem Einzeldraht aus Kupfer hergestellt. Der Abschirmstreifen 90 wird aus einer perforierten versilberten Kupferfolie gebildet. Es ist zu beachten, daß die Dielektrizitätskonstante von PTFE mit der von. PFA und FEP identisch ist, und daß als Folge der für PTFE erhaltene Rasterabstand a mit dem von PFA und FEP identisch ist. Tabelle 1 Table 1 shows the pitch a for an electrical signal bundle 40 with a characteristic impedance of 50 Ω compared to electrical signal conductors 70 of AWG (American Wire Gauge) 3801 (outer diameter 0.102 mm), 4001 (outer diameter 0.079 mm), 4201 (outer diameter 0.063 mm) and 4401 (outer diameter 0.051) and insulators made of ePTFE (dielectric constant 1.3), PTFE (dielectric constant 2.1), PES (dielectric constant 3.3). The electrical signal conductors are made from a single wire of copper. The shielding strip 90 is formed from a perforated silver-plated copper foil. It should be noted that the dielectric constant of PTFE is comparable to that of. PFA and FEP is identical and that as a result the grid spacing a obtained for PTFE is identical to that of PFA and FEP. Table 1
Tabelle 2 zeigt dasselbe Material, mit dem ein elektrisches Signalbündel 40 mit einem Wellenwiderstand von 75 Ω erhalten wird. Tabelle 2 Table 2 shows the same material used to obtain an electrical signal beam 40 with a characteristic impedance of 75 Ω. Table 2
Tabelle 3 zeigt die Verwendung von verschiedenen Isolatoren 80, um spezifische Werte für den Rasterabstand a zu erhalten. Tabelle 3 Table 3 shows the use of different insulators 80 to obtain specific values for the pitch a. Table 3
Ein weiteres Beispiel für ein elektrisches Signalkabel wurde mit elektrischen Signalleitern 70 aus Kupferdraht AWG 4207 mit einem Rasterabstand von 0,35 mm in einer ePTFE-Isolation 80 mit einer Dielektrizitätskonstante von 1,3 aufgebaut. Ein Abschirmstreifen 90 wurde aus kupferbeschichteter Polyamidfolie hergestellt, die von der Firma Statex in Bremen erhältlich ist. Der Wellenwiderstand des elektrischen Signalkabels 10 betrug 50 Ω. Flexlife-Messungen führten zu einem Ergebnis von etwa 30.000 Zyklen.Another example of an electrical signal cable was constructed with electrical signal conductors 70 made of copper wire AWG 4207 with a pitch of 0.35 mm in an ePTFE insulation 80 with a dielectric constant of 1.3. A shielding strip 90 was made of copper-coated polyamide foil available from Statex in Bremen. The characteristic impedance of the electrical signal cable 10 was 50 Ω. Flexlife measurements resulted in a result of about 30,000 cycles.
Die Messung des Übersprechens zwischen dem ersten der elektrischen Signalleiter 70 und der planaren Isolation ergab 19 dB/2,5 m Baugruppenlänge bei 10 MHz und 22,6 dB/2,5 m Baugruppenlänge bei 5 MHz. Die Messung der Impedanz des ersten der elektrischen Signalleiter 70 ergab 85 Ω. Die Messung der Dämpfung ergab 2,25 dB bei 10 MHz und 1,8 dB bei 5 MHz.The measurement of the crosstalk between the first of the electrical signal conductors 70 and the planar insulation resulted in 19 dB/2.5 m assembly length at 10 MHz and 22.6 dB/2.5 m assembly length at 5 MHz. The measurement of the impedance of the first of the electrical signal conductors 70 resulted in 85 Ω. The measurement of the attenuation resulted in 2.25 dB at 10 MHz and 1.8 dB at 5 MHz.
Obwohl oben einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben wurden, ist für Fachleute ohne weiteres erkennbar, daß viele Modifikationen möglich sind, ohne im wesentlichen von den hier beschriebenen neuartigen Lehren und Vorteilen abzuweichen. Dementsprechend sollen alle derartigen Modifikationen in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen, der durch die folgenden Ansprüche definiert wird.Although several embodiments of the present invention have been described in detail above, it will be readily apparent to those skilled in the art that many modifications are possible without substantially departing from the novel teachings and advantages described herein. Accordingly, all such modifications are intended to fall within the scope of the present invention as defined by the following claims.
Die Erfindung ist ein elektrisches Signalbündel (40), das in einem äußeren Mantel (50) angeordnet wird und zum Beispiel zur Verwendung in einem Katheter dient. Das elektrische Signalbündel (40) enthält mehrere koplanare elektrische Signalleiter (70), die in einem Isolator (80) eingeschlossen sind. Ein Abschirmstreifen (90) ist auf einer Seite des Isolators (80) angeordnet, um die Signalleiter (70) vor störenden elektromagnetischen Feldern abzuschirmen. Die Bündelbaugruppe (40) wird dann helixförmig um eine Mittelachse (60) gewunden. Die elektrischen Signalleiter (70) weisen einen Wellenwiderstand im Bereich von 50 Ω bis 200 Ω auf. Der Isolator (80) wird vorzugsweise aus expandiertem Polytetrafluorethylen (ePTFE) hergestellt und aus zwei Isolatoren (80a, 80b) gebildet, die aufeinanderlaminiert werden.The invention is an electrical signal bundle (40) which is arranged in an outer jacket (50) and is for use in, for example, a catheter. The electrical signal bundle (40) contains a plurality of coplanar electrical signal conductors (70) which are enclosed in an insulator (80). A shielding strip (90) is arranged on one side of the insulator (80) to shield the signal conductors (70) from interfering electromagnetic fields. The bundle assembly (40) is then wound helically about a central axis (60). The electrical signal conductors (70) have a characteristic impedance in the range of 50 Ω to 200 Ω. The insulator (80) is preferably made of expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE) and is formed from two insulators (80a, 80b) which are laminated together.
(Fig. 4)(Fig.4)
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