CN104956449A - 具有带导电涂层的绝缘导线的互连电缆 - Google Patents

Abstract

一种电缆组件(10)，包括多根导线。每根导线具有第一端、中间区段和第二端。每根导线的中间区段彼此分离。导电屏蔽罩围绕所述多根导线的各自的中间区段。每根导线包括导体(220)、围绕该导体的绝缘层(225)以及形成在绝缘层的外侧表面上的导电涂层(230)。

Description

具有带导电涂层的绝缘导线的互连电缆

本申请涉及一种具有多根绝缘导线的电缆。具体地，本申请涉及一种具有带导电涂层的绝缘导线的互连电缆。

背景技术

许多医疗装置包括基本单元和远程单元，其中远程单元将信息传送至基本单元和从基本单元传送信息。基本单元然后处理从远程单元传送的信息，并提供诊断信息、报告等。在一些布置中，包括一组电导线的电缆将远程单元联接到基本单元。所述电缆的尺寸通常取决于穿过电缆的导体的数量以及导体的规格或粗细程度。在电缆内穿行的导体的数量趋于根据从远程单元传送到基本单元的信息量来选择。也就是说，信息量越大，导体的数量越大。

在使用基本/远程单元布置的更先进的医疗设备中，大量的信息可被在远程部件和基本单元之间传送。例如，超声波机的换能器可以将模拟信息通过数百根导体传送到超声波图像处理器。相邻导体之间的电串扰可能会成为一个问题。减少串扰的一种方法是增加围绕各根导体的绝缘材料的厚度。在一些情况下，编织屏蔽罩导线可以被完全地包绕绝缘材料，以进一步改善串扰性能。然而，增加的绝缘材料的厚度和添加编织屏蔽罩线导致可经过给定粗细度的电缆的导体的数量减少。为了缓解这一问题，可以使用更高规格(即更细)的导体。然而，更细的导体往往更加脆弱，从而限制了电缆的使用寿命。

发明内容

本申请的目的是提供一种包括多根导线的电缆组件。每根导线具有第一端、中间区段和第二端。各导线的中间区段彼此分离。导电屏蔽罩围绕多根导线的各自的中间区段。在替代实施例中，非导电屏蔽罩可以在中间区段中围绕多根导线。在其他实施例中，没有提供屏蔽罩。每根导线包括导体、围绕该导体的绝缘层、以及形成在绝缘层的外侧表面上的导电涂层。

本申请的另一目的是提供一种制造电缆组件的方法。该方法包括提供一组导体，以及围绕每根导体形成绝缘层，从而形成隔离的绝缘的导线。导电涂层形成在每根导线的绝缘层的外侧表面上。在多根导线上施加编织屏蔽罩，并且在编织屏蔽罩上形成护套。

对于本领域技术人员来说，在研究以下附图和详细描述之后，其它特征和优点将是显而易见的，或者将变得显而易见。想要说明的是，包括在本说明书之内的所有这些附加的特征和优点都在权利要求的范围之内，并且由所附的权利要求书保护。

附图说明

附图被包括以提供对权利要求书的进一步理解，附图被结合在本说明书中，并构成本说明书的一部分。详细说明和描述的图示实施例用于解释由权利要求限定的原理。

图1是根据一个实施例的电缆组件的立体图；

图2A是可以用在图1的电缆组件中的示例性电缆的横截面视图；

图2B是图2A的电缆的示例性带状端部剖面；以及

图3示出用于形成图2A的电缆的一组操作。

具体实施方式

以下描述的实施例通过提供包括具有形成在绝缘体的外侧表面上的导电涂层的绝缘导线的电缆克服了现有的基本/远程单元系统的问题。导电涂层通常降低相邻导线之间的互电容，并减少电磁干扰对在导线上传播的信号的影响。导电涂层便于使用具有比公知的导线更小的直径的绝缘体，并因此促进增加可被定位在给定直径的电缆内的导线的数量。

图1示出了示例性电缆组件10。电缆组件10包括连接器端12、换能器端14、和连接柔性电缆16。在该示例性电缆组件10中，连接器端12包括具有配置为联接到电子仪器(如超声波成像机)的插头连接器22的电路板20。连接器端12包括连接器壳体24以及围绕电缆16的端部的应变消除部26。超声换能器30例如可以被连接到电缆16的相反端。应当理解，连接器端12和换能器端14仅仅是示例性的。其它部件可以连接到电缆16。

图2A示出了电缆16的示例性横截面。电缆16包括护套200、编织屏蔽罩205、一组绝缘导线210和一组非绝缘导线235。应当理解的是，绝缘导线210和非绝缘导线235的数量仅是示例性的，并不必然代表在任何特定应用中实际上可能需要的导线的任何数量。

护套200限定电缆16的外部。护套200可以由任何非导电柔性材料形成，如聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯或聚氨酯。护套200可以具有大约8.4毫米(0.33英寸)的外直径。在编织屏蔽罩205的内直径处测得的孔直径，如果存在的话，可以为6.9毫米(0.270英寸)。这形成1.4平方毫米(0.057平方英寸)的孔的横截面积(当笔直，具有圆形形状时是这样)。这种尺寸的护套200便于放置约64至256根导线210。护套200的直径可以相应地增加或减少，以适应不同数量的绝缘导线210和非绝缘导线235。

所述编织屏蔽罩205设置在护套200的内表面上并且围绕全部导线210和235。编织屏蔽罩205可以是导电材料，如铜，或是适合于将非绝缘导线235屏蔽免于电磁干扰外部源(的影响)的不同材料。在一些执行方式中，编织屏蔽罩205可以被镀银且可形成围绕绝缘导线210的网状结构。

绝缘导线210可布置为小组，其中每个小组在电缆16的每个端部处具有“带状化”的带部分215(图2B)。即，小组的绝缘导线210可以以并排方式彼此附接或粘接以形成带。每个带部分215可被修剪以露出每个绝缘导线210的中心导体220，以便于按照由电缆16所用于的应用的需求所规定的，通过任何常规手段将绝缘导线210连接至电路板20、或连接至任何电子部件或连接器。带部分215可以被用独特的记号进行标记，以使装配者能够在电缆16的相反端部处将带部分215相互关联。

在电缆16的中间区段36(图1)中，小组的绝缘导线210通常是松散的且在编织屏蔽罩205和护套200内彼此独立地自由移动。导线的独立性提高了电缆16的柔性且降低了相邻绝缘导线210之间发生的串扰的水平，如在2004年5月11日授权的美国专利No.6,734,362B2中所述的，该专利文献通过参引结合于此。绝缘导线210的松散部分36在电缆16的在应变消除部之间的整个长度上延伸，穿过应变消除部，并且进入其中带部分215被布设和连接的壳体中。

每根绝缘导线210包括中心导体220，所述中心导体220由诸如含氟聚合物，聚氯乙烯，或聚烯烃——如聚乙烯——之类的绝缘材料225围绕。导体220可以是铜或镀铜(例如镀银铜，镀锡铜，或镀金铜)或不同的导电材料。导体220可以是实心的或绞合的并且可以具有约52AWG(直径为0.020毫米(0.00078英寸))至36AWG(直径为0.13毫米(0.005英寸)(实心导线)、直径为0.15毫米(0.006英寸)(绞合导线))的规格尺寸。导体220的材料和规格可被选择成促进期望电流流过给定的导体220。例如，导体220的规格可以被降低(即，直径增大)，以便于增大的电流流动。可使用与实心相对的绞合导线来提高电缆16的整体柔性。绝缘导线210可以全部具有相同的特性或者可以是不同的。即，绝缘导线210可具有不同的规格、不同的导体等。

围绕导体220的绝缘材料225可以由下述材料制成，所述材料例如是含氟聚合物、或聚烯烃——例如聚乙烯——或诸如聚氯乙烯之类的材料。绝缘材料225的厚度可为大约0.05-0.64毫米(0.002-0.025英寸)。绝缘材料225的增加的厚度改善了串扰特性(即减小导线之间的互电容)，因此，降低了相邻的绝缘导线210之间的串扰。另一方面，增加厚度降低了可被定位在编织屏蔽罩205内的绝缘导线210的总的数量。绝缘材料的厚度可被用于控制电容和特性阻抗。

导电涂层230被形成在绝缘材料225的外侧表面上。导电涂层230可以是任何合适的材料，例如碳、石墨、石墨烯、银或铜，并且可以处于悬浮溶液中。可通过喷涂或分散工艺或适于施加导电材料的薄层的其它工艺施加导电涂层。在一种执行方式中，可以使用石墨在异丙醇中的胶态分散体或碳/石墨颗粒在悬浮在甲基乙基酮中的含氟聚合物粘合剂中的胶态分散体。例如，可以使用Dag 502(也称为Electrodag 502)。在另一执行方式中，可以通过分散涂布将含有石墨烯的诸如来自沃尔贝克材料有限公司(Vorbeck Materials)的Vor-ink^TMGravure之类的产品施加至大约0.005毫米(0.0002英寸)的厚度。导电涂层230的施加进一步降低相邻绝缘导线210之间的互电容，并因此进一步降低串扰。与此同时，导线的自电容会增加；因此，通过改变涂层材料的厚度和导电性实现可以控制导线的特性阻抗。厚度通常小于大约0.010毫米(0.0004英寸)，优选大约0.005毫米(0.0002英寸)或更小。在一种执行方式中，长度为大约0.91米(3英尺)并且具有由分散在异丙醇中的石墨烯制成的导电涂层230的绝缘导线210被发现具有小于大约2pF的互电容。相邻绝缘导线210之间的相应的串扰被发现与在5MHz以下小于-26dB、在常规的未涂覆设计中小于-23dB相比，在5MHz以下小于大约-34dB并且在5MHz至10MHz之间小于大约-31dB。因此，与相同规格和自电容的标准同轴电缆相比而言，导电涂层230的添加有助于导线210的粗细度的降低。因此，与同轴设计相比而言，导电涂层230有利于增加可以定位在给定直径的护套200内的导线210的数量。应该理解的是，上述特征以及绝缘导线210的特性阻抗可以通过选择具有不同导电率的导电涂层230，改变绝缘材料225的厚度或选择具有给定的介电常数的绝缘材料225等来调节。

在一些执行方式中，至少一根非绝缘导线235被定位在护套200和编织屏蔽罩205内，并且可以接触一根或多根绝缘导线210的导电涂层230。非绝缘导线235可以是导电材料，例如铜。非绝缘导线235可以具有大约48AWG(对于实心导线来说直径为0.031毫米(0.00124英寸)且对于绞合导线来说直径为0.038毫米(0.0015英寸))的规格，但是其它规格是预期的。例如，在替代实施例中，可以使用38AWG(对于绞合导线来说直径为0.12毫米(0.0048英寸)且对于实心导线来说直径为0.10毫米(0.004英寸))到42AWG(对于绞合导线来说直径为0.076毫米(0.003英寸)且对于实心导线来说直径为0.063毫米(0.0025英寸))的导线。在电缆16的各个端部，所述非绝缘导线235可以被终止成接地。借助于相应绝缘导线210的非绝缘导线235和导电涂层230之间的接触，将非绝缘导线235接地又把绝缘导线210的导电涂层230接地。可以示出的是，电缆16内的绝缘导线210的大多数绝缘导线——如果不是全部的话——将在电缆16内的某个位置处与另一绝缘导线210接触。因此，所述非绝缘导线235的接地使所有绝缘导线210的导电涂层230有效接地。导电涂层230的接地又降低了电磁干扰外部源对经由绝缘导线210传播的信号的影响。在一些执行方式中，涂布的绝缘导线230的比例可以是4:1或更大，以提高各绝缘导线210的导电涂层230的接地特性。

图3示出用于形成可与上述电缆16对应的电缆的一组操作。在块300处，提供一组导体。导体可以是铜或不同的导电材料。导体可以具有实心芯部或可以是绞合的。导体的规格可以是52AWG-36AWG。

在块305处，围绕每根导体形成绝缘层。绝缘层可以是诸如聚乙烯或碳氟聚合物或聚氯乙烯之类的材料。绝缘层的直径可为大约0.025-0.64毫米(0.001-0.025英寸)。

在块310处，导电涂层被形成在绝缘层的外表面上。导电涂层可以例如通过喷涂或分散工艺施加。所述涂层可以是诸如碳、石墨、石墨烯、银或铜的材料，并且可以处于悬浮溶液中。也可以使用能够通过喷涂或分散而施加在绝缘层上的其它导电材料。导电涂层的厚度可为大约0.005毫米(0.0002英寸)。

在块315处，编织屏蔽罩导线可以被施加在导线的组上。编织屏蔽罩导线可以是镀银铜，并且可以形成为构造成围绕所述导线的网。

在块320处，护套可以围绕编织屏蔽罩导线施加。护套可以是诸如聚氯乙烯、聚氨酯、或碳氟聚合物之类的材料。护套的约0.635-12.7毫米(0.025-0.500英寸)的外径可将10-500根导线容纳在护套内。一个实施例具有外径为大约12.7毫米(0.5英寸)的电缆，且所述多根导线的导线数量是大约500。

可以提供其他操作以便进一步提高电缆的特性和/或提供额外的有益特征。例如，在一些执行方式中，在编织屏蔽罩被施加在导线上之前，一根或多根非绝缘导线被定位在导线之间。如上文描述的，所述非绝缘导线可以在电缆的端部被终止成接地。绝缘导线的导电涂层随后借助于在电缆内存在的非绝缘导线和导电涂布的绝缘导线之间的接触而接地。

在一些执行方式中，多根导线的第一和/或第二相应端部以并排方式附接以形成一组或多组带。所述组内的导线可以基于在导线上传播的信号之间的预定关系来选择。

虽然已经对实施例的各种实施例进行了说明，但对于本领域的普通技术人员来说明显的是：在权利要求的范围之内可以有更多的实施例和执行方式。上述的各种尺寸仅是示例性的，并且必要时可以被改变。因此，对于本领域的普通技术人员来说明显的是，在权利要求的范围之内可以有更多的实施例和执行方式。因此，所描述的实施例仅被提供以用于帮助理解权利要求，而并不限制权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种电缆组件，包括：

多根导线，每一根导线都具有第一端、第二端和中间区段，所述多根导线的各个导线的中间区段彼此分离；和

围绕所述多根导线的各个中间区段的导电屏蔽罩；

其中，所述多根导线的每根导线包括：

导体；

围绕所述导体的绝缘层；和

形成在所述绝缘层的外侧表面上的导电涂层。

2.根据权利要求1所述的电缆组件，其中所述导电涂层的材料是从由碳、石墨、石墨烯、银、铜组成的涂层的组中选择的，并且所述材料处于悬浮溶液中。

3.根据权利要求1所述的电缆组件，其中所述导电涂层的厚度小于0.005毫米(0.0002英寸)。

4.根据权利要求1所述的电缆组件，还包括定位在由所述导电屏蔽罩限定的内部空间内的至少一根非绝缘导线。

5.根据权利要求1所述的电缆组件，其中所述多根导线的第一端和第二端以并排方式附接以形成带。

6.根据权利要求1所述的电缆组件，其中围绕所述导体的绝缘层的厚度大约是0.025-0.64毫米(0.001-0.025英寸)。

7.根据权利要求1所述的电缆组件，其中所述导线包括具有36 AWG至52 AWG规格的导体，优选地其中所述导体选自由铜、镀银铜、镀锡铜和镀金铜组成的导体的组。

8.根据权利要求1所述的电缆组件，其中在所述多根导线之间测得的串扰在5MHz以下小于-34dB。

9.根据权利要求1所述的电缆组件，其中当所述多根导线的长度是大约0.91米(3英尺)长时，所述多根导线中的任意两根导线之间的互电容小于2pF。

10.一种用于制造根据上述权利要求中的任一项所述的电缆组件的方法，所述方法包括：

提供多根导体；

围绕所述多根导体中的每一根导体形成绝缘层，从而形成隔离的绝缘的导线；

在每根导线的所述绝缘层的外侧表面上形成导电涂层；

在所述多根导线上施加编织屏蔽罩；和

在所述编织屏蔽罩上施加护套。