Kako uporabiti diode za optimizacijo učinkovitosti-medicinskih naprav nizke moči?

1, Rekonstrukcija topologije vezja: odprava inherentnih izgub diod
Tradicionalne diode imajo fiksen padec napetosti (na primer 0,5-0,7V za silicijeve cevi), kar bistveno zmanjša učinkovitost v nizko-napetostnih medicinskih vezjih. Če za primer vzamemo implantabilni nevronski stimulator, mora njegov DC-DC pretvornik povečati napetost 3,7 V litijeve baterije na 15 V. Če se uporabi usmerjanje s Schottky diodo, znaša izguba prevodnosti do 35 %. Z uvedbo tehnologije sinhronega popravljanja in zamenjavo diod z MOSFET-ji je mogoče vklopni upor zmanjšati z nekaj sto miliohmov na manj kot 10 m Ω, kar ima za posledico izboljšanje učinkovitosti za več kot 20 %.

Tipičen primer: Določena znamka dinamičnega elektrokardiografa uporablja krmilnik z idealno diodo LTC4412 za pogon vzporednega niza MOSFET, s čimer doseže samodejno preklapljanje dvojnih napajalnikov. Pri vhodu 12 V se padec prevodne napetosti tradicionalnih diod zmanjša z 0,3 V na 10 mV, poraba energije se zmanjša za 96 %, vzdržljivost naprave pa se podaljša s 6 ur na 24 ur, kar ustreza potrebam kliničnega stalnega spremljanja.

2, Izbira naprave: natančni parametri, ki ustrezajo medicinskim scenarijem
Medicinska oprema ima stroge zahteve za ključne parametre diod, zato je treba diferencirano izbiro opraviti glede na scenarij uporabe

Nizek padec napetosti naprej (VF)
V napravah za zaznavanje mikrotokov, kot so merilniki glukoze v krvi, dioda VF neposredno vpliva na amplitudo signala. Zamenjava tradicionalnih silicijevih diod (VF=0.6V) s Schottky diodami na osnovi germanija (VF=0.15V) lahko poveča občutljivost zaznavanja za trikrat, hkrati pa zmanjša porabo energije za 40 %.
Ultra hiter čas okrevanja (Trr)
V digitalnih sistemih za slikanje z rentgenskimi žarki mora niz fotodiod dokončati zajem signala v 1 μs. Izbira ultrahitre obnovitvene diode s Trr<50ns can avoid image tailing caused by charge residue and improve the signal-to-noise ratio (SNR) by 12dB.
Nizek tok uhajanja (IR)
V nosljivih napravah EKG lahko tok uhajanja diode povzroči premik osnovne vrednosti. Dioda BAS70 z ultra-nizkim tokovnim uhajanjem (IR=0.1pA), pakirana v SOD-123, lahko optimizira razmerje-signal/šum (SNR) na 85 dB, s čimer izpolnjuje zahteve medicinske stopnje natančnosti.
Visoka prebojna napetost (BV)
V visoko{0}}napetostni opremi, kot so defibrilatorji, morajo diode prenesti 5kV impulze. Z uporabo SiC (silicijevega karbida) diod (BV=6.5kV) se povratni povratni naboj (Qrr) zmanjša za 80 % v primerjavi s silicijevimi diodami, kar lahko znatno zmanjša elektromagnetne motnje (EMI).
3, dinamično upravljanje porabe energije: inteligentni nadzor se aktivira na zahtevo
Medicinske naprave morajo dinamično prilagoditi porabo energije diode glede na njihov delovni status, tipične strategije pa vključujejo:

Segmentirano krmiljenje napajanja
Pri pulznih oksimetrih se fotodioda aktivira le med obdobjem vzorčenja. S krmiljenjem stikala MOSFET prek mikrokontrolerja MCU je doseženo delovanje s polno močjo med obdobjem vzorčenja (100 μs), v preostalem času pa je dosežen popoln{2}}izklop (99,9 %), kar zmanjša povprečno porabo energije sistema na 0,3 mW.
Tehnologija Adaptive Bias
V možganskih računalniških vmesnikih, ki jih je mogoče vsaditi, je treba prednapetost APD (lavinske fotodiode) dinamično prilagajati glede na jakost svetlobe. Z uporabo operacijskega ojačevalnika LTC6268 z nizkim -šumom za izdelavo povratne zanke se ojačanje APD stabilizira pri 100-kratniku, medtem ko se poraba energije prednapetostnega vezja zmanjša s 5 mW na 0,8 mW.
Optimizacija načina mirovanja
V digitalnem termometru je LTC2450-1 Δ - ∑ ADC neposredno povezan s termistorjem, njegov tok mirovanja pa je samo 0,5 μA. Sodelujte s stikalom MOSFET, da prekinete napajanje diode, tako da je poraba energije celotnega stroja v stanju pripravljenosti manjša od 1 μW, kar izpolnjuje 10-letno zahtevo vzdržljivosti ene baterije CR2032.
4, Specializirana optimizacijska praksa v medicinskih scenarijih
Neinvazivno spremljanje glukoze v krvi
Z uporabo laserskih diod z dvojno valovno dolžino 1310 nm/1550 nm in nizov fotodiod InGaAs je sinhrono vzorčenje doseženo prek ADC LTC2366-18 bit SAR. Optimizirajte pogonsko vezje diode, da skrajšate širino laserskega impulza s 100 ns na 20 ns, zmanjšate porabo energije sistema za 60 % in izboljšate natančnost zaznavanja koncentracije glukoze na ± 5 mg/dL.
Prenosna ultrazvočna diagnostika
V ultrazvočni sondi je visokonapetostno množilno vezje zgrajeno z uporabo SiC Schottky diod za povečanje vhoda 12 V na 100 V. Z optimizacijo postavitve tiskanega vezja za zmanjšanje parazitske induktivnosti se izguba povratne obnovitve diode zmanjša za 75 %, toplota glave sonde se zmanjša za 40 %, ločljivost slike pa se izboljša na 256 vrstic.
kapsulna endoskopija
V zasnovi miniaturizacije 0,3 cm ³ je niz diod serije BAT54, pakiran v TSOT-23, uporabljen za doseganje izolacije moči med slikovnim senzorjem CMOS in modulom za brezžični prenos. Z uporabo tehnologije 3D zlaganja za skrajšanje medsebojne razdalje je celovitost signala (SI) optimizirana na -40 dB vstavljene izgube, hitrost prenosa slike pa doseže 2 Mbps.