Ali se dioda uporablja za zaščito signala v daljinski medicinski opremi?

1, Mehanizem zaščite jedra signala diod
1. ESD zaščita: Zadušite vpliv statične elektrike
Medicinske naprave na daljavo, kot so prenosni elektrokardiografi in pametne zapestnice, se pogosto upravljajo prek človeškega stika in so nagnjene k kopičenju elektrostatičnih nabojev. Ko pridejo vmesniki naprav (kot so USB in moduli za brezžično polnjenje) v stik z zunanjimi vodniki, lahko statična elektrika ustvari več deset tisoč voltov prehodne visoke napetosti, ki lahko prebije nožice čipa ali senzorska vezja. Diode TVS (kot je SMBJ5.0CA) lahko omejijo napetost na varno območje v času ps z Zenerjevim razpadnim učinkom (kot je sistem 5 V, ki je vpet na 10 V), z dinamičnim uporom le 0,5 Ω in lahko absorbirajo več kilovatov prenapetosti. Določena blagovna znamka inzulinske črpalke je na primer uspešno prestala preskus IEC 61000-4-2 ESD po uporabi TVS diode za zaščito vmesnika za polnjenje, delovanje naprave pa ni bilo prizadeto pod 30 A vršnim tokom.

2. Omejitev signala: preprečite napetostno preobremenitev
Medicinska oprema na daljavo mora oddajati fiziološke signale prek brezžičnih modulov (kot je Bluetooth, Wi-Fi), vendar lahko sprejemna stran antene povzroči napetostne skoke zaradi motenj iz okolja. Navadne diode (kot je 1N4148) se lahko uporabijo za izdelavo omejevalnega vezja, ki omejuje signalno napetost znotraj varnega območja. Njegov princip delovanja je: ko vhodna napetost preseže padec napetosti diode naprej (približno 0,7 V), dioda prevaja, odvečna energija pa se porabi skozi upor delilnika napetosti, da se prepreči poškodba naslednjega vezja (kot je ADC pretvornik) zaradi prenapetosti. Na primer, v opremi za spremljanje nasičenosti krvi s kisikom lahko omejevalno vezje zagotovi, da na šibek signal (raven mV), ki ga izhodi fotoelektrični senzor, ne vpliva zunanja motnja.

3. Blokada povratnega toka: zagotavljanje stabilnosti napajanja
Medicinska oprema na daljavo za napajanje pogosto uporablja litijeve baterije. Če je baterija obrnjena ali polnilno vezje odpove, lahko pride do sunka povratnega toka. Schottky diode (kot je SS14) so ​​prednostna izbira za blokiranje povratnega toka zaradi nizkega padca napetosti naprej (0,2–0,3 V) in lastnosti hitrega preklopa. Določen model inteligentnega defibrilatorja za površinsko montažo je na primer uspešno omejil povratni tok pod 0,1 μA po vzporedni povezavi diode SS14 na izhodnem priključku baterije, kar je daleč pod varnostnim pragom baterije, kar je znatno podaljšalo življenjsko dobo naprave.

2, Tipični scenariji uporabe in načrtovanje vezja
1. ESD zaščita brezžičnega komunikacijskega modula
Brezžični modul medicinske opreme na daljavo (kot je Bluetooth, 4G/5G) mora izpolnjevati standard IEC 61000-4-5 za odpornost na prenapetost. Med načrtovanjem morajo biti TVS diode vzporedno povezane z antenskimi vmesniki in linijami za prenos podatkov (kot so I2C, SPI). Na primer:

D1/D2: SMBJ5.0CA, Zaščitite napajalni kabel 5 V;
D3/D4: SLESD5V0LED02 (nizka spojna kapacitivnost 0,28 pF), ščiti linije za prenos podatkov.
Ta vrsta zasnove zagotavlja, da lahko oprema stabilno deluje v vlažnih in prepotenih okoljih ter izpolnjuje medicinske standarde električne varnosti, kot je IEC 60601-1.

2. Omejitvena zaščita vezja za zajemanje fizioloških signalov
Amplituda signala elektrokardiograma (EKG) je samo 1–5 mV, kar je dovzetno za motnje močne frekvence (50 Hz) in mišični električni šum. Pri načrtovanju mora biti omejevalno vezje zaporedno povezano na koncu vhoda signala, na primer:

D1/D2:1N4148 dioda, ki tvori dvosmerni omejevalnik;
R1/R2: 10 k Ω napetostni delilni upor, omejevalni tok;
C1: filtrirni kondenzator 0,1 μF za zatiranje visoko{2}}frekvenčnega šuma.
To vezje lahko omeji vhodni signal znotraj območja ± 0,7 V, kar zagotavlja normalno delovanje naslednjega ojačevalnika (kot je INA128).

3. Povratna zaščita sistema za upravljanje baterije
Nosljive naprave za daljinsko spremljanje (kot so pametne zapestnice) zahtevajo dolgotrajno-pripravljenost, samopraznjenje baterije in puščanje tokokroga pa lahko skrajšata življenjsko dobo baterije. Z zaporedno povezavo diode z nizkim uhajajočim tokom (kot je BAS70) na izhodu baterije se lahko tok v stanju pripravljenosti zmanjša z 10 μA na manj kot 0,1 μA. Na primer, potem ko je določena znamka neprekinjenega merilnika glukoze v krvi sprejela to rešitev, se je življenjska doba baterije naprave podaljšala s 3 dni na 10 dni.

3, Trendi in izzivi v industriji
1. Uporaba materialov s široko pasovno vrzeljo
Diode na osnovi galijevega nitrida (GaN) so se začele uporabljati v oddaljenih medicinskih napravah zaradi njihove visoke frekvence in značilnosti učinkovitosti. GaN Schottky diode imajo na primer 90 % krajši povratni obnovitveni čas (trr) kot naprave na osnovi silicija-, kar lahko zmanjša izgubo energije v polnilnih tokokrogih in izboljša vzdržljivost naprave.

2. Integrirana zasnova
Za zmanjšanje velikosti naprave so diode integrirane z enotami za upravljanje porabe (PMU) in čipi BMS. Na primer, rešitev z enim-čipom, ki jo lansira določen proizvajalec, združuje diode TVS, diode regulatorja napetosti in MOSFET-e v ohišje velikosti 0,8 mm × 0,8 mm, da zadosti potrebam ultra majhnih naprav, kot so pametni obroči.

3. Uravnotežite nizko porabo energije in visoko zanesljivost
Medicinska oprema na daljavo je občutljiva na porabo energije, a mora hkrati izpolnjevati visoke zahteve glede zanesljivosti. Prihodnje diode se morajo prebiti v naslednjih smereh:

Nižji padec napetosti naprej: na primer uporaba tehnologije Super Junction za zmanjšanje padca napetosti Schottky diod pod 0,1 V;
Višja vzvratna odporna napetost: razvijte mikro diode z odporno napetostjo nad 100 V za izpolnjevanje potreb visoko{1}}zmogljivih naprav;
Inteligentna zaščitna funkcija: Kombinacija senzorjev in algoritmov za dinamično prilagajanje parametrov diod in optimizacijo zaščitnih učinkov.