Vai attālinātās medicīnas iekārtās signāla aizsardzībai izmanto diodes?

1, diožu galvenais signāla aizsardzības mehānisms
1. ESD aizsardzība: nomāc statiskās elektrības ietekmi
Attālinātās medicīniskās ierīces, piemēram, pārnēsājamie elektrokardiogrāfi un viedās aproces, bieži tiek darbinātas, saskaroties ar cilvēku, un tās ir pakļautas elektrostatisko lādiņu uzkrāšanai. Kad ierīces saskarnes (piemēram, USB un bezvadu uzlādes moduļi) nonāk saskarē ar ārējiem vadītājiem, statiskā elektrība var radīt desmitiem tūkstošu voltu pārejošu augsta sprieguma, kas var izlauzties cauri mikroshēmas tapām vai sensoru ķēdēm. TVS diodes (piemēram, SMBJ5.0CA) var nodrošināt spriegumu drošā diapazonā ps laikā, izmantojot Zenera pārrāvuma efektu (piemēram, 5 V sistēmas nostiprināšana līdz 10 V), ar dinamisko pretestību līdz 0,5 Ω, un tās var absorbēt vairākus kilovatus pārsprieguma jaudas. Piemēram, noteikta zīmola insulīna sūknis sekmīgi izturēja IEC 61000-4-2 ESD testu pēc tam, kad tika izmantota TVS diode, lai aizsargātu uzlādes interfeisu, un ierīces darbība netika ietekmēta zem 30A maksimālā strāvas pārsprieguma.

2. Signāla ierobežošana: novērš sprieguma pārslodzi
Attālajai medicīnas iekārtai ir jāpārraida fizioloģiski signāli, izmantojot bezvadu moduļus (piemēram, Bluetooth, Wi-Fi), taču antenas uztveršanas gals var radīt sprieguma lēcienus vides traucējumu dēļ. Parastās diodes (piemēram, 1N4148) var izmantot, lai izveidotu ierobežojošu ķēdi, kas ierobežo signāla spriegumu drošā diapazonā. Tās darbības princips ir šāds: kad ieejas spriegums pārsniedz diodes tiešā sprieguma kritumu (apmēram 0,7 V), diode vada, un liekā enerģija tiek patērēta caur sprieguma dalītāja rezistoru, lai izvairītos no nākamās ķēdes (piemēram, ADC pārveidotāja) bojājumiem pārsprieguma dēļ. Piemēram, asins skābekļa piesātinājuma uzraudzības iekārtās ierobežojoša ķēde var nodrošināt, ka fotoelektriskā sensora vājo signālu (mV līmenis) neietekmē ārējie traucējumi.

3. Reversās strāvas bloķēšana: barošanas avota stabilitātes nodrošināšana
Attālinātās medicīnas iekārtas barošanai bieži izmanto litija baterijas. Ja akumulators ir apgriezts vai lādēšanas ķēde neizdodas, tas var izraisīt apgrieztās strāvas pārspriegumu. Šotkija diodes (piemēram, SS14) ir vēlamā izvēle reversās strāvas bloķēšanai, jo tām ir zems tiešā sprieguma kritums (0,2–0,3 V) un ātras pārslēgšanas īpašības. Piemēram, noteikts inteliģentā virsmas montāžas defibrilatora modelis veiksmīgi ierobežoja reverso strāvu līdz zem 0,1 μA pēc paralēlā SS14 diodes pievienošanas akumulatora izejas spailē, kas ir daudz zem akumulatora drošības sliekšņa, ievērojami pagarinot ierīces kalpošanas laiku.

2, tipiski pielietojuma scenāriji un shēmas dizains
1. Bezvadu sakaru moduļa ESD aizsardzība
Attālās medicīniskās iekārtas (piemēram, Bluetooth, 4G/5G) bezvadu modulim jāatbilst IEC 61000-4-5 pārsprieguma noturības standartam. Projektēšanas laikā TVS diodēm ir jābūt paralēli savienotām ar antenu saskarnēm un datu pārraides līnijām (piemēram, I2C, SPI). Piemēram:

D1/D2:SMBJ5.0CA, aizsargājiet 5V strāvas vadu;
D3/D4: SLESD5V0LED02 (zema savienojuma kapacitāte 0,28pF), aizsargā datu pārraides līnijas.
Šāda veida konstrukcija nodrošina, ka iekārta var stabili darboties mitrā un sviedru vidē, kas atbilst medicīnas elektriskās drošības standartiem, piemēram, IEC 60601-1.

2. Fizioloģiskā signāla iegūšanas ķēdes ierobežojoša aizsardzība
Elektrokardiogrammas (EKG) signāla amplitūda ir tikai 1-5 mV, kas ir jutīga pret strāvas frekvences traucējumiem (50 Hz) un muskuļu elektriskiem trokšņiem. Projektējot, signāla ievades galā virknē jāpievieno ierobežojoša ķēde, piemēram:

D1/D2:1N4148 diode, kas veido divvirzienu ierobežotāju;
R1/R2:10k Ω sprieguma dalītāja rezistors, ierobežojoša strāva;
C1: 0,1 μF filtrēšanas kondensators augstas-frekvences trokšņu slāpēšanai.
Šī shēma var ierobežot ieejas signālu ± 0,7 V diapazonā, nodrošinot nākamā pastiprinātāja (piemēram, INA128) normālu darbību.

3. Akumulatora vadības sistēmas reversā aizsardzība
Valkājamām tālvadības uzraudzības ierīcēm (piemēram, viedajām rokassprādzēm) ir nepieciešams ilgs{0}}gaidīšanas režīms, un akumulatora pašizlāde un ķēdes noplūde var saīsināt akumulatora darbības laiku. Savienojot zemas noplūdes strāvas diodi (piemēram, BAS70) virknē pie akumulatora izejas, gaidstāves strāvu var samazināt no 10 μA līdz zem 0,1 μA. Piemēram, pēc tam, kad noteikta zīmola nepārtraukta glikozes līmeņa asinīs mērītāja pieņēma šo risinājumu, ierīces akumulatora darbības laiks tika pagarināts no 3 dienām līdz 10 dienām.

3, nozares tendences un izaicinājumi
1. Plašas joslas materiālu pielietojums
Diodes uz gallija nitrīda (GaN) bāzes ir sāktas izmantot attālās medicīnas ierīcēs to augstās frekvences un efektivitātes īpašību dēļ. Piemēram, GaN Schottky diodēm ir par 90% īsāks reversās atkopšanas laiks (trr) nekā ierīcēm, kuru pamatā ir silīcijs{2}}, kas var samazināt enerģijas zudumus uzlādes ķēdēs un uzlabot ierīces izturību.

2. Integrēts dizains
Lai samazinātu ierīces izmēru, diodes tiek integrētas ar jaudas pārvaldības vienībām (PMU) un BMS mikroshēmām. Piemēram, viena -mikroshēma, ko izlaidis noteikts ražotājs, integrē TVS diodes, sprieguma regulatora diodes un MOSFET 0,8 mm × 0,8 mm pakotnē, lai apmierinātu īpaši mazu ierīču, piemēram, viedo gredzenu, vajadzības.

3. Līdzsvarojiet zemu enerģijas patēriņu un augstu uzticamību
Tālvadības medicīnas iekārtas ir jutīgas pret enerģijas patēriņu, bet tajā pašā laikā tām ir jāatbilst augstām uzticamības prasībām. Nākotnes diodēm ir jāizlaužas šādos virzienos:

Zemāks tiešā sprieguma kritums: piemēram, izmantojot Super Junction tehnoloģiju, lai samazinātu Schottky diožu sprieguma kritumu līdz 0,1 V;
Augstāks reversās pretestības spriegums: izstrādājiet mikrodiodes, kuru izturības spriegums pārsniedz 100 V, lai apmierinātu lieljaudas ierīču vajadzības;
Inteliģenta aizsardzības funkcija: sensoru un algoritmu apvienošana, lai dinamiski pielāgotu diodes parametrus un optimizētu aizsardzības efektus.