Diyot masofaviy tibbiy asbob-uskunalarda signalni himoya qilish uchun ishlatiladimi?

1, diodlarning asosiy signalini himoya qilish mexanizmi
1. ESD himoyasi: statik elektr ta'sirini bostirish
Portativ elektrokardiograflar va aqlli bilaguzuklar kabi masofaviy tibbiy asboblar ko'pincha odam bilan aloqa qilish orqali ishlaydi va elektrostatik zaryadlarni to'plashga moyil. Qurilma interfeyslari (masalan, USB va simsiz zaryadlash modullari) tashqi o'tkazgichlar bilan aloqa qilganda, statik elektr o'n minglab voltli vaqtinchalik yuqori kuchlanishni keltirib chiqarishi mumkin, bu esa chip pinlari yoki sensor zanjirlarini buzishi mumkin. TVS diodlari (masalan, SMBJ5.0CA) Zenerning uzilish effekti (masalan, 5V tizimni 10V ga siqish) orqali kuchlanishni ps vaqt ichida xavfsiz diapazonga siqib qo'yishi mumkin, dinamik qarshilik 0,5 Ō dan kam bo'lishi mumkin va bir necha kilovatt kuchlanishni o'zlashtira oladi. Misol uchun, zaryadlovchi interfeysini himoya qilish uchun TVS diyotidan foydalangandan so'ng, insulin nasosining ma'lum bir markasi IEC 61000-4-2 ESD testidan muvaffaqiyatli o'tdi va qurilma funktsiyasi 30A tepalik oqimi ostida ta'sirlanmadi.

2. Signalni cheklash: kuchlanishning haddan tashqari yuklanishini oldini olish
Masofaviy tibbiy asbob-uskunalar fiziologik signallarni simsiz modullar (masalan, Bluetooth, Wi-Fi) orqali uzatishi kerak, ammo antennani qabul qiluvchi uchi atrof-muhit shovqini tufayli kuchlanishning keskin ko'tarilishiga olib kelishi mumkin. Oddiy diodlar (masalan, 1N4148) signal kuchlanishini xavfsiz diapazonda cheklaydigan cheklash sxemasini qurish uchun ishlatilishi mumkin. Uning ishlash printsipi: kirish kuchlanishi diodning to'g'ridan-to'g'ri kuchlanish pasayishidan (taxminan 0,7V) oshib ketganda, diod o'tkazadi va ortiqcha kuchlanish tufayli keyingi kontaktlarning zanglashiga olib kelishi (masalan, ADC konvertori) shikastlanmasligi uchun kuchlanish bo'luvchi rezistor orqali ortiqcha energiya sarflanadi. Misol uchun, qonning kislorod bilan to'yinganligini nazorat qilish uskunasida cheklash sxemasi fotoelektr sensori tomonidan chiqarilgan zaif signal (mV darajasi) tashqi shovqinlardan ta'sirlanmasligini ta'minlashi mumkin.

3. Teskari oqim blokirovkasi: elektr ta'minoti barqarorligini ta'minlash
Masofaviy tibbiy asbob-uskunalar ko'pincha elektr ta'minoti uchun lityum batareyalardan foydalanadi. Batareya teskari bo'lsa yoki zaryadlash davri ishlamay qolsa, bu teskari oqimga olib kelishi mumkin. Schottky diodlari (SS14 kabi) past to'g'ridan-to'g'ri kuchlanish pasayishi (0,2-0,3V) va tez o'tish xususiyatlari tufayli teskari oqim blokirovkasi uchun afzal qilingan tanlovdir. Masalan, sirtga o'rnatiladigan aqlli defibrilatorning ma'lum bir modeli batareyaning chiqish terminalida SS14 diodining parallel ulanishidan so'ng teskari oqimni 0,1 m A dan past darajada muvaffaqiyatli cheklab qo'ydi, batareyaning xavfsizlik chegarasidan ancha past bo'lib, qurilmaning ishlash muddatini sezilarli darajada uzaytirdi.

2, odatiy dastur stsenariylari va sxema dizayni
1. Simsiz aloqa modulining ESD himoyasi
Masofaviy tibbiy asbob-uskunalarning simsiz moduli (masalan, Bluetooth, 4G/5G) IEC 61000-4-5 kuchlanish daxlsizligi standartiga javob berishi kerak. Dizayn jarayonida TVS diodlari antenna interfeyslari va ma'lumotlar uzatish liniyalariga (I2C, SPI kabi) parallel ulanishi kerak. Masalan:

D1/D2: SMBJ5.0CA, 5V quvvat simini himoya qiling;
D3/D4: SLESD5V0LED02 (past ulanish sig'imi 0,28pF), ma'lumot uzatish liniyalarini himoya qiladi.
Ushbu turdagi dizayn uskunaning nam va terli muhitda barqaror ishlashini ta'minlaydi, IEC 60601-1 kabi tibbiy elektr xavfsizligi standartlariga javob beradi.

2. Fiziologik signalni qabul qilish sxemasining chegaraviy himoyasi
Elektrokardiogramma (EKG) signalining amplitudasi faqat 1-5 mV ni tashkil qiladi, bu quvvat chastotasi shovqiniga (50Hz) va mushaklarning elektr shovqiniga sezgir. Loyihalashda cheklash davri signalning kirish uchida ketma-ket ulanishi kerak, masalan:

D1 / D2: 1N4148 diyot, ikki tomonlama cheklovchini tashkil qiladi;
R1/R2: 10k Ō kuchlanish bo'luvchi qarshilik, cheklovchi oqim;
C1: yuqori chastotali shovqinni bostirish uchun 0,1 mF filtrlash kondansatörü.
Ushbu sxema kirish signalini ± 0,7V oralig'ida cheklab qo'yishi mumkin, bu keyingi kuchaytirgichning normal ishlashini ta'minlaydi (masalan, INA128).

3. Batareyani boshqarish tizimining teskari himoyasi
Taqib yuriladigan masofaviy nazorat qurilmalari (masalan, aqlli bilaguzuklar) uzoq-kutish rejimini talab qiladi va batareyaning oʻz-oʻzidan zaryadsizlanishi va kontaktlarning zanglashiga olib kelishi batareyaning ishlash muddatini qisqartirishi mumkin. Batareya chiqishida past oqadigan oqim diodini (masalan, BAS70) ketma-ket ulash orqali kutish oqimini 10 mk A dan 0,1 m A dan pastga tushirish mumkin. Masalan, ma'lum bir markadagi doimiy qon glyukoza monitori ushbu yechimni qabul qilgandan so'ng, qurilma batareyasining ishlash muddati 3 kundan 10 kungacha uzaytirildi.

3, sanoat tendentsiyalari va muammolari
1. Keng tarmoqli materiallarni qo'llash
Galliy nitridi (GaN) asosidagi diodlar yuqori chastota va samaradorlik xususiyatlari tufayli masofaviy tibbiy asboblarda qo'llanila boshlandi. Masalan, GaN Schottky diodlari kremniyga asoslangan qurilmalarga qaraganda 90% ga qisqaroq teskari tiklanish vaqtiga (trr) ega, bu esa zaryadlash davrlarida energiya yo'qotilishini kamaytiradi va qurilmaning chidamliligini oshiradi.

2. Integratsiyalashgan dizayn
Qurilmaning hajmini kamaytirish uchun diodlar quvvatni boshqarish bloklari (PMU) va BMS chiplari bilan birlashtirilmoqda. Masalan, ma'lum bir ishlab chiqaruvchi tomonidan ishga tushirilgan yagona chipli yechim aqlli halqalar kabi ultra kichik qurilmalarning ehtiyojlarini qondirish uchun TVS diodlari, kuchlanish regulyatori diodlari va MOSFETlarni 0,8 mm × 0,8 mm paketga birlashtiradi.

3. Kam quvvat sarfini va yuqori ishonchlilikni muvozanatlash
Masofaviy tibbiy asbob-uskunalar quvvat sarfiga sezgir, lekin ayni paytda yuqori ishonchlilik talablariga javob berishi kerak. Kelajakdagi diodlar quyidagi yo'nalishlarda o'tishi kerak:

Oldinga kuchlanishning pasayishi: masalan, Super Junction texnologiyasidan foydalangan holda Schottky diodlarining kuchlanish pasayishini 0,1V dan pastga tushirish;
Yuqori teskari chidamlilik kuchlanishi: Yuqori quvvatli qurilmalar ehtiyojlarini qondirish uchun 100V dan yuqori chidamli mikrodiodlarni ishlab chiqish;
Intellektual himoya funktsiyasi: Diod parametrlarini dinamik ravishda sozlash va himoya effektlarini optimallashtirish uchun sensorlar va algoritmlarni birlashtirish.