A ddefnyddir deuod i amddiffyn signal mewn offer meddygol o bell?

1, Mae mecanwaith amddiffyn signal craidd deuodau
1. ESD amddiffyn: Atal effaith trydan statig
Mae dyfeisiau meddygol anghysbell, fel electrocardiograffau cludadwy a bandiau arddwrn clyfar, yn aml yn cael eu gweithredu trwy gyswllt dynol ac maent yn dueddol o gronni gwefrau electrostatig. Pan ddaw rhyngwynebau dyfeisiau (fel USB a modiwlau gwefru diwifr) i gysylltiad â dargludyddion allanol, gall trydan statig gynhyrchu degau o filoedd o foltiau o foltedd uchel dros dro, a all dorri trwy binnau sglodion neu gylchedau synhwyrydd. Gall deuodau TVS (fel SMBJ5.0CA) glampio'r foltedd i ystod ddiogel o fewn amser ps trwy effaith chwalu Zener (fel clampio system 5V i 10V), gydag ymwrthedd deinamig mor isel â 0.5 Ω, a gall amsugno sawl cilowat o bŵer ymchwydd. Er enghraifft, llwyddodd brand penodol o bwmp inswlin i basio prawf ESD IEC 61000-4-2 ar ôl defnyddio deuod TVS i amddiffyn y rhyngwyneb codi tâl, ac ni effeithiwyd ar swyddogaeth y ddyfais o dan ymchwydd cyfredol brig 30A.

2. Signal cyfyngu: atal gorlwytho foltedd
Mae angen i offer meddygol o bell drosglwyddo signalau ffisiolegol trwy fodiwlau diwifr (fel Bluetooth, Wi Fi), ond gall y pen derbyn antena gynhyrchu pigau foltedd oherwydd ymyrraeth amgylcheddol. Gellir defnyddio deuodau cyffredin (fel 1N4148) i adeiladu cylched cyfyngu, sy'n cyfyngu ar foltedd y signal o fewn ystod ddiogel. Ei egwyddor weithredol yw: pan fydd y foltedd mewnbwn yn fwy na'r gostyngiad foltedd ymlaen y deuod (tua 0.7V), mae'r deuod yn dargludo, ac mae gormod o egni yn cael ei ddefnyddio trwy'r gwrthydd rhannwr foltedd i osgoi difrod i'r gylched ddilynol (fel trawsnewidydd ADC) oherwydd gorfoltedd. Er enghraifft, mewn offer monitro dirlawnder ocsigen gwaed, gall cylched cyfyngu sicrhau nad yw'r allbwn signal gwan (lefel mV) gan y synhwyrydd ffotodrydanol yn cael ei effeithio gan ymyrraeth allanol.

3. Gwrthdroi blocio presennol: sicrhau sefydlogrwydd cyflenwad pŵer
Mae offer meddygol o bell yn aml yn defnyddio batris lithiwm ar gyfer cyflenwad pŵer. Os caiff y batri ei wrthdroi neu os bydd y gylched codi tâl yn methu, gall achosi ymchwydd cerrynt gwrthdro. Deuodau Schottky (fel SS14) yw'r dewis a ffefrir ar gyfer blocio cerrynt gwrthdro oherwydd eu gostyngiad mewn foltedd ymlaen isel (0.2-0.3V) a nodweddion newid cyflym. Er enghraifft, llwyddodd model penodol o ddiffibriliwr mowntio arwyneb deallus i gyfyngu'r cerrynt cefn i lai na 0.1 μ A ar ôl cysylltiad cyfochrog â deuod SS14 yn y derfynell allbwn batri, ymhell islaw'r trothwy diogelwch batri, gan ymestyn bywyd gwasanaeth y ddyfais yn sylweddol.

2, Senarios cais nodweddiadol a dylunio cylched
1. ESD amddiffyn modiwl cyfathrebu di-wifr
Rhaid i'r modiwl diwifr o offer meddygol o bell (fel Bluetooth, 4G/5G) fodloni safon imiwnedd ymchwydd IEC 61000-4-5. Yn ystod y dyluniad, mae angen i deuodau TVS gael eu cysylltu'n gyfochrog â rhyngwynebau antena a llinellau trosglwyddo data (fel I2C, SPI). Er enghraifft:

D1 / D2: SMBJ5.0CA, Amddiffyn y llinyn pŵer 5V;
D3/D4: SLESD5V0LED02 (cynhwysedd cyffordd isel 0.28pF), yn amddiffyn llinellau trosglwyddo data.
Mae'r math hwn o ddyluniad yn sicrhau y gall yr offer weithredu'n sefydlog mewn amgylcheddau llaith a chwyslyd, gan fodloni safonau diogelwch trydanol meddygol fel IEC 60601-1.

2. Cyfyngu ar amddiffyn cylched caffael signal ffisiolegol
Dim ond 1-5mV yw osgled y signal electrocardiogram (ECG), sy'n agored i ymyrraeth amledd pŵer (50Hz) a sŵn trydanol cyhyrau. Wrth ddylunio, dylid cysylltu cylched cyfyngu mewn cyfres ar ben mewnbwn y signal, er enghraifft:

Deuod D1/D2:1N4148, gan ffurfio cyfyngydd deugyfeiriadol;
R1/R2:10k Ω gwrthydd rhannwr foltedd, cyfyngu ar gerrynt;
C1: 0.1 μ F cynhwysydd hidlo i atal -sŵn amledd uchel.
Gall y gylched hon gyfyngu ar y signal mewnbwn o fewn ystod ± 0.7V, gan sicrhau gweithrediad arferol y mwyhadur dilynol (fel INA128).

3. Gwrthdroi amddiffyn system rheoli batri
Mae dyfeisiau monitro o bell y gellir eu gwisgo (fel breichledau clyfar) angen-wrth law am dymor hir, a gallai hunan-ollwng batri a gollyngiadau cylched fyrhau oes y batri. Trwy gysylltu deuod cerrynt gollyngiad isel (fel BAS70) mewn cyfres wrth allbwn y batri, gellir lleihau'r cerrynt wrth gefn o 10 μ A i lai na 0.1 μ A. Er enghraifft, ar ôl i frand penodol o fonitor glwcos gwaed parhaus fabwysiadu'r ateb hwn, ymestynnwyd bywyd batri'r ddyfais o 3 diwrnod i 10 diwrnod.

3, Tueddiadau a Heriau'r Diwydiant
1. Cymhwyso deunyddiau bandgap eang
Mae deuodau sy'n seiliedig ar Gallium nitride (GaN) wedi dechrau cael eu defnyddio mewn dyfeisiau meddygol anghysbell oherwydd eu nodweddion amledd uchel ac effeithlonrwydd. Er enghraifft, mae gan deuodau GaN Schottky 90% yn fyrrach o amser adfer gwrthdroi (trr) na dyfeisiau sy'n seiliedig ar silicon, a all leihau colled ynni mewn cylchedau gwefru a gwella dygnwch dyfeisiau.

2. Dyluniad integredig
Er mwyn lleihau maint y ddyfais, mae deuodau'n cael eu hintegreiddio ag unedau rheoli pŵer (PMUs) a sglodion BMS. Er enghraifft, mae datrysiad sglodion sengl a lansiwyd gan wneuthurwr penodol yn integreiddio deuodau TVS, deuodau rheolydd foltedd, a MOSFETs i becyn 0.8mm × 0.8mm i ddiwallu anghenion dyfeisiau bach iawn fel modrwyau clyfar.

3. Cydbwyso defnydd pŵer isel a dibynadwyedd uchel
Mae offer meddygol anghysbell yn sensitif i ddefnydd pŵer, ond ar yr un pryd mae angen iddo fodloni gofynion dibynadwyedd uchel. Mae angen i deuodau yn y dyfodol dorri trwodd i'r cyfarwyddiadau canlynol:

Gostyngiad foltedd ymlaen is: megis defnyddio technoleg Super Junction i leihau gostyngiad foltedd deuodau Schottky i lai na 0.1V;
Foltedd gwrthdro uwch: Datblygu deuodau micro gyda foltedd gwrthsefyll o dros 100V i ddiwallu anghenion dyfeisiau pŵer uchel;
Swyddogaeth amddiffyn deallus: Cyfuno synwyryddion ac algorithmau i addasu paramedrau deuod yn ddeinamig a gwneud y gorau o effeithiau amddiffyn.