Cum să folosiți diodele pentru a optimiza eficiența dispozitivelor medicale cu putere redusă-?

1, Reconstrucția topologiei circuitului: eliminarea pierderilor inerente ale diodelor
Diodele tradiționale au o cădere fixă ​​de tensiune (cum ar fi 0,5-0,7V pentru tuburile de siliciu), ceea ce reduce semnificativ eficiența circuitelor medicale de -joasă tensiune. Luând ca exemplu un stimulator neuronal implantabil, convertorul său DC-DC trebuie să mărească tensiunea bateriei cu litiu de 3,7 V la 15 V. Dacă se folosește redresarea cu diodă Schottky, pierderea prin conducție este de până la 35%. Prin introducerea tehnologiei de rectificare sincronă și înlocuirea diodelor cu MOSFET, rezistența la pornire poate fi redusă de la câteva sute de miliohmi la sub 10m Ω, rezultând o îmbunătățire a eficienței de peste 20%.

Caz tipic: O anumită marcă de electrocardiograf dinamic utilizează un controler de diodă LTC4412 ideal pentru a conduce o matrice MOSFET paralelă, realizând comutarea automată a surselor de alimentare duale. La intrarea de 12V, scăderea tensiunii de conducție a diodelor tradiționale este redusă de la 0,3V la 10mV, consumul de energie este redus cu 96%, iar rezistența dispozitivului este extinsă de la 6 ore la 24 de ore, satisfacând nevoile de monitorizare clinică continuă.

2, Selecția dispozitivului: parametri precisi care se potrivesc scenariilor medicale
Echipamentul medical are cerințe stricte pentru parametrii cheie ai diodelor, iar selecția diferențiată ar trebui făcută în funcție de scenariul de aplicare

Cădere joasă de tensiune directă (VF)
În dispozitivele de detectare a microcurentului, cum ar fi contoarele de glucoză din sânge, dioda VF afectează direct amplitudinea semnalului. Înlocuirea diodelor tradiționale de siliciu (VF=0.6V) cu diode Schottky pe bază de germaniu (VF{=0.15V) poate crește sensibilitatea de detectare de trei ori, reducând în același timp consumul de energie cu 40%.
Timp de recuperare ultra rapid (Trr)
În sistemele de imagistică cu raze X-digitale, rețeaua de fotodiode trebuie să finalizeze achiziția semnalului în 1 μs. Alegerea unei diode de recuperare ultrarapidă cu Trr<50ns can avoid image tailing caused by charge residue and improve the signal-to-noise ratio (SNR) by 12dB.
Curent de scurgere scăzut (IR)
În dispozitivele ECG portabile, curentul de scurgere al diodei poate introduce o deviere a liniei de bază. Dioda cu curent de scurgere ultra-scăzut (IR=0.1pA) BAS70, ambalată în SOD-123, poate optimiza raportul semnal-zgomot (SNR) la 85 dB, îndeplinind cerințele de precizie de calitate medicală.
Tensiune mare de avarie (BV)
În echipamentele de-înaltă tensiune, cum ar fi defibrilatoarele, diodele trebuie să reziste la impulsuri de 5 kV. Prin utilizarea diodelor SiC (carbură de siliciu) (BV=6.5kV), sarcina de recuperare inversă (Qrr) este redusă cu 80% în comparație cu diodele de siliciu, care pot reduce semnificativ interferența electromagnetică (EMI).
3, Management dinamic al puterii: control inteligent activat la cerere
Dispozitivele medicale trebuie să ajusteze în mod dinamic consumul de energie al diodei în funcție de starea lor de funcționare, iar strategiile tipice includ:

Control segmentat al sursei de alimentare
În pulsoximetre, fotodioda este activată numai în timpul perioadei de prelevare. Prin controlul comutatorului MOSFET prin MCU, se obține o funcționare la putere maximă în timpul perioadei de eșantionare (100 μ s) și se obține o oprire completă-în restul timpului (99,9%), reducând consumul mediu de energie al sistemului la 0,3 mW.
Tehnologia Adaptive Bias
În interfețele de calculator implantabile pentru creier, tensiunea de polarizare a APD (fotodiodă de avalanșă) trebuie ajustată dinamic cu intensitatea luminii. Folosind amplificatorul operațional LTC6268 cu zgomot redus-pentru a construi o buclă de feedback, câștigul APD este stabilizat de 100 de ori, în timp ce consumul de putere a circuitului de polarizare este redus de la 5mW la 0,8mW.
Optimizarea modului de repaus
În termometrul digital, LTC2450-1 Δ - ∑ ADC este conectat direct la termistor, iar curentul său de repaus este de numai 0,5 μ A. Cooperați cu comutatorul MOSFET pentru a întrerupe alimentarea cu diode, astfel încât consumul de energie în așteptare al întregii mașini să fie mai mic de 1 μ W, îndeplinind necesarul de rezistență al bateriei CR1203.
4, Practică de optimizare specializată în scenarii medicale
Monitorizarea neinvazivă a glicemiei
Folosind diode laser cu lungime de undă duală de 1310 nm/1550 nm și rețele de fotodiode InGaAs, eșantionarea sincronă este realizată prin ADC SAR LTC2366-18 biți. Optimizați circuitul de comandă al diodei pentru a scurta lățimea impulsului laser de la 100ns la 20ns, reduce consumul de energie al sistemului cu 60% și îmbunătăți acuratețea de detectare a concentrației de glucoză la ± 5 mg/dL.
Diagnostic cu ultrasunete portabil
În sonda cu ultrasunete, un circuit de multiplicare de înaltă tensiune este construit folosind diode Schottky SiC pentru a mări intrarea de 12 V la 100 V. Prin optimizarea aspectului PCB pentru a reduce inductanța parazită, pierderea de recuperare inversă a diodei este redusă cu 75%, căldura capului sondei este redusă cu 40% și rezoluția imaginii este îmbunătățită la 256 de linii.
endoscopie capsulă
În designul de miniaturizare de 0,3 cm³, matricea de diode din seria BAT54 ambalată în TSOT-23 este utilizată pentru a obține izolarea puterii între senzorul de imagine CMOS și modulul de transmisie fără fir. Prin utilizarea tehnologiei de stivuire 3D pentru a scurta distanța de interconectare, integritatea semnalului (SI) este optimizată la o pierdere de inserție de -40 dB, iar rata de transmisie a imaginii ajunge la 2 Mbps.