Este folosită dioda pentru protecția semnalului în echipamentele medicale de la distanță?

1, Mecanismul de protecție a semnalului de bază al diodelor
1. Protecție ESD: Suprima impactul electricității statice
Dispozitivele medicale de la distanță, cum ar fi electrocardiografele portabile și brățările inteligente, sunt adesea operate prin contact uman și sunt predispuse la acumularea de sarcini electrostatice. Atunci când interfețele dispozitivului (cum ar fi modulele USB și de încărcare fără fir) intră în contact cu conductorii externi, electricitatea statică poate genera zeci de mii de volți de înaltă tensiune tranzitorie, care poate sparge pinii cipului sau circuitele senzorilor. Diodele TVS (cum ar fi SMBJ5.0CA) pot fixa tensiunea la un interval sigur în timp ps prin efectul de defalcare Zener (cum ar fi fixarea sistemului de 5V la 10V), cu o rezistență dinamică de până la 0,5 Ω și pot absorbi câțiva kilowați de putere de supratensiune. De exemplu, o anumită marcă de pompă de insulină a trecut cu succes testul IEC 61000-4-2 ESD după ce a folosit dioda TVS pentru a proteja interfața de încărcare, iar funcția dispozitivului nu a fost afectată sub supratensiune de vârf de 30A.

2. Limitarea semnalului: previne suprasarcina de tensiune
Echipamentele medicale de la distanță trebuie să transmită semnale fiziologice prin module wireless (cum ar fi Bluetooth, Wi-Fi), dar capătul de recepție al antenei poate genera vârfuri de tensiune din cauza interferențelor mediului. Diodele obișnuite (cum ar fi 1N4148) pot fi utilizate pentru a construi un circuit de limitare, care limitează tensiunea semnalului într-un interval sigur. Principiul său de funcționare este: atunci când tensiunea de intrare depășește căderea de tensiune directă a diodei (aproximativ 0,7 V), dioda conduce și excesul de energie este consumat prin rezistența divizorului de tensiune pentru a evita deteriorarea circuitului ulterior (cum ar fi convertizorul ADC) din cauza supratensiunii. De exemplu, în echipamentele de monitorizare a saturației de oxigen din sânge, un circuit de limitare poate asigura că semnalul slab (nivel în mV) emis de senzorul fotoelectric nu este afectat de interferențe externe.

3. Blocarea curentului invers: asigurarea stabilității sursei de alimentare
Echipamentele medicale de la distanță folosesc adesea baterii cu litiu pentru alimentarea cu energie. Dacă bateria este inversată sau circuitul de încărcare eșuează, poate provoca o supratensiune inversă a curentului. Diodele Schottky (cum ar fi SS14) sunt alegerea preferată pentru blocarea curentului invers datorită căderii lor scăzute de tensiune directă (0,2-0,3V) și caracteristicilor de comutare rapidă. De exemplu, un anumit model de defibrilator inteligent cu montare pe suprafață a limitat cu succes curentul invers la sub 0,1 μ A după conectarea în paralel a diodei SS14 la borna de ieșire a bateriei, mult sub pragul de siguranță a bateriei, prelungind semnificativ durata de viață a dispozitivului.

2, Scenarii tipice de aplicații și design de circuit
1. Protecția ESD a modulului de comunicație fără fir
Modulul fără fir al echipamentelor medicale de la distanță (cum ar fi Bluetooth, 4G/5G) trebuie să îndeplinească standardul de imunitate la supratensiune IEC 61000-4-5. În timpul proiectării, diodele TVS trebuie să fie conectate în paralel la interfețele antenei și liniile de transmisie a datelor (cum ar fi I2C, SPI). De exemplu:

D1/D2:SMBJ5.0CA, Protejați cablul de alimentare de 5V;
D3/D4: SLESD5V0LED02 (capacitate joasă de joncțiune 0,28pF), protejează liniile de transmisie a datelor.
Acest tip de design asigură că echipamentul poate funcționa stabil în medii umede și transpirate, respectând standardele de siguranță electrică medicală, cum ar fi IEC 60601-1.

2. Limitarea protecţiei circuitului de achiziţie a semnalului fiziologic
Amplitudinea semnalului electrocardiogramei (ECG) este de numai 1-5mV, care este susceptibilă la interferența cu frecvența puterii (50Hz) și la zgomotul electric muscular. La proiectare, un circuit de limitare trebuie conectat în serie la capătul de intrare a semnalului, de exemplu:

Dioda D1/D2:1N4148, formand un limitator bidirectional;
R1/R2: rezistor divizor de tensiune 10k Ω, curent de limitare;
C1: condensator de filtrare de 0,1 μF pentru a suprima zgomotul de înaltă-frecvență.
Acest circuit poate limita semnalul de intrare în intervalul de ± 0,7 V, asigurând funcționarea normală a amplificatorului ulterior (cum ar fi INA128).

3. Protecția inversă a sistemului de management al bateriei
Dispozitivele de monitorizare de la distanță care pot fi purtate (cum ar fi brățările inteligente) necesită{0}}mod de așteptare pe termen lung, iar descărcarea automată a bateriei și scurgerea circuitului pot scurta durata de viață a bateriei. Prin conectarea unei diode cu curent de scurgere scăzut (cum ar fi BAS70) în serie la ieșirea bateriei, curentul de așteptare poate fi redus de la 10 μ A la sub 0,1 μ A. De exemplu, după ce o anumită marcă de monitorizare continuă a glicemiei a adoptat această soluție, durata de viață a bateriei dispozitivului a fost extinsă de la 3 zile la 10 zile.

3, Tendințe și provocări ale industriei
1. Aplicarea materialelor cu bandgap largă
Diodele pe bază de nitrură de galiu (GaN) au început să fie aplicate în dispozitivele medicale de la distanță datorită caracteristicilor de înaltă frecvență și eficiență. De exemplu, diodele GaN Schottky au un timp de recuperare inversă (trr) cu 90% mai scurt decât dispozitivele bazate pe siliciu-, ceea ce poate reduce pierderea de energie în circuitele de încărcare și poate îmbunătăți rezistența dispozitivului.

2. Design integrat
Pentru a reduce dimensiunea dispozitivului, diodele sunt integrate cu unități de gestionare a energiei (PMU) și cipuri BMS. De exemplu, o soluție cu un singur-cip lansată de un anumit producător integrează diode TVS, diode regulatoare de tensiune și MOSFET-uri într-un pachet de 0,8 mm × 0,8 mm pentru a satisface nevoile dispozitivelor foarte mici, cum ar fi inelele inteligente.

3. Echilibrează consumul redus de energie și fiabilitatea ridicată
Echipamentele medicale de la distanță sunt sensibile la consumul de energie, dar în același timp trebuie să îndeplinească cerințe de înaltă fiabilitate. Viitoarele diode trebuie să pătrundă în următoarele direcții:

Căderea de tensiune directă mai mică: cum ar fi utilizarea tehnologiei Super Junction pentru a reduce căderea de tensiune a diodelor Schottky la sub 0,1 V;
Tensiune de rezistență inversă mai mare: dezvoltați microdiode cu o tensiune de rezistență de peste 100 V pentru a satisface nevoile dispozitivelor-de putere mare;
Funcție inteligentă de protecție: Combinând senzori și algoritmi pentru a ajusta dinamic parametrii diodei și pentru a optimiza efectele de protecție.