Kaip naudoti diodus mažos{0}}galios medicinos prietaisų efektyvumui optimizuoti?

1, grandinės topologijos atkūrimas: pašalinami būdingi diodų nuostoliai
Tradiciniai diodai turi fiksuotą įtampos kritimą (pvz., 0,5{1}}0,7 V silicio vamzdžiams), o tai žymiai sumažina žemos-tampos medicininių grandinių efektyvumą. Pavyzdžiui, implantuojamas neuroninis stimuliatorius, jo DC-DC keitiklis turi padidinti 3,7 V ličio baterijos įtampą iki 15 V. Jei naudojamas Schottky diodo ištaisymas, laidumo nuostoliai sudaro iki 35%. Įdiegus sinchroninio ištaisymo technologiją ir pakeitus diodus MOSFET, įjungimo varža gali būti sumažinta nuo kelių šimtų miliohm iki mažiau nei 10 m Ω, todėl efektyvumas padidėja daugiau nei 20%.

Įprastas atvejis: tam tikros markės dinaminis elektrokardiografas naudoja LTC4412 idealų diodų valdiklį, kad valdytų lygiagrečią MOSFET matricą ir automatiškai perjungtų du maitinimo šaltinius. Esant 12V įėjimui, tradicinių diodų laidumo įtampos kritimas sumažinamas nuo 0,3V iki 10mV, energijos suvartojimas sumažėja 96%, o prietaiso patvarumas pailgėja nuo 6 valandų iki 24 valandų, tenkinant klinikinio nuolatinio stebėjimo poreikius.

2, Įrenginio pasirinkimas: tikslūs parametrai, atitinkantys medicininius scenarijus
Medicininė įranga turi griežtus reikalavimus pagrindiniams diodų parametrams, todėl pasirinkimas turėtų būti diferencijuotas pagal taikymo scenarijų.

Žemas tiesioginės įtampos kritimas (VF)
Mikrosrovių aptikimo prietaisuose, tokiuose kaip gliukozės kiekio kraujyje matuokliai, diodas VF tiesiogiai veikia signalo amplitudę. Tradicinius silicio diodus (VF=0.6V) pakeitus germanio pagrindu pagamintais Schottky diodais (VF=0.15V), aptikimo jautrumas gali padidėti tris kartus, o energijos suvartojimas sumažėja 40%.
Itin greitas atkūrimo laikas (Trr)
Skaitmeninėse rentgeno vaizdavimo sistemose fotodiodų matrica turi užbaigti signalo gavimą per 1 μs. Itin greito atkūrimo diodo pasirinkimas su Trr<50ns can avoid image tailing caused by charge residue and improve the signal-to-noise ratio (SNR) by 12dB.
Maža nuotėkio srovė (IR)
Nešiojamuose EKG įrenginiuose diodo nuotėkio srovė gali sukelti bazinės linijos poslinkį. BAS70 ultra-mažos nuotėkio srovės diodas (IR=0.1pA), supakuotas į SOD-123, gali optimizuoti signalo-ir triukšmo santykį (SNR) iki 85 dB, atitinkantį medicininio tikslumo reikalavimus.
Aukšta gedimo įtampa (BV)
Aukštos{0}}įtampos įrangoje, pvz., defibriliatoriuose, diodai turi atlaikyti 5 kV impulsus. Naudojant SiC (silicio karbido) diodus (BV=6.5kV), atvirkštinis atkūrimo įkrovimas (Qrr) sumažinamas 80 %, palyginti su silicio diodais, o tai gali žymiai sumažinti elektromagnetinius trukdžius (EMI).
3, dinaminis energijos valdymas: išmanusis valdymas įjungiamas pagal poreikį
Medicinos prietaisai turi dinamiškai reguliuoti diodų energijos suvartojimą pagal jų darbo būseną, o tipinės strategijos apima:

Segmentinis maitinimo valdymas
Pulso oksimetruose fotodiodas įjungiamas tik mėginių ėmimo laikotarpiu. Valdant MOSFET jungiklį per MCU, visos galios veikimas pasiekiamas mėginių ėmimo laikotarpiu (100 μs), o likusį laiką pasiekiamas visiškas maitinimas-išjungimas (99,9 %), todėl vidutinis sistemos energijos suvartojimas sumažėja iki 0,3 mW.
Adaptive Bias Technology
Implantuojamose smegenų kompiuterių sąsajose APD (lavinos fotodiodo) poslinkio įtampa turi būti dinamiškai koreguojama atsižvelgiant į šviesos intensyvumą. Naudojant LTC6268 mažo-triukšmo operacinį stiprintuvą grįžtamojo ryšio kilpai sukurti, APD stiprinimas stabilizuojamas 100 kartų, o poslinkio grandinės energijos suvartojimas sumažinamas nuo 5 mW iki 0,8 mW.
Miego režimo optimizavimas
Skaitmeniniame termometre LTC2450-1 Δ - ∑ ADC yra tiesiogiai prijungtas prie termistoriaus, o jo miego srovė yra tik 0,5 μ A. Bendradarbiaukite su MOSFET jungikliu, kad nutrauktumėte diodo maitinimą, kad viso įrenginio budėjimo režimo energijos suvartojimas būtų mažesnis nei 1 μW, atitinkantis 120 metų baterijos 10 CR poreikį.
4, Specializuota optimizavimo praktika medicinos scenarijuose
Neinvazinis gliukozės kiekio kraujyje stebėjimas
Naudojant 1310 nm/1550 nm dviejų bangų ilgio lazerinius diodus ir InGaAs fotodiodų matricas, sinchroninis mėginių ėmimas pasiekiamas naudojant LTC2366-18 bitų SAR ADC. Optimizuokite diodo valdymo grandinę, kad sutrumpintumėte lazerio impulso plotį nuo 100 ns iki 20 ns, sumažintumėte sistemos energijos suvartojimą 60 % ir pagerintumėte gliukozės koncentracijos nustatymo tikslumą iki ± 5 mg/dL.
Nešiojamoji ultragarsinė diagnostika
Ultragarso zonde aukštos įtampos dauginimo grandinė yra sukonstruota naudojant SiC Schottky diodus, kad padidintų 12 V įvestį iki 100 V. Optimizavus PCB išdėstymą, siekiant sumažinti parazitinį induktyvumą, diodo atvirkštinio atkūrimo nuostoliai sumažėja 75%, zondo galvutės šiluma sumažinama 40%, o vaizdo skiriamoji geba pagerinama iki 256 eilučių.
kapsulės endoskopija
0,3 cm ³ miniatiūrinėje konstrukcijoje BAT54 serijos diodų matrica, supakuota į TSOT-23, naudojama norint atskirti CMOS vaizdo jutiklį ir belaidžio perdavimo modulį. Naudojant 3D krovimo technologiją, siekiant sutrumpinti sujungimo atstumą, signalo vientisumas (SI) optimizuojamas iki -40 dB įterpimo praradimo, o vaizdo perdavimo sparta siekia 2Mbps.