Kuinka käyttää diodeja tehokkuuden optimoimiseksi pienitehoisissa{0}}lääketieteellisissä laitteissa?

1, Piiritopologian rekonstruointi: eliminoi diodien luontaiset häviöt
Perinteisissä diodeissa on kiinteä jännitehäviö (esimerkiksi 0,5-0,7 V piiputkille), mikä vähentää merkittävästi tehokkuutta matalajännitteisissä lääketieteellisissä piireissä. Esimerkkinä implantoitava hermostimulaattori, sen DC-DC-muuntimen on nostettava 3,7 V:n litiumakun jännite 15 V:iin. Jos käytetään Schottky-dioditasasuuntausta, johtavuushäviö on jopa 35 %. Ottamalla käyttöön synkronisen tasasuuntaustekniikan ja korvaamalla diodit MOSFETeillä päällekytkentäresistanssi voidaan vähentää useista sadasta milliohmeista alle 10 m Ω:iin, mikä johtaa yli 20 %:n tehokkuuden parantumiseen.

Tyypillinen tapaus: Tietyn merkkinen dynaaminen elektrokardiografi käyttää LTC4412-ideaalista diodiohjainta rinnakkaisen MOSFET-ryhmän ohjaamiseen, mikä mahdollistaa kahden virtalähteen automaattisen vaihdon. 12 V:n tulolla perinteisten diodien johtavuusjännitepudotus pienenee 0,3 V:sta 10 mV:iin, virrankulutus pienenee 96 % ja laitteen kesto pidennetään 6 tunnista 24 tuntiin, mikä vastaa kliinisen jatkuvan seurannan tarpeita.

2, Laitteen valinta: tarkat parametrit, jotka vastaavat lääketieteellisiä skenaarioita
Lääketieteellisillä laitteilla on tiukat vaatimukset diodien avainparametreille, ja eriytetty valinta tulisi tehdä sovellusskenaarion mukaan

Matala eteenpäin suuntautuva jännitehäviö (VF)
Mikrovirran tunnistuslaitteissa, kuten verensokerimittareissa, diodi VF vaikuttaa suoraan signaalin amplitudiin. Perinteisten piidiodien (VF=0.6V) korvaaminen germaniumpohjaisilla Schottky-diodeilla (VF=0.15V) voi lisätä tunnistusherkkyyttä kolme kertaa ja vähentää virrankulutusta 40 %.
Erittäin nopea palautumisaika (Trr)
Digitaalisissa röntgenkuvausjärjestelmissä valodiodiryhmän on saatava signaali loppuun 1 μs:ssa. Ultranopean palautusdiodin valinta Trr:llä<50ns can avoid image tailing caused by charge residue and improve the signal-to-noise ratio (SNR) by 12dB.
Matala vuotovirta (IR)
Puettavissa EKG-laitteissa diodin vuotovirta voi aiheuttaa perusviivan poikkeaman. SOD-123:een pakattu BAS70-ultra-pieni vuotovirtadiodi (IR=0.1pA) voi optimoida signaalin-kohinasuhteen (SNR) arvoon 85 dB, mikä täyttää lääketieteellisen tason tarkkuusvaatimukset.
Korkea läpilyöntijännite (BV)
Korkeajännitelaitteissa, kuten defibrillaattorissa, diodien on kestettävä 5 kV pulsseja. Käyttämällä SiC (piikarbidi) -diodeja (BV=6.5kV), käänteinen palautusvaraus (Qrr) vähenee 80 % verrattuna piidiodeihin, mikä voi vähentää merkittävästi sähkömagneettisia häiriöitä (EMI).
3, Dynaaminen virranhallinta: älykäs ohjaus aktivoituu pyynnöstä
Lääketieteellisten laitteiden on säädettävä dynaamisesti diodin virrankulutus niiden toimintatilan mukaan, ja tyypillisiä strategioita ovat:

Segmentoitu virtalähteen ohjaus
Pulssioksimetreissä valodiodi aktivoituu vain näytteenottojakson aikana. Ohjaamalla MOSFET-kytkintä MCU:n kautta, täysi teho saavutetaan näytteenottojakson aikana (100 μs), ja täydellinen virrankatkaisu saavutetaan muuna aikana (99,9 %), mikä pienentää järjestelmän keskimääräisen virrankulutuksen 0,3 mW:iin.
Adaptive Bias Technology
Implantoitavissa aivotietokoneliitännöissä APD:n (lavanche photodiode) esijännitettä on säädettävä dynaamisesti valon intensiteetin mukaan. Käyttämällä matalakohinaista LTC6268--operaatiovahvistinta takaisinkytkentäsilmukan rakentamiseen, APD-vahvistus stabiloidaan 100-kertaiseksi, kun taas bias-piirin tehonkulutus pienenee 5 mW:sta 0,8 mW:iin.
Lepotilan optimointi
Digitaalisessa lämpömittarissa LTC2450-1 Δ - ∑ ADC on kytketty suoraan termistoriin ja sen lepotilavirta on vain 0,5 μA. Katkaise diodin virransyöttö yhteistyössä MOSFET-kytkimen kanssa niin, että koko koneen valmiustilan virrankulutus on alle 1 μW, mikä täyttää 20 vuoden yhden akun vaatimuksen 20 CR:stä.
4, Erikoistunut optimointikäytäntö lääketieteellisissä skenaarioissa
Ei-invasiivinen verensokerin seuranta
Käyttämällä 1310nm/1550nm kaksoisaallonpituisia laserdiodeja ja InGaAs-valodiodiryhmiä synkroninen näytteenotto saavutetaan LTC2366-18-bittisen SAR ADC:n avulla. Optimoi diodin ohjauspiiri lyhentääksesi laserpulssin leveyttä 100 ns:sta 20 ns:iin, vähentääksesi järjestelmän virrankulutusta 60 % ja parantaaksesi glukoosipitoisuuden havaitsemistarkkuutta arvoon ± 5 mg/dl.
Kannettava ultraäänidiagnoosi
Ultraäänianturiin rakennetaan korkeajännitteinen monistuspiiri käyttämällä SiC Schottky -diodeja 12 V:n tulon lisäämiseksi 100 V:iin. Optimoimalla piirilevyn asettelu loisen induktanssin vähentämiseksi, diodin käänteisen palautuksen häviö pienenee 75 %, anturin pään lämpö pienenee 40 % ja kuvan resoluutio paranee 256 juovaan.
kapselin endoskopia
0,3 cm ³:n pienoismallissa TSOT-23:een pakattua BAT54-sarjan diodiryhmää käytetään CMOS-kuvakennon ja langattoman tiedonsiirtomoduulin välisen tehon eristykseen. Käyttämällä 3D-pinoamistekniikkaa yhteenliittämisetäisyyden lyhentämiseen, signaalin eheys (SI) optimoidaan -40 dB:n lisäyshäviöön ja kuvan siirtonopeus saavuttaa 2 Mbps.