چگونه می توان از دیودها برای بهینه سازی کارایی در{0}دستگاه های پزشکی کم مصرف استفاده کرد؟

1، بازسازی توپولوژی مدار: از بین بردن تلفات ذاتی دیودها
دیودهای سنتی دارای یک افت ولتاژ ثابت هستند (مانند 0.5-0.7V برای لوله های سیلیکونی)، که به طور قابل توجهی کارایی را در مدارهای پزشکی با ولتاژ پایین کاهش می دهد. با در نظر گرفتن یک محرک عصبی قابل کاشت، مبدل DC-DC آن باید ولتاژ باتری لیتیومی 3.7 ولتی را به 15 ولت افزایش دهد. اگر از یکسوسازی دیود شاتکی استفاده شود، تلفات هدایت تا 35٪ است. با معرفی فناوری یکسوسازی همزمان و جایگزینی دیودها با ماسفت‌ها، می‌توان مقاومت روشن را از چند صد میلیون اهم به زیر 10 متر اهم کاهش داد و در نتیجه بازدهی بیش از 20 درصد بهبود یافت.

مورد معمول: برند خاصی از الکتروکاردیوگراف پویا از یک کنترلر دیود ایده آل LTC4412 برای راه اندازی یک آرایه موازی MOSFET استفاده می کند و به سوئیچینگ خودکار منابع تغذیه دوگانه دست می یابد. در ورودی 12 ولت، افت ولتاژ هدایت دیودهای سنتی از 0.3 ولت به 10 میلی ولت کاهش می یابد، مصرف برق تا 96 درصد کاهش می یابد و استقامت دستگاه از 6 ساعت به 24 ساعت افزایش می یابد و نیازهای نظارت مستمر بالینی را برآورده می کند.

2، انتخاب دستگاه: پارامترهای دقیق مطابق با سناریوهای پزشکی
تجهیزات پزشکی الزامات سختگیرانه ای برای پارامترهای کلیدی دیودها دارند و انتخاب متمایز باید با توجه به سناریوی کاربردی انجام شود.

افت ولتاژ رو به جلو پایین (VF)
در دستگاه های تشخیص میکرو جریان مانند قند سنج، دیود VF مستقیماً بر دامنه سیگنال تأثیر می گذارد. جایگزینی دیودهای سیلیکونی سنتی (VF=0.6V) با دیودهای شاتکی مبتنی بر ژرمانیوم (VF{2}}V) می‌تواند حساسیت تشخیص را سه برابر افزایش دهد در حالی که مصرف انرژی را تا 40% کاهش می‌دهد.
زمان بازیابی بسیار سریع (Trr)
در سیستم‌های تصویربرداری پرتو ایکس{0} دیجیتال، آرایه فتودیود نیاز دارد تا سیگنال را در عرض 1 میکروثانیه کامل کند. انتخاب دیود بازیابی فوق سریع با Trr<50ns can avoid image tailing caused by charge residue and improve the signal-to-noise ratio (SNR) by 12dB.
جریان نشتی کم (IR)
در دستگاه‌های ECG پوشیدنی، جریان نشتی دیود می‌تواند باعث رانش خط پایه شود. دیود جریان نشتی بسیار پایین BAS70 (IR=0.1pA) بسته‌بندی شده در SOD-123 می‌تواند نسبت سیگنال به نویز (SNR) را به 85 دسی‌بل بهینه کند، که الزامات دقت درجه پزشکی را برآورده می‌کند.
ولتاژ شکست بالا (BV)
در تجهیزات ولتاژ بالا مانند دفیبریلاتورها، دیودها باید پالس های 5 کیلوولت را تحمل کنند. با استفاده از دیودهای SiC (کاربید سیلیکون) (BV{3}}kV)، شارژ بازیابی معکوس (Qrr) در مقایسه با دیودهای سیلیکونی 80 درصد کاهش می یابد که می تواند تداخل الکترومغناطیسی (EMI) را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.
3، مدیریت انرژی پویا: کنترل هوشمند در صورت تقاضا فعال می شود
دستگاه های پزشکی نیاز به تنظیم پویا مصرف برق دیود با توجه به وضعیت کار خود دارند و استراتژی های معمول عبارتند از:

کنترل منبع تغذیه تقسیم شده
در پالس اکسی متر، فتودیود فقط در طول دوره نمونه برداری فعال می شود. با کنترل سوئیچ ماسفت از طریق MCU، عملیات توان کامل در طول دوره نمونه برداری (100 میکروثانیه) و قدرت خاموش شدن کامل در بقیه زمان (99.9%) به دست می آید و میانگین مصرف برق سیستم را به 0.3 میلی وات کاهش می دهد.
فناوری تعصب تطبیقی
در رابط‌های کامپیوتری مغز قابل کاشت، ولتاژ بایاس APD (فتودیود بهمنی) باید به صورت دینامیکی با شدت نور تنظیم شود. با استفاده از تقویت‌کننده عملیاتی{2}}با نویز کم LTC6268 برای ایجاد یک حلقه بازخورد، بهره APD در 100 برابر تثبیت می‌شود، در حالی که مصرف برق مدار بایاس از 5 میلی‌وات به 0.8 میلی‌وات کاهش می‌یابد.
بهینه سازی حالت خواب
در دماسنج دیجیتال، LTC2450-1 Δ - ∑ ADC مستقیماً به ترمیستور متصل است و جریان خواب آن تنها 0.5 μ A است. برای قطع منبع تغذیه دیود با سوئیچ MOSFET همکاری کنید، به طوری که مصرف برق در حالت آماده به کار کل دستگاه کمتر از 1 μW باشد، و نیاز باتری 10 ساله CR20 را برآورده می کند.
4، عمل بهینه سازی تخصصی در سناریوهای پزشکی
پایش غیر تهاجمی قند خون
با استفاده از دیودهای لیزری با طول موج دوگانه 1310nm/1550nm و آرایه های فوتودیود InGaAs، نمونه برداری همزمان از طریق ADC SAR LTC2366-18 بیتی به دست می آید. مدار محرک دیود را برای کوتاه کردن عرض پالس لیزر از 100 ثانیه به 20 ثانیه، کاهش مصرف برق سیستم تا 60 درصد و بهبود دقت تشخیص غلظت گلوکز به ± 5 میلی گرم در دسی لیتر بهینه کنید.
تشخیص سونوگرافی قابل حمل
در پروب اولتراسوند، یک مدار ضرب ولتاژ بالا با استفاده از دیودهای SiC Schottky ساخته می شود تا ورودی 12 ولت را به 100 ولت افزایش دهد. با بهینه سازی طرح PCB برای کاهش اندوکتانس انگلی، افت بازیابی معکوس دیود تا 75 درصد کاهش می یابد، گرمای سر پروب تا 40 درصد کاهش می یابد و وضوح تصویر به 256 خط بهبود می یابد.
آندوسکوپی کپسولی
در طراحی کوچک‌سازی 0.3 سانتی‌متری، آرایه دیود سری BAT54 بسته‌بندی شده در TSOT-23 برای دستیابی به ایزولاسیون قدرت بین سنسور تصویر CMOS و ماژول انتقال بی‌سیم استفاده می‌شود. با استفاده از فناوری انباشته سه بعدی برای کوتاه کردن فاصله اتصال، یکپارچگی سیگنال (SI) تا -40 دسی بل از دست دادن درج بهینه شده است و سرعت انتقال تصویر به 2 مگابیت در ثانیه می رسد.