نقش دیودها در دستگاه های الکتروکاردیوگرام (ECG) چیست؟

1، مدیریت انرژی: سنگ بنای اطمینان از عملکرد پایدار تجهیزات
دستگاه های ECG به پایداری برق بسیار بالایی نیاز دارند و نوسانات ولتاژ یا قطع برق ممکن است باعث اعوجاج سیگنال یا حتی آسیب دستگاه شود. دیود از طریق عملکردهای یکسوسازی، تثبیت ولتاژ و حفاظت معکوس، یک سیستم حفاظت از توان چند سطحی ایجاد می کند.

مدار یکسوسازی موج کامل
دستگاه های ECG لوله الکترونیکی سنتی از یک مدار یکسو کننده موج کامل دو دیود برای تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم ضربانی استفاده می کنند. به عنوان مثال، یک مدل خاص از الکتروکاردیوگراف از طراحی تقسیم مرکزی سیم پیچ تقویت کننده ترانسفورماتور برای هدایت متناوب دو دیود استفاده می کند و به استفاده کامل از جریان های نیم سیکل مثبت و منفی دست می یابد. این مدار موج AC را در DC ضربان دار تا زیر 50 هرتز از طریق ترکیب فیلتری از سیم پیچ و خازن سرکوب می کند و اطمینان حاصل می کند که نوسانات ولتاژ منبع تغذیه تقویت کننده کمتر از 0.1 ولت است و الزامات دریافت سیگنال با دقت بالا را برآورده می کند.
کاربرد دیود تنظیم کننده ولتاژ
در انتهای ورودی برق، یک دیود تنظیم کننده ولتاژ (مانند نوع 2CW2) و یک مقاومت محدود کننده جریان یک مدار تنظیم کننده ولتاژ را تشکیل می دهند. هنگامی که ولتاژ ورودی نوسان می کند، تنظیم کننده ولتاژ یک ولتاژ خروجی ثابت را از طریق مشخصه شکست معکوس خود حفظ می کند. به عنوان مثال، یک دستگاه ECG قابل حمل از یک مدار تنظیم کننده ولتاژ 12 ولت استفاده می کند. هنگامی که ولتاژ ورودی در محدوده 9-15 ولت تغییر می کند، نوسان ولتاژ خروجی از ± 0.2 ولت تجاوز نمی کند و به طور موثری از رانش خط پایه ناشی از منبع تغذیه ناپایدار جلوگیری می کند.
حفاظت معکوس و سرکوب الکترواستاتیک
در رابط سرب، دیودهای سرکوب ولتاژ گذرا (لوله های TVS) می توانند به سرعت به پالس های ولتاژ بالا مانند تخلیه الکترواستاتیک (ESD) پاسخ دهند. لوله TVS دارای زمان پاسخگویی نانوثانیه است و زمانی که ولتاژ از آستانه فراتر رود، امپدانس آن به شدت از مگا اهم به اهم کاهش می‌یابد و جریان موجی را به سیم زمین وارد می‌کند. به عنوان مثال، مدل خاصی از دستگاه ECG 12 لید مجهز به لوله های TVS دو طرفه در هر ورودی سرب است که می تواند شوک الکترواستاتیک 8 کیلوولت را بدون آسیب مقاومت کند و به طور قابل توجهی توانایی ضد تداخل دستگاه را بهبود بخشد.
2، پردازش سیگنال: پیوند اصلی برای بهینه سازی کیفیت شکل موج
سیگنال های ECG ضعیف (سطح μ V)، فرکانس پایین (0.05-100Hz) و ویژگی های امپدانس بالا دارند و به راحتی تحت تأثیر تداخل فرکانس توان، نویز الکترومیوگرافی و تداخل الکترومغناطیسی داخلی تجهیزات قرار می گیرند. دیودها از طریق ویژگی‌های غیرخطی به عملکردهای محدود کردن، تشخیص و فیلتر کردن سیگنال دست می‌یابند و نسبت سیگنال به نویز را بهبود می‌بخشند.

طراحی مدار محدود
در مرحله ورودی تقویت کننده، یک محدود کننده دو طرفه می تواند از اشباع سیگنال های تداخل قوی در تقویت کننده جلوگیری کند. به عنوان مثال، مدل خاصی از دستگاه ECG یک مدار محدود کننده دیود دوگانه را اتخاذ می کند. هنگامی که دامنه سیگنال ورودی از ± 500 میلی ولت تجاوز می کند، دیود برای دور زدن انرژی اضافی هدایت می شود و اطمینان حاصل می کند که تقویت کننده بعدی در ناحیه خطی کار می کند. این طراحی دستگاه را قادر می سازد تا نرخ اعوجاج شکل موج 0.1% را حتی در محیط های تداخل الکترومغناطیسی قوی حفظ کند.
کاربردهای تشخیص و اصلاح
در مدار تشخیص موج QRS، دیودها و خازن‌ها یک آشکارساز پیک را تشکیل می‌دهند تا پوشش سیگنال الکتروکاردیوگرام را استخراج کنند. به عنوان مثال، مدل خاصی از مانیتور از یک مدار قدر مطلق متشکل از تقویت کننده های عملیاتی و دیودها برای تبدیل سیگنال های الکتروکاردیوگرام دوقطبی به سیگنال های تک قطبی برای پردازش دیجیتال بعدی استفاده می کند. این مدار با بهینه سازی زاویه هدایت دیود، حساسیت تشخیص موج QRS را تا بیش از 98 درصد بهبود می بخشد.
سرکوب ضربان نبض
برای بیمارانی که پیس میکرهای کاشته شده دارند، دستگاه‌های ECG باید پالس‌های با دامنه بالا (معمولاً حداکثر تا 2.5-}5 ولت) را که توسط ضربان‌ساز تولید می‌شود، سرکوب کنند. مدل خاصی از دستگاه ECG یک مدار سرکوب متشکل از دیودها و خازن ها را اتخاذ می کند. هنگامی که پالس ضربان وارد می شود، دیود برای شارژ خازن هدایت می شود و یک اثر فیلتر پایین گذر ایجاد می کند تا دامنه پالس را به زیر 10 میلی ولت کاهش دهد و از مسدود شدن تقویت کننده بعدی جلوگیری کند.
3، عملکرد صنعت: نوآوری فناورانه ارتقاء تجهیزات را افزایش می دهد
با توسعه فناوری الکترونیک پزشکی، کاربرد دیودها در دستگاه‌های ECG روندی یکپارچه و هوشمندانه را نشان می‌دهد و تکامل دستگاه‌ها را به سمت قابل حمل بودن و دقت بالا ارتقا می‌دهد.

طراحی یکپارچه
دستگاه‌های ECG مدرن از مدارهای مجتمع مخصوص کاربرد (ASIC) برای ادغام دیودها، تقویت‌کننده‌های عملیاتی، مقاومت‌ها و خازن‌ها در یک تراشه استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، یک مدل خاص از ماژول ECG 12 لید، آرایه لوله TVS را برای دستیابی به حفاظت اضافه ولتاژ از رابط سرب ادغام می کند، در حالی که سطح PCB را بیش از 40٪ کاهش می دهد. طراحی یکپارچه همچنین تطبیق پارامترهای دیود را برای افزایش امپدانس ورودی به بیش از 100M Ω بهینه می‌کند و الزامات دریافت سیگنال امپدانس بالا را برآورده می‌کند.
بهینه سازی توان کم
دستگاه های ECG قابل حمل به مصرف برق حساس هستند و دیودهای شاتکی به دلیل افت ولتاژ رو به جلو کم (0.1-0.3V) به طور گسترده در مدارهای سوئیچینگ برق مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان مثال، مدل خاصی از دستگاه ECG دستی از دیودهای شاتکی BAS16 برای دستیابی به سوئیچینگ بدون درز بین باتری ها و منابع برق پشتیبان، با زمان سوئیچینگ کمتر از 10 میکرو ثانیه و کاهش مصرف برق 60 درصدی نسبت به دیودهای سیلیکونی سنتی استفاده می کند.
فناوری حفاظت هوشمند
آخرین نسل دستگاه های ECG مدار حفاظتی را معرفی می کند که فیوزها و دیودهای خودبازیابی را ترکیب می کند. هنگامی که سیم سیم اتصال کوتاه است، فیوز خود بازیابی جریان را قطع می کند، در حالی که لوله TVS ولتاژ بالا گذرا را سرکوب می کند. پس از عیب یابی، فیوز به طور خودکار به حالت هدایت باز می گردد و از خاموش شدن تجهیزات جلوگیری می کند. این فناوری میانگین زمان بین خرابی (MTBF) تجهیزات را به بیش از 50000 ساعت افزایش داده است.