כיצד להשתמש בדיודות כדי לייעל את היעילות במכשירים רפואיים-נמוכים?

1, שחזור טופולוגיה של מעגלים: ביטול הפסדים מובנים של דיודות
לדיודות מסורתיות יש מפל מתח קבוע (כגון 0.5-0.7V עבור צינורות סיליקון), מה שמפחית משמעותית את היעילות במעגלים רפואיים במתח נמוך-. אם ניקח לדוגמה ממריץ עצבי מושתל, ממיר DC-DC שלו צריך להגביר את מתח סוללת הליתיום של 3.7V ל-15V. אם נעשה שימוש בתיקון דיודות שוטקי, אובדן ההולכה מהווה עד 35%. על ידי הכנסת טכנולוגיית תיקון סינכרוני והחלפת דיודות ב-MOSFET, ניתן להפחית את התנגדות ההפעלה מכמה מאות מיליאוהם מתחת ל-10m Ω, וכתוצאה מכך לשיפור יעילות של למעלה מ-20%.

מקרה טיפוסי: מותג מסוים של אלקטרוקרדיוגרף דינמי משתמש בבקר דיודה אידיאלי LTC4412 כדי להניע מערך MOSFET מקביל, ומשיג החלפה אוטומטית של ספקי כוח כפולים. בכניסה של 12V, ירידת מתח ההולכה של דיודות מסורתיות מצטמצמת מ-0.3V ל-10mV, צריכת החשמל מצטמצמת ב-96%, וסיבולת המכשיר מתארכת מ-6 שעות ל-24 שעות, תוך מענה לצורכי ניטור רציף קליני.

2, בחירת מכשיר: פרמטרים מדויקים התואמים לתרחישים רפואיים
לציוד רפואי יש דרישות קפדניות לפרמטרים המרכזיים של דיודות, ויש לבצע בחירה מובחנת בהתאם לתרחיש היישום

מפל מתח נמוך קדימה (VF)
במכשירי זיהוי מיקרו זרם כגון מדי סוכר בדם, הדיודה VF משפיעה ישירות על משרעת האות. החלפת דיודות סיליקון מסורתיות (VF=0.6V) בדיודות Schottky מבוססות גרמניום (VF=0.15V) יכולה להגביר את רגישות הזיהוי פי שלושה תוך הפחתת צריכת החשמל ב-40%.
זמן התאוששות מהיר במיוחד (Trr)
במערכות הדמיית רנטגן- דיגיטליות, מערך הפוטודיודות צריך להשלים את רכישת האות תוך 1 מיקרון שניות. בחירת דיודת התאוששות מהירה במיוחד עם Trr<50ns can avoid image tailing caused by charge residue and improve the signal-to-noise ratio (SNR) by 12dB.
זרם דליפה נמוך (IR)
בהתקני א.ק.ג לבישים, זרם דליפת דיודה יכול להכניס סחיפה בסיסית. דיודת זרם דליפה נמוכה (IR=0.1pA) של BAS70 במיוחד- ארוזה ב-SOD-123 יכולה לייעל את יחס האות-לרעש (SNR) ל-85dB, תוך עמידה בדרישות הדיוק בדרגה רפואית.
מתח פירוק גבוה (BV)
בציוד-מתח גבוה כגון דפיברילטורים, דיודות צריכות לעמוד בפולסים של 5kV. על ידי שימוש בדיודות SiC (סיליקון קרביד) (BV=6.5kV), מטען ההתאוששות ההפוכה (Qrr) מופחת ב-80% בהשוואה לדיודות סיליקון, שיכולות להפחית משמעותית הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI).
3, ניהול כוח דינמי: בקרה חכמה המופעלת לפי דרישה
מכשירים רפואיים צריכים להתאים באופן דינמי את צריכת החשמל של דיודה בהתאם למצב העבודה שלהם, ואסטרטגיות טיפוסיות כוללות:

בקרת אספקת חשמל מפולחת
באוקסימטרים דופק, הפוטודיודה מופעלת רק במהלך תקופת הדגימה. על ידי שליטה במתג ה-MOSFET דרך MCU, פעולת הספק מלאה מושגת במהלך תקופת הדגימה (100 μ שניות), וכיבוי מוחלט- מושגת במהלך שאר הזמן (99.9%), מה שמפחית את צריכת ההספק הממוצעת של המערכת ל-0.3mW.
טכנולוגיית הטיה אדפטיבית
בממשקי מחשב מושתלים מושתלים, מתח ההטיה של APD (פוטודיודת מפולת) צריך להיות מותאם באופן דינמי עם עוצמת האור. שימוש במגבר תפעולי נמוך - של LTC6268 לבניית לולאת משוב, רווח ה-APD מתייצב על פי 100, בעוד שצריכת ההספק של מעגל ההטיה מופחתת מ-5mW ל-0.8mW.
אופטימיזציה של מצב שינה
במד החום הדיגיטלי, ה-LTC2450-1 Δ - ∑ ADC מחובר ישירות לתרמיסטור, וזרם השינה שלו הוא רק 0.5 μ A. שתף פעולה עם מתג MOSFET כדי לנתק את אספקת החשמל של דיודה, כך שצריכת החשמל בהמתנה של כל המכונה תהיה פחות מ-1 μ W של סוללה אחת לשנה, העומדת בדרישת CR202-232 בשנה.
4, תרגול ייעול מיוחד בתרחישים רפואיים
ניטור גלוקוז בדם לא פולשני
באמצעות דיודות לייזר באורך גל כפול 1310nm/1550nm ומערכי פוטודיודות InGaAs, דגימה סינכרונית מושגת באמצעות LTC2366-18 סיביות SAR ADC. בצע אופטימיזציה של מעגל הנעת הדיודה כדי לקצר את רוחב דופק הלייזר מ-100ns ל-20ns, להפחית את צריכת החשמל של המערכת ב-60% ולשפר את דיוק זיהוי ריכוזי הגלוקוז ל-±5mg/dL.
אבחון אולטרסאונד נייד
בבדיקת האולטרסאונד, מעגל הכפל במתח גבוה נבנה באמצעות דיודות SiC Schottky כדי להגביר את כניסת ה-12V ל-100V. על ידי אופטימיזציה של פריסת ה-PCB להפחתת השראות טפילית, אובדן ההתאוששות ההפוכה של הדיודה מופחת ב-75%, חום ראש הבדיקה מופחת ב-40%, ורזולוציית התמונה משופרת ל-256 שורות.
אנדוסקופיה של קפסולה
בעיצוב המזעור של 0.3 ס"מ ³, מערך הדיודות מסדרת BAT54 ארוז ב-TSOT-23 משמש להשגת בידוד מתח בין חיישן התמונה CMOS למודול השידור האלחוטי. על ידי שימוש בטכנולוגיית הערמה תלת מימדית לקיצור מרחק החיבורים, שלמות האות (SI) מותאמת לאובדן הכנסה של -40dB, וקצב העברת התמונה מגיע ל-2Mbps.