Bagaimana untuk menggunakan diod untuk mengoptimumkan kecekapan dalam-peranti perubatan berkuasa rendah?

1, Pembinaan semula topologi litar: menghapuskan kerugian yang wujud bagi diod
Diod tradisional mempunyai penurunan voltan tetap (seperti 0.5-0.7V untuk tiub silikon), yang mengurangkan kecekapan dengan ketara dalam-litar perubatan voltan rendah. Mengambil perangsang saraf boleh implan sebagai contoh, penukar DC-DCnya perlu meningkatkan voltan bateri litium 3.7V kepada 15V. Jika pembetulan diod Schottky digunakan, kerugian pengaliran menyumbang sehingga 35%. Dengan memperkenalkan teknologi pembetulan segerak dan menggantikan diod dengan MOSFET, rintangan hidup boleh dikurangkan daripada beberapa ratus miliohm kepada di bawah 10m Ω, menghasilkan peningkatan kecekapan lebih 20%.

Kes biasa: Elektrokardiograf dinamik jenama tertentu menggunakan pengawal diod ideal LTC4412 untuk memacu tatasusunan MOSFET selari, mencapai pensuisan automatik bagi bekalan kuasa dwi. Pada input 12V, penurunan voltan pengaliran diod tradisional dikurangkan daripada 0.3V kepada 10mV, penggunaan kuasa dikurangkan sebanyak 96%, dan daya tahan peranti dilanjutkan daripada 6 jam kepada 24 jam, memenuhi keperluan pemantauan berterusan klinikal.

2, Pemilihan peranti: parameter tepat yang sepadan dengan senario perubatan
Peralatan perubatan mempunyai keperluan yang ketat untuk parameter utama diod, dan pemilihan yang dibezakan harus dibuat mengikut senario aplikasi

Kejatuhan voltan hadapan rendah (VF)
Dalam peranti pengesanan arus mikro seperti meter glukosa darah, diod VF secara langsung mempengaruhi amplitud isyarat. Menggantikan diod silikon tradisional (VF=0.6V) dengan diod Schottky berasaskan germanium (VF=0.15V) boleh meningkatkan sensitiviti pengesanan sebanyak tiga kali ganda sambil mengurangkan penggunaan kuasa sebanyak 40%.
Masa pemulihan ultra pantas (Trr)
Dalam sistem pengimejan sinar X-digital, tatasusunan fotodiod perlu melengkapkan pemerolehan isyarat dalam masa 1 μs. Memilih diod pemulihan ultracepat dengan Trr<50ns can avoid image tailing caused by charge residue and improve the signal-to-noise ratio (SNR) by 12dB.
Arus kebocoran rendah (IR)
Dalam peranti ECG boleh pakai, arus bocor diod boleh memperkenalkan hanyut garis dasar. BAS70 ultra-diod arus bocor (IR=0.1pA) yang dibungkus dalam SOD-123 boleh mengoptimumkan isyarat-nisbah bunyi (SNR) kepada 85dB, memenuhi keperluan ketepatan gred perubatan.
Voltan kerosakan tinggi (BV)
Dalam peralatan-voltan tinggi seperti defibrilator, diod perlu menahan denyutan 5kV. Dengan menggunakan diod SiC (silikon karbida) (BV=6.5kV), cas pemulihan terbalik (Qrr) dikurangkan sebanyak 80% berbanding diod silikon, yang boleh mengurangkan gangguan elektromagnet (EMI) dengan ketara.
3, Pengurusan kuasa dinamik: kawalan pintar diaktifkan atas permintaan
Peranti perubatan perlu melaraskan penggunaan kuasa diod secara dinamik mengikut status kerjanya, dan strategi biasa termasuk:

Kawalan bekalan kuasa terbahagi
Dalam oksimeter nadi, fotodiod hanya diaktifkan semasa tempoh pensampelan. Dengan mengawal suis MOSFET melalui MCU, operasi kuasa penuh dicapai semasa tempoh pensampelan (100 μ s), dan kuasa sepenuhnya-mati dicapai pada baki masa (99.9%), mengurangkan purata penggunaan kuasa sistem kepada 0.3mW.
Teknologi Bias Adaptif
Dalam antara muka komputer otak yang boleh diimplan, voltan pincang APD (fotodiod avalanche) perlu diselaraskan secara dinamik dengan keamatan cahaya. Menggunakan penguat kendalian hingar-rendah LTC6268 untuk membina gelung maklum balas, perolehan APD distabilkan pada 100 kali, manakala penggunaan kuasa litar pincang dikurangkan daripada 5mW kepada 0.8mW.
Pengoptimuman mod tidur
Dalam termometer digital, LTC2450-1 Δ - ∑ ADC disambungkan terus kepada termistor, dan arus tidurnya hanya 0.5 μ A. Bekerjasama dengan suis MOSFET untuk memotong bekalan kuasa diod, supaya penggunaan kuasa siap sedia bagi keseluruhan mesin adalah kurang daripada 1 μ W, memenuhi keperluan ketahanan bateri 10 tahun 2003.
4, Amalan pengoptimuman khusus dalam senario perubatan
Pemantauan glukosa darah bukan invasif
Menggunakan diod laser dwi panjang gelombang 1310nm/1550nm dan tatasusunan fotodiod InGaAs, pensampelan segerak dicapai melalui LTC2366-18 bit SAR ADC. Optimumkan litar pemacu diod untuk memendekkan lebar nadi laser daripada 100ns kepada 20ns, mengurangkan penggunaan kuasa sistem sebanyak 60%, dan meningkatkan ketepatan pengesanan kepekatan glukosa kepada ± 5mg/dL.
Diagnosis ultrasound mudah alih
Dalam probe ultrasound, litar pendaraban voltan tinggi dibina menggunakan diod SiC Schottky untuk meningkatkan input 12V kepada 100V. Dengan mengoptimumkan susun atur PCB untuk mengurangkan kearuhan parasit, kehilangan pemulihan terbalik diod dikurangkan sebanyak 75%, haba kepala probe dikurangkan sebanyak 40%, dan resolusi imej dipertingkatkan kepada 256 baris.
endoskopi kapsul
Dalam reka bentuk pengecilan 0.3cm ³, tatasusunan diod siri BAT54 yang dibungkus dalam TSOT-23 digunakan untuk mencapai pengasingan kuasa antara penderia imej CMOS dan modul penghantaran wayarles. Dengan menggunakan teknologi tindanan 3D untuk memendekkan jarak antara sambungan, integriti isyarat (SI) dioptimumkan kepada kehilangan sisipan -40dB, dan kadar penghantaran imej mencapai 2Mbps.