Apakah yang perlu diperhatikan dalam reka bentuk susun atur diod peranti perubatan?

1, pengenalan polariti dan reka bentuk pencegahan ralat
Diod mempunyai kekonduksian satu arah, dan membalikkan kekutubannya boleh menyebabkan litar pintas atau terbakar peranti. Dalam peralatan perubatan, ralat ini boleh menyebabkan kegagalan peralatan dan juga membahayakan pesakit. Oleh itu, reka bentuk susun atur mesti mematuhi prinsip berikut:

Penandaan skrin sutera: Tandakan dengan jelas katod (K) atau elektrod negatif (-) di sekeliling badan diod, biasanya diwakili oleh garis menegak, garis tebal, tanda takuk atau huruf "K". Sebagai contoh, diod pelekap permukaan boleh sepadan dengan katod melalui jalur warna atau alur.
Surat-menyurat pembungkusan: Pad pembungkusan PCB perlu dibezakan dengan jelas antara katod/anod. Biasanya, pad katod direka bentuk dengan takuk, bucu, atau bentuk khas untuk mengelakkan ralat kimpalan.
Keseragaman arah: Jenis diod yang sama harus mengekalkan arah yang sama (seperti semua katod menghadap kiri/atas) untuk mengurangkan risiko ralat kimpalan.
Reka bentuk anti kesilapan: Untuk litar kritikal atau situasi rawan ralat, reka bentuk pad asimetri boleh digunakan untuk mengelakkan pembalikan kekutuban lagi.
2, Reka bentuk pelesapan haba dan pengurusan haba
Dalam peralatan perubatan, diod kuasa (seperti penerus dan tiub roda bebas) menjana haba yang ketara semasa operasi. Pelesapan haba yang lemah boleh menyebabkan kerosakan haba atau kemerosotan prestasi. Reka bentuk susun atur perlu mengoptimumkan pelesapan haba dari aspek berikut:

Mendekati sumber pelesapan haba: Letakkan diod kuasa berhampiran sink haba atau kawasan kerajang kuprum, dan gunakan konduktor logam untuk mengalirkan haba dengan cepat. Sebagai contoh, dalam modul kuasa peranti ultrabunyi mudah alih, diod silikon karbida berada dalam hubungan rapat dengan sink haba melalui pad haba untuk mengurangkan suhu simpang.
Penyaduran kuprum kawasan besar: Sambungkan kawasan besar kerajang kuprum tanah (Satah GND) atau kerajang kuprum kuasa ke pad katod dan anod diod untuk meningkatkan keupayaan pelesapan haba. Sebagai contoh, dalam litar pengesanan elektrod elektrokardiograf, pelbagai lapisan kerajang kuprum diletakkan di bawah pad diod pengatur voltan dan disambungkan ke lapisan pelesapan haba dalam melalui vias.
Pelesapan haba melalui: susun padat pelesapan haba melalui lubang (diameter 0.3mm, jarak 0.5-1mm) di kawasan tempat kerajang kuprum besar disambungkan, membentuk laluan rintangan haba yang rendah. Sebagai contoh, dalam litar penukaran kuasa peralatan X-ray mudah alih, grid seperti melalui tatasusunan digunakan di bawah diod silikon karbida, mengurangkan kenaikan suhu sebanyak 40%.
Jauhi komponen sensitif haba: Elakkan meletakkan diod pemanasan berdekatan dengan komponen sensitif haba seperti kapasitor elektrolitik dan IC ketepatan untuk mengelakkan kemerosotan prestasi yang disebabkan oleh tekanan haba.
3, pengasingan elektrik dan keperluan peraturan keselamatan
Peralatan perubatan mesti memenuhi piawaian keselamatan elektrik yang ketat (seperti IEC 60601-1), dan susun atur diod mesti memastikan pengasingan antara kawasan voltan tinggi dan rendah untuk mengelakkan risiko kejutan elektrik

Jarak rayapan dan kelegaan elektrik: Jarak yang mencukupi hendaklah dikekalkan antara pin diod-voltan tinggi (seperti yang melebihi 600V) dan peranti/pendawaian voltan tinggi-yang lain. Contohnya, dalam litar penjanaan voltan tinggi-defibrilator, jarak rayapan sekurang-kurangnya 2mm ditetapkan antara diod dan kapasitor, dan kekuatan penebat ditingkatkan dengan membuka tingkap.
Alur pengasingan dan tingkap: Di antara kawasan voltan tinggi dan rendah, tingkap boleh dibuka di bawah lapisan topeng pateri (kawasan bebas tembaga), malah slot boleh dibuat pada PCB untuk meningkatkan jarak rayapan. Sebagai contoh, dalam modul kuasa peralatan laser perubatan, bahagian voltan tinggi dan bahagian voltan rendah dipisahkan sepenuhnya oleh slot pengasingan.
Pemisahan tanah kuasa dan tanah isyarat: asingkan pembumian kuasa (PGND) secara fizikal yang membawa arus nadi besar daripada pembumian isyarat (SGND) yang memerlukan senyap, dan sambungkannya pada satu titik untuk mengelakkan gangguan. Contohnya, dalam litar pemerolehan isyarat monitor mudah alih, wayar pembumian fotodiod disambungkan secara bebas daripada pembumian kuasa untuk mengurangkan gandingan hingar.
4, penindasan EMI dan-pengoptimuman frekuensi tinggi
Dalam peralatan perubatan, tindakan penukaran frekuensi tinggi-diod mungkin menjana gangguan elektromagnet (EMI), menjejaskan prestasi peralatan atau mengganggu peranti perubatan lain. Reka bentuk susun atur perlu menindas EMI dari aspek berikut:

Minimumkan kawasan gelung kritikal: Padatkan reka letak komponen gelung pensuisan frekuensi tinggi-tinggi seperti diod, tiub pensuisan, induktor/kapasitor storan tenaga, dsb., dan pendekkan panjang penghalaan. Contohnya, dalam litar Buck/Boost, diod freewheeling diletakkan bersebelahan dengan transistor pensuisan, membentuk susun atur segi tiga untuk mengurangkan kawasan gelung.
Kawalan parameter parasit: Dalam-aplikasi frekuensi tinggi, kemuatan parasit (Cj) dan kearuhan (Ls) diod boleh menyebabkan pengecilan atau deringan isyarat. Diod kapasitans rendah (seperti diod Schottky) harus dipilih, dan kesan kesesakan semasa harus dikurangkan dengan mengoptimumkan pendawaian (seperti 45 darjah atau sudut bulat).
Perisai dan penapisan: Pengasingan tanah atau penghalaan pembezaan digunakan untuk talian isyarat sensitif (seperti I2C, SPI), dan manik ferit atau kapasitor penapisan ditambahkan pada terminal input/output. Contohnya, dalam antara muka komunikasi meter glukosa darah mudah alih, diod TVS digabungkan dengan induktor mod biasa untuk menekan ESD dan gangguan yang dijalankan.
5, susun atur perlindungan dan reka bentuk kebolehpercayaan
Peralatan perubatan perlu mempunyai kebolehpercayaan yang tinggi, dan susun atur diod harus mempertimbangkan langkah perlindungan seperti overvoltage, overcurrent, ESD, dll.:

Perlindungan voltan lampau: Gunakan diod Zener atau diod TVS pada input kuasa untuk mengapit voltan dan mengelakkan pancang voltan daripada merosakkan litar sekunder. Sebagai contoh, dalam modul kuasa penumpu oksigen mudah alih, diod TVS disambung secara selari pada hujung input, dengan masa tindak balas kurang daripada 1ps, dan boleh menahan nyahcas sesentuh 8kV.
Perlindungan arus lebih: Arus dihadkan oleh perintang siri atau diod pengehad arus untuk mengelakkan diod daripada terbakar akibat beban lampau. Contohnya, dalam litar pemacu-diod pemancar cahaya (LED), perintang pengehad arus disambungkan secara bersiri dengan LED untuk memastikan arus pengendalian berada dalam julat yang selamat.
Perlindungan ESD: Pasang diod ESD berhampiran antara muka data (seperti port USB dan Ethernet) dan ikut prinsip "berhampiran dengan salur masuk ESD". Sebagai contoh, dalam antara muka USB peranti ultrabunyi mudah alih, jarak antara diod TVS dan penyambung adalah kurang daripada 3cm, dan terminal tanah disambungkan ke satah tanah melalui berbilang vias, mengakibatkan pengurangan voltan pengapit 15V.
6, Pengoptimuman reka letak untuk senario aplikasi khas
Untuk keperluan khas peralatan perubatan, susun atur diod perlu dioptimumkan lagi:

Reka bentuk litar fleksibel: Dalam peranti perubatan boleh pakai seperti pembalut pintar, diod perlu disambungkan melalui pendawaian kuasa fleksibel untuk menyesuaikan diri dengan ubah bentuk peranti. Contohnya, diod pemancar cahaya-disambungkan kepada substrat penderia melalui PCB fleksibel, dan walaupun ketebalan pembalut berubah, LED masih boleh disusun secara stabil pada permukaan untuk mengelak daripada memampatkan kawasan terjejas pesakit.
Reka bentuk kuasa rendah: Dalam peranti mudah alih, pilih diod arus bocor rendah (seperti diod pemulihan ultrapantas) untuk mengurangkan penggunaan kuasa statik. Contohnya, dalam litar pemerolehan isyarat monitor elektrokardiogram mudah alih, fotodiod direka bentuk dengan arus gelap yang rendah dan dipasangkan dengan-penguat kendalian hingar rendah untuk meningkatkan nisbah isyarat-ke-bunyi.
Penyepaduan ketumpatan tinggi: Dalam peranti perubatan mikro seperti penderia implan, diod berpakej kecil (seperti DFN, SOD-123) digunakan untuk menjimatkan ruang. Sebagai contoh, dalam litar pengurusan kuasa perangsang saraf, diod silikon karbida dibungkus dalam DFN, yang mengurangkan kawasan sebanyak 80% berbanding pembungkusan tradisional TO-220.