Mida tuleks meditsiiniseadmete dioodide paigutuse kujundamisel tähele panna?

1, polaarsuse tuvastamise ja vigade vältimise disain
Dioodil on ühesuunaline juhtivus ja selle polaarsuse muutmine võib põhjustada lühise või seadme läbi põleda. Meditsiiniseadmete puhul võib see viga põhjustada seadmete rikke ja isegi kahjustada patsiente. Seetõttu peab paigutuse kujundamisel järgima rangelt järgmisi põhimõtteid:

Siidiekraaniga märgistus: märkige selgelt katoodi (K) või negatiivne elektrood (-) ümber dioodi korpuse, mida tavaliselt tähistavad vertikaalsed jooned, paksud jooned, sälgumärgised või täht "K". Näiteks võivad pindpaigaldusdioodid vastata katoodidele värviribade või soonte kaudu.
Pakendi vastavus: PCB pakkepadjad peavad katoodide/anoodide vahel selgelt eristama. Tavaliselt on katoodpadjad keevitusvigade vältimiseks konstrueeritud sälkude, nurkade või spetsiaalse kujuga.
Suuna ühtsus: sama tüüpi dioodid peaksid hoidma sama suunda (nt kõik katoodid on suunatud vasakule/üles), et vähendada keevitusvigade ohtu.
Vigavastane disain: kriitiliste vooluahelate või veaohtlike olukordade korral saab polaarsuse ümberpööramise edasiseks vältimiseks kasutada asümmeetrilist padjakujundust.
2, soojuse hajumise disain ja soojusjuhtimine
Meditsiiniseadmetes tekitavad jõudioodid (nagu alaldid ja vabakäigutorud) töötamise ajal märkimisväärset soojust. Halb soojuse hajumine võib põhjustada termilist purunemist või jõudluse halvenemist. Paigutus peab optimeerima soojuse hajumist järgmistest aspektidest:

Soojuse hajumise allikale lähenemine: asetage toitediood jahutusradiaatori või vaskfooliumi lähedale ja kasutage soojuse kiireks juhtimiseks metalljuhte. Näiteks kaasaskantavate ultraheliseadmete toitemoodulis on ränikarbiiddioodid soojuspatjade kaudu jahutusradiaatoriga tihedas kontaktis, et vähendada ristmiku temperatuuri.
Suure pindalaga vaskplaat: ühendage soojuse hajutamise võime suurendamiseks suur ala maandatud vaskfooliumi (GND Plane) või toitevaskfooliumiga dioodi katoodi ja anoodipadjad. Näiteks elektrokardiograafi elektroodide tuvastamise ahelas asetatakse pingeregulaatori dioodipadja alla mitu kihti vaskfooliumi ja ühendatakse sisemise soojuseralduskihiga läbi avade.
Soojuse hajumine: korraldage tihedalt soojuse hajumine aukude kaudu (läbimõõt 0,3 mm, vahekaugus 0,5{3}}1 mm) piirkonnas, kus on ühendatud suured vaskfooliumid, moodustades madala soojustakistusega tee. Näiteks kaasaskantavate röntgeniseadmete võimsuse muundamise ahelas kasutatakse ränikarbiiddioodi all võrku nagu via-massiivi, mis vähendab temperatuuri tõusu 40%.
Hoidke eemal kuumustundlikest komponentidest: vältige küttedioodide paigutamist kuumustundlike komponentide, nagu elektrolüütkondensaatorid ja täppis-IC-d, vahetusse lähedusse, et vältida termilise stressi põhjustatud jõudluse halvenemist.
3, elektriisolatsiooni ja ohutuseeskirjade nõuded
Meditsiiniseadmed peavad vastama rangetele elektriohutusstandarditele (nt IEC 60601-1) ja dioodide paigutus peab tagama isolatsiooni kõrge- ja madalpingealade vahel, et vältida elektrilöögi ohtu

Roomamiskaugus ja elektriline vahemaa: kõrgepinge{0}}dioodide (nt üle 600 V) kontaktide ja muude kõrgepingeseadmete/juhtmestiku vahel tuleb säilitada piisav vahemaa. Näiteks defibrillaatori kõrge-pinge genereerimise ahelas seatakse dioodi ja kondensaatori vahele vähemalt 2 mm kaugus ning akende avamine suurendab isolatsiooni tugevust.
Isolatsioonisoon ja aken: Kõrge- ja madalpingealade vahel saab jootemaski kihi alla avada aknad (vasevaba ala) ja trükkplaadile saab teha isegi pilusid, et suurendada roomamiskaugust. Näiteks meditsiinilise laserseadmete toitemoodulis on kõrgepinge pool ja madalpinge pool täielikult eraldatud isolatsioonipiludega.
Toitemaanduse ja signaali maanduse eraldamine: eraldage füüsiliselt suuri impulssvoolusid kandev toitemaandus (PGND) vaikset nõutavast signaalimaandust (SGND) ja ühendage need häirete vältimiseks ühes punktis. Näiteks kaasaskantava monitori signaalivõtuahelas on fotodioodi maandusjuhe toitemaast sõltumatult ühendatud, et vähendada müra sidumist.
4, EMI summutamine ja kõrgsageduse{1}}optimeerimine
Meditsiiniseadmetes võib dioodide kõrgsageduslik{0}}lülitus tekitada elektromagnetilisi häireid (EMI), mis mõjutab seadme jõudlust või häirib teiste meditsiiniseadmete tööd. Paigutuse kujundus peab EMI-d alla suruma järgmistest aspektidest:

Kriitilise ahela ala minimeerimine: tihendage kõrgsageduslike{0}}lülitusahela komponentide, nagu dioodid, lülitustorud, energiasalvestid/kondensaatorid jne, paigutust ja lühendage marsruudi pikkust. Näiteks Buck/Boost ahelates asetatakse vabakäigudiood lülitustransistori kõrvale, moodustades silmuse pindala vähendamiseks kolmnurkse paigutuse.
Parasiitparameetrite juhtimine: kõrgsageduslike{0}}rakenduste korral võivad dioodide parasiitmahtuvus (Cj) ja induktiivsus (Ls) põhjustada signaali nõrgenemist või helisemist. Valida tuleks madala mahtuvusega dioodid (nt Schottky dioodid) ja voolutõrjumise efekte tuleks vähendada juhtmestiku optimeerimise abil (nt 45 kraadi või ümarad nurgad).
Varjestus ja filtreerimine: tundlike signaaliliinide (nt I2C, SPI) jaoks kasutatakse maanduse isolatsiooni või diferentsiaalmarsruutimist ning sisend-/väljundklemmidele lisatakse ferriithelmed või filtreerivad kondensaatorid. Näiteks kaasaskantavate vere glükoosimõõturite sideliideses on TVS-dioodid kombineeritud tavarežiimiga induktiivpoolidega, et summutada ESD ja juhtivaid häireid.
5, kaitse paigutus ja töökindluse disain
Meditsiiniseadmed peavad olema väga töökindlad ja dioodide paigutus peaks arvestama kaitsemeetmetega, nagu ülepinge, liigvool, ESD jne.

Ülepingekaitse: kasutage toitesisendil Zeneri dioodi või TVS-dioodi, et pinget kinnitada ja vältida pinge hüppeid sekundaarahelat kahjustamast. Näiteks kaasaskantava hapnikukontsentraatori toitemoodulis on TVS-diood ühendatud paralleelselt sisendi otsas, reageerimisajaga alla 1ps ja talub 8kV kontaktlahendust.
Ülevoolukaitse: voolu piirab jadatakisti või voolu piirav diood, et vältida dioodi läbipõlemist ülekoormuse tõttu. Näiteks valgusdioodi (LED) draiveriahelas on voolu piirav takisti ühendatud LED-iga järjestikku, et tagada töövoolu ohutus vahemikus.
ESD-kaitse: paigaldage ESD-dioodid andmeliideste lähedale (nt USB- ja Ethernet-pordid) ja järgige põhimõtet "ESD-sisendi lähedal". Näiteks kaasaskantavate ultraheliseadmete USB-liideses on TVS-dioodi ja pistiku vaheline kaugus alla 3 cm ning maandusklemm on maandusplaadiga ühendatud mitme läbipääsu kaudu, mille tulemusena väheneb kinnituspinge 15 V.
6, paigutuse optimeerimine spetsiaalsete rakenduste stsenaariumide jaoks
Meditsiiniseadmete erivajaduste jaoks tuleb dioodide paigutust veelgi optimeerida:

Paindlik vooluahela disain: kantavates meditsiiniseadmetes, nagu näiteks nutikad sidemed, tuleb dioodid ühendada paindliku toitejuhtmestiku kaudu, et kohaneda seadme deformatsiooniga. Näiteks valgusdioodid on ühendatud andurite substraatidega läbi painduvate PCBde ja isegi kui sideme paksus muutub, saab LED-id siiski pinnale stabiilselt paigutada, et vältida patsiendi kahjustatud piirkonna kokkusurumist.
Madala võimsusega disain: kaasaskantavates seadmetes valige staatilise energiatarbimise vähendamiseks väikese lekkevoolu dioodid (nt ülikiire taastamise dioodid). Näiteks kaasaskantavate elektrokardiogrammi monitoride signaali kogumise ahelas on fotodioodid konstrueeritud madala tumevooluga ja ühendatud madala-müraga operatiivvõimenditega, et parandada signaali-/-müra suhet.
Suure tihedusega integreerimine: mikromeditsiiniseadmetes, nagu implanteeritavad andurid, kasutatakse ruumi säästmiseks miniatuurseid pakitud dioode (nt DFN, SOD-123). Näiteks närvistimulaatorite toitehaldusahelas on ränikarbiiddioodid pakendatud DFN-i, mis vähendab pindala 80% võrreldes traditsioonilise TO-220 pakendiga.