Qual è il ruolo dei diodi nel condizionamento del segnale dei sensori dei dispositivi medici?

1, Fotodiodo: il "traduttore di segnali ottici" per il monitoraggio dei segni vitali
I fotodiodi convertono i segnali ottici in segnali elettrici attraverso l'effetto fotoelettrico delle giunzioni PN e sono ampiamente utilizzati nei dispositivi medici per il monitoraggio della saturazione di ossigeno nel sangue, il rilevamento delle onde del polso, l'imaging endoscopico e altri scenari. I suoi vantaggi principali si riflettono in tre aspetti:

Risposta spettrale ad alta sensibilità
Prendendo come esempio i fotodiodi a base di silicio-, hanno caratteristiche di risposta lineare nell'intervallo di lunghezze d'onda di 400-1100 nm, coprendo esattamente il picco di assorbimento dell'emoglobina (940 nm) e il picco di assorbimento dell'emoglobina ossigenata (660 nm). Attraverso la tecnologia di rilevamento a doppia lunghezza d'onda, la saturazione di ossigeno nel sangue (SpO₂) può essere calcolata con precisione con un tasso di errore controllato entro ± 2%. Una certa marca di ossimetro portatile adotta fotodiodi di tipo PIN, che possono mantenere una risposta di 0,1 μ A/lux in condizioni di scarsa illuminazione, garantendo la precisione del monitoraggio notturno.
Capacità di risposta dinamica rapida
Nel rilevamento delle onde del polso, i fotodiodi devono catturare variazioni di livello millisecondo nei segnali del battito cardiaco. I fotodiodi da valanga (APD) riducono il tempo di risposta a nanosecondi attraverso l'effetto di moltiplicazione interna della valanga e, con l'aiuto di un circuito amplificatore a transimpedenza, possono riprodurre chiaramente il fronte di salita e le caratteristiche delle onde di impulso e delle onde di impulso pesanti. Un certo monitor dinamico della pressione arteriosa utilizza un array APD per ottenere un'acquisizione priva di distorsioni della forma d'onda a una frequenza di campionamento di 200 Hz.
Design della struttura anti-interferenza
Le lampade fluorescenti e le sorgenti luminose a LED negli ambienti medici possono generare interferenze con una frequenza di alimentazione di 50 Hz. Integrando i filtri ottici all'interno del pacchetto fotodiodo, i segnali ottici di lunghezza d'onda non target possono essere efficacemente soppressi. Un certo tipo di endoscopio medico adotta la tecnologia di rivestimento multi-strato, che aumenta la trasmissione della luce visibile al 95% sopprimendo le interferenze infrarosse al di sotto di -40 dB.
2, diodo Zener: la "valvola di sicurezza" dell'alimentazione elettrica medica
Le apparecchiature mediche hanno requisiti rigorosi per la stabilità della potenza. Il circuito regolatore di tensione di precisione costruito dalla caratteristica di rottura inversa del diodo regolatore di tensione gioca un ruolo chiave nei seguenti scenari:

Sistema di protezione della batteria al litio
Quando i dispositivi medici portatili come defibrillatori ed ultrasuoni portatili sono alimentati da batterie al litio, è necessario prevenire danni alla batteria causati da sovraccarico/scarica eccessiva. Il diodo regolatore di tensione della serie MMSZ5231B, con precise caratteristiche di regolazione della tensione di 3,3 V ± 0,05 V e un chip di gestione della carica, controlla le fluttuazioni di tensione della batteria entro ± 0,1%. Dopo aver adottato questa soluzione, la durata del ciclo di vita della batteria di un determinato dispositivo DAE è stata estesa a oltre 2000 volte.
Alimentatore per circuito analogico ad alta precisione
In dispositivi quali elettrocardiografi ed elettroencefalografi, i circuiti front-analogici sono sensibili al rumore dell'alimentazione. Il regolatore di tensione a basso rumore-della serie BZX85C utilizza una tecnologia di controllo del coefficiente di temperatura di 0,01 μ A/grado per sopprimere l'ondulazione di potenza al di sotto di 50 μ V entro l'intervallo di funzionamento da -20 gradi a+85 gradi, garantendo un rapporto segnale-rumore (SNR) maggiore o uguale a 60 dB per l'acquisizione del segnale bioelettrico.
Progettazione di alimentatori isolati di grado medicale
In ambienti con forti interferenze elettromagnetiche come le sale operatorie, il terminale di uscita del trasformatore di isolamento deve essere dotato di un circuito a pinza costruito da un diodo regolatore di tensione. Un determinato alimentatore per isolamento medico adotta una serie di diodi regolatori di tensione bidirezionali per limitare la tensione di interferenza di modo comune entro ± 60 V, soddisfacendo i requisiti dello standard di sicurezza elettrica medica IEC 60601-1.
3, Applicazioni innovative nei circuiti di condizionamento del segnale
Circuito di protezione limitante
Nel circuito di pilotaggio della sonda a ultrasuoni, il diodo interruttore ad alta velocità 1N4148- forma una rete di limitazione bidirezionale, che blocca la sovratensione transitoria entro ± 5,7 V per proteggere il trasduttore piezoelettrico in ceramica dall'impatto degli impulsi. Dopo aver adottato questa soluzione, il tasso di guasto della sonda di un dispositivo ecografico portatile è diminuito dell'80%.
Circuito di amplificazione logaritmica
In un analizzatore immunologico a fluorescenza, il segnale di uscita del fotodiodo è logaritmicamente correlato all'intensità della fluorescenza. L'amplificatore logaritmico costruito con il diodo Schottky BAS70 estende la gamma dinamica a 10 ⁶, ottenendo il rilevamento di sostanze in traccia a livello di pg/mL. Dopo aver adottato questa tecnologia, il limite di rilevamento di un certo tipo di rilevatore di chemiluminescenza ha superato 0,1 pg/mL.
Rete di compensazione della temperatura
In un termometro a infrarossi, un termistore e un diodo regolatore di tensione di tipo 1N4728A formano un circuito di compensazione della temperatura, che annulla l'influenza della temperatura ambiente sul sensore a infrarossi attraverso caratteristiche non lineari. Dopo aver adottato questo schema, una determinata pistola per la temperatura dell'orecchio può controllare l'errore di misurazione entro ± 0,2 gradi a una temperatura ambiente di 10 gradi -40 gradi.