सर्किट शोर को कम करने के लिए चिकित्सा उपकरणों में डायोड का उपयोग कैसे करें?

1, मेडिकल सर्किट शोर के स्रोत और प्रभाव
चिकित्सा उपकरणों के शोर को मुख्य रूप से दो श्रेणियों में बांटा गया है:

उच्च आवृत्ति विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (ईएमआई): आमतौर पर 100kHz और 1GHz के बीच आवृत्ति रेंज के साथ बिजली की आपूर्ति, वायरलेस संचार मॉड्यूल या बाहरी उपकरणों को स्विच करने से उत्पन्न होता है। उदाहरण के लिए, यदि एक इलेक्ट्रोकार्डियोग्राफ़ (ईसीजी) उच्च आवृत्ति शोर को प्रभावी ढंग से नहीं दबाता है, तो यह क्यूआरएस कॉम्प्लेक्स में विकृति पैदा कर सकता है और अतालता के निदान को प्रभावित कर सकता है।
पावर तरंग शोर: अपर्याप्त सुधार सर्किट या कैपेसिटर फ़िल्टरिंग के कारण, कम आवृत्ति उतार-चढ़ाव (50 हर्ट्ज / 60 हर्ट्ज पावर आवृत्ति हस्तक्षेप) के रूप में प्रकट होता है। रक्त ग्लूकोज मीटर जैसे पोर्टेबल उपकरणों में, बिजली आपूर्ति शोर कमजोर वर्तमान संकेतों को छुपा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप माप त्रुटियां ± 10% से अधिक हो सकती हैं।
शोर का नुकसान सिग्नल विरूपण तक ही सीमित नहीं है, बल्कि उपकरण विफलता का कारण भी बन सकता है। उदाहरण के लिए, डिफाइब्रिलेटर में, यदि बिजली के शोर को दबाया नहीं जाता है, तो उच्च वोल्टेज डिस्चार्ज मॉड्यूल आकस्मिक ट्रिगरिंग के कारण सर्किट को नुकसान पहुंचा सकता है, जिससे रोगी की सुरक्षा खतरे में पड़ सकती है।

2, डायोड शोर में कमी का मुख्य तंत्र और चयन सिद्धांत
1. अरेखीय सुधार विशेषताएँ: उच्च आवृत्ति शोर को दबाएँ
एक डायोड रिवर्स बायस्ड होने पर उच्च प्रतिबाधा प्रदर्शित करता है और फॉरवर्ड बायस्ड होने पर संचालन करता है, जिससे यह उच्च -आवृत्ति शोर के लिए "वन{0}}वे वाल्व" बन जाता है। जब शोर सिग्नल डायोड से गुजरता है, तो आगे का घटक चालन पथ द्वारा अवशोषित हो जाता है, और रिवर्स घटक उच्च प्रतिबाधा द्वारा अवरुद्ध हो जाता है, जिससे एसी शोर डीसी घटक में परिवर्तित हो जाता है और सर्किट में इसका उपभोग होता है। उदाहरण के लिए, ईसीजी फ्रंट एंड सर्किट में, शोट्की डायोड (जैसे BAT54S) का उपयोग एंटीना कपलिंग के कारण होने वाले उच्च आवृत्ति हस्तक्षेप को प्रभावी ढंग से दबा सकता है, और सिग्नल को 7 से 8 शोर अनुपात (एसएनआर) में लगभग 15 डीबी तक सुधार सकता है।

चयन के लिए मुख्य पैरामीटर:

रिवर्स रिकवरी टाइम (टीआरआर): यह शोर आवृत्ति चक्र के 1/10 से कम होना चाहिए। उदाहरण के लिए, 1 मेगाहर्ट्ज शोर के लिए, टीआरआर 100ns से कम या उसके बराबर होना चाहिए, और अल्ट्राफास्ट रिकवरी डायोड (जैसे UF4007, TRR=50ns) का उपयोग करने की अनुशंसा की जाती है।
जंक्शन कैपेसिटेंस (सीजे): कम जंक्शन कैपेसिटेंस उच्च आवृत्ति सिग्नल युग्मन को कम कर सकता है। बायोइलेक्ट्रिक एम्पलीफायर के इनपुट पर, सीजे के साथ डायोड<2pF (such as the HSMS-286x series) should be selected to avoid signal attenuation.
2. जेनर डायोड: क्लैंप बिजली आपूर्ति तरंग
जेनर डायोड अपनी रिवर्स ब्रेकडाउन विशेषताओं के माध्यम से वोल्टेज स्थिरता बनाए रखते हैं, प्रभावी ढंग से बिजली आपूर्ति तरंग को दबाते हैं। उदाहरण के लिए, पोर्टेबल अल्ट्रासाउंड उपकरण की कम {{1}वोल्टेज बिजली आपूर्ति (5V) में, 1N4733A (5.1V के वोल्टेज विनियमन मूल्य के साथ) का उपयोग ADC नमूना सटीकता आवश्यकताओं को पूरा करते हुए, ± 200mV से ± 50mV के भीतर तरंग वोल्टेज को दबा सकता है।

चयन के लिए मुख्य पैरामीटर:

गतिशील प्रतिरोध (Zz): वोल्टेज विनियमन की सटीकता को दर्शाता है। Zz जितना छोटा होगा, तरंग दमन प्रभाव उतना ही बेहतर होगा। Zz वाले मॉडल चुनने की अनुशंसा की जाती है<10 Ω for medical grade equipment (such as BZT52C5V1).
तापमान गुणांक (टीसी): चिकित्सा उपकरणों को -20 डिग्री से 60 डिग्री के वातावरण में संचालित करने की आवश्यकता होती है, और टीसी के साथ एक वोल्टेज नियामक होता है<2mV/℃ should be selected to avoid temperature drift affecting performance.
3. दमनकारी डायोड: समर्पित उच्च आवृत्ति शोर अवशोषण
सप्रेसिंग डायोड (जैसे 1N5711) विशेष डोपिंग प्रक्रियाओं के माध्यम से कम क्षमता वाले पीएन जंक्शन बनाते हैं, जो गीगाहर्ट्ज स्तर के शोर को अवशोषित कर सकते हैं। चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) उपकरण के आरएफ फ्रंट में, 1N5711 का उपयोग करके शोर को 100 मेगाहर्ट्ज से 1 गीगाहर्ट्ज तक 40 डीबी से अधिक कम किया जा सकता है, जिससे कम शोर एम्पलीफायर (एलएनए) को हस्तक्षेप से बचाया जा सकता है।

चयन के लिए मुख्य पैरामीटर:

रिवर्स लीकेज करंट (आईआर):<1 μ A (25 ℃) is required to avoid introducing additional noise in low-power circuits.
रेटेड पावर (पीडी): इसका चयन शोर पावर के आधार पर किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, एमआरआई उपकरण में, उच्च ऊर्जा पल्स हस्तक्षेप का सामना करने के लिए 1W से अधिक या उसके बराबर Pd वाले मॉडल का चयन किया जाना चाहिए।
3, विशिष्ट चिकित्सा अनुप्रयोग परिदृश्यों में शोर कम करने का अभ्यास
1. ईसीजी सिग्नल अधिग्रहण: फ्रंट-अंत सर्किट सुरक्षा
ईसीजी सिग्नल का आयाम केवल 1mV से 5mV है, जो उच्च आवृत्ति शोर से आसानी से छिप जाता है। डिज़ाइन करते समय, एक द्विदिश दमन डायोड (जैसे BAV99) को ± 10V क्लैंप सुरक्षा बनाने के लिए इनपुट छोर पर समानांतर में जोड़ा जाना चाहिए, और उच्च आवृत्ति हस्तक्षेप को फ़िल्टर करने के लिए 0.1 μF कैपेसिटर को श्रृंखला में जोड़ा जाना चाहिए। परीक्षणों से पता चला है कि यह योजना 50 हर्ट्ज बिजली आवृत्ति हस्तक्षेप को 60 डीबी तक दबा सकती है और क्यूआरएस कॉम्प्लेक्स डिटेक्शन की सटीकता को 99.5% तक सुधार सकती है।

2. पोर्टेबल रक्त ग्लूकोज मीटर: बिजली आपूर्ति शोर दमन
रक्त ग्लूकोज मीटर एक एकल लिथियम बैटरी द्वारा संचालित होता है, और पावर तरंग एंजाइम इलेक्ट्रोड वर्तमान का पता लगाने को प्रभावित कर सकती है। एलडीओ नियामक के इनपुट पर शोट्की डायोड (जैसे एसएस14एफ) को समानांतर करके, रिपल वोल्टेज को ± 50mV से ± 10mV तक कम किया जा सकता है, और माप दोहराव (CV%) को 8% से 3% के भीतर अनुकूलित किया जा सकता है।

3. एंडोस्कोपिक इमेजिंग सिस्टम: आरएफ हस्तक्षेप अलगाव
वायरलेस एंडोस्कोप का कैमरा मॉड्यूल 2.4GHz वाई-फाई सिग्नल हस्तक्षेप के प्रति संवेदनशील है, जिसके परिणामस्वरूप छवि में क्षैतिज शोर होता है। एंटीना और आरएफ फ्रंट एंड एंड के बीच श्रृंखला में एक दमन डायोड (जैसे एचएसएमएस - 2850) को जोड़कर, हस्तक्षेप सिग्नल को 30 डीबी तक कम किया जा सकता है, और नैदानिक ​​​​नैदानिक ​​​​आवश्यकताओं को पूरा करते हुए, छवि सिग्नल को शोर अनुपात (पीएसएनआर) में 12 डीबी तक सुधार किया जा सकता है।