चिकित्सा उपकरण डायोड के लेआउट डिज़ाइन में क्या ध्यान दिया जाना चाहिए?

1, ध्रुवता पहचान और त्रुटि निवारण डिज़ाइन
एक डायोड में यूनिडायरेक्शनल चालकता होती है, और इसकी ध्रुवता को उलटने से शॉर्ट सर्किट हो सकता है या डिवाइस जल सकता है। चिकित्सा उपकरणों में, यह त्रुटि उपकरण विफलता का कारण बन सकती है और यहां तक ​​कि रोगियों को नुकसान भी पहुंचा सकती है। इसलिए, लेआउट डिज़ाइन को निम्नलिखित सिद्धांतों का सख्ती से पालन करना चाहिए:

सिल्क स्क्रीन मार्किंग: डायोड बॉडी के चारों ओर कैथोड (K) या नकारात्मक इलेक्ट्रोड (-) को स्पष्ट रूप से चिह्नित करें, जो आमतौर पर ऊर्ध्वाधर रेखाओं, मोटी रेखाओं, पायदान चिह्नों या अक्षर "K" द्वारा दर्शाया जाता है। उदाहरण के लिए, सतह माउंट डायोड रंग बैंड या खांचे के माध्यम से कैथोड के अनुरूप हो सकते हैं।
पैकेजिंग पत्राचार: पीसीबी पैकेजिंग पैड को कैथोड/एनोड के बीच स्पष्ट रूप से अलग करने की आवश्यकता है। आमतौर पर, वेल्डिंग त्रुटियों से बचने के लिए कैथोड पैड को पायदान, कोनों या विशेष आकृतियों के साथ डिज़ाइन किया जाता है।
दिशा एकरूपता: वेल्डिंग त्रुटियों के जोखिम को कम करने के लिए एक ही प्रकार के डायोड को एक ही दिशा बनाए रखनी चाहिए (जैसे कि सभी कैथोड बाईं/ऊपर की ओर)।
गलती रोधी डिज़ाइन: गंभीर सर्किट या त्रुटि प्रवण स्थितियों के लिए, ध्रुवीयता उत्क्रमण को रोकने के लिए असममित पैड डिज़ाइन का उपयोग किया जा सकता है।
2, गर्मी अपव्यय डिजाइन और थर्मल प्रबंधन
चिकित्सा उपकरणों में, पावर डायोड (जैसे रेक्टिफायर और फ़्रीव्हीलिंग ट्यूब) ऑपरेशन के दौरान महत्वपूर्ण गर्मी उत्पन्न करते हैं। खराब ताप अपव्यय से थर्मल ब्रेकडाउन या प्रदर्शन में गिरावट हो सकती है। लेआउट डिज़ाइन को निम्नलिखित पहलुओं से गर्मी अपव्यय को अनुकूलित करने की आवश्यकता है:

गर्मी अपव्यय स्रोत के पास जाना: पावर डायोड को हीट सिंक या कॉपर फ़ॉइल क्षेत्र के पास रखें, और गर्मी को जल्दी से संचालित करने के लिए धातु कंडक्टर का उपयोग करें। उदाहरण के लिए, पोर्टेबल अल्ट्रासाउंड उपकरणों के पावर मॉड्यूल में, जंक्शन तापमान को कम करने के लिए सिलिकॉन कार्बाइड डायोड थर्मल पैड के माध्यम से हीट सिंक के निकट संपर्क में होते हैं।
बड़े क्षेत्र की कॉपर प्लेटिंग: गर्मी अपव्यय क्षमता को बढ़ाने के लिए ग्राउंड कॉपर फ़ॉइल (जीएनडी प्लेन) या पावर कॉपर फ़ॉइल के एक बड़े क्षेत्र को डायोड के कैथोड और एनोड पैड से कनेक्ट करें। उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रोकार्डियोग्राफ़ के इलेक्ट्रोड डिटेक्शन सर्किट में, तांबे की पन्नी की कई परतें वोल्टेज नियामक डायोड पैड के नीचे रखी जाती हैं और वाया के माध्यम से आंतरिक गर्मी अपव्यय परत से जुड़ी होती हैं।
गर्मी अपव्यय के माध्यम से: उस क्षेत्र में छेद (व्यास 0.3 मिमी, अंतर 0.5 - 1 मिमी) के माध्यम से गर्मी अपव्यय को सघन रूप से व्यवस्थित करें, जिससे कम तापीय प्रतिरोध पथ बनता है। उदाहरण के लिए, पोर्टेबल एक्स-रे उपकरण के पावर रूपांतरण सर्किट में, सिलिकॉन कार्बाइड डायोड के नीचे थ्रू ऐरे की तरह एक ग्रिड का उपयोग किया जाता है, जिससे तापमान वृद्धि 40% कम हो जाती है।
गर्मी के प्रति संवेदनशील घटकों से दूर रहें: थर्मल तनाव के कारण प्रदर्शन में गिरावट को रोकने के लिए इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर और सटीक आईसी जैसे गर्मी के प्रति संवेदनशील घटकों के करीब हीटिंग डायोड रखने से बचें।
3, विद्युत अलगाव और सुरक्षा नियमों की आवश्यकताएं
चिकित्सा उपकरणों को सख्त विद्युत सुरक्षा मानकों (जैसे कि आईईसी 60601-1) को पूरा करना चाहिए, और डायोड लेआउट को बिजली के झटके के जोखिम को रोकने के लिए उच्च और निम्न वोल्टेज क्षेत्रों के बीच अलगाव सुनिश्चित करना चाहिए।

क्रीपेज दूरी और इलेक्ट्रिकल क्लीयरेंस: उच्च{0}}वोल्टेज डायोड (जैसे कि 600V से ऊपर वाले) और अन्य उच्चवोल्टेज उपकरणों/वायरिंग के पिनों के बीच पर्याप्त दूरी बनाए रखी जानी चाहिए। उदाहरण के लिए, एक डिफिब्रिलेटर के उच्च -वोल्टेज जेनरेशन सर्किट में, डायोड और कैपेसिटर के बीच कम से कम 2 मिमी की क्रीपेज दूरी निर्धारित की जाती है, और खिड़कियां खोलकर इन्सुलेशन ताकत बढ़ाई जाती है।
अलगाव नाली और खिड़की: उच्च और निम्न वोल्टेज क्षेत्रों के बीच, सोल्डर मास्क परत (तांबा मुक्त क्षेत्र) के नीचे खिड़कियां खोली जा सकती हैं, और क्रीपेज दूरी बढ़ाने के लिए पीसीबी पर स्लॉट भी बनाए जा सकते हैं। उदाहरण के लिए, मेडिकल लेजर उपकरण के पावर मॉड्यूल में, हाई वोल्टेज साइड और लो वोल्टेज साइड को आइसोलेशन स्लॉट द्वारा पूरी तरह से अलग किया जाता है।
पावर ग्राउंड और सिग्नल ग्राउंड पृथक्करण: सिग्नल ग्राउंड (एसजीएनडी) से बड़ी पल्स धाराओं को ले जाने वाले पावर ग्राउंड (पीजीएनडी) को भौतिक रूप से अलग करें, जिसके लिए शांति की आवश्यकता होती है, और हस्तक्षेप से बचने के लिए उन्हें एक ही बिंदु पर कनेक्ट करें। उदाहरण के लिए, एक पोर्टेबल मॉनिटर के सिग्नल अधिग्रहण सर्किट में, शोर युग्मन को कम करने के लिए फोटोडायोड के ग्राउंड वायर को पावर ग्राउंड से स्वतंत्र रूप से वायर्ड किया जाता है।
4, ईएमआई दमन और उच्च-आवृत्ति अनुकूलन
चिकित्सा उपकरणों में, डायोड की उच्च आवृत्ति स्विचिंग क्रिया विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (ईएमआई) उत्पन्न कर सकती है, जो उपकरण के प्रदर्शन को प्रभावित कर सकती है या अन्य चिकित्सा उपकरणों में हस्तक्षेप कर सकती है। लेआउट डिज़ाइन को निम्नलिखित पहलुओं से ईएमआई को दबाने की आवश्यकता है:

महत्वपूर्ण लूप क्षेत्र को कम करें: डायोड, स्विचिंग ट्यूब, ऊर्जा भंडारण इंडक्टर्स/कैपेसिटर इत्यादि जैसे उच्च आवृत्ति स्विचिंग लूप घटकों के लेआउट को कॉम्पैक्ट करें, और रूटिंग लंबाई को छोटा करें। उदाहरण के लिए, बक/बूस्ट सर्किट में, फ़्रीव्हीलिंग डायोड को स्विचिंग ट्रांजिस्टर के निकट रखा जाता है, जिससे लूप क्षेत्र को कम करने के लिए एक त्रिकोणीय लेआउट बनता है।
परजीवी पैरामीटर नियंत्रण: उच्च आवृत्ति अनुप्रयोगों में, डायोड के परजीवी कैपेसिटेंस (सीजे) और इंडक्शन (एलएस) सिग्नल क्षीणन या रिंगिंग का कारण बन सकते हैं। कम कैपेसिटेंस डायोड (जैसे शोट्की डायोड) का चयन किया जाना चाहिए, और वायरिंग (जैसे 45 डिग्री या गोलाकार कोनों) को अनुकूलित करके वर्तमान भीड़ प्रभाव को कम किया जाना चाहिए।
परिरक्षण और फ़िल्टरिंग: संवेदनशील सिग्नल लाइनों (जैसे I2C, SPI) के लिए ग्राउंड आइसोलेशन या डिफरेंशियल रूटिंग का उपयोग किया जाता है, और इनपुट/आउटपुट टर्मिनलों पर फेराइट बीड्स या फ़िल्टरिंग कैपेसिटर जोड़े जाते हैं। उदाहरण के लिए, पोर्टेबल रक्त ग्लूकोज मीटर के संचार इंटरफ़ेस में, टीवीएस डायोड को ईएसडी और संचालित हस्तक्षेप को दबाने के लिए सामान्य मोड इंडक्टर्स के साथ जोड़ा जाता है।
5, सुरक्षा लेआउट और विश्वसनीयता डिजाइन
चिकित्सा उपकरणों में उच्च विश्वसनीयता होनी चाहिए, और डायोड लेआउट में ओवरवॉल्टेज, ओवरकरंट, ईएसडी, आदि जैसे सुरक्षात्मक उपायों पर विचार करना चाहिए:

ओवरवॉल्टेज सुरक्षा: वोल्टेज को क्लैंप करने और वोल्टेज स्पाइक्स को सेकेंडरी सर्किट को नुकसान पहुंचाने से रोकने के लिए पावर इनपुट पर जेनर डायोड या टीवीएस डायोड का उपयोग करें। उदाहरण के लिए, एक पोर्टेबल ऑक्सीजन सांद्रक के पावर मॉड्यूल में, टीवीएस डायोड इनपुट छोर पर समानांतर में जुड़ा होता है, जिसका प्रतिक्रिया समय 1ps से कम होता है, और 8kV संपर्क डिस्चार्ज का सामना कर सकता है।
ओवरकरंट सुरक्षा: ओवरलोड के कारण डायोड को जलने से बचाने के लिए करंट को एक श्रृंखला अवरोधक या करंट सीमित डायोड द्वारा सीमित किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) ड्राइवर सर्किट में, एक वर्तमान सीमित अवरोधक को एलईडी के साथ श्रृंखला में जोड़ा जाता है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि ऑपरेटिंग करंट एक सुरक्षित सीमा के भीतर है।
ईएसडी सुरक्षा: डेटा इंटरफेस (जैसे यूएसबी और ईथरनेट पोर्ट) के पास ईएसडी डायोड स्थापित करें और "ईएसडी इनलेट के करीब" के सिद्धांत का पालन करें। उदाहरण के लिए, पोर्टेबल अल्ट्रासाउंड उपकरणों के यूएसबी इंटरफ़ेस में, टीवीएस डायोड और कनेक्टर के बीच की दूरी 3 सेमी से कम है, और ग्राउंड टर्मिनल कई वाया के माध्यम से ग्राउंड प्लेन से जुड़ा हुआ है, जिसके परिणामस्वरूप क्लैंपिंग वोल्टेज में 15V की कमी होती है।
6, विशेष अनुप्रयोग परिदृश्यों के लिए लेआउट अनुकूलन
चिकित्सा उपकरणों की विशेष आवश्यकताओं के लिए, डायोड लेआउट को और अधिक अनुकूलित करने की आवश्यकता है:

लचीले सर्किट डिजाइन: स्मार्ट ड्रेसिंग जैसे पहनने योग्य चिकित्सा उपकरणों में, डिवाइस विरूपण के अनुकूल होने के लिए डायोड को लचीली बिजली तारों के माध्यम से जोड़ने की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, प्रकाश उत्सर्जक डायोड लचीले पीसीबी के माध्यम से सेंसर सब्सट्रेट से जुड़े होते हैं, और भले ही ड्रेसिंग की मोटाई बदल जाती है, फिर भी रोगी के प्रभावित क्षेत्र को संपीड़ित होने से बचाने के लिए एलईडी को सतह पर स्थिर रूप से व्यवस्थित किया जा सकता है।
कम बिजली डिजाइन: पोर्टेबल उपकरणों में, स्थैतिक बिजली की खपत को कम करने के लिए कम रिसाव वाले वर्तमान डायोड (जैसे अल्ट्राफास्ट रिकवरी डायोड) चुनें। उदाहरण के लिए, पोर्टेबल इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम मॉनिटर के सिग्नल अधिग्रहण सर्किट में, फोटोडायोड को कम डार्क करंट के साथ डिज़ाइन किया गया है और सिग्नल को बेहतर बनाने के लिए कम शोर परिचालन एम्पलीफायरों के साथ जोड़ा गया है।
उच्च घनत्व एकीकरण: इम्प्लांटेबल सेंसर जैसे सूक्ष्म चिकित्सा उपकरणों में, जगह बचाने के लिए लघु पैकेज्ड डायोड (जैसे डीएफएन, एसओडी-123) का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, तंत्रिका उत्तेजक के पावर प्रबंधन सर्किट में, सिलिकॉन कार्बाइड डायोड को डीएफएन में पैक किया जाता है, जो पारंपरिक TO-220 पैकेजिंग की तुलना में क्षेत्र को 80% कम कर देता है।