Apa saja yang perlu diperhatikan dalam desain tata letak dioda alat kesehatan?

1, identifikasi polaritas dan desain pencegahan kesalahan
Dioda memiliki konduktivitas satu arah, dan membalikkan polaritasnya dapat menyebabkan korsleting atau perangkat terbakar. Pada peralatan medis, kesalahan ini dapat menyebabkan kegagalan peralatan bahkan membahayakan pasien. Oleh karena itu, desain tata letak harus benar-benar mengikuti prinsip-prinsip berikut:

Penandaan layar sutra: Tandai dengan jelas katoda (K) atau elektroda negatif (-) di sekitar badan dioda, biasanya ditunjukkan dengan garis vertikal, garis tebal, tanda takik, atau huruf "K". Misalnya, dioda pemasangan permukaan dapat berhubungan dengan katoda melalui pita atau alur warna.
Korespondensi pengemasan: Bantalan pengemasan PCB harus dibedakan dengan jelas antara katoda/anoda. Biasanya bantalan katoda didesain dengan takik, sudut, atau bentuk khusus untuk menghindari kesalahan pengelasan.
Keseragaman arah: Jenis dioda yang sama harus menjaga arah yang sama (misalnya semua katoda menghadap kiri/atas) untuk mengurangi risiko kesalahan pengelasan.
Desain anti kesalahan: Untuk sirkuit kritis atau situasi rawan kesalahan, desain bantalan asimetris dapat digunakan untuk mencegah pembalikan polaritas lebih lanjut.
2, desain pembuangan panas dan manajemen termal
Pada peralatan medis, dioda daya (seperti penyearah dan tabung freewheeling) menghasilkan panas yang signifikan selama pengoperasian. Pembuangan panas yang buruk dapat menyebabkan kerusakan termal atau penurunan kinerja. Desain tata letak perlu mengoptimalkan pembuangan panas dari aspek berikut:

Mendekati sumber pembuangan panas: Tempatkan dioda daya di dekat unit pendingin atau area foil tembaga, dan gunakan konduktor logam untuk menghantarkan panas dengan cepat. Misalnya, dalam modul daya perangkat ultrasonik portabel, dioda silikon karbida bersentuhan erat dengan unit pendingin melalui bantalan termal untuk mengurangi suhu sambungan.
Pelapisan tembaga area luas: Hubungkan area luas foil tembaga tanah (GND Plane) atau foil tembaga daya ke bantalan katoda dan anoda dioda untuk meningkatkan kemampuan pembuangan panas. Misalnya, dalam rangkaian deteksi elektroda pada elektrokardiograf, beberapa lapisan foil tembaga diletakkan di bawah bantalan dioda pengatur tegangan dan dihubungkan ke lapisan pembuangan panas bagian dalam melalui vias.
Pembuangan panas melalui: susunan pembuangan panas yang padat melalui lubang (diameter 0,3 mm, jarak 0,5-1mm) di area di mana foil tembaga besar dihubungkan, membentuk jalur ketahanan termal yang rendah. Misalnya, dalam rangkaian konversi daya peralatan sinar-X portabel, grid seperti via array digunakan di bawah dioda silikon karbida, sehingga mengurangi kenaikan suhu sebesar 40%.
Jauhi komponen yang sensitif terhadap panas: Hindari menempatkan dioda pemanas di dekat komponen yang sensitif terhadap panas seperti kapasitor elektrolitik dan IC presisi untuk mencegah penurunan kinerja yang disebabkan oleh tekanan termal.
3, Persyaratan isolasi listrik dan peraturan keselamatan
Peralatan medis harus memenuhi standar keselamatan listrik yang ketat (seperti IEC 60601-1), dan tata letak dioda harus memastikan isolasi antara area bertegangan tinggi dan rendah untuk mencegah risiko sengatan listrik

Jarak rambat dan jarak listrik: Jarak rambat yang memadai harus dijaga antara pin dioda-tegangan tinggi (misalnya di atas 600V) dan perangkat/kabel-tegangan tinggi lainnya. Misalnya, dalam rangkaian pembangkit tegangan tinggi defibrilator, jarak rambat minimal 2 mm diatur antara dioda dan kapasitor, dan kekuatan insulasi ditingkatkan dengan membuka jendela.
Alur dan jendela isolasi: Antara area tegangan tinggi dan rendah, jendela dapat dibuka di bawah lapisan masker solder (area bebas tembaga), dan bahkan slot dapat dibuat pada PCB untuk meningkatkan jarak rambat. Misalnya, dalam modul daya peralatan laser medis, sisi tegangan tinggi dan sisi tegangan rendah dipisahkan sepenuhnya oleh slot isolasi.
Pemisahan ground listrik dan ground sinyal: pisahkan secara fisik ground power (PGND) yang membawa arus pulsa besar dari ground sinyal (SGND) yang memerlukan ketenangan, dan sambungkan pada satu titik untuk menghindari interferensi. Misalnya, dalam rangkaian akuisisi sinyal pada monitor portabel, kabel ground fotodioda disambungkan secara independen dari ground daya untuk mengurangi gangguan gangguan.
4, penekanan EMI dan-pengoptimalan frekuensi tinggi
Pada peralatan medis,-tindakan peralihan frekuensi tinggi dioda dapat menghasilkan interferensi elektromagnetik (EMI), yang memengaruhi kinerja peralatan atau mengganggu perangkat medis lainnya. Desain tata letak perlu menekan EMI dari aspek berikut:

Meminimalkan area loop kritis: Memadatkan tata letak-komponen loop peralihan frekuensi tinggi seperti dioda, tabung switching, induktor/kapasitor penyimpan energi, dll., dan memperpendek panjang perutean. Misalnya, pada rangkaian Buck/Boost, dioda freewheeling ditempatkan berdekatan dengan transistor switching, membentuk tata letak segitiga untuk mengurangi area loop.
Kontrol parameter parasit: Dalam aplikasi frekuensi{0}}tinggi, kapasitansi parasit (Cj) dan induktansi (Ls) dioda dapat menyebabkan redaman atau dering sinyal. Dioda kapasitansi rendah (seperti dioda Schottky) harus dipilih, dan efek crowding saat ini harus dikurangi dengan mengoptimalkan kabel (seperti sudut 45 derajat atau membulat).
Pelindung dan penyaringan: Isolasi tanah atau perutean diferensial digunakan untuk jalur sinyal sensitif (seperti I2C, SPI), dan manik-manik ferit atau kapasitor penyaringan ditambahkan pada terminal input/output. Misalnya, dalam antarmuka komunikasi pengukur glukosa darah portabel, dioda TVS digabungkan dengan induktor mode umum untuk menekan ESD dan melakukan interferensi.
5, Tata letak perlindungan dan desain keandalan
Peralatan medis harus memiliki keandalan yang tinggi, dan tata letak dioda harus mempertimbangkan tindakan perlindungan seperti tegangan lebih, arus lebih, ESD, dll.:

Perlindungan tegangan lebih: Gunakan dioda Zener atau dioda TVS pada input daya untuk menjepit tegangan dan mencegah lonjakan tegangan merusak rangkaian sekunder. Misalnya, dalam modul daya konsentrator oksigen portabel, dioda TVS dihubungkan secara paralel pada ujung masukan, dengan waktu respons kurang dari 1ps, dan dapat menahan pelepasan kontak 8kV.
Proteksi arus lebih: Arus dibatasi oleh resistor seri atau dioda pembatas arus untuk mencegah dioda terbakar karena beban berlebih. Misalnya, dalam rangkaian driver dioda pemancar cahaya (LED), resistor pembatas arus dihubungkan secara seri dengan LED untuk memastikan bahwa arus pengoperasian berada dalam kisaran yang aman.
Perlindungan ESD: Pasang dioda ESD di dekat antarmuka data (seperti port USB dan Ethernet) dan ikuti prinsip "dekat dengan saluran masuk ESD". Misalnya, pada antarmuka USB perangkat ultrasound portabel, jarak antara dioda TVS dan konektor kurang dari 3cm, dan terminal ground dihubungkan ke ground plane melalui beberapa vias, sehingga terjadi penurunan tegangan penjepit sebesar 15V.
6, Optimasi tata letak untuk skenario aplikasi khusus
Untuk kebutuhan khusus peralatan medis, tata letak dioda perlu lebih dioptimalkan:

Desain sirkuit fleksibel: Pada perangkat medis yang dapat dikenakan seperti smart dressing, dioda perlu dihubungkan melalui kabel daya fleksibel untuk beradaptasi dengan deformasi perangkat. Misalnya,-dioda pemancar cahaya dihubungkan ke substrat sensor melalui PCB fleksibel, dan bahkan jika ketebalan balutan berubah, LED masih dapat diatur secara stabil di permukaan untuk menghindari kompresi pada area pasien yang terkena.
Desain daya rendah: Pada perangkat portabel, pilih dioda arus bocor rendah (seperti dioda pemulihan ultracepat) untuk mengurangi konsumsi daya statis. Misalnya, dalam sirkuit akuisisi sinyal pada monitor elektrokardiogram portabel, fotodioda dirancang dengan arus gelap rendah dan dipasangkan dengan penguat operasional-derau rendah untuk meningkatkan rasio-terhadap-derau.
Integrasi kepadatan tinggi: Pada perangkat medis mikro seperti sensor implan, paket dioda mini (seperti DFN, SOD-123) digunakan untuk menghemat ruang. Misalnya, dalam rangkaian manajemen daya stimulator saraf, dioda silikon karbida dikemas dalam DFN, yang mengurangi area sebesar 80% dibandingkan dengan kemasan TO-220 tradisional.