Vad bör noteras i layoutdesignen för medicintekniska dioder?

1, Polaritetsidentifiering och felförebyggande design
En diod har enkelriktad ledningsförmåga och omvänd polaritet kan orsaka kortslutning eller bränna ut enheten. I medicinsk utrustning kan detta fel orsaka utrustningsfel och till och med skada patienter. Därför måste layoutdesignen strikt följa följande principer:

Silk screen-markering: Markera tydligt katoden (K) eller negativ elektrod (-) runt diodkroppen, vanligen representerad av vertikala linjer, tjocka linjer, skåror eller bokstaven "K". Till exempel kan ytmonterade dioder motsvara katoder genom färgband eller spår.
Förpackningskorrespondens: PCB-förpackningsdynor måste tydligt skiljas mellan katod/anod. Typiskt är katoddynor utformade med skåror, hörn eller speciella former för att undvika svetsfel.
Riktningslikformighet: Samma typ av diod bör hålla samma riktning (som alla katoder vända åt vänster/uppåt) för att minska risken för svetsfel.
Anti misstag design: För kritiska kretsar eller felbenägna situationer kan asymmetrisk paddesign användas för att ytterligare förhindra polaritetsomkastning.
2, Värmeavledning design och termisk hantering
I medicinsk utrustning genererar kraftdioder (som likriktare och frihjulsrör) betydande värme under drift. Dålig värmeavledning kan leda till termiskt haveri eller prestandaförsämring. Layoutdesign måste optimera värmeavledning från följande aspekter:

Närmar sig värmeavledningskällan: Placera effektdioden nära kylflänsen eller kopparfolieområdet och använd metallledare för att snabbt leda värme. Till exempel, i kraftmodulen för bärbara ultraljudsenheter, är kiselkarbiddioder i nära kontakt med kylflänsen genom termiska dynor för att minska kopplingstemperaturen.
Kopparplätering med stor yta: Anslut ett stort område av jordkopparfolie (GND Plane) eller kraftkopparfolie till diodens katod- och anoddynor för att förbättra värmeavledningsförmågan. Till exempel, i elektroddetekteringskretsen för en elektrokardiograf, läggs flera lager av kopparfolie under spänningsregulatorns dioddyna och ansluts till det inre värmeavledningsskiktet genom vior.
Värmeavledning via: arrangera tätt värmeavledning via hål (diameter 0,3 mm, avstånd 0,5 -1 mm) i området där stora kopparfolier är anslutna, vilket bildar en väg med lågt termiskt motstånd. Till exempel, i effektomvandlingskretsen för bärbar röntgenutrustning, används ett rutnät som via array under kiselkarbiddioden, vilket minskar temperaturökningen med 40 %.
Håll dig borta från värmekänsliga komponenter: Undvik att placera värmedioder i närheten av värmekänsliga komponenter som elektrolytiska kondensatorer och precisions-IC:er för att förhindra prestandaförsämring orsakad av termisk stress.
3, Elektrisk isolering och säkerhetsföreskrifter krav
Medicinsk utrustning måste uppfylla strikta elektriska säkerhetsstandarder (som IEC 60601-1), och diodlayouten måste säkerställa isolering mellan hög- och lågspänningsområden för att förhindra risken för elektriska stötar

Krypavstånd och elektriskt spel: Tillräckligt avstånd bör upprätthållas mellan stiften på hög-dioder (som de över 600V) och andra högspänningsenheter/ledningar. Till exempel, i hög-genereringskretsen för en defibrillator, ställs ett krypavstånd på minst 2 mm mellan dioden och kondensatorn, och isolationsstyrkan ökas genom att öppna fönster.
Isoleringsspår och fönster: Mellan hög- och lågspänningsområden kan fönster öppnas under lödmaskskiktet (kopparfritt område), och även slitsar kan göras på PCB för att öka krypavståndet. Till exempel, i kraftmodulen för medicinsk laserutrustning, är högspänningssidan och lågspänningssidan helt åtskilda av isoleringsslitsar.
Strömjord och signaljordseparation: separera fysiskt strömjorden (PGND) som bär stora pulsströmmar från signaljorden (SGND) som kräver tystnad, och anslut dem vid en enda punkt för att undvika störningar. Till exempel, i signalupptagningskretsen för en bärbar monitor, kopplas fotodiodens jordledning oberoende från strömjorden för att minska bruskopplingen.
4, EMI-undertryckning och hög-frekvensoptimering
I medicinsk utrustning kan högfrekventa växlingsverkan hos dioder generera elektromagnetisk störning (EMI), påverka utrustningens prestanda eller störa andra medicinska enheter. Layoutdesign måste undertrycka EMI från följande aspekter:

Minimera kritiskt slingområde: Komprimera layouten av högfrekventa kopplingsslingkomponenter som dioder, kopplingsrör, induktorer/kondensatorer för energilagring etc. och förkorta routinglängden. Till exempel, i Buck/Boost-kretsar är frihjulsdioden placerad intill kopplingstransistorn och bildar en triangulär layout för att minska slingytan.
Parasitisk parameterkontroll: I högfrekventa tillämpningar kan den parasitiska kapacitansen (Cj) och induktansen (Ls) hos dioderna orsaka signaldämpning eller ringsignal. Dioder med låg kapacitans (som Schottky-dioder) bör väljas, och strömträngningseffekter bör minskas genom att optimera ledningar (som 45 graders eller rundade hörn).
Skärmning och filtrering: Jordisolering eller differentiell routing används för känsliga signallinjer (som I2C, SPI), och ferritpärlor eller filtreringskondensatorer läggs till vid ingångs-/utgångsterminalerna. Till exempel, i kommunikationsgränssnittet för bärbara blodsockermätare, kombineras TVS-dioder med common mode-induktorer för att undertrycka ESD och ledningsstörningar.
5, Skyddslayout och tillförlitlighetsdesign
Medicinsk utrustning måste ha hög tillförlitlighet, och diodlayout bör överväga skyddsåtgärder som överspänning, överström, ESD, etc.:

Överspänningsskydd: Använd en zenerdiod eller TVS-diod vid strömingången för att klämma fast spänningen och förhindra att spänningsspikar skadar sekundärkretsen. Till exempel, i kraftmodulen till en bärbar syrgaskoncentrator, är TVS-dioden parallellkopplad vid ingångsänden, med en svarstid på mindre än 1ps, och kan motstå 8kV kontakturladdning.
Överströmsskydd: Strömmen begränsas av ett seriemotstånd eller strömbegränsningsdiod för att förhindra att dioden brinner ut på grund av överbelastning. Till exempel, i en ljus-drivkrets (LED) är ett strömbegränsande motstånd kopplat i serie med lysdioden för att säkerställa att driftsströmmen är inom ett säkert område.
ESD-skydd: Installera ESD-dioder nära datagränssnitt (som USB- och Ethernet-portar) och följ principen "nära ESD-inlopp". Till exempel, i USB-gränssnittet för bärbara ultraljudsenheter, är avståndet mellan TVS-dioden och kontakten mindre än 3 cm, och jordterminalen är ansluten till jordplanet genom flera vias, vilket resulterar i en 15V minskning av klämspänningen.
6, Layoutoptimering för speciella tillämpningsscenarier
För medicinsk utrustnings speciella behov måste diodlayouten optimeras ytterligare:

Flexibel kretsdesign: I bärbara medicinska enheter som smarta förband måste dioder anslutas via flexibla strömledningar för att anpassa sig till enhetens deformation. Till exempel är ljus-emitterande dioder anslutna till sensorsubstrat genom flexibla PCB, och även om tjockleken på förbandet ändras, kan lysdioderna fortfarande vara stabilt anordnade på ytan för att undvika att komprimera patientens drabbade område.
Lågeffektdesign: I bärbara enheter, välj dioder med låg läckström (som ultrasnabba återställningsdioder) för att minska den statiska strömförbrukningen. Till exempel, i signalinsamlingskretsen för bärbara elektrokardiogrammonitorer, är fotodioder utformade med låg mörkström och parade med operationsförstärkare med låg-brus för att förbättra signal-till-förhållandet.
Högdensitetsintegration: I mikromedicinska apparater som implanterbara sensorer används miniatyriserade förpackade dioder (som DFN, SOD-123) för att spara utrymme. Till exempel, i strömhanteringskretsen för neurala stimulatorer, är kiselkarbiddioder förpackade i DFN, vilket minskar arean med 80 % jämfört med traditionella TO-220-förpackningar.