Qual é o papel dos diodos no condicionamento de sinais de sensores de dispositivos médicos?

1, Fotodiodo: o "tradutor de sinal óptico" para monitoramento de sinais vitais
Os fotodiodos convertem sinais ópticos em sinais elétricos através do efeito fotoelétrico das junções PN e são amplamente utilizados em dispositivos médicos para monitorar a saturação de oxigênio no sangue, detecção de ondas de pulso, imagens endoscópicas e outros cenários. Suas principais vantagens se refletem em três aspectos:

Resposta espectral de alta sensibilidade
Tomando como exemplo os fotodiodos à base de silício, eles têm características de resposta linear na faixa de comprimento de onda de 400-1100 nm, cobrindo exatamente o pico de absorção de hemoglobina (940 nm) e o pico de absorção de hemoglobina oxigenada (660 nm). Através da tecnologia de detecção de comprimento de onda duplo, a saturação de oxigênio no sangue (SpO ₂) pode ser calculada com precisão com uma taxa de erro controlada dentro de ± 2%. Uma determinada marca de oxímetro portátil adota fotodiodos do tipo PIN, que podem manter uma resposta de 0,1 μ A/lux sob condições de pouca luz, garantindo a precisão do monitoramento noturno.
Capacidade de resposta dinâmica rápida
Na detecção de ondas de pulso, os fotodiodos precisam capturar mudanças no nível de milissegundos nos sinais de batimento cardíaco. Fotodiodos de avalanche (APDs) encurtam o tempo de resposta para nanossegundos por meio do efeito interno de multiplicação de avalanche e, com a ajuda de um circuito amplificador de transimpedância, podem reproduzir claramente a borda ascendente e as características de ondas de pulso e ondas de pulso pesadas. Um determinado monitor dinâmico de pressão arterial usa um array APD para obter aquisição livre de distorção de forma de onda a uma taxa de amostragem de 200 Hz.
Projeto de estrutura anti-interferência
Lâmpadas fluorescentes e fontes de luz LED em ambientes médicos podem gerar interferência na frequência de energia de 50 Hz. Ao integrar filtros ópticos no pacote de fotodiodos, os sinais ópticos de comprimento de onda fora do alvo podem ser efetivamente suprimidos. Um certo tipo de endoscópio médico adota tecnologia de revestimento multi{3}}camadas, que aumenta a transmitância da luz visível para 95% enquanto suprime a interferência infravermelha para menos de -40dB.
2, diodo Zener: a "válvula de segurança" da fonte de alimentação médica
Os equipamentos médicos possuem requisitos rígidos de estabilidade de energia. O circuito regulador de tensão de precisão construído pela característica de ruptura reversa do diodo regulador de tensão desempenha um papel fundamental nos seguintes cenários:

Sistema de proteção de bateria de lítio
Quando dispositivos médicos portáteis, como desfibriladores e ultrassom portátil, são alimentados por baterias de lítio, é necessário evitar danos à bateria causados ​​por sobrecarga/descarga excessiva. O diodo regulador de tensão da série MMSZ5231B, com características precisas de regulação de tensão de 3,3 V ± 0,05 V e um chip de gerenciamento de carga, controla as flutuações de tensão da bateria em ± 0,1%. Após a adoção desta solução, o ciclo de vida da bateria de um determinado dispositivo DEA foi estendido para mais de 2.000 vezes.
Fonte de alimentação de circuito analógico de alta precisão
Em dispositivos como eletrocardiógrafos e eletroencefalógrafos, os circuitos frontais-analógicos são sensíveis ao ruído da fonte de alimentação. O regulador de tensão de baixo{3}}ruído da série BZX85C usa tecnologia de controle de coeficiente de temperatura de 0,01 μ A/grau para suprimir a ondulação de energia abaixo de 50 μ V dentro da faixa de trabalho de -20 graus a+85 graus, garantindo uma relação sinal-ruído (SNR) maior ou igual a 60dB para aquisição de sinal bioelétrico.
Projeto de fonte de alimentação isolada de nível médico
Em ambientes com forte interferência eletromagnética, como salas de cirurgia, o terminal de saída do transformador de isolamento precisa ser equipado com um circuito de fixação construído por um diodo regulador de tensão. Uma determinada fonte de alimentação de isolamento médico adota um conjunto de diodos reguladores de tensão bidirecional para limitar a tensão de interferência de modo comum dentro de ± 60 V, atendendo aos requisitos do padrão de segurança elétrica médica IEC 60601-1.
3, Aplicações Inovadoras em Circuitos de Condicionamento de Sinais
Circuito de proteção limitadora
No circuito de acionamento da sonda ultrassônica, o diodo de comutação de alta-velocidade 1N4148 forma uma rede limitadora bidirecional, que fixa a sobretensão transitória dentro de ± 5,7V para proteger o transdutor cerâmico piezoelétrico do impacto do pulso. Após a adoção desta solução, a taxa de falha da sonda de um aparelho de ultrassom portátil diminuiu 80%.
Circuito de amplificação logarítmica
Num analisador de imunoensaio de fluorescência, o sinal de saída do fotodíodo está logaritmicamente relacionado com a intensidade de fluorescência. O amplificador logarítmico construído com diodo Schottky BAS70 estende a faixa dinâmica para 10 ⁶, alcançando detecção de substâncias vestigiais de nível pg/mL. Após a adoção desta tecnologia, o limite de detecção de um determinado tipo de detector de quimioluminescência ultrapassou 0,1 pg/mL.
Rede de compensação de temperatura
Em um termômetro infravermelho, um termistor e um diodo regulador de tensão tipo 1N4728A formam um circuito de compensação de temperatura, que anula a influência da temperatura ambiente no sensor infravermelho através de características não lineares. Depois de adotar este esquema, uma determinada pistola de temperatura do ouvido pode controlar o erro de medição dentro de ± 0,2 graus a uma temperatura ambiente de 10 graus a 40 graus.