کیا ڈائیوڈ کو دور دراز کے طبی آلات میں سگنل کے تحفظ کے لیے استعمال کیا جاتا ہے؟

1, ڈایڈس کا بنیادی سگنل تحفظ کا طریقہ کار
1. ESD تحفظ: جامد بجلی کے اثرات کو دبانا
دور دراز کے طبی آلات، جیسے پورٹیبل الیکٹروکارڈیوگرافس اور سمارٹ رِسٹ بینڈ، اکثر انسانی رابطے کے ذریعے چلائے جاتے ہیں اور الیکٹرو سٹیٹک چارجز جمع کرنے کا خطرہ رکھتے ہیں۔ جب ڈیوائس انٹرفیس (جیسے USB اور وائرلیس چارجنگ ماڈیول) بیرونی کنڈکٹرز کے ساتھ رابطے میں آتے ہیں، تو جامد بجلی دسیوں ہزار وولٹ عارضی ہائی وولٹیج پیدا کر سکتی ہے، جو چپ پنوں یا سینسر سرکٹس سے ٹوٹ سکتی ہے۔ TVS diodes (جیسے SMBJ5.0CA) Zener بریک ڈاؤن اثر (جیسے 5V سسٹم کلیمپنگ ٹو 10V) کے ذریعے وولٹیج کو PS وقت کے اندر محفوظ رینج میں بند کر سکتے ہیں، جس کی متحرک مزاحمت 0.5 Ω تک کم ہے، اور کئی کلو واٹ اضافے کی طاقت کو جذب کر سکتے ہیں۔ مثال کے طور پر، انسولین پمپ کے ایک مخصوص برانڈ نے چارجنگ انٹرفیس کی حفاظت کے لیے TVS ڈایڈڈ استعمال کرنے کے بعد IEC 61000-4-2 ESD ٹیسٹ کامیابی سے پاس کیا، اور ڈیوائس کا فنکشن 30A چوٹی موجودہ اضافے کے تحت متاثر نہیں ہوا۔

2. سگنل محدود کرنا: وولٹیج اوورلوڈ کو روکنا
دور دراز کے طبی آلات کو وائرلیس ماڈیولز (جیسے بلوٹوتھ، وائی فائی) کے ذریعے جسمانی سگنل منتقل کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، لیکن انٹینا حاصل کرنے والا اختتام ماحولیاتی مداخلت کی وجہ سے وولٹیج میں اضافہ کر سکتا ہے۔ عام ڈائیوڈس (جیسے 1N4148) کو محدود کرنے والے سرکٹ کی تعمیر کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، جو سگنل وولٹیج کو محفوظ رینج میں محدود کرتا ہے۔ اس کا کام کرنے کا اصول یہ ہے: جب ان پٹ وولٹیج ڈائیوڈ کے فارورڈ وولٹیج ڈراپ (تقریبا 0.7V) سے زیادہ ہو جاتا ہے، تو ڈایڈڈ چلاتا ہے، اور اضافی توانائی وولٹیج ڈیوائیڈر ریزسٹر کے ذریعے استعمال ہوتی ہے تاکہ اوور وولٹیج کی وجہ سے آنے والے سرکٹ (جیسے ADC کنورٹر) کو پہنچنے والے نقصان سے بچا جا سکے۔ مثال کے طور پر، خون کی آکسیجن سنترپتی نگرانی کے آلات میں، ایک محدود سرکٹ اس بات کو یقینی بنا سکتا ہے کہ فوٹو الیکٹرک سینسر کے ذریعے کمزور سگنل (ایم وی لیول) آؤٹ پٹ بیرونی مداخلت سے متاثر نہ ہو۔

3. ریورس کرنٹ بلاکنگ: بجلی کی فراہمی کے استحکام کو یقینی بنانا
ریموٹ طبی آلات اکثر بجلی کی فراہمی کے لیے لیتھیم بیٹریاں استعمال کرتے ہیں۔ اگر بیٹری الٹ جاتی ہے یا چارجنگ سرکٹ ناکام ہوجاتا ہے، تو یہ ریورس کرنٹ بڑھنے کا سبب بن سکتا ہے۔ Schottky diodes (جیسے SS14) ان کی کم فارورڈ وولٹیج ڈراپ (0.2-0.3V) اور تیز سوئچنگ خصوصیات کی وجہ سے ریورس کرنٹ بلاک کرنے کے لیے ترجیحی انتخاب ہیں۔ مثال کے طور پر، ذہین سطح کے ماؤنٹ ڈیفبریلیٹر کے ایک مخصوص ماڈل نے بیٹری آؤٹ پٹ ٹرمینل پر SS14 ڈائیوڈ کے متوازی کنکشن کے بعد ریورس کرنٹ کو کامیابی کے ساتھ 0.1 μA سے نیچے تک محدود کر دیا، بیٹری کی حفاظت کی حد سے بہت نیچے، آلہ کی سروس لائف کو نمایاں طور پر بڑھاتا ہے۔

2، عام درخواست کے منظرنامے اور سرکٹ ڈیزائن
1. وائرلیس کمیونیکیشن ماڈیول کا ESD تحفظ
ریموٹ میڈیکل آلات (جیسے بلوٹوتھ، 4G/5G) کے وائرلیس ماڈیول کو IEC 61000-4-5 سرج امیونٹی کے معیار پر پورا اترنا چاہیے۔ ڈیزائن کے دوران، TVS diodes کو اینٹینا انٹرفیس اور ڈیٹا ٹرانسمیشن لائنوں (جیسے I2C، SPI) سے متوازی جڑنے کی ضرورت ہے۔ مثال کے طور پر:

D1/D2:SMBJ5.0CA، 5V پاور کورڈ کی حفاظت کریں۔
D3/D4: SLESD5V0LED02 (کم جنکشن کیپیسیٹینس 0.28pF)، ڈیٹا ٹرانسمیشن لائنوں کی حفاظت کرتا ہے۔
اس قسم کا ڈیزائن اس بات کو یقینی بناتا ہے کہ سامان مرطوب اور پسینے والے ماحول میں مستحکم طریقے سے کام کر سکتا ہے، طبی برقی حفاظت کے معیارات جیسے کہ IEC 60601-1 کو پورا کرتا ہے۔

2. جسمانی سگنل کے حصول کے سرکٹ کے تحفظ کو محدود کرنا
الیکٹروکارڈیوگرام (ECG) سگنل کا طول و عرض صرف 1-5mV ہے، جو پاور فریکوئنسی مداخلت (50Hz) اور پٹھوں کے برقی شور کے لیے حساس ہے۔ ڈیزائن کرتے وقت، سگنل ان پٹ کے آخر میں ایک محدود سرکٹ کو سیریز میں جوڑا جانا چاہیے، مثال کے طور پر:

D1/D2:1N4148 ڈایڈڈ، ایک دو طرفہ محدود بنانے والا؛
R1/R2:10k Ω وولٹیج ڈیوائیڈر ریزسٹر، کرنٹ کو محدود کرتا ہے۔
C1: 0.1 μF فلٹرنگ کیپسیٹر ہائی-فریکوئنسی شور کو دبانے کے لیے۔
یہ سرکٹ ان پٹ سگنل کو ± 0.7V رینج کے اندر محدود کر سکتا ہے، جو بعد میں آنے والے ایمپلیفائر (جیسے INA128) کے نارمل آپریشن کو یقینی بناتا ہے۔

3. بیٹری مینجمنٹ سسٹم کے تحفظ کو ریورس کریں۔
پہننے کے قابل ریموٹ مانیٹرنگ ڈیوائسز (جیسے سمارٹ بریسلیٹ) کو طویل مدتی اسٹینڈ بائی کی ضرورت ہوتی ہے-اور بیٹری سیلف ڈسچارج اور سرکٹ کا رساؤ بیٹری کی زندگی کو کم کر سکتا ہے۔ بیٹری آؤٹ پٹ پر سیریز میں کم رساو والے کرنٹ ڈائیوڈ (جیسے BAS70) کو جوڑ کر، اسٹینڈ بائی کرنٹ کو 10 μA سے 0.1 μA سے کم کیا جا سکتا ہے۔ مثال کے طور پر، خون میں گلوکوز مانیٹر کے ایک مخصوص برانڈ کے اس حل کو اپنانے کے بعد، ڈیوائس کی بیٹری لائف 3 دن سے بڑھا کر 10 دن کر دی گئی۔

3، صنعتی رجحانات اور چیلنجز
1. وسیع بینڈ گیپ مواد کا اطلاق
Gallium nitride (GaN) پر مبنی diodes ان کی اعلی تعدد اور کارکردگی کی خصوصیات کی وجہ سے دور دراز کے طبی آلات میں لاگو ہونا شروع ہو گئے ہیں۔ مثال کے طور پر، GaN Schottky diodes میں سلیکون پر مبنی آلات کے مقابلے میں 90% کم ریورس ریکوری ٹائم (trr) ہوتا ہے، جو چارجنگ سرکٹس میں توانائی کے نقصان کو کم کر سکتا ہے اور آلے کی برداشت کو بہتر بنا سکتا ہے۔

2. مربوط ڈیزائن
ڈیوائس کے سائز کو کم کرنے کے لیے، ڈائیوڈس کو پاور مینجمنٹ یونٹس (PMUs) اور BMS چپس کے ساتھ مربوط کیا جا رہا ہے۔ مثال کے طور پر، ایک مخصوص -چِپ سلوشن جو ایک مخصوص مینوفیکچرر کے ذریعہ لانچ کیا گیا ہے TVS diodes، وولٹیج ریگولیٹر diodes، اور MOSFETs کو 0.8mm × 0.8mm پیکج میں ضم کرتا ہے تاکہ انتہائی چھوٹے آلات جیسے کہ سمارٹ رِنگس کی ضروریات کو پورا کیا جا سکے۔

3. کم بجلی کی کھپت اور اعلی وشوسنییتا کو متوازن رکھیں
ریموٹ طبی سامان بجلی کی کھپت کے لئے حساس ہے، لیکن ایک ہی وقت میں اعلی وشوسنییتا کی ضروریات کو پورا کرنے کی ضرورت ہے. مستقبل کے ڈایڈس کو مندرجہ ذیل سمتوں میں توڑنے کی ضرورت ہے:

لوئر فارورڈ وولٹیج ڈراپ: جیسے سپر جنکشن ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہوئے Schottky diodes کے وولٹیج ڈراپ کو 0.1V سے کم کرنا؛
زیادہ ریورس وولٹیج کو برداشت کرنے والا: ہائی-پاور ڈیوائسز کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے 100V سے زیادہ کے اسٹینڈ وولٹیج کے ساتھ مائیکرو ڈائیوڈز تیار کریں۔
ذہین تحفظ کا فنکشن: ڈائیوڈ پیرامیٹرز کو متحرک طور پر ایڈجسٹ کرنے اور تحفظ کے اثرات کو بہتر بنانے کے لیے سینسر اور الگورتھم کو یکجا کرنا۔