手持医疗器械之必备电路保护器件

便携式手持医疗设备无论在医疗机构还是在病人家中，均能改善病患护理情况。对电子电路保护器件的正确使用是医疗设备设计中一个重要部分，以确保可靠性和安全性。电路保护是一项重要的设计元素

便携式医疗仪器，如血糖仪、血压计以及氧气测量仪，可以设计成具有通信功能，以在病患和几乎处在任何位置的照顾者之间提供持续的沟通功能。这将有希望以较低成本实现病患护理的改善，但却需要设备设计人员在他们的电路设计以及元件选择上更加密切关注可靠性和安全性问题。

过电压和过电流保护元件的使用便是一个关键的设计考虑因素。必须要考虑的主要子系统包括通信接口、直流输入/充电电路、电池组、传感器、液晶显示器、键盘和按钮。

图1是一种通用的手持式仪器的简化电路图。绿色的文本框指示的是可能受到过电压或过电流条件的电路。本文的余下部分将对电气威胁和典型的解决方案进行介绍。

由于该产品将会被用户频繁地手持使用，主要的电气威胁是静电放电，在用户走过地毯时会轻易地产生。静电放电（ESD）能向内电路系统传递过高的电压和电流。

幸运的是，要解决过电压（静电放电和雷击浪涌）和过电流（短路和过载）情况有多种电路保护器件可用。例如，在通常用来为电池充电的USB端口上添加自复式正温度系数（PTC）热敏电阻器可以在便携式仪器上提供过载电流保护。这些器件能在过载发生时对电流进行限制，然后在过载情况消失之后“复位”至低电阻值。这消除了不得不更换保险丝所带来的不便。

对于过电压保护，手持式设备不会被直接连接到交流电网，所以它将最有可能遇到低水平（残余）浪涌事件和静电放电冲击。对于这些事件，使用节省空间的基于半导体技术的器件是有可能的。这些离散的和阵列式二极管提供低钳位电压和不同的形状因数，以为保护提供多种设计选择方案。这种低的钳位电压是基于半导体的保护的一个重要特征，因为它使得对当今尖端的且易于损坏的芯片组的保护成为可能。

电路保护方案举例

通信接口保护是一个高优先级的问题，特别是对那些努力满足康体佳健康联盟对传输数据的互连指引的仪器制造商而言。2008年出版的康体佳第一版标准定义了为家庭保健仪器与照顾者联系起来而起到无线和有线传输的蓝牙和USB的特定版本。下面提供了一些实例，以说明对这些保护器件是如何应用的。

如图1所示，一个手持式仪器的无线（射频）接口可能受到通过其天线而引发的静电放电浪涌的危害。图2中的电路说明了一种基于半导体技术的静电放电解决方案，能保护蓝牙电路的射频放大器输入模块免受静电放电威胁。这种保护器件是一个0.5pF（以保持信号的完整性）分立二极管，能提供低钳位电压以保护敏感的射频前端。

仪器的传感器输入（例如，从血糖仪的血条到控制器集成电路）是用户和测量电路之间的接口。这种输入同样使得该仪器易于发生静电放电损坏，因为该传感器被连接到或以某种方式与用户接触。如图3所示，分立二极管能在这种电路中加以使用（在该例中显示了四条线路）。这些器件已经显示出具有较低钳位电压、以及非常低的泄漏电流（

便携式医疗设备的USB端口可能被用作为内置电池组充电的电源，还可以用以与照顾者之间的数据交换。该端口可以成为静电放电以及过载电流的入口通道。如图4所示，一种技术组合可以提供一套完整的电路保护解决方案。首先，为了防范过电流条件，使用了一个自复式PTC器件。在这种情况下，选择了具有非常低电阻且节省空间（0805封装）的器件。这个特性会确保在为设备充电时将浪费的功率损耗和电压降被减少到最低。其次，可保护电源端口和I/O线路免受静电放电。图4显示了保护所有三组线路的一个阵列，且具有足够低的电容值，以确保在高速（480MbDs）数据传输时不会丢失数据。

在医疗设备的日常使用中，用户会平凡接触到通断开关和其他各种按钮。如图5所示，这些控件可以用0201封装的空间效率型二极管进行保护。这些二极管具有非常强大的防止静电放电性能（高达30kV接触放电），它们较小的外形尺寸使它们能够很容易地纳入到电路板的设计中。分立式的行使因数还为电路板设计人员提供了很大的布局灵活性。

正如前面所举例子表明，便携式医疗设备在其整个使用寿命中受到各种电气威胁。在电路板设计的早期阶段记住最优化的保护选择（器件、外形尺寸、位置等）是非常重要的。良好的保护设计将有助于确保在产品使用寿命期间的可靠性。