ポータブル医療機器でエミを減らす方法

電磁妨害(EMI)は、ポータブル医療機器の精度、安全性、信頼性に重大な脅威を与えます。グルコースモニターとインシュリンポンプからポータブルの除細動器および診断超音波ユニットまで、これらの装置は、電磁信号で飽和した環境で完璧に動作しなければなりません。 EMIによる単一のデータ破損は、誤った治療の配信、または診断装置シャットダウンにつながることができます。ポータブル医療機器がよりコンパクトになり、ワイヤレスで、調整可能な問題が、設計の調整、および調整を促進します。 EMIは、包括的な技術、制御技術、および制御技術、および制御技術、および制御技術、および制御技術、および制御技術、および制御技術、および制御技術、および制御、および制御、および制御技術、および制御、および制御、および制御技術、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御、および制御

ポータブル医療機器におけるEMIの理解

EMIは、外部のソースカップルからデバイス回路に電磁エネルギーが発生し、不要な電圧や電流を削減します。ポータブル医療機器では、スマートフォン、タブレット、またはWi-Fiルーターを運ぶ患者や介護者に近くで動作する、EMIソースは豊富です。一般的な犯人は、放射線周波数(RF)トランスミッタ、電源、モーター、およびその他の医療機器を切り替えるなどです。結果は、ディスプレイフリッカーやセンサーから、エンドシステムの完全なロックまでの範囲です。それらは、それらは、特に、ポータブルの警告や、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または、または

EMIの種類

EMIは、放射状(空気による伝播)または実施(電力または信号ケーブルに沿って移動)として分類されます。どちらのタイプも対処しなければなりません。放射状EMIは、多くの場合、無線通信と高速デジタルラインにリンクされています。 EMIは、典型的に電力変換器、モータードライブ、またはクロック信号から発祥します。ポータブル医療機器は、両方の経験があり、効果的な緩和には、マルチ-prongedアプローチが必要です。

医療用機器におけるEMIの規制基準

国際EMI規格の遵守はオプションではありません。それは法律的かつ安全要件です。医療機器の第一次規格は、IEC 60601‐1‐2で、排出量と免疫制限を定義しています。米国では、欧州連合はEMC指令に準拠している間、連邦通信委員会(FCC)は、パート15の排出量を規制しています。ポータブル医療機器メーカーは、プリセット、または再設計費用からこれらの制限を設計する必要があります。

主条件は下記のものを含んでいます:

放射性放射限界] - しばしば30MHzから1GHzまで、厳しいしきい値で測定しました。
導電限界[] - 典型的には、電力ポートの150 kHzから30 MHzに測定されます。
[静電気放電(ESD)免疫[ - 最大±15kV空気放電。
放射線RF免疫[ - デバイスは、最大3 V / m(または寿命をサポートする機器のより高い)フィールドで正しく動作しなければなりません。

これらの要件を理解することは、成功したEMI削減戦略の最初のステップです。

EMIを削減する実績のある戦略

1. 保護

電磁波を反映し、吸収する導電性バリアで、感度の高い回路を密閉するシールド。ポータブル医療機器、重量、サイズの制約ではシールド材を制限する。一般的なオプションには:

[]メタルエンクロージャ[ - アルミニウムまたはステンレス鋼は優れたシールド効果を提供しますが、質量を増加させます。
導電性塗料とスプレー[ - プラスチックハウジングに適用します。効果はコーティング厚さと接着に依存します。
EMIガスケット] - 継ぎ目、ベント、およびコネクターの開口部で使用して継続を維持します。導電性泡または布布 - フォームガスケットは、電池駆動装置に人気があります。

適切な接地は重要です。低インピーダンスの地上のパスなしでシールドは、アンテナとして機能します。複数の接地ポイントを使用して、地上のループを作成することを避けます。PCBでは、シールドされた領域の横の連続した地上の平面が大幅に性能を向上させます。

2. ろ過

フィルタは、機密回路に到達する前に、実施されたノイズを抑制します。ポータブル医療機器の場合、最も効果的なフィルタは次のとおりです。

[]フェライトビーズ[] - パワーまたは信号線でインサートして高周波数ノイズを吸収します。懸念の頻度に適したインピーダンス評価でビーズを選択します。
[Common-mode chokes[ - 信号に影響を与えずに、一般的なモードノイズをブロックする差動信号ペア(例えば、USB、I2C)のための不可欠。
[コンデンサとインダクタ - 電源レールのフォームローパス(PiまたはT)フィルタ。コンデンサをIC電源ピンにできるだけ近い場所に置き、高周波トランジェントをデコルプします。

フィルタ選択は、電流負荷、電圧評価、および自己寛容な周波数のアカウントでなければなりません。オーバーフィルタリングは、信号の完全性を劣化させる可能性があるため、シミュレーションとテストはお勧めします。

3. PCBのレイアウトの設計

便利な回路基板レイアウトは、最も強力なEMI削減ツールの一つです。ポータブル医療機器の主原則は次のとおりです。

[レイヤスタッチャアップ] - 少なくとも4層を使用してください。トップ(信号/コンポーネント)、地上平面、パワープレーン、下(信号)。地上平面は、低誘導リターンパスとシールド信号層を提供します。
[]アナログとデジタル回路の分離[ - 物理的にボードを分割します。アナログフロントエンド(センサー、アンプ)をデジタルプロセッサから離れた、および調整装置を切り替える。必要に応じて地面の分割を使用してください。配置付きの連続的な地上平面は、多くの場合、優れています。
[]ループ領域を最小化 - すべての信号のトレースの場合、リターン電流パスが直接下にあることを確認します。分割された平面上のトレースをルーティングしないでください。
[]高速トレース[ - クロックライン、データバス、RFパスは可能な限り短くする必要があります。リングを弱めるためにシリーズ終了抵抗器を使用してください。
[ガードリングと分離[ - 敏感なアナログ入力の場合、ガードリングは地面にノイズをシャットできます。忍耐強い接続回路の場合、亜鉛絶縁(例えば、隔離剤またはオプトカプラーを使用して)を検討してください。

専用電源と地上注機を使用します。パッケージピンに設置された複数のコンデンサを備えたすべてのアクティブICをDecouple - 0.1μFと1 μFのセラミックスと小さなケースサイズ(0402または0603)の組み合わせは、ほとんどのアプリケーションに適しています。

4. ケーブルおよびコネクター管理

ポータブル医療機器は、センサー、充電、データ転送用のケーブルを頻繁に備えています。各々のEMIの潜在的なエントリポイント。実施および放射された排出を減らすため:

[]シールドケーブル[] - 外部ケーブルでホイルまたは編みこみシールドを使用します。地面のループを避けるために、一端にシールドを接地(できればデバイス端に)。
[]ケーブルルーティング] - できるだけ短くケーブルをキープします。トランスやアンテナなどのノイズソースの近くにルーティングしないでください。
フェライトクランプ] - クリップオンフェライトを外部ケーブルに取り付けて、一般的なモード電流を抑制します。
[コネクタ選択 - 統合シールドと強力な地上接続(例えば、シェルグランドのUSB-C)でコネクタを選択します。

5. ソフトウェアおよびファームウェアの技術

ハードウェアの修正は一次ですが、ファームウェアはEMI削減を補完することができます。テクニックには以下が含まれます。

] スプレッドスペクトラムクロック - クロック周波数を少し変更して、ピーク排出量を削減します。
未使用の周辺機器[ – クロックをOFFにし、I/Oは使用しないで、全切替ノイズを削減します。
調節可能なドライブ強度[] - プログラムI/Oピンは、可能な低周波速度を使用して、高周波高周波数の調和を最小限に抑えます。
パワーマネジメント - 睡眠モードと全体的なエネルギーを放射する力を減らすために動的電圧スケーリングを使用します。

ソフトウェアだけでは、悪いレイアウトを修正することはできませんが、それは、いくつかのデメリットをシェーブすることができます, コンプライアンステストを渡すのに十分かもしれません.

EMIのテストと検証

EMI削減戦略は、適切なテストで検証する必要があります。ポータブル医療機器は、次の手順を実行する必要があります。

[事前コンプライアンステスト[ - スペクトルアナライザとニアフィールドプローブを使用して、開発中に騒々しいゾーンを識別します。これは、完全なコンプライアンステストよりも安価であり、設計の反復を誘導します。
完全コンプライアンステスト - 認定EMC試験室で実行されます。試験には、放射状排出物、排出ガス、免疫(ESD、RF、磁場)が含まれます。
連続監視] - 生産中、定期的なサンプリングは、EMI性能がスペック内で残っていることを確認します。

より詳細なガイダンスについては、医療機器の電磁適合性に関する「]や業界の専門家からの技術論文などのリソースを調べてください。

強化EMI削減のための追加のヒント

[2回組配線[]] - センサーケーブルの場合、ねじれのペアは磁場ピックアップをキャンセルします。さらなる感受性を減らすために、差動信号(例えば、RS-485)を使用してください。
[]:並列ルーティングを無効に - 数ミリ以上、高電流または高速ラインに並行して、機密信号ケーブルを実行しないでください。
[] 接地整合] – 混合信号装置用のスターグラウンド構成を使用してください。すべてのフローティング金属部分(例えば、ブラケット、コネクタシェル)が地面に縛られていることを確認します。
]エンクロージャーデザイン - プラスチックエンクロージャーの導電性コーティングを検討してください。継ぎ目を短くし、オーバーラップジョイントを使用して、スロットアンテナを最小限に抑えます。
熱管理] - ヒートシンクは、意図しないラジエーターとして機能することができます。可能であればそれらを地面に、またはそれらの周りに吸収材料を使用する。
コンポーネント選択 - スプレッドスペクトル振動子やslew-rate制御出力などの組み込みEMI削減機能を備えたICを選択します。

コンテンツ

ポータブル医療機器でEMIを減らすことは、シールド、フィルタリング、思考のレイアウト、およびコンプライアンスの知識の組み合わせを必要とする重要なエンジニアリングの規準です。各戦略は、デバイスの規模、電力の制約、および意図された使用環境に合わせて調整する必要があります。ここで説明する技術を実行し、厳密なテストを通してそれらを検証することにより、製造業者は、現代の医療の電磁的景観で安全で信頼性のある製品を提供することができます。設計の初期の努力は、より早く、市場を低下させ、最も重要なコストを削減し、最も重要な結果に成長しました。

更に読むには、医療機器向けEMC設計技術に関する総合概要を【】EMC規格]から入手し、半導体業界向けアプリケーションノートに実用レイアウトの案内が掲載されています。