휴대용 의료 기기에서 Emi를 줄이는 방법

전자기 간섭 (EMI)는 휴대용 의료 기기의 정확도, 안전 및 신뢰성에 심각한 위협을 포위합니다. 포도당 감시자와 인슐린 펌프에서 휴대용 세동기 및 진단 초음파 단위에, 이 장치는 전자기 신호로 포화하는 환경에서 흠뻑 빠르게 작동해야 합니다. EMI에 기인한 단일 데이터 손상은 misdiagnosis, 부정확한 치료 납품, 또는 장치 폐쇄에 지도할 수 있습니다. 휴대용 의료 기기가 더 작고, 무선 EMI의 기술적인 감시를, 이 진보된 기술적인 배치하는 것을 돕기 위하여, 이 장치의 진보된 기술적인 배치를, 이 진보된 기술적인 안전에 있는 기술적인 안전.

휴대용 의료 기기에서 EMI 이해

EMI는 외부 소스 커플로부터 기기의 회로, 원치 않는 전압 또는 전류를 유도하는 전자기 에너지가 발생할 때 발생합니다. 환자와 의료 기기에서 종종 스마트 폰, 태블릿 또는 Wi-Fi 라우터를 운반하는 데 사용됩니다. EMI 소스는 풍부합니다. 일반적인 culprits는 라디오 주파수 (RF) 송신기, 스위칭 전원 공급 장치, 모터 및 기타 의료 기기를 포함합니다. 결과 디스플레이 플래너 및 센서 드립에서 특정 배터리를 공급하는 데 필요한 모든 장치를 사용할 수 있으므로 특히 안전 장치에서 안전 장치를 식별 할 수 있습니다.

EMI의 유형

EMI는 (공기로 추진) 또는 지휘하는 (전력 또는 신호 케이블을 따라 여행)로 분류됩니다. 두 유형은 주소되어야 합니다. 레이디드 EMI는 수시로 무선 커뮤니케이션과 고속 디지털 방식으로 선에 연결됩니다. 전형적으로 EMI는 힘 변환기, 모터 드라이브, 또는 시계 신호에서 유래했습니다. 휴대용 의료 기기 경험은 둘 다, 효과적인 mitigation는 다 맹렬한 접근을 요구합니다.

의료기기 EMI 표준

국제 EMI 표준 준수는 옵션이 아닙니다. 그것은 법적 및 안전 요구 사항입니다. 의료 전기 장비의 기본 표준은 IEC 60601‐1‐2이며, 이는 배출 및 면제 제한을 정의합니다. 미국, 연방 통신위원회 (FCC)는 파트 15에서 배출을 규제하고 유럽 연합은 EMC 지침 준수를 요구합니다. 휴대용 의료 기기 제조업체는 아웃셋, 재 설계 또는 지연 시장의 이러한 제한을 위해 설계해야합니다.

주요 필요조건은 다음을 포함합니다:

Radiated 배출 제한 – 30 MHz에서 1 GHz로 측정되는 묽은, 엄격한 임계값과 함께.
연속 배출 제한 – 전형적으로 150kHz에서 30MHz의 전력 포트로 측정.
전자전 방전(ESD) 면제 – 최대 ±15kV 공기전용.
Radiated RF 면제 – 장치는 3V/m까지 필드에서 올바르게 작동해야 합니다(또는 수명 지원 장비에 더 높은).

이러한 요구 사항은 성공적인 EMI 감소 전략의 첫 단계입니다.

EMI를 줄이기 위한 입증된 전략

1. 보호

전자파를 반사하고 흡수하는 전도성 장벽에 있는 열악한 회로를 보호하십시오. 휴대용 의료 기기, 무게 및 크기 constraints 한계 방패 물자를 위해. 일반적인 선택권은 다음을 포함합니다:

Metal 인클로저 – 알루미늄 또는 스테인리스 스틸은 우수한 보호 효과 그러나 대량 증가.
연속 페인트 및 스프레이 – 플라스틱 하우징에 적용; 효과 코팅 두께와 접착에 따라 달라집니다.
EMI 개스킷 – 솔기, 벤트 및 커넥터 개스킷을 사용하여 오염을 유지하십시오. 전도성 폼 또는 직물 ‐ 오버 폼 개스킷은 배터리 전원 장치용으로 인기가 있습니다.

Proper 접지는 중요합니다. 낮은 임피던스 접지 경로가 안테나로 작동하지 않고 방패. 여러 접지 지점을 사용하여 접지 루프를 생성하십시오. PCB에서 보호 된 영역 아래에 연속 접지면이 성능을 크게 향상시킵니다.

2. 필터링

필터는 민감한 회로에 도달하기 전에 소음을 실시했습니다. 휴대용 의료 기기의 경우 가장 효과적인 필터는 다음과 같습니다.

Ferrite beads – 고휘도의 소음을 흡수하기 위해 일련의 삽입. 관심의 빈도에 적합한 임피던스로 구슬을 선택하십시오.
Common‐mode chokes – 신호에 영향을 미치지 않고 공통의 소음을 차단하기 위해 차선 신호 쌍 (예를들면 USB, I2C)에 대한 필수.
용량 및 인덕터] – 전력 레일에 낮은 ‐ 패스 (Pi 또는 T) 필터를 형성합니다. IC 전원 핀에 가까운 용량을 내장하여 고주파의 방향을 분리합니다.

필터 선택은 현재 부하, 전압 등급 및 자체 공명 주파수에 대한 계정이어야합니다. ‐ 필터링은 신호 무결성, 그래서 시뮬레이션 및 테스트가 조언됩니다.

3. PCB 배치 디자인

Careful 회로 기판 레이아웃은 가장 강력한 EMI 감소 도구 중 하나입니다. 휴대용 의료 기기의 주요 원칙은 다음과 같습니다.

Layer stackup – 최소 4개의 레이어를 사용: 상단(signal/component), 지상면, 파워 평면, 바닥(signal). 지상면은 낮은 유도 반환 경로 및 방패 신호 층을 제공합니다.
아날로그 및 디지털 회로의 분리 – 물리적으로 보드를 분할. 디지털 프로세서와 스위칭 레귤레이터에서 멀리 아날로그 프런트 엔드 (센서, 증폭기)를 유지. 필요한 경우 지상 분할을 사용; 주의한 배치와 연속 지상 비행기는 종종 우수합니다.
미니멀리즘 루프 영역 – 모든 신호 추적을 위해, 반환 전류 경로가 바로 아래. 분할 비행기에 추적을 방지.
Shorten high-speed traces – Clock line, data bus, RF paths는 가능한 한 짧은 것이어야 합니다. 댐핑에 시리즈 종료 저항기를 사용합니다.
Guard 링과 격리 – 민감한 아날로그 입력을 위해, 감시 반지는 지상에 뛰기 소음 할 수 있습니다. 환자 연결 회로를 위해, galvanic 고립을 고려하십시오 (예를들면, 절연체 또는 광커를 사용하여).

전용 전원 및 접지를 사용하십시오. 패키지 핀에 배치 된 여러 커패시터와 모든 활성 IC를 분리하십시오. 0.1 μF 및 1 μF 세라믹의 조합은 작은 케이스 크기 (0402 또는 0603)로 잘 작동합니다.

4. 케이블과 연결관 관리

휴대용 의료 기기는 종종 센서, 충전 또는 데이터 전송을위한 케이블이 포함되어 있습니다. EMI의 각 잠재적 인 진입 지점. 수행 및 발광 배출을 줄이기 위해 :

Shielded Cables - 외부 케이블에 포일 또는 땋는 방패를 사용하십시오. 지상 루프를 피하기 위해 1개의 끝에 방패를 지상에 놓으십시오.
Cable routing – 가능한 한 짧은 케이블 유지. 변압기 또는 안테나와 같은 소음 소스를 routing하지 마십시오.
Ferrite Clamp - 일반적인 모드 전류를 억제하는 외부 케이블에 클립에 페라이트를 부착합니다.
Connector Selection – 통합 차폐 및 견고한 지상 연결(예:, USB‐C, Shell 접지)를 가진 커넥터를 선택하십시오.

5. 소프트웨어 및 펌웨어 기술

하드웨어 수정은 기본이지만 펌웨어는 EMI 감소를 보완 할 수 있습니다. 기술에는 다음과 같습니다.

Spread Spectrum Clocking – 더 넓은 밴드를 통해 에너지를 확산시키는 시계 주파수를 약간 조절하여 피크 배출을 줄입니다.
사용할 수 없는 주변장치 – 시계와 I/O를 차단하여 총 전환 소음을 줄일 수 있습니다.
조정가능한 드라이브 강도 – 가능한 낮은 슬루 비율을 사용하려면 프로그램 I/O 핀, 고주파 고조파를 최소화.
Power management – 수면 모드와 동적 전압을 사용하여 전반적인 에너지를 발광하는 것을 흩어지게 합니다.

소프트웨어를 혼자서 가난한 레이아웃을 수정할 수 없습니다 동안, 그것은 몇 dB의 마진을 형성 할 수 있습니다, 이는 충분한 준수 테스트를 통과 할 수 있습니다.

EMI의 테스트 및 검증

EMI 감소 전략은 적절한 테스트로 검증되어야 합니다. 휴대용 의료 기기는 다음을 수행해야 합니다.

Pre-compliance Testing – 스펙트럼 분석기와 근접 조사를 사용하여 개발 중에 노이즈 영역을 식별합니다. 이것은 전체 준수 테스트 및 가이드 디자인의 반복보다 덜 비쌉니다.
Full Compliance Testing – 공인 EMC 시험 실험실에서 수행. 시험은 방사선 배출, 실시 배출 및 면제 (ESD, RF, 자기장)을 포함합니다.
지속 모니터링 – 생산 중, 주기적인 샘플링은 EMI 성능이 spec 내에서 유지됩니다.

더 많은 안내를 위해, ]]의 의료 기기의 전자기 호환성에 대한 FDA의 안내] 또는 산업 전문가의 기술 논문을 참조.

Robust EMI 감소를위한 추가 팁

Twisted pair 배선 – 센서 케이블의 경우, 트위스트 쌍은 자기장 픽업을 취소합니다. 더 많은 수용성을 줄이기 위해 차별 신호 (예: RS‐485)를 사용하십시오.
Avoid 병렬 라우팅] - 몇 밀리미터 이상 높은 전류 또는 고속선으로 평행한 민감한 신호 케이블을 달지 마십시오.
Groundingcomplete – 혼합 위탁 장치를 위한 별 배경 윤곽을 사용하십시오. 각 뜨 금속 부속을 지키십시오 (예를들면, 부류, 연결관 포탄)는 배경에 묶입니다.
Enclosure design – 플라스틱 인클로저에 전도성 코팅을 고려하십시오. 솔기가 짧은 유지하고 슬롯 안테나를 최소화하기 위해 오버랩을 사용하여 관절을 오버랩.
열 관리 – 열 싱크는 무인도한 방열기로 작동할 수 있습니다. 가능하면 그중에 흡수성 물질을 사용하거나 그 주변의 물질을 사용합니다.
구성요소 선택 – 확산 spectrum 진동자 또는 슬루 레이트 제어 출력과 같은 내장 EMI 감소 기능을 가진 IC를 선택하십시오.