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醫(yī)療設備互聯(lián)方案中電磁干擾的屏蔽設計

發(fā)布時間:2019-02-27 責任編輯:xueqi

【導讀】電磁干擾(EMI)是電磁兼容的一個分支,它是指研究和抑制噪聲信號的干擾,使其不影響電路的正常功能。在醫(yī)學界,足夠的信號噪聲屏蔽是優(yōu)化設備功能和最終保護病人健康的必要條件。
 
一個好的電磁干擾屏蔽是通過一個完整的360°外殼周圍的保護裝置來完成。完整的360°屏蔽是環(huán)繞整個受保護設備(例如電纜)并將其連接到底盤(見圖1)的環(huán)向終止端子上。
 
 
保護設備(例如電纜)并將其連接到底盤(見圖1)的環(huán)向終止端子上。
 
360°屏蔽
 
在某些醫(yī)學應用中,這似乎是無法實現(xiàn)的,因為需要保護的設備是傳感器,它是將物理特性轉化為電信號的感器。例如,希望屏蔽一個用于測量人體組織中某種異常的半透明的光電晶體管,光源在背后,這樣可保護它不受外界干擾,避免損壞電路或妨礙其正常功能。但是這樣的裝置怎么能被屏蔽呢?將光電晶體管完全包裹在金屬宿中將消除傳感器的光感知能力,還有大量的其他醫(yī)學傳感器,比如:光、溫度、壓力、流量、熱、聲等等, 這些也需要屏蔽。那么,設計師們能做些什么呢?早期試圖為這些應用提供有效的屏蔽,僅僅是在電路外圍用導電材料包圍,但沒有擺地方法。這個解決萬案,不是專門針對醫(yī)學傳感器,常稱為浮動屏蔽。
 
最終,這是一個有問題的設計。浮動屏蔽增加了額外金屬層的屏蔽材料面,而且沒有適當?shù)亩俗觼肀Wo電路免受輸入噪聲信號影響,同時防止輸出噪聲信號。然而,在沒有足夠端子的情況下,金屬層或結構將產(chǎn)生兩個獨立的金屬片,通常是屏蔽層和底盤,從而產(chǎn)生具有將場轉換為電壓和電流的潛力的偶極子天線。這可能會導致電路抗擾性問題和損害屏蔽性能。
 
為了避免屏蔽誤差,設計師經(jīng)常加入地線,連接獨立的金屬片,消除偶極天線的擔憂,并建立電氣統(tǒng)一,通常通過屏蔽盾連接到底盤。然而,引線,有時被稱為辮子,會引起其他EMI問題。
 
漏極線的引入在外部噪聲和內(nèi)部電路之間產(chǎn)生了互感回路,阻礙了屏蔽性能。漏極線還在尾端子上通過特定的電子聚焦產(chǎn)生高密度電流,這使電纜屏蔽和配套外殼(例如底盤)之間產(chǎn)生電壓積累。反過來,電流不僅會引起向外信號,造成輻射問題,也會影響內(nèi)部電路,造成失效問題。
 
解決這一陷阱的常見萬法是將內(nèi)部電纜導線直接連接到指定的導體上,以此作為內(nèi)部擺地的通道,但這在扁平電纜中比在圓形導線中更為常見。而且,這樣做并不能真正解決電感回路問題,它只是重新定位了電感環(huán)。然而,如果電纜屏蔽與底盤也有360°的連接,擺地導體仍然是屏蔽的重要萬法,因為減少錢圈面積非常重要,可以減輕其產(chǎn)生的自感應。如果沒有完全封閉的360°終端連接,電信號就無法區(qū)分外部世界和內(nèi)部電路,這會再次造成輻射和失效問題。
 
原創(chuàng): Zachary Blanden
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