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医疗环境中的电磁干扰
电磁干扰（EMI）是指干扰、阻碍或以其他方式降低或限制电子设备有效性能的任何电磁干扰。不幸的是，EMI源非常丰富，会导致干扰特征的无休止组合。因此，如表1所示，行业根据其特征对不同类型的电磁干扰进行分类。
医疗环境有电噪音；通信设备和本地设备产生的射频干扰（RFI）可产生50 V/m或更高的射频场。此外，某些类型的医疗设备使用射频能量进行诊断或治疗（如MRI系统）或无线通信（如医疗遥测系统）。鉴于这些众多且有效的来源，医疗环境中的EMI管理可能具有挑战性。
医疗应用中的电磁干扰影响
电磁干扰会导致医疗设备出现故障，并可能带来灾难性后果。例如，电磁干扰引起的错误信号可能会导致便携式生命支持系统出现故障，损坏患者监测设备中的测量值，并改变患者静脉注射药物的剂量水平。EMI在获取低振幅信号的医疗系统中尤其有问题，如心电图机（ECG），从患者采集的信号范围为400µV至5 mVpk，角频率为3 dB，频率为0.05和100 Hz。展望未来，向更高频率、更低功率的医疗系统发展的趋势将通过在更高的能量水平下发射更宽带宽的射频噪声，使EMI管理复杂化。
从设计角度来看，通过设计高EMI抗扰度和低发射的系统电路，可以将EMI影响降至最低。传统做法包括正确的印刷电路板（PCB）布局和接地，以及有限的轨迹长度。电子元件必须以最佳方式放置在PCB上，系统外壳设计、电缆屏蔽和过滤必须充分。显然，应在关键信号路径中使用抗EMI的半导体组件（即低发射和高抗扰度）。对于系统本身存在的EMI问题尤其如此，例如在混合信号或无线数据传输应用中。
医疗系统中的隔离
为了确保医疗电子系统不受局部磁场和其他现象的干扰，隔离器按照IEC-61000标准进行了安全测试，测试限值由IEC 60601-1-2规定，如表2所示。例如，静电放电（ESD）按照IEC 61000-4-2进行测试，并使用IEC 60101-1-2规定的测试限值。射频发射和电源线扰动使用CISPR11测试方法（汽车规范J1750的子集）中的方法进行测试。（CISPR未规定试验限值——仅为试验方法标准。IEC 60601-1-2中规定了排放和电源线灵敏度限值）。通过这些测试的标准非常严格。系统不能出现任何组件故障、参数变化、配置错误或误报。除外场抗扰度外，被测系统本身不能产生显著的辐射或传导发射。
Table 2. IEC 60601-1-2 Immunity Requirements
各机构发布的规范对传导和辐射EMI进行了限制。FCC第15部分是较为常见的规范之一，该部分涵盖了家庭内部或附近使用的电路组件。本规范的测试在露天环境中进行，使用距离地面约5米的10米天线。另一个规范SAEJ1752-3在其测试方法上更以IC为中心，并建议将要测试的IC安装在一个小型屏蔽电路板（即根据CISPR11测试方法的“TEM单元”）上，该电路板设计用于在实际应用环境中运行时仅测量隔离器本身的辐射发射。
抗电磁干扰硅隔离器
许多医疗系统采用了电流隔离，以保护患者和设备免受危险电压、地电压域之间的电平转换信号和/或缓解高度敏感电路区域的接地噪声。医疗电子系统通常使用变压器和/或光耦进行信号隔离，两者都不是最佳选择。变压器会产生电磁干扰，并且极易受到外部磁场的信号破坏。光耦合器具有低EMI发射和高抗扰度的优点，但可靠性差，共模瞬态抗扰度（CMTI）低，后者会对隔离器数据传输完整性产生负面影响。作为变压器和光耦的替代品，硅隔离器利用先进的工艺技术显著改善EMI特性，并在性能和可靠性方面取得显著进步。这些隔离器使用工艺氧化物或其他天然工艺材料直接在半导体芯片上制造绝缘器件，如图1所示。比较成功的硅隔离器供应商使用变压器或电容器来实现绝缘体（又称隔离栅）。
图2A中的硅隔离器通过对每个输入数字边缘的逻辑状态进行编码，通过隔离变压器T1传输该数据，然后解码并将数据存储在输出锁存器m6体育运行。图2B显示了使用第2页“医疗系统中的隔离”一节中描述的CISPR测试方法标准测量的该设备的辐射EMI响应。所示测量是在所有隔离器输入较低且旋转90度的情况下进行的。请注意，该设备在100至300 MHz之间会产生高达+20 dB的EMI共振峰值。虽然这些共振峰的确切原因尚不清楚，但我们假设它们至少部分由T1的结构尺寸、电感和Q引起。
当隔离器输入为逻辑高电平时，图3A中的硅隔离器通过差分电容隔离栅传输载波来运行。当检测到足够的载波能量时，接收器断言输出逻辑高。与变压器设计不同，电容隔离路径中没有依赖于Q的谐振峰，可以选择性地提高输入EMI频率。图3B显示了该设备的辐射EMI响应，其测量方法与基于变压器的隔离器测试中使用的方法完全相同。与变压器相比，该设备具有平坦、较低幅度的辐射EMI响应。因此，该设备通过了FCC B类第15部分的测试，使用了6通道差动电容隔离器，所有输入均为高电平，以最大限度地提高变送器内部发射。
图4显示了变压器和基于电容的硅隔离器之间的电场抗扰度比较，其中隔离器输出电压受到监控，而外部射频场频率从直流扫至10 GHz。变压器和电容隔离器都有接地输入，以保持其输出持续较低。电容式硅隔离器输出（绿色轨迹）在直流至10 GHz的频率范围内保持较低，而基于变压器的隔离器输出在1至2 GHz之间较高（损坏）。电容隔离器具有很高的EMI抗扰度，因为差分电容隔离路径和高接收机选择性的组合会抑制局部共模场。也就是说，内部差分信号路径两侧的信号电平导致接收器仅放大非常窄频带内的差分输入电压，但拒绝所有其他输入。
图5显示了基于变压器和电容器的硅隔离器的磁场抗扰度。为了满足IEC61000-4-9的要求，隔离器必须正常工作，同时符合图表底部紫色线所示的磁通密度-频率曲线。紫线或紫线以上的值是可接受的，而紫线以下的值是失败的。位于Y轴中间的点为单点等效规范（61000-4-8）。请注意，两种硅隔离器均符合两种规格的标准，但电容隔离器与变压器隔离器相比，具有更高的磁场抗扰度。
总结
EMI会降低电子设备的有效性能。EMI可导致医疗设备故障，并可能导致灾难性后果，包括患者受伤或死亡。许多医疗系统都需要电流隔离，这种隔离必须具有很高的EMI抗扰度，并且不会产生自身的EMI发射。因此，隔离器根据IEC-61000标准进行安全测试，以确保设备安全、低EMI发射和高抗扰度。与光耦和变压器相比，硅隔离器具有许多性能优势，通常使用芯片级变压器或电容器实现隔离屏障。与基于电容器的硅隔离器相比，基于变压器的硅隔离器具有更低的EMI抗扰度和更高的发射。因此，电容式硅隔离器是医疗电子等EMI加固应用的理想选择。