一、引言

醫(yī)療電子設(shè)備在現(xiàn)代醫(yī)療中扮演著至關(guān)重要的角色，其電磁兼容性（EMC）設(shè)計直接關(guān)系到設(shè)備的性能、安全性以及患者的健康。醫(yī)療環(huán)境復(fù)雜，存在大量電磁干擾源，如MRI、超聲波設(shè)備等，因此醫(yī)療電子設(shè)備必須具備良好的EMC性能。本文將詳細(xì)闡述醫(yī)療電子設(shè)備從電路抗干擾設(shè)計到輻射合規(guī)性測試的全流程。

二、電路抗干擾設(shè)計

（一）電源設(shè)計

電源是干擾的主要傳播途徑之一。在醫(yī)療電子設(shè)備中，采用多級濾波可以有效降低電源噪聲。例如，使用LC濾波器和π型濾波器。以下是一個簡單的π型濾波器Verilog - A代碼示例（用于模擬濾波器特性）：

verilog

`include "constants.vams"

`include "disciplines.vams"

module pi_filter(p, n, p_out, n_out);

   input p, n;

   output p_out, n_out;

   electrical p, n, p_out, n_out;

   parameter real L = 10u; // 電感值

   parameter real C1 = 100n; // 輸入電容值

   parameter real C2 = 100n; // 輸出電容值

   analog begin

       V(p_out, n_out) <+ (

           (V(p, n) - V(p_out, n_out)) * s * L / (1 + s * L * (1 / (s * C1) + 1 / (s * C2)))

       );

   end

endmodule

該代碼模擬了一個簡單的π型濾波器，通過合理選擇電感L和電容C1、C2的值，可以實現(xiàn)對電源噪聲的有效抑制。

（二）信號完整性設(shè)計

高速信號易受干擾，采用差分信號布線可以降低共模噪聲。同時，要注意信號回流路徑最短，避免長距離接地線引起輻射。例如，在PCB設(shè)計中，對于USB信號采用差分對走線，并確保差分對的長度匹配。

（三）屏蔽與接地設(shè)計

使用金屬屏蔽罩可以隔離外部電磁干擾，如對高頻電路和干擾源添加金屬屏蔽罩。接地設(shè)計要遵循單點接地原則，避免地回路電流引發(fā)干擾。在模擬和數(shù)字電路之間采用單點接地方式，確保接地層的完整性。

三、PCB設(shè)計優(yōu)化

（一）層疊結(jié)構(gòu)

多層PCB設(shè)計可以提高抗干擾能力。推薦采用信號 - 接地 - 電源 - 信號的層疊結(jié)構(gòu)，確保信號層與接地層緊密耦合，減少EMI。

（二）防潮與防腐蝕

醫(yī)療設(shè)備可能在潮濕環(huán)境中運行，PCB表面應(yīng)噴涂三防漆（如聚氨酯、硅膠涂層）以防止?jié)駳馇秩?。同時，選擇具有抗腐蝕性能的PCB基材，如高TG值FR - 4材料。

四、輻射合規(guī)性測試

（一）測試標(biāo)準(zhǔn)

醫(yī)療電子設(shè)備的輻射發(fā)射測試需要遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如IEC 60601 - 1 - 2、CISPR 11等。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了醫(yī)療電氣設(shè)備在特定頻率范圍內(nèi)的輻射發(fā)射限值。

（二）測試流程

準(zhǔn)備階段：明確測試需求和標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)備足夠的測試樣品，選擇具有資質(zhì)的測試實驗室。

測試實施：將醫(yī)療電子設(shè)備連接到測試設(shè)備，在半電波暗室中進行輻射發(fā)射測試。測量設(shè)備輻射的電磁場水平，評估其是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

測試報告：對測試數(shù)據(jù)進行分析，判斷設(shè)備是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，并給出改進建議。

（三）代碼輔助測試（示例）

以下是一個簡單的Python代碼示例，用于讀取和分析輻射發(fā)射測試數(shù)據(jù)：

python

import pandas as pd

import matplotlib.pyplot as plt

# 讀取測試數(shù)據(jù)

data = pd.read_csv('radiation_test_data.csv')

# 繪制輻射發(fā)射曲線

plt.plot(data['Frequency'], data['Emission_Level'])

plt.xlabel('Frequency (MHz)')

plt.ylabel('Emission Level (dBμV/m)')

plt.title('Radiation Emission Test Result')

plt.grid(True)

plt.show()

# 判斷是否符合標(biāo)準(zhǔn)

standard_limit = 30  # 假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)限值為30dBμV/m

if data['Emission_Level'].max() <= standard_limit:

   print("設(shè)備符合輻射發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)")

else:

   print("設(shè)備不符合輻射發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)")

五、結(jié)論

醫(yī)療電子設(shè)備的EMC設(shè)計是一個系統(tǒng)工程，從電路抗干擾設(shè)計到PCB設(shè)計優(yōu)化，再到輻射合規(guī)性測試，每個環(huán)節(jié)都至關(guān)重要。通過合理的設(shè)計和嚴(yán)格的測試，可以確保醫(yī)療電子設(shè)備在復(fù)雜的電磁環(huán)境中穩(wěn)定、安全地運行，為醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展提供有力支持。