Staattisen sähkön hallinta terveydenhuollossa Kertaluonteiset nopeat häiriösignaalit - ESD/EMI signaalien tunnistaminen 5.10.2016 1
Esityksen sisältö Staattisen sähkön hallinta terveydenhuollossa ESD-suojauksen siirtyminen komponenttitasolta järjestelmätasolle Lääkintälaitteiden häiriintyminen ESD- ja EMI-häiriöskenaariot Huolto- ja korjaustilanteet elektroniikkakomponenttien immuniteetin muutos nopeille häiriöille komponenttien käsittely Nopeiden häiriötilanteiden tunnistaminen EMI tunnistimet Oskilloskooppi ja antennit 5.10.2016 2
Staattinen sähkö ja ESD Currier & Ives 1876 New York, Franklin s experiment 1752 5.10.2016 3
IEC 61340-6-1 ELECTROSTATIC CONTROL FOR HEALTHCARE GENERAL REQUIREMENTS FOR FACILITIES Potilasturvallisuuden parantaminen Lääkintälaitteiden häiriintymisten ja vikaantumisten estäminen ESA kontaminaation ehkäiseminen Epämiellyttävien suurenergisten ESD tapahtumien välttäminen Syttymisvaarojen eliminoiminen 20 jäsentä 11 maasta Tulevat työryhmän kokoukset ja tavoitteet: Helsinki 14.10.2016 (CD) Wien 2017 Tokio 2018 (FDIS) 5.10.2016 4
ESD-suojauksen uudet tavoitetasot Industry Council on ESD Targets 5.10.2016 5
ESD-suojauksen siirtyminen komponenttitasolta järjestelmätasolle System Efficient ESD Design (SEED) Lähde: White paper 3, Industry Council, Nowember 2010 #3 Metrology services Cascade Metrology Confidential 5.10.2016 6
Sähköinen ylikuorma, Electrical overstress, EOS Misalignment Orientation Hot plugging Wrong component Hot switching Plugging Wrong algorithms Instable testing Overheating Software Protection circuits Parasitic functionality Assembly Testing System Design Misapplications Power induction ESD Latch-up Interference EOS CDM and CBE HBM and HMM System level ESD Overvoltage Voltage transient Current injection Temperature Wrong Design Power switching Surge currents Fast transients Metrology services Cascade Metrology Confidential 5.10.2016 7
ESD- ja EMI Pehmeät virheet Ohjelmien suoritushäiriöt (selittämättömät virheilmoitukset) Digitaalisen tiedon korruptoituminen Digitaalisen tiedon häviäminen Kovat virheet Havaitsematta jääneet toiminnalliset virheet Hitaasti muodostuvat latenttiviat (parametrimuutoksen pitkäaikainen vaikutus) Välittömästi havaittavat toiminnalliset viat 5.10.2016 8
Toiminnan menetys tai heikkeneminen Staattisen sähkön purkaus, ESD a) Hyväksymisrajojen mukainen normaalitoiminta b) Väliaikainen toiminnan menetys tai heikkeneminen laite toipuu ilman käyttäjän toimenpiteitä c) Väliaikainen toiminnan menetys tai heikkeneminen korjaus edellyttää käyttäjän toimenpiteitä d) Toiminnan menetys tai heikkeneminen joka ei ole korjattavissa Havaittavuus? 5.10.2016 9
Häiriöiden jakautuminen d) Pysyvä virhe c) väliaikainen virhe - pehmeä tai kova palautus b) väliaikainen virhe - laite toipuu ilman toimenpiteitä 5.10.2016 10
Häiriötilanteiden tunnistaminen Aistihavainto? syitä ja seurauksia on vaikea yhdistää luotettavasti virheellisten johtopäätösten mahdollisuus Mittaaminen johtumalla, induktiivisesti ja kapasitiivisesti kytkeytyvät häiriöt Vika-analyysi laboratoriotutkimukset 1. Havainto 2. Testaaminen 3. Vika-analyysi 5.10.2016 11
Häiriötilanteiden tunnistaminen Järjestelmällinen häiriölähteiden arviointi riskitilanteiden luettelointi Kvalitatiivinen riskiarviointi Failure Mode and Effect Analysis (FMEA) ESD/EMI on satunnainen olosuhteista riippuva ilmiö kvalitatiivinen riskiarviointi voi olla harhaanjohtava ilmiön tunnistamiseen vaaditaan asianmukaisia työkaluja Mittalaitevaatimukset nopeat muutokset edellyttävät laajaa kaistanleveyttä tunnistusvaiheessa kerätään suuntaa antavia havaintoja muutoksen aaltomuodon mittaaminen häiritsee signaalin kulkua 5.10.2016 12
ESD- ja EMI-häiriöskenaariot Human body model (HBM) Human metal model (HMM) IEC 61000-4-2 Charged device model (CDM) Charged board even (CBE), - standardisoimaton Field collapse Event (FCE) Cable discharge event (CDE) - standardisoimaton Machine model (MM) uusi määritelmä: Isolated Conductors Transmission line pulse (TLP) - standardisoimaton Metrology Services Confidential 5.10.2016 13
ESD-sijaiskytkentä, ihmisen keho R = 1500 Ω *1 or 330 Ω *2 C = 100 pf *1 or 150 pf *2 DUT *1 Komponenttitason testaus, *2 Järjestelmätason testaus Metrology Services Confidential 5.10.2016 14
Komponenttien ja järjestelmien kestoisuusvaatimukset Lähde: Texas instruments, Application Report SLAA530 March 2012 MSP430 System-Level ESD Considerations 5.10.2016 15
Säteilevien häiriöiden tunnistaminen 5.10.2016 16
Jännite (V) HBM + 15 kv ilmapurkaus EMI 300 mm silmukka-antenni, 50 Ω Mittausetäisyys 300 mm 30 20 10 0-10 -20-100 0 100 200 300 400 Aika 500 (ns) 600 5.10.2016 17
Jännite (V) HBM + 4 kv kontaktipurkaus EMI 300 mm silmukka-antenni, 50 Ω Mittausetäisyys 300 mm 6 4 2 0-2 -4-6 -100 0 100 200 300 Aika 400(ns) 500 5.10.2016 18
Jännite (V) CBM 500 V, 42 pf Laite vikaantui vaikka läpäisi ± 4 kv HBM testin EMI 300 mm silmukka-antenni, 50 Ω Mittausetäisyys 300 mm 2 1 0-1 -2-100 0 100 200 300 Time 400(ns) 500 5.10.2016 19
ESD-vastaanotin 5.10.2016 20
ESD- ja EMI-häiriöiden estäminen Immuniteetin (sietoisuuden) nostaminen IEC 60601-1-2 Medical electrical equipment - Part 1-2: General requirements for basic safety and essential performance - Collateral Standard: Electromagnetic disturbances - Requirements and tests IEC61000-4-2 Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 4-2: Testing and measurement techniques - Electrostatic discharge immunity test Häiriölähteiden poistaminen Sähkömagneettinen yhteensopivuus, EMC IEC 61340-6-1, Electrostatic control in healthcare facilities (valmisteilla) 5.10.2016 21