反射式編碼器技術(shù)實現(xiàn)便攜醫(yī)療設(shè)備設(shè)計

過去幾年，許多半導(dǎo)體公司逐漸聚焦于醫(yī)療設(shè)備市場。醫(yī)療領(lǐng)域的新興應(yīng)用趨勢對技術(shù)的要求日漸升高，設(shè)計人員開始面向各種需求開發(fā)極具競爭優(yōu)勢的產(chǎn)品。例如：家用醫(yī)療設(shè)備需求的增長非?？焖佟＿@符合兩個趨勢：公眾對自我管理醫(yī)療護(hù)理優(yōu)勢的意識越來越普遍，以及門診治療相對于住院治療的成本更低。這些趨勢正持續(xù)推動醫(yī)療保健公司開發(fā)攜帶更方便、成本更低廉且使用更簡單的產(chǎn)品的發(fā)展。

　　目前，在門診治療市場已經(jīng)有許多不同的診斷和治療設(shè)備，例如透析設(shè)備、便攜式胰島素泵、胰島素吸入器和糖尿病管理系統(tǒng)等。這些自助式醫(yī)療設(shè)備的出現(xiàn)也促使設(shè)備制造商推出創(chuàng)新型的產(chǎn)品。

　　因此，產(chǎn)品設(shè)計人員無不大力尋找可以支持創(chuàng)新思考及未來醫(yī)療產(chǎn)品發(fā)展趨勢并能符合產(chǎn)品快速上市開發(fā)策略的新型元器件產(chǎn)品。尤其是微型反射式編碼器技術(shù)更是成為了便攜式醫(yī)療設(shè)備制造商突破現(xiàn)有精度、功耗、尺寸和成本限制的有效助力。這些增強(qiáng)的運動控制反饋器件可以超越磁感應(yīng)技術(shù)等現(xiàn)有的編碼器技術(shù)，帶來更低的成本和更小的功耗。

　　本文將比較反射式編碼器技術(shù)和現(xiàn)有技術(shù)，并提供幾個反射式編碼器特別適用的終端應(yīng)用案例。本文也將說明為什么設(shè)計人員會開始采用反射式光學(xué)編碼器來解決可能會造成安全性問題的電磁干擾（EMI）和精度問題。反射式編碼器擁有小型化、相對成本較低和容易導(dǎo)入設(shè)計等優(yōu)點，為各種廣泛的醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用提供了成功解決方案。

　　安華高科技AEDR-8500反射式光學(xué)編碼器。

尋找合適的運動反饋解決方案

　　隨著必須為客戶提供較競爭對手更具獨特價值的產(chǎn)品，便攜式醫(yī)療設(shè)備市場的競爭變得日益激烈。設(shè)計過程通常從基于市場需求和情況明確產(chǎn)品需求清單開始。在大多數(shù)情況下，在決定最佳元件以便在合理成本下滿足所有設(shè)計要求時必須做出權(quán)衡。在選擇便宜實惠、滿足成本目標(biāo)的同時符合大部分重要優(yōu)先級的元器件時，將設(shè)計需求按照優(yōu)先級排列將是關(guān)鍵。

　　大多數(shù)典型的便攜式醫(yī)療設(shè)備的選擇標(biāo)準(zhǔn)通常和以下優(yōu)先級有關(guān)：

　　重量和尺寸：將醫(yī)療設(shè)備歸類為便攜式設(shè)備意味著設(shè)備能夠方便地隨處攜帶。由于設(shè)計人員對元器件的空間和重量做出了限制，重量和尺寸規(guī)格對于便攜式產(chǎn)品設(shè)計非常關(guān)鍵。需要精確機(jī)械定位的便攜式醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計，可能需要編碼器或者機(jī)電運動反饋器件把機(jī)械動作轉(zhuǎn)換成為電氣輸出，以進(jìn)行精確的位置跟蹤。最常使用的方式是在選用的電機(jī)后方加上旋轉(zhuǎn)編碼器，并使電機(jī)驅(qū)動一系列的機(jī)械系統(tǒng)。另一做法是采用線性編碼器搭配碼尺或者具有一系列黑白軌跡的帶狀物，并把它們安裝在系統(tǒng)的移動部件進(jìn)行運動跟蹤。然而，這些做法并不一定有效，除非工程師找到符合尺寸、重量、分辨率和成本目標(biāo)要求的編碼器產(chǎn)品。

　　一種特別適合便攜式醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用的反射式編碼器是安華高（Avago）公司的AEDR-8500。其長度和寬度分別在4cm和3.4cm以下，并且封裝重量幾乎可以忽略不計。該編碼器除了可以滿足重量和尺寸的苛刻要求外，比起其它的磁性技術(shù)，還能以相對較低的成本帶來穩(wěn)健的性能。

　　分辨率、頻率和精度：另一組為設(shè)計選用合適運動反饋傳感器的重要標(biāo)準(zhǔn)是，該器件是否可以提供良好的分辨率、頻率和精度。分辨率是決定旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)一周所需總步數(shù)的重要參數(shù)。分辨率在旋轉(zhuǎn)應(yīng)用中通常以每轉(zhuǎn)的計數(shù)值（CPR）來表示，在線性應(yīng)用中則以每英寸的線條數(shù)（LPI）來表示。較高的CPR不一定代表較好的設(shè)計精度——它針對應(yīng)用僅僅提供了每轉(zhuǎn)動一周有較多計數(shù)值的信息，而并未包含任何有關(guān)潛在周期誤差的詳細(xì)信息。

　　旋轉(zhuǎn)編碼器的最終輸出分辨率由編碼器模塊的計數(shù)密度和匹配媒介或碼盤的尺寸決定。以CPR為單位的編碼器輸出分辨率、以光學(xué)半徑或Rop表示的碼盤大小和以LPI為單位的編碼器計數(shù)密度三者間的關(guān)系如下：

　　LPI=CPR/2*π*Rop（計算過程中所有單位必須保持一致）