强化讯号切换系统设计　医疗设备自动化量测效能跃进

    医疗设备测试关键在于为保留讯号之完整性。为了达到准确的量测及评估，设计者必须要保持讯号形状、频率、振幅和其他电性参数。
　　目前主要的医疗仪器设备制造商设计了一种自动测试系统来验证如心律调整器及心脏去颤器等产品设备的性能。因为仪器正确操作与否关乎到病人的生死，所以客户须选择非常高效能的仪器，例如利用最先进技术的任意波形产生器(Arbitrary Waveform Generator)来模拟用途广泛的医疗状况。然而，通常开发人员很少会注意到测试仪器与待测物(DUT)所组成的讯号切换(Signal Switching)系统。由于一般正常人平均心脏跳动约每分钟70次(bpm)，当客户选择一个5MHz讯号频宽的低价位讯号切换系统，去量测一分钟70次心脏跳动率是绝对足够的。
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　　当讯号切换时，会有些技术上的问题产生。对于频宽而言，不仅是讯号的基频元素重要，讯号的形状也很重要。范围宽的频率可以组成窄的时间脉冲，窄的脉冲及快速上升和下降的脉冲，是由很多倍数的基频之频率元素所组成。虽然从心律调整器与心脏去颤器所产生的是适度的振幅大小，但是模拟心脏的电子讯号一般在低的毫伏特(mV)范围就足够了。
　　上述问题所造成的结果是，测试系统可能无法将打算测试的讯号，传递至待测物，而且可能会接收到来自待测物意想不到的响应讯号。测试系统设计者面临的困难情况是要重新设计讯号切换系统，或者直接放弃它，再重新开始。
　　一个较好的经验法则是，讯号的频宽(BW)与形状可由公式BW=0.35/tr看出，其中tr是讯号的上升时间。例如，心律调整器与心脏去颤器所产生大约20ns讯号的上升时间，其须保持至少17MHz频宽的讯号形状之完整性；在这个例子中，5MHz讯号切换的频宽是不够的。所以具有更大的频宽之解决方案，将会是新讯号切换系统所需要的。
　　除此之外，如果讯号切换系统没有适度的遮蔽与隔离，较低的讯号(指毫伏特)就很容易受到对等或是更高讯号的干扰。为了避免降低讯号品质或造成量测错误，一个较高性能的讯号切换解决方案必须要有很好的遮蔽与隔离设计，以预防任何外部的杂讯与干扰。
　　当测试系统设计者在设计医疗设备自动化测试系统时，过往的经验会使讯号切换系统成为最容易被忽视和低估的部分。一般工程师重心都花费在选择讯号测量分析以及模拟讯号产生仪器，通常这时选择的讯号切换解决方案，往往就无法完全地与测量仪器相互配合。
　　工程师之所以优先选择所熟悉的测试仪器，是因为在求学时期、工作实验室测试产品，或者是验证新产品设计中，曾经使用这些仪器设备。由另一个角度来看，工程师可能都只有短时间的测试使用，并没有真正很长时间使用讯号切换系统来做连续测试。
　　在实际的操作过程中，选择一个合适的讯号切换系统是很不容易的，因为工程师往往在自动化量测系统的设计上缺乏实务经验。他们习惯于用手动的方式来移动测试探棒，并且小心地连接探棒和接地端夹至待测物，利用适当布线与缆线接头的连接，以确保讯号的传送。
　　因此，一个好的自动化测试系统如何精确地将所要传送的电子讯号经由讯号切换系统传递到接收端而不失真，一开始就必须选择适当的讯号切换解决方案，其中性能指标包括：高频讯号效能、稳定可靠度、杂讯隔离及遮蔽、讯号切换时间及次数等等之处理能力。
　　目前讯号切换测试系统最大的挑战是，当工程师在系统设计的过程中一旦发现讯号切换有问题，不仅会浪费许多侦错讯号的时间，更将耗费昂贵的维修成本。这将会比医疗测试仪器设备的选择，也就是在自动化测试系统上的整体测试之性能相比，有更具深远的影响。