大型醫(yī)療設(shè)備芯片級(jí)維修探討

杜昱鏗

1 芯片級(jí)維修的具體要求

1.1 提高工作人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)

作為維修工程師必須掌握模擬和數(shù)字電路的基礎(chǔ)知識(shí)以及電工基礎(chǔ)知識(shí)，了解電路原理，應(yīng)用場(chǎng)合和基本用電常識(shí)，能夠?qū)Φ湫碗娐返墓ぷ鬟^(guò)程進(jìn)行分析?，F(xiàn)代大型醫(yī)療設(shè)備離不開(kāi)計(jì)算機(jī)組件，這就要求工程技術(shù)人員要熟悉計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成及結(jié)構(gòu)，了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中硬件部分和軟件部分的關(guān)系，具備一定的計(jì)算機(jī)操作技能和相關(guān)知識(shí)；了解常用專(zhuān)業(yè)用語(yǔ)，能讀懂各種手冊(cè)，并學(xué)會(huì)基本的檢索技能。

芯片級(jí)維修要求維修人員具備良好的動(dòng)手操作能力，手指靈活，動(dòng)作干凈利索，不拖泥帶水，能夠按照預(yù)定的設(shè)計(jì)方案有計(jì)劃，有步驟地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作。醫(yī)療設(shè)備如CT和DSA中既有精細(xì)的數(shù)據(jù)處理模塊、又有高壓部分，因此對(duì)這種醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)時(shí)候一定要有良好的安全意識(shí)，養(yǎng)成良好的檢修習(xí)慣。不僅要確保自己的人身安全，而且要確保檢修設(shè)備、檢修工具的安全，避免安全意識(shí)淡漠而造成人身?yè)p傷和設(shè)備損壞。作為維修人員一定要養(yǎng)成良好習(xí)慣，例如在用電時(shí)要保證插座與用電設(shè)備穩(wěn)固插接，不帶電進(jìn)行零部件的插拔或更換；使用電烙鐵時(shí)要注意遠(yuǎn)離易燃易爆物品，用完后要及時(shí)斷電并將電烙鐵放置在絕對(duì)穩(wěn)妥的地方。

1.2 維修設(shè)備要求

常用的檢修工具是必備的：萬(wàn)用表、熱風(fēng)焊臺(tái)、異性螺絲刀、撬棒、放大鏡、鑷子。萬(wàn)用表主要用于電流、電壓、電阻的檢測(cè)，判斷電路板上元器件好壞以及接口是否正常；示波器則主要是對(duì)芯片輸入、輸出信號(hào)的測(cè)量，以了解工作狀態(tài)。對(duì)于更高級(jí)別的芯片級(jí)維修，使用萬(wàn)用表、普通示波器、器件離線(xiàn)測(cè)試的方法已不能勝任，因此需要更新型的維修裝備來(lái)適應(yīng)更高的要求。（如IC在線(xiàn)測(cè)試儀、短路追蹤儀、寫(xiě)入器、記憶示波器、邏輯分析儀、精密焊機(jī)等）。

1.3 維修環(huán)境要求

相對(duì)于“粗放式”的維修，芯片級(jí)維修對(duì)環(huán)境有著更高的要求。首先要確保檢修環(huán)境的安全、整潔。在安全用電方面最好使用1∶1隔離變壓器。其次由于大規(guī)模集成電路的內(nèi)絕緣層薄、連線(xiàn)間距少、擊穿電壓低，使得防靜電能力非常弱。因此檢修環(huán)境要求防靜電措施很高。一般防靜電裝備有：防靜電工作臺(tái)、防靜電元件盒、人體防靜電手套、防靜電工作帽、防靜電工作服、防靜電腕帶。

2 進(jìn)行芯片級(jí)維修的方法

研究醫(yī)療設(shè)備的芯片級(jí)維修的實(shí)質(zhì)是研究透過(guò)故障現(xiàn)象追蹤鎖定有問(wèn)題的芯片。工程師排除故障的難易程度取決于兩個(gè)方面：一是故障本身的復(fù)雜程度，二是機(jī)器機(jī)構(gòu)、原理的熟悉程度。兩個(gè)層面的不同決定了不同情況下對(duì)故障追蹤鎖定的方式方法有所不同，必須區(qū)別對(duì)待。

2.1 簡(jiǎn)單故障的維修方法

對(duì)于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單或原理熟悉的板卡，一般可采用逐級(jí)排查的方法。進(jìn)行芯片級(jí)維修, 首先要盡可能地利用醫(yī)療設(shè)備本身提供的診斷軟件、原理框圖、信號(hào)流程圖、及故障狀態(tài)指示燈去確定和縮小故障范圍。通過(guò)確定有故障的板卡，然后再通過(guò)各種方法分析確定板上的故障區(qū)域，從而解決問(wèn)題。

確認(rèn)故障板卡后，再分析板卡每一區(qū)域的作用，通過(guò)故障現(xiàn)象深入板卡的細(xì)部查找故障元件。一般每塊板卡都有幾片明顯的（如cpu），而每一片核心芯片的外圍總有一些外圍電路。板卡故障首先應(yīng)懷疑芯片周?chē)姆至⒃欠穸搪贰㈤_(kāi)路等。板卡上還有些觸發(fā)器、寄存器及選擇器類(lèi) IC器件的在線(xiàn)狀態(tài)常常和線(xiàn)路中的其它 IC器件的狀態(tài)關(guān)聯(lián)密切, 應(yīng)首先檢測(cè)其外圍相接芯片和電路, 當(dāng)確認(rèn)外圍電路沒(méi)有問(wèn)題后, 再進(jìn)行核心芯片的檢查。

如電源模塊的故障通常表現(xiàn)為子系統(tǒng)電源保險(xiǎn)燒斷或供電電流大大超值。一般電路板的電源端直流電阻為百余至數(shù)百歐姆, 若其值明顯偏低, 說(shuō)明板上有短路性損壞的芯片或器件,如果只有幾個(gè)歐姆或接近于零, 說(shuō)明板上有芯片或器件擊穿。短路故障有時(shí)目測(cè)就能發(fā)現(xiàn)擊穿變黑的故障器件。若不燒斷保險(xiǎn), 通電5～10 min，故障芯片溫度多呈過(guò)熱表現(xiàn), 明顯高于正常芯片。

維修實(shí)例腹腔鏡索尼監(jiān)視器開(kāi)機(jī)后無(wú)光柵無(wú)圖像，待機(jī)指示燈亮。對(duì)于CRT顯示器，維修人員一般都很熟悉，作為此類(lèi)故障可根據(jù)掌握的知識(shí)逐級(jí)排查。從監(jiān)視器原理上分析，該故障應(yīng)重點(diǎn)檢查電源保護(hù)及控制電路。檢修時(shí)，打開(kāi)機(jī)蓋，用萬(wàn)用表在開(kāi)機(jī)瞬間測(cè)T650二次側(cè)回路±22 V、+135 V、+13.5 V、+6.5 V直流電壓由正常值迅速下降，說(shuō)明微處理器能夠根據(jù)用戶(hù)指令進(jìn)入編程操作，開(kāi)關(guān)電源也能響應(yīng)微處理器的操作控制進(jìn)入寬脈沖振蕩狀態(tài)。故障是由于電源在進(jìn)入工作后，保護(hù)電路起控或電源ON/OFF電路工作異常，立即返回待機(jī)狀態(tài)。斷開(kāi)復(fù)合保護(hù)電路中的R055，故障不變。測(cè)可控穩(wěn)壓器IC2603(2)腳、IC2601(2)腳、IC460l(2)腳輸出電壓始終為0 V，測(cè)其控制端(4)腳，發(fā)現(xiàn)電壓只有1.1 V，正常應(yīng)為4.9 V。再測(cè)IC003(11)腳電壓為5.0 V，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)電阻R059內(nèi)部斷路，更換R059后機(jī)器故障排除。

2.2 復(fù)雜故障的維修方法

大型醫(yī)療設(shè)備特別是進(jìn)口設(shè)備，提供的技術(shù)圖紙資料很不詳細(xì),技術(shù)人員對(duì)其詳細(xì)原理、電路不熟悉，以至于遇到突發(fā)故障時(shí)，常常不知從何下手，這是電路板檢修中常遇到棘手問(wèn)題。此時(shí)要用更先進(jìn)的檢修儀器(如在線(xiàn)測(cè)試儀等）。

作為目前較為先進(jìn)的一類(lèi)測(cè)試儀器，存儲(chǔ)了大量芯片的電路特征，這為芯片級(jí)維修提供了諸多方便,可對(duì)多達(dá)2萬(wàn)余種IC芯片提供在線(xiàn)功能測(cè)試。一般情況下,可方便的查出電路板上功能損壞的IC器件,或?qū)﹄娐钒迳系男酒M(jìn)行排除性測(cè)試,縮小故障范圍,以致確定故障芯片。對(duì)于功能測(cè)試器件庫(kù)內(nèi)暫不包含的IC器件,應(yīng)用在線(xiàn)測(cè)試儀的交互式智能VI曲線(xiàn)測(cè)試功能,大多也能確定故障IC芯片。

一般電路板的接口部分最易受到電網(wǎng)有害脈沖、雷電、工業(yè)火花脈沖干擾的沖擊而損壞,應(yīng)用在線(xiàn)測(cè)試儀可方便的測(cè)試接口電路芯片,確定故障接口芯片。如果確認(rèn)接口電路沒(méi)有問(wèn)題,那么,就可從接口電路注入相應(yīng)的邏輯信號(hào),追蹤查找故障元器件所在。在CT電路板故障測(cè)試中,除首先應(yīng)檢查接口電路外,其次應(yīng)該認(rèn)真檢查緩沖器和緩沖器與接口電路之間的門(mén)電路及相接的鎖存器電路,這也是常發(fā)生故障部位, 應(yīng)予以?xún)?yōu)先測(cè)試。

例如在維修西門(mén)子磁共振儀時(shí)，初步判斷為梯度補(bǔ)償板問(wèn)題，但梯度補(bǔ)償板上布滿(mǎn)密密麻麻的貼片元件，既無(wú)圖紙又對(duì)原理細(xì)節(jié)不清楚，用萬(wàn)用表等常規(guī)辦法一時(shí)無(wú)法下手。后仔細(xì)觀(guān)察梯度補(bǔ)償板，發(fā)現(xiàn)它由3個(gè)通道組成，每部分具有相同的結(jié)構(gòu)，通過(guò)運(yùn)用在線(xiàn)測(cè)試儀的vi測(cè)試，直接比較相同部位的節(jié)點(diǎn)曲線(xiàn)，當(dāng)某一個(gè)與另外兩個(gè)存在明顯差異時(shí)，即可推斷出故障區(qū)域。通過(guò)此方法，在對(duì)板卡不甚了解到情況下，快速、有效的找出了故障芯片并更換解決了問(wèn)題。

2.3 軟故障的維修方法

此類(lèi)故障多是由于器件性能變差、溫度特性不好、器件插腳接觸不良所致。對(duì)于懷疑性能變差的器件,應(yīng)用記憶示波器,對(duì)其邏輯波形的變化進(jìn)行細(xì)致的觀(guān)察和比較,波形是否產(chǎn)生毛刺或抖動(dòng)等, 多數(shù)情況下能發(fā)現(xiàn)故障器件。對(duì)于懷疑溫度特性不好的芯片, 用絕緣物質(zhì)將其與周?chē)酒綦x,用微型電吹風(fēng)分別吹以冷風(fēng)和熱風(fēng),觀(guān)察電路狀態(tài)變化,亦能發(fā)現(xiàn)故障芯片。

隨機(jī)性故障一般由隨機(jī)性原因引起,且這類(lèi)故障除抗干擾能力差外,多由接觸不良引起,但大多數(shù)情況下找不到具體故障點(diǎn)或故障芯片,應(yīng)根據(jù)信號(hào)流程、邏輯圖具體分析處理。故障電路板上的接觸不良故障,多由于處理器、寄存器等多插腳的IC芯片插腳接觸不良造成,尤其是方型插接芯片，應(yīng)取下后用橡皮擦拭芯片插腳,使之光亮清潔,用小毛刷認(rèn)真清潔插座,重裝后多能奏效。

維修實(shí)例:訓(xùn)練球管10 min后,即對(duì)患者進(jìn)行CT掃描,但只掃描了兩層,計(jì)算機(jī)提示:Hcu[高壓控制單元] #30;META-mcu communication failure[通訊失敗],再按ENTER鍵,繼續(xù)提示:Mcu#3768 META timeout on start of bed in/outmotion及#4786、5786error。

檢查及分析:由于以前曾出現(xiàn)過(guò)類(lèi)似的故障,常為Mcu板上電纜線(xiàn)接觸不良,或附屬電源的某一保險(xiǎn)損壞。正常Mcu工作程序?yàn)?電腦設(shè)置 Hcu Cpu 及Mcu板工作各部件工作感應(yīng),進(jìn)入掃描狀態(tài)。由于提示Mcu故障,鍵入Mon,檢測(cè)Mcu系統(tǒng),用手動(dòng)盒移動(dòng)A. plane及P. plane,監(jiān)視器均無(wú)反應(yīng),掃描架旋轉(zhuǎn)也無(wú)法進(jìn)行,查看電路圖發(fā)現(xiàn)A. plane、P. plane及SWIVEL TILT的感應(yīng)信號(hào)均來(lái)自同一放大芯片:其中芯片4腳為+15 V電源,芯片11腳為-15 V電源,懷疑芯片有故障,我們目前也無(wú)LF347芯片,再查看電源是否進(jìn)入LF347芯片內(nèi),用萬(wàn)用表測(cè)量芯片4腳及11腳電壓,發(fā)現(xiàn)芯片11腳有-15 V電壓而芯片4腳無(wú)+15 V電壓,再測(cè)量芯片4腳前端發(fā)現(xiàn)有+15 V電壓。重新拔下芯片用清潔劑洗底座,再把芯片各腳重新擦一遍插上，開(kāi)機(jī)后機(jī)器恢復(fù)正常。

3 結(jié)論

在芯片級(jí)維修中,所用到的芯片及器件,注意不要降低其等級(jí)。上機(jī)前最好能對(duì)新器件進(jìn)行老化處理和循環(huán)功能測(cè)試,確保修復(fù)電路板的質(zhì)量和性能。

大型醫(yī)療設(shè)備技術(shù)先進(jìn)，工業(yè)設(shè)計(jì)及工藝水準(zhǔn)都很高。其自身往往帶有豐富的保護(hù)手段及自檢程序，這為醫(yī)院工程師解決設(shè)備故障進(jìn)行板卡級(jí)維修提供了方便。本院自跨入新世紀(jì)以來(lái)，通過(guò)采購(gòu)新裝備，積極培訓(xùn)維修人員，醫(yī)療設(shè)備芯片級(jí)維修領(lǐng)域成果顯著。先后被成功修復(fù)板卡有DR高壓控制板、CT disk板、B超電源板、生化分析處理板等。與廠(chǎng)家直接更換模塊相比，板卡級(jí)維修只有其價(jià)格的10%～40%，幾年下來(lái)為醫(yī)院節(jié)約資金數(shù)百萬(wàn)元，效益明顯。

事實(shí)證明，對(duì)醫(yī)療設(shè)備的故障板卡進(jìn)行芯片級(jí)維修是完全可行的，既鍛煉提升了維修隊(duì)伍，又為醫(yī)院節(jié)約了大筆資金。隨著越來(lái)越多的高精設(shè)備的裝備使用，傳統(tǒng)粗放式的維修將不再適應(yīng)新的形勢(shì)，在可以預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，芯片級(jí)維修將是醫(yī)院設(shè)備科進(jìn)行維修工作的可行且必由之路。

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