CareFusion VELA?呼吸機(jī)無(wú)法進(jìn)入系統(tǒng)特性分析

王亮

青島市婦女兒童醫(yī)院 器械科，山東 青島 266034

引言

VELA 呼吸機(jī)作為ICU 有創(chuàng)呼吸機(jī)、無(wú)創(chuàng)呼吸機(jī)使用，適用于急診病房、ICU 病房、普通病房使用，最低潮氣量可達(dá)到50 mL，適合于兒童及成人患者。既可使用高壓氧氣作為氧氣來(lái)源，也可在沒(méi)有高壓氧的前提下使用低壓氧為患者提高吸入氧氣濃度。VELA 呼吸機(jī)的內(nèi)置金屬渦輪能夠?yàn)楹粑鼨C(jī)提供壓縮空氣，從而無(wú)須依賴(lài)醫(yī)院提供的壓縮空氣，擴(kuò)大了呼吸機(jī)的應(yīng)用范圍。由于臨床上存在諸多需要藥物霧化吸入的患者，VELA 呼吸機(jī)還能夠提供與患者吸氣同步的氣動(dòng)式霧化功能，無(wú)須再配備昂貴的其它霧化驅(qū)動(dòng)儀器。模式齊全，包括A/C、SIMV、PSV 等基礎(chǔ)模式，可以滿(mǎn)足臨床上的基本機(jī)械通氣需求[1-2]。

這款呼吸機(jī)采用嵌入式設(shè)計(jì)[3-4]，結(jié)構(gòu)分明，主要功能全部集中在主板之上，這也造成了呼吸機(jī)日常使用過(guò)程中故障集中。機(jī)器在boot 過(guò)程中極易出現(xiàn)問(wèn)題：黑屏、VENT INOP、無(wú)法進(jìn)入系統(tǒng)等故障。

1 VELA呼吸機(jī)主板基本電路分析

本款呼吸機(jī)主板采用嵌入式開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，主Boot 器件：MCF5272 處 理 器[5]，AM29PLD128G 芯 片 作 為FLASH，配以芯片IS42S32200B-7T 作為SDRAM，收發(fā)總線(xiàn)是74ALVC16245MTD 芯片。具體啟動(dòng)過(guò)程如下：?jiǎn)?dòng)基本流程：Bootloader---＞BootParameter--＞Kernel—＞Root File System。

第一步，F(xiàn)LASH 存儲(chǔ)器[6]中BootLoader 指令啟動(dòng)，它的主要作用是初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間映射圖，將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境調(diào)整到最合適狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核做好準(zhǔn)備。

第二步，一旦上述過(guò)程完成，Bootloader 便把系統(tǒng)文件鏡像調(diào)用到SDRAM。最后，處理器通過(guò)收發(fā)總線(xiàn)調(diào)用SDRAM 中的系統(tǒng)文件[5]，實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。

顯示電路，見(jiàn)圖1：驅(qū)動(dòng)芯片SED1356F0A、顯存IS41LV16100B/TSOP、圖像調(diào)制DAC 芯片ADV125KST50、觸摸屏控制DS90CF383MTD、背光燈驅(qū)動(dòng)IRF7210。

顯示啟動(dòng)電路，見(jiàn)圖2。第一步，顯示驅(qū)動(dòng)芯片SED1356F0A 處理完處理器送達(dá)的數(shù)據(jù)后會(huì)將數(shù)據(jù)保存到顯存[11]IS41LV16100B/TSOP 中。這個(gè)過(guò)程中驅(qū)動(dòng)芯片的MA10/MA11 引腳通過(guò)高低電平變化控制IRF7210 使背光燈管點(diǎn)亮和熄滅。第二步，圖像調(diào)制[7-9]DAC 芯片ADV125KST50 從顯存中讀取出數(shù)據(jù)并將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為RGB 模擬信號(hào)[10-11]，同時(shí)將數(shù)字信號(hào)傳到觸摸屏控制DS90CF383MTD，最后由屏幕顯示出來(lái)。

圖1 boot芯片電路

圖2 顯示電路

2 典型故障分析

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象

開(kāi)機(jī)后報(bào)警聲音持續(xù)，屏幕點(diǎn)亮。停在A(yíng)PP 選擇界面：“Choosing which application to run…..Running Application Record 2….”。無(wú)法進(jìn)入工作系統(tǒng)，且無(wú)法進(jìn)入維修模式。

2.1.2 故障分析

當(dāng)出現(xiàn)“APP 選擇界面”時(shí)，可以判斷顯示電路沒(méi)有問(wèn)題。問(wèn)題出在主Boot 電路，而FLASH 芯片中指令BootLoader 是加電后最先啟動(dòng)的[12]，所以可以排除FLASH芯片。處理器MCF5272 的主要作用就是調(diào)用SDRAM 中的系統(tǒng)文件鏡像，通過(guò)“APP 選擇界面”可以知道處理器MCF5272 正在等待調(diào)用SDRAM 中的系統(tǒng)鏡像文件，可是沒(méi)有找到。

所以故障定性為處理器MCF5272 無(wú)法正常調(diào)用SDRAM 中的系統(tǒng)鏡像文件，導(dǎo)致上述故障現(xiàn)象。

故障原因可能為：①SDRAM 芯片IS42S32200B-7T 出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致系統(tǒng)鏡像文件無(wú)法正常被調(diào)用；②總線(xiàn)芯片74ALVC16245MTD 出現(xiàn)問(wèn)題，使FLASH 無(wú)法將系統(tǒng)鏡像文件傳送到SDRAM 中，從而導(dǎo)致處理器調(diào)用文件失敗。

2.1.3 故障解決方案

優(yōu)先考慮SDRAM 出現(xiàn)問(wèn)題，芯片的外圍設(shè)備只有供電濾波0.1 μf 電容,而且都是3 V 供電，如果有電容擊穿會(huì)使3 V 供電出現(xiàn)出問(wèn)題，通過(guò)主板上供電指示燈可以知道，3 V 供電正常，所以不會(huì)是電容擊穿。通過(guò)機(jī)械萬(wàn)用表測(cè)量可知電容充放電正常，不存在斷路現(xiàn)象。

高遠(yuǎn)球分為正手高遠(yuǎn)球、反手高遠(yuǎn)球、頭頂高遠(yuǎn)球。其中正手高遠(yuǎn)球是羽毛球上手擊高遠(yuǎn)球技術(shù)中的基礎(chǔ)。擊打高遠(yuǎn)球看起來(lái)動(dòng)作簡(jiǎn)單但是其實(shí)要求也很高。因?yàn)橛鹈蚴侵v究協(xié)調(diào)、巧勁結(jié)合的運(yùn)動(dòng)，注重瞬間的爆發(fā)力而不是單單依靠手臂力量[1]。

排除外圍電路，考慮SDRAM 本身數(shù)據(jù)接口出現(xiàn)問(wèn)題，測(cè)量發(fā)現(xiàn)IS42S32200B-7T 的65 腳A8 與GND 之間電阻為零，有擊穿顯現(xiàn)象，可以確定引腳存在問(wèn)題。但是A8 腳還與總線(xiàn)芯片74ALVC16245MTD 的33 腳相連，所以先拆掉總線(xiàn)芯片，故障依舊，所以確定是SDRAM 出現(xiàn)問(wèn)題，更換芯片后測(cè)量正常，通電后進(jìn)入系統(tǒng)正常工作。

類(lèi) 似 的 故 障 還 有：“Choosing which application to run…..Application Record 2 is not valid; Running Application Record 1”。

2.1.4 小結(jié)

這類(lèi)故障要求熟悉VELA 主板的主要電路結(jié)構(gòu)和啟動(dòng)流程，通過(guò)顯示可以判斷是哪一步出現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)而減少維修時(shí)間和誤區(qū)。

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象

開(kāi)機(jī)后報(bào)警聲音正常，面板指示燈點(diǎn)亮，且能聽(tīng)見(jiàn)繼電器隨程序通斷“噠噠”聲音，但是無(wú)法進(jìn)入系統(tǒng)，且屏幕無(wú)法點(diǎn)亮，按壓屏幕呼吸機(jī)無(wú)響應(yīng)。

繼電器通斷說(shuō)明程序正常啟動(dòng)，顯示和觸摸屏無(wú)反應(yīng)，問(wèn)題出在顯示電路[13]。

屏幕和觸摸屏均無(wú)反應(yīng)， 說(shuō)明觸摸屏控制DS90CF383MTD、背光燈驅(qū)動(dòng)IRF7210 都沒(méi)有正常工作，兩個(gè)同時(shí)壞的可能性較小，所以問(wèn)題很大可能出在顯示驅(qū)動(dòng)芯片SED1356F0A 和顯存IS41LV16100B/TSOP。

2.2.3 故障解決方案

在測(cè)量外圍輔助電路時(shí)發(fā)現(xiàn)R403 電阻阻值無(wú)法測(cè)量，其正常值應(yīng)為1.0 K,這是一個(gè)下拉電阻，接到顯存IS41LV16100B/TSOP 的OE 引腳，所以極大可能是電阻斷路，使得顯存無(wú)法工作。所以更換電阻，阻值可測(cè)，但是故障依舊，考慮是因?yàn)轱@存內(nèi)部有短路情況使得R403 電流過(guò)大而燒壞，所以更換顯存，通電正常工作。

類(lèi)似的故障還有：開(kāi)機(jī)后能正常啟動(dòng)，觸摸屏和背光燈均正常使用，但是屏幕顯示亂碼、花屏、白屏，均考慮與顯示電路相關(guān)。

2.2.4 小結(jié)

這類(lèi)故障是顯示出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作。在處理這類(lèi)故障的時(shí)候最關(guān)鍵的是排除Boot 電路，通過(guò)繼電器有規(guī)律的通斷“噠噠”聲，可以斷定主Boot 正常。除此之外，還可以通過(guò)測(cè)量收發(fā)總線(xiàn)74ALVC16245MTD 芯片的1 腳，正常啟動(dòng)時(shí)電壓會(huì)在3 V-0 V-3 V 之間連續(xù)變換，如果電壓變換正常，也可斷定主Boot 啟動(dòng)正常。

2.3 故障三

2.3.1 故障現(xiàn)象

開(kāi)機(jī)后報(bào)警一直響，面板指示燈點(diǎn)不亮，沒(méi)有聽(tīng)見(jiàn)繼電器隨程序通斷“噠噠”聲音，無(wú)法進(jìn)入系統(tǒng)，且屏幕無(wú)法點(diǎn)亮，按壓屏幕呼吸機(jī)無(wú)響應(yīng)。

2.3.2 故障分析

顯示和觸摸屏無(wú)反應(yīng)，除了報(bào)警聲音以外，呼吸機(jī)沒(méi)有任何反應(yīng)，無(wú)法定性分析主板那一部分出現(xiàn)問(wèn)題。

進(jìn)一步觀(guān)察主板，電源3 V 和5 V 指示燈正常,說(shuō)明供電正常。測(cè)量收發(fā)總線(xiàn)74ALVC16245MTD 芯片的1 腳，電壓維持3 V 不變，說(shuō)明沒(méi)有數(shù)據(jù)交換，所以很大可能是程序根本沒(méi)有被調(diào)用，導(dǎo)致上述故障現(xiàn)象。

2.3.3 故障解決方案

在放大鏡下仔細(xì)觀(guān)察BOOT 啟動(dòng)各種芯片，發(fā)現(xiàn)主處理器MCF5272 有一條細(xì)小的裂紋。主處理器采用的是BGA 焊接[14-15]，且工作時(shí)溫度會(huì)比較高，所以極容易出現(xiàn)虛焊和燒壞的情況。所以，重新更換處理器后故障解除，呼吸機(jī)開(kāi)機(jī)自動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)。為了避免此類(lèi)情況再次發(fā)聲，在主處理器周?chē)磕▽?dǎo)熱硅脂，并且上方加裝散熱片，使主處理器工作在一個(gè)合適的狀態(tài)下。

3 討論

這類(lèi)無(wú)法進(jìn)入系統(tǒng)的故障是最為棘手的，要考慮眾多因素：供電、軟件、硬件。在處理這類(lèi)故障的時(shí)要注意借助一些特殊設(shè)備：放大鏡、顯微鏡、BGA 焊臺(tái)等。仔細(xì)排查每一個(gè)芯片，因?yàn)橛布墓收下蔬h(yuǎn)遠(yuǎn)大于軟件，所以必須先從硬件入手，包括引腳電阻、器件完整度等。結(jié)合本機(jī)器的基本電路[16]分析可知，分析故障點(diǎn)是最重要的，明白機(jī)器啟動(dòng)哪一步對(duì)應(yīng)的哪一部分硬件是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。同時(shí)，在做BGA 焊接的時(shí)候要注意植球和加焊，避免出現(xiàn)虛焊而導(dǎo)致故障擴(kuò)大化。