大型醫療設備芯片級維修探討

杜昱鏗

1 芯片級維修的具體要求

1.1 提高工作人員的業務素質

作為維修工程師必須掌握模擬和數字電路的基礎知識以及電工基礎知識，了解電路原理，應用場合和基本用電常識，能夠對典型電路的工作過程進行分析。現代大型醫療設備離不開計算機組件，這就要求工程技術人員要熟悉計算機系統的組成及結構，了解計算機系統中硬件部分和軟件部分的關系，具備一定的計算機操作技能和相關知識；了解常用專業用語，能讀懂各種手冊，并學會基本的檢索技能。

芯片級維修要求維修人員具備良好的動手操作能力，手指靈活，動作干凈利索，不拖泥帶水，能夠按照預定的設計方案有計劃，有步驟地進行現場操作。醫療設備如CT和DSA中既有精細的數據處理模塊、又有高壓部分，因此對這種醫療設備進行檢測時候一定要有良好的安全意識，養成良好的檢修習慣。不僅要確保自己的人身安全，而且要確保檢修設備、檢修工具的安全，避免安全意識淡漠而造成人身損傷和設備損壞。作為維修人員一定要養成良好習慣，例如在用電時要保證插座與用電設備穩固插接，不帶電進行零部件的插拔或更換；使用電烙鐵時要注意遠離易燃易爆物品，用完后要及時斷電并將電烙鐵放置在絕對穩妥的地方。

1.2 維修設備要求

常用的檢修工具是必備的：萬用表、熱風焊臺、異性螺絲刀、撬棒、放大鏡、鑷子。萬用表主要用于電流、電壓、電阻的檢測，判斷電路板上元器件好壞以及接口是否正常；示波器則主要是對芯片輸入、輸出信號的測量，以了解工作狀態。對于更高級別的芯片級維修，使用萬用表、普通示波器、器件離線測試的方法已不能勝任，因此需要更新型的維修裝備來適應更高的要求。（如IC在線測試儀、短路追蹤儀、寫入器、記憶示波器、邏輯分析儀、精密焊機等）。

1.3 維修環境要求

相對于“粗放式”的維修，芯片級維修對環境有著更高的要求。首先要確保檢修環境的安全、整潔。在安全用電方面最好使用1∶1隔離變壓器。其次由于大規模集成電路的內絕緣層薄、連線間距少、擊穿電壓低，使得防靜電能力非常弱。因此檢修環境要求防靜電措施很高。一般防靜電裝備有：防靜電工作臺、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 進行芯片級維修的方法

研究醫療設備的芯片級維修的實質是研究透過故障現象追蹤鎖定有問題的芯片。工程師排除故障的難易程度取決于兩個方面：一是故障本身的復雜程度，二是機器機構、原理的熟悉程度。兩個層面的不同決定了不同情況下對故障追蹤鎖定的方式方法有所不同，必須區別對待。

2.1 簡單故障的維修方法

對于結構簡單或原理熟悉的板卡，一般可采用逐級排查的方法。進行芯片級維修, 首先要盡可能地利用醫療設備本身提供的診斷軟件、原理框圖、信號流程圖、及故障狀態指示燈去確定和縮小故障范圍。通過確定有故障的板卡，然后再通過各種方法分析確定板上的故障區域，從而解決問題。

確認故障板卡后，再分析板卡每一區域的作用，通過故障現象深入板卡的細部查找故障元件。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。板卡故障首先應懷疑芯片周圍的分立元件是否短路、開路等。板卡上還有些觸發器、寄存器及選擇器類 IC器件的在線狀態常常和線路中的其它 IC器件的狀態關聯密切, 應首先檢測其外圍相接芯片和電路, 當確認外圍電路沒有問題后, 再進行核心芯片的檢查。

如電源模塊的故障通常表現為子系統電源保險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百歐姆, 若其值明顯偏低, 說明板上有短路性損壞的芯片或器件,如果只有幾個歐姆或接近于零, 說明板上有芯片或器件擊穿。短路故障有時目測就能發現擊穿變黑的故障器件。若不燒斷保險, 通電5～10 min，故障芯片溫度多呈過熱表現, 明顯高于正常芯片。

維修實例腹腔鏡索尼監視器開機后無光柵無圖像，待機指示燈亮。對于CRT顯示器，維修人員一般都很熟悉，作為此類故障可根據掌握的知識逐級排查。從監視器原理上分析，該故障應重點檢查電源保護及控制電路。檢修時，打開機蓋，用萬用表在開機瞬間測T650二次側回路±22 V、+135 V、+13.5 V、+6.5 V直流電壓由正常值迅速下降，說明微處理器能夠根據用戶指令進入編程操作，開關電源也能響應微處理器的操作控制進入寬脈沖振蕩狀態。故障是由于電源在進入工作后，保護電路起控或電源ON/OFF電路工作異常，立即返回待機狀態。斷開復合保護電路中的R055，故障不變。測可控穩壓器IC2603(2)腳、IC2601(2)腳、IC460l(2)腳輸出電壓始終為0 V，測其控制端(4)腳，發現電壓只有1.1 V，正常應為4.9 V。再測IC003(11)腳電壓為5.0 V，經檢查發現電阻R059內部斷路，更換R059后機器故障排除。

2.2 復雜故障的維修方法

大型醫療設備特別是進口設備，提供的技術圖紙資料很不詳細,技術人員對其詳細原理、電路不熟悉，以至于遇到突發故障時，常常不知從何下手，這是電路板檢修中常遇到棘手問題。此時要用更先進的檢修儀器(如在線測試儀等）。

作為目前較為先進的一類測試儀器，存儲了大量芯片的電路特征，這為芯片級維修提供了諸多方便,可對多達2萬余種IC芯片提供在線功能測試。一般情況下,可方便的查出電路板上功能損壞的IC器件,或對電路板上的芯片進行排除性測試,縮小故障范圍,以致確定故障芯片。對于功能測試器件庫內暫不包含的IC器件,應用在線測試儀的交互式智能VI曲線測試功能,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有害脈沖、雷電、工業火花脈沖干擾的沖擊而損壞,應用在線測試儀可方便的測試接口電路芯片,確定故障接口芯片。如果確認接口電路沒有問題,那么,就可從接口電路注入相應的邏輯信號,追蹤查找故障元器件所在。在CT電路板故障測試中,除首先應檢查接口電路外,其次應該認真檢查緩沖器和緩沖器與接口電路之間的門電路及相接的鎖存器電路,這也是常發生故障部位, 應予以優先測試。

例如在維修西門子磁共振儀時，初步判斷為梯度補償板問題，但梯度補償板上布滿密密麻麻的貼片元件，既無圖紙又對原理細節不清楚，用萬用表等常規辦法一時無法下手。后仔細觀察梯度補償板，發現它由3個通道組成，每部分具有相同的結構，通過運用在線測試儀的vi測試，直接比較相同部位的節點曲線，當某一個與另外兩個存在明顯差異時，即可推斷出故障區域。通過此方法，在對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題。

2.3 軟故障的維修方法

此類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。對于懷疑性能變差的器件,應用記憶示波器,對其邏輯波形的變化進行細致的觀察和比較,波形是否產生毛刺或抖動等, 多數情況下能發現故障器件。對于懷疑溫度特性不好的芯片, 用絕緣物質將其與周圍芯片隔離,用微型電吹風分別吹以冷風和熱風,觀察電路狀態變化,亦能發現故障芯片。

隨機性故障一般由隨機性原因引起,且這類故障除抗干擾能力差外,多由接觸不良引起,但大多數情況下找不到具體故障點或故障芯片,應根據信號流程、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，應取下后用橡皮擦拭芯片插腳,使之光亮清潔,用小毛刷認真清潔插座,重裝后多能奏效。

維修實例:訓練球管10 min后,即對患者進行CT掃描,但只掃描了兩層,計算機提示:Hcu[高壓控制單元] #30;META-mcu communication failure[通訊失敗],再按ENTER鍵,繼續提示:Mcu#3768 META timeout on start of bed in/outmotion及#4786、5786error。

檢查及分析:由于以前曾出現過類似的故障,常為Mcu板上電纜線接觸不良,或附屬電源的某一保險損壞。正常Mcu工作程序為:電腦設置 Hcu Cpu 及Mcu板工作各部件工作感應,進入掃描狀態。由于提示Mcu故障,鍵入Mon,檢測Mcu系統,用手動盒移動A. plane及P. plane,監視器均無反應,掃描架旋轉也無法進行,查看電路圖發現A. plane、P. plane及SWIVEL TILT的感應信號均來自同一放大芯片: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LF347芯片,再查看電源是否進入LF347芯片內,用萬用表測量芯片4腳及11腳電壓,發現芯片11腳有-15 V電壓而芯片4腳無+15 V電壓,再測量芯片4腳前端發現有+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，開機后機器恢復正常。

3 結論

在芯片級維修中,所用到的芯片及器件,注意不要降低其等級。上機前最好能對新器件進行老化處理和循環功能測試,確保修復電路板的質量和性能。

大型醫療設備技術先進，工業設計及工藝水準都很高。其自身往往帶有豐富的保護手段及自檢程序，這為醫院工程師解決設備故障進行板卡級維修提供了方便。本院自跨入新世紀以來，通過采購新裝備，積極培訓維修人員，醫療設備芯片級維修領域成果顯著。先后被成功修復板卡有DR高壓控制板、CT disk板、B超電源板、生化分析處理板等。與廠家直接更換模塊相比，板卡級維修只有其價格的10%～40%，幾年下來為醫院節約資金數百萬元，效益明顯。

事實證明，對醫療設備的故障板卡進行芯片級維修是完全可行的，既鍛煉提升了維修隊伍，又為醫院節約了大筆資金。隨著越來越多的高精設備的裝備使用，傳統粗放式的維修將不再適應新的形勢，在可以預見的將來，芯片級維修將是醫院設備科進行維修工作的可行且必由之路。

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