大型医疗设备芯片级维修探讨

杜昱铿

1 芯片级维修的具体要求

1.1 提高工作人员的业务素质

作为维修工程师必须掌握模拟和数字电路的基础知识以及电工基础知识，了解电路原理，应用场合和基本用电常识，能够对典型电路的工作过程进行分析。现代大型医疗设备离不开计算机组件，这就要求工程技术人员要熟悉计算机系统的组成及结构，了解计算机系统中硬件部分和软件部分的关系，具备一定的计算机操作技能和相关知识；了解常用专业用语，能读懂各种手册，并学会基本的检索技能。

芯片级维修要求维修人员具备良好的动手操作能力，手指灵活，动作干净利索，不拖泥带水，能够按照预定的设计方案有计划，有步骤地进行现场操作。医疗设备如CT和DSA中既有精细的数据处理模块、又有高压部分，因此对这种医疗设备进行检测时候一定要有良好的安全意识，养成良好的检修习惯。不仅要确保自己的人身安全，而且要确保检修设备、检修工具的安全，避免安全意识淡漠而造成人身损伤和设备损坏。作为维修人员一定要养成良好习惯，例如在用电时要保证插座与用电设备稳固插接，不带电进行零部件的插拔或更换；使用电烙铁时要注意远离易燃易爆物品，用完后要及时断电并将电烙铁放置在绝对稳妥的地方。

1.2 维修设备要求

常用的检修工具是必备的：万用表、热风焊台、异性螺丝刀、撬棒、放大镜、镊子。万用表主要用于电流、电压、电阻的检测，判断电路板上元器件好坏以及接口是否正常；示波器则主要是对芯片输入、输出信号的测量，以了解工作状态。对于更高级别的芯片级维修，使用万用表、普通示波器、器件离线测试的方法已不能胜任，因此需要更新型的维修装备来适应更高的要求。（如IC在线测试仪、短路追踪仪、写入器、记忆示波器、逻辑分析仪、精密焊机等）。

1.3 维修环境要求

相对于“粗放式”的维修，芯片级维修对环境有着更高的要求。首先要确保检修环境的安全、整洁。在安全用电方面最好使用1∶1隔离变压器。其次由于大规模集成电路的内绝缘层薄、连线间距少、击穿电压低，使得防静电能力非常弱。因此检修环境要求防静电措施很高。一般防静电装备有：防静电工作台、防静电元件盒、人体防静电手套、防静电工作帽、防静电工作服、防静电腕带。

2 进行芯片级维修的方法

研究医疗设备的芯片级维修的实质是研究透过故障现象追踪锁定有问题的芯片。工程师排除故障的难易程度取决于两个方面：一是故障本身的复杂程度，二是机器机构、原理的熟悉程度。两个层面的不同决定了不同情况下对故障追踪锁定的方式方法有所不同，必须区别对待。

2.1 简单故障的维修方法

对于结构简单或原理熟悉的板卡，一般可采用逐级排查的方法。进行芯片级维修, 首先要尽可能地利用医疗设备本身提供的诊断软件、原理框图、信号流程图、及故障状态指示灯去确定和缩小故障范围。通过确定有故障的板卡，然后再通过各种方法分析确定板上的故障区域，从而解决问题。

确认故障板卡后，再分析板卡每一区域的作用，通过故障现象深入板卡的细部查找故障元件。一般每块板卡都有几片明显的（如cpu），而每一片核心芯片的外围总有一些外围电路。板卡故障首先应怀疑芯片周围的分立元件是否短路、开路等。板卡上还有些触发器、寄存器及选择器类 IC器件的在线状态常常和线路中的其它 IC器件的状态关联密切, 应首先检测其外围相接芯片和电路, 当确认外围电路没有问题后, 再进行核心芯片的检查。

如电源模块的故障通常表现为子系统电源保险烧断或供电电流大大超值。一般电路板的电源端直流电阻为百余至数百欧姆, 若其值明显偏低, 说明板上有短路性损坏的芯片或器件,如果只有几个欧姆或接近于零, 说明板上有芯片或器件击穿。短路故障有时目测就能发现击穿变黑的故障器件。若不烧断保险, 通电5～10 min，故障芯片温度多呈过热表现, 明显高于正常芯片。

维修实例腹腔镜索尼监视器开机后无光栅无图像，待机指示灯亮。对于CRT显示器，维修人员一般都很熟悉，作为此类故障可根据掌握的知识逐级排查。从监视器原理上分析，该故障应重点检查电源保护及控制电路。检修时，打开机盖，用万用表在开机瞬间测T650二次侧回路±22 V、+135 V、+13.5 V、+6.5 V直流电压由正常值迅速下降，说明微处理器能够根据用户指令进入编程操作，开关电源也能响应微处理器的操作控制进入宽脉冲振荡状态。故障是由于电源在进入工作后，保护电路起控或电源ON/OFF电路工作异常，立即返回待机状态。断开复合保护电路中的R055，故障不变。测可控稳压器IC2603(2)脚、IC2601(2)脚、IC460l(2)脚输出电压始终为0 V，测其控制端(4)脚，发现电压只有1.1 V，正常应为4.9 V。再测IC003(11)脚电压为5.0 V，经检查发现电阻R059内部断路，更换R059后机器故障排除。

2.2 复杂故障的维修方法

大型医疗设备特别是进口设备，提供的技术图纸资料很不详细,技术人员对其详细原理、电路不熟悉，以至于遇到突发故障时，常常不知从何下手，这是电路板检修中常遇到棘手问题。此时要用更先进的检修仪器(如在线测试仪等）。

作为目前较为先进的一类测试仪器，存储了大量芯片的电路特征，这为芯片级维修提供了诸多方便,可对多达2万余种IC芯片提供在线功能测试。一般情况下,可方便的查出电路板上功能损坏的IC器件,或对电路板上的芯片进行排除性测试,缩小故障范围,以致确定故障芯片。对于功能测试器件库内暂不包含的IC器件,应用在线测试仪的交互式智能VI曲线测试功能,大多也能确定故障IC芯片。

一般电路板的接口部分最易受到电网有害脉冲、雷电、工业火花脉冲干扰的冲击而损坏,应用在线测试仪可方便的测试接口电路芯片,确定故障接口芯片。如果确认接口电路没有问题,那么,就可从接口电路注入相应的逻辑信号,追踪查找故障元器件所在。在CT电路板故障测试中,除首先应检查接口电路外,其次应该认真检查缓冲器和缓冲器与接口电路之间的门电路及相接的锁存器电路,这也是常发生故障部位, 应予以优先测试。

例如在维修西门子磁共振仪时，初步判断为梯度补偿板问题，但梯度补偿板上布满密密麻麻的贴片元件，既无图纸又对原理细节不清楚，用万用表等常规办法一时无法下手。后仔细观察梯度补偿板，发现它由3个通道组成，每部分具有相同的结构，通过运用在线测试仪的vi测试，直接比较相同部位的节点曲线，当某一个与另外两个存在明显差异时，即可推断出故障区域。通过此方法，在对板卡不甚了解到情况下，快速、有效的找出了故障芯片并更换解决了问题。

2.3 软故障的维修方法

此类故障多是由于器件性能变差、温度特性不好、器件插脚接触不良所致。对于怀疑性能变差的器件,应用记忆示波器,对其逻辑波形的变化进行细致的观察和比较,波形是否产生毛刺或抖动等, 多数情况下能发现故障器件。对于怀疑温度特性不好的芯片, 用绝缘物质将其与周围芯片隔离,用微型电吹风分别吹以冷风和热风,观察电路状态变化,亦能发现故障芯片。

随机性故障一般由随机性原因引起,且这类故障除抗干扰能力差外,多由接触不良引起,但大多数情况下找不到具体故障点或故障芯片,应根据信号流程、逻辑图具体分析处理。故障电路板上的接触不良故障,多由于处理器、寄存器等多插脚的IC芯片插脚接触不良造成,尤其是方型插接芯片，应取下后用橡皮擦拭芯片插脚,使之光亮清洁,用小毛刷认真清洁插座,重装后多能奏效。

维修实例:训练球管10 min后,即对患者进行CT扫描,但只扫描了两层,计算机提示:Hcu[高压控制单元] #30;META-mcu communication failure[通讯失败],再按ENTER键,继续提示:Mcu#3768 META timeout on start of bed in/outmotion及#4786、5786error。

检查及分析:由于以前曾出现过类似的故障,常为Mcu板上电缆线接触不良,或附属电源的某一保险损坏。正常Mcu工作程序为:电脑设置 Hcu Cpu 及Mcu板工作各部件工作感应,进入扫描状态。由于提示Mcu故障,键入Mon,检测Mcu系统,用手动盒移动A. plane及P. plane,监视器均无反应,扫描架旋转也无法进行,查看电路图发现A. plane、P. plane及SWIVEL TILT的感应信号均来自同一放大芯片:其中芯片4脚为+15 V电源,芯片11脚为-15 V电源,怀疑芯片有故障,我们目前也无LF347芯片,再查看电源是否进入LF347芯片内,用万用表测量芯片4脚及11脚电压,发现芯片11脚有-15 V电压而芯片4脚无+15 V电压,再测量芯片4脚前端发现有+15 V电压。重新拔下芯片用清洁剂洗底座,再把芯片各脚重新擦一遍插上，开机后机器恢复正常。

3 结论

在芯片级维修中,所用到的芯片及器件,注意不要降低其等级。上机前最好能对新器件进行老化处理和循环功能测试,确保修复电路板的质量和性能。

大型医疗设备技术先进，工业设计及工艺水准都很高。其自身往往带有丰富的保护手段及自检程序，这为医院工程师解决设备故障进行板卡级维修提供了方便。本院自跨入新世纪以来，通过采购新装备，积极培训维修人员，医疗设备芯片级维修领域成果显著。先后被成功修复板卡有DR高压控制板、CT disk板、B超电源板、生化分析处理板等。与厂家直接更换模块相比，板卡级维修只有其价格的10%～40%，几年下来为医院节约资金数百万元，效益明显。

事实证明，对医疗设备的故障板卡进行芯片级维修是完全可行的，既锻炼提升了维修队伍，又为医院节约了大笔资金。随着越来越多的高精设备的装备使用，传统粗放式的维修将不再适应新的形势，在可以预见的将来，芯片级维修将是医院设备科进行维修工作的可行且必由之路。

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