CareFusion VELA?呼吸機無法進入系統特性分析

王亮

青島市婦女兒童醫院 器械科，山東 青島 266034

引言

VELA 呼吸機作為ICU 有創呼吸機、無創呼吸機使用，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源，也可在沒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 呼吸機的內置金屬渦輪能夠為呼吸機提供壓縮空氣，從而無須依賴醫院提供的壓縮空氣，擴大了呼吸機的應用范圍。由于臨床上存在諸多需要藥物霧化吸入的患者，VELA 呼吸機還能夠提供與患者吸氣同步的氣動式霧化功能，無須再配備昂貴的其它霧化驅動儀器。模式齊全，包括A/C、SIMV、PSV 等基礎模式，可以滿足臨床上的基本機械通氣需求[1-2]。

這款呼吸機采用嵌入式設計[3-4]，結構分明，主要功能全部集中在主板之上，這也造成了呼吸機日常使用過程中故障集中。機器在boot 過程中極易出現問題：黑屏、VENT INOP、無法進入系統等故障。

1 VELA呼吸機主板基本電路分析

本款呼吸機主板采用嵌入式開發設計，主Boot 器件：MCF5272 處 理 器[5]，AM29PLD128G 芯 片 作 為FLASH，配以芯片IS42S32200B-7T 作為SDRAM，收發總線是74ALVC16245MTD 芯片。具體啟動過程如下：啟動基本流程：Bootloader---＞BootParameter--＞Kernel—＞Root File System。

第一步，FLASH 存儲器[6]中BootLoader 指令啟動，它的主要作用是初始化硬件設備、建立內存空間映射圖，將系統的軟硬件環境調整到最合適狀態，以便為最終調用操作系統內核做好準備。

第二步，一旦上述過程完成，Bootloader 便把系統文件鏡像調用到SDRAM。最后，處理器通過收發總線調用SDRAM 中的系統文件[5]，實現開機進入工作狀態。

顯示電路，見圖1：驅動芯片SED1356F0A、顯存IS41LV16100B/TSOP、圖像調制DAC 芯片ADV125KST50、觸摸屏控制DS90CF383MTD、背光燈驅動IRF7210。

顯示啟動電路，見圖2。第一步，顯示驅動芯片SED1356F0A 處理完處理器送達的數據后會將數據保存到顯存[11]IS41LV16100B/TSOP 中。這個過程中驅動芯片的MA10/MA11 引腳通過高低電平變化控制IRF7210 使背光燈管點亮和熄滅。第二步，圖像調制[7-9]DAC 芯片ADV125KST50 從顯存中讀取出數據并將數字信號轉換為RGB 模擬信號[10-11]，同時將數字信號傳到觸摸屏控制DS90CF383MTD，最后由屏幕顯示出來。

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 故障現象

開機后報警聲音持續，屏幕點亮。停在APP 選擇界面：“Choosing which application to run…..Running Application Record 2….”。無法進入工作系統，且無法進入維修模式。

2.1.2 故障分析

當出現“APP 選擇界面”時，可以判斷顯示電路沒有問題。問題出在主Boot 電路，而FLASH 芯片中指令BootLoader 是加電后最先啟動的[12]，所以可以排除FLASH芯片。處理器MCF5272 的主要作用就是調用SDRAM 中的系統文件鏡像，通過“APP 選擇界面”可以知道處理器MCF5272 正在等待調用SDRAM 中的系統鏡像文件，可是沒有找到。

所以故障定性為處理器MCF5272 無法正常調用SDRAM 中的系統鏡像文件，導致上述故障現象。

故障原因可能為：①SDRAM 芯片IS42S32200B-7T 出現問題，導致系統鏡像文件無法正常被調用；②總線芯片74ALVC16245MTD 出現問題，使FLASH 無法將系統鏡像文件傳送到SDRAM 中，從而導致處理器調用文件失敗。

2.1.3 故障解決方案

優先考慮SDRAM 出現問題，芯片的外圍設備只有供電濾波0.1 μf 電容,而且都是3 V 供電，如果有電容擊穿會使3 V 供電出現出問題，通過主板上供電指示燈可以知道，3 V 供電正常，所以不會是電容擊穿。通過機械萬用表測量可知電容充放電正常，不存在斷路現象。

高遠球分為正手高遠球、反手高遠球、頭頂高遠球。其中正手高遠球是羽毛球上手擊高遠球技術中的基礎。擊打高遠球看起來動作簡單但是其實要求也很高。因為羽毛球是講究協調、巧勁結合的運動，注重瞬間的爆發力而不是單單依靠手臂力量[1]。

排除外圍電路，考慮SDRAM 本身數據接口出現問題，測量發現IS42S32200B-7T 的65 腳A8 與GND 之間電阻為零，有擊穿顯現象，可以確定引腳存在問題。但是A8 腳還與總線芯片74ALVC16245MTD 的33 腳相連，所以先拆掉總線芯片，故障依舊，所以確定是SDRAM 出現問題，更換芯片后測量正常，通電后進入系統正常工作。

類 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

這類故障要求熟悉VELA 主板的主要電路結構和啟動流程，通過顯示可以判斷是哪一步出現問題，進而減少維修時間和誤區。

2.2 故障二

2.2.1 故障現象

開機后報警聲音正常，面板指示燈點亮，且能聽見繼電器隨程序通斷“噠噠”聲音，但是無法進入系統，且屏幕無法點亮，按壓屏幕呼吸機無響應。

繼電器通斷說明程序正常啟動，顯示和觸摸屏無反應，問題出在顯示電路[13]。

屏幕和觸摸屏均無反應， 說明觸摸屏控制DS90CF383MTD、背光燈驅動IRF7210 都沒有正常工作，兩個同時壞的可能性較小，所以問題很大可能出在顯示驅動芯片SED1356F0A 和顯存IS41LV16100B/TSOP。

2.2.3 故障解決方案

在測量外圍輔助電路時發現R403 電阻阻值無法測量，其正常值應為1.0 K,這是一個下拉電阻，接到顯存IS41LV16100B/TSOP 的OE 引腳，所以極大可能是電阻斷路，使得顯存無法工作。所以更換電阻，阻值可測，但是故障依舊，考慮是因為顯存內部有短路情況使得R403 電流過大而燒壞，所以更換顯存，通電正常工作。

類似的故障還有：開機后能正常啟動，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。

2.2.4 小結

這類故障是顯示出現問題，導致系統無法正常工作。在處理這類故障的時候最關鍵的是排除Boot 電路，通過繼電器有規律的通斷“噠噠”聲，可以斷定主Boot 正常。除此之外，還可以通過測量收發總線74ALVC16245MTD 芯片的1 腳，正常啟動時電壓會在3 V-0 V-3 V 之間連續變換，如果電壓變換正常，也可斷定主Boot 啟動正常。

2.3 故障三

2.3.1 故障現象

開機后報警一直響，面板指示燈點不亮，沒有聽見繼電器隨程序通斷“噠噠”聲音，無法進入系統，且屏幕無法點亮，按壓屏幕呼吸機無響應。

2.3.2 故障分析

顯示和觸摸屏無反應，除了報警聲音以外，呼吸機沒有任何反應，無法定性分析主板那一部分出現問題。

進一步觀察主板，電源3 V 和5 V 指示燈正常,說明供電正常。測量收發總線74ALVC16245MTD 芯片的1 腳，電壓維持3 V 不變，說明沒有數據交換，所以很大可能是程序根本沒有被調用，導致上述故障現象。

2.3.3 故障解決方案

在放大鏡下仔細觀察BOOT 啟動各種芯片，發現主處理器MCF5272 有一條細小的裂紋。主處理器采用的是BGA 焊接[14-15]，且工作時溫度會比較高，所以極容易出現虛焊和燒壞的情況。所以，重新更換處理器后故障解除，呼吸機開機自動進入系統。為了避免此類情況再次發聲，在主處理器周圍涂抹導熱硅脂，并且上方加裝散熱片，使主處理器工作在一個合適的狀態下。

3 討論

這類無法進入系統的故障是最為棘手的，要考慮眾多因素：供電、軟件、硬件。在處理這類故障的時要注意借助一些特殊設備：放大鏡、顯微鏡、BGA 焊臺等。仔細排查每一個芯片，因為硬件的故障率遠遠大于軟件，所以必須先從硬件入手，包括引腳電阻、器件完整度等。結合本機器的基本電路[16]分析可知，分析故障點是最重要的，明白機器啟動哪一步對應的哪一部分硬件是解決問題的關鍵。同時，在做BGA 焊接的時候要注意植球和加焊，避免出現虛焊而導致故障擴大化。