1、图1 PM8000主控板工作原理框图PM 8000多参数监护仪主控板的原理与维修Principle and Troubleshooting of Main-Board for PM 8000Multi-parameter MonitorPM8000 型多参数监护仪可实时检测人体的心电信号、心率、血氧饱和度、血压、呼吸频率和体温等重要参数，实 现对各参数的监督报警、信息存储和传输，能为医学临床诊 断提供重要的生理信息，在医疗诊治过程中发挥着重要作用。主控板是多参数监护仪是最重要的部件之一，具有系 统的控制、调度及管理 ；数据的处理、存储、显示、诊断 及打印 ；网络传输等功能。主控板与外部的互连包

2、括电源输入和多路串口、薄膜场 效应晶体管液晶显示器（Thin Film Transistor，TFT-LCD）屏 接口、模拟视频图形阵列（Video Graphics Array，VGA）接口、 网络接口、模拟输出等。板上保留 OCD 调试模式（Background Debugging Mode，BDM）接口用作软件调试和软件下载 1。PM8000 型多参数监护仪主控板故障发生率较高，现将 其工作原理及常见故障介绍如下。1 工作原理仪器开机后，闪存器 U3、U4 中存储的主程序被引 导到内存中，主处理器 U7 进行运算处理，控制其他相 应部件、模块工作。工作中，传感器采集的 NIBP（无 创血

3、压）、ECG（心电图）及 SpO2（血氧饱和度）等信 号送到相应模块进行干扰抑制、信号滤波和放大等预处 理，转换成电信号，信号经 I/O（输入 / 输出）线、总 线送到内存。主处理器根据预设程序指令对内存传来的各数据进行计算分析，结果与设定阈值比较，进行监督报警，将结果数据实时存储到闪存器，并经过总线传送 到显示单元供显示。显示控制芯片图形处理器（Graphic Processing Unit，GPU）根据主处理器的要求，完成图 像处理过程，并将最终图像，送入低压差分信号（Low- Voltage Differential Signaling，LVDS）发射端芯片，通 过 LCD 液晶屏进行显

4、示。主处理器将数据通过网络控 制器、网络接口传送至护士中心工作站上，在 PC 机屏 幕上实时显示，供医疗诊治使用。2 主控板的硬件结构主控板主要元器件表，见表 1。主控板主要由 4 部分 组成 ：CPU 处理单元、显示单元、网络传输单元和 I/O 接 口单元。原理框图，见图 1。收稿日期：2012-03-22修回日期：2012-08-27作者简介：陈宏军，工程师。研究方向：医疗设备的管理、使 用、维修与保养。作者邮箱：lnyyxxk138中国医疗设备 2012年第27卷 09期 VOL.27 No.09陈宏军，丰光全，王凤红北京老年医院 器械科，北京 100095CHEN Hong-jun,

5、FENG Guang-quan, WANG Feng-hongEquipment Department, Beijing Geriatric Hospital, Beijing 100095, China摘 要 本文根据PM8000型多参数监护仪主控板工作原理框图，阐 述了PM8000型多参数监护仪主控板的工作原理，分析了主要元器 件功能，总结了主控板的常见故障及原因。关键词 多参数监护仪；心电图；无创血压；医疗设备维修中图分类号 TH776 文献标志码 B doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2012.09.043 文章编号 1674-1633(2012)09-0138

6、-04设备运行与保障OPERATION & GUARANTEE FOR INSTRUMENTS表1 主控板主要元器件一览表序号元件编号型号名称功能及用途连接CPU和其他设备的通道，起到缓冲和数据交换作用。 存储程序及数据。 EEPROM存储器、复位控制器、Watchdog 主CPU。1U1U2hynix GM71V18163CT6动态随机存取存储器（内存芯片）23456U3U4U5U7U8U10U13intel TE28F800CSI1161JMotorola Coldfire 5206E HC00winbond W24L010AJ-153伏启动块闪存EEPROM存储器 嵌入式控制器

7、CPU 四组2输入端与非门 VRAM:显存芯片,帧存储器。存储显示芯片所处理的数据信息。GPU，负责处理由CPU发来的数据，将产生的结果显示在显示器上。7U14XILINX XC2S50FPGA（可编程门阵列）芯片8910U15U16、U18U19LM3581117M3ASIX AX88796双运算放大器3.3V电源电压转换器 快速以太网控制器为芯片提供3.3V工作电压。兼容NE2000的网络数据传输控制芯片。 信号传输、阻抗匹配、波形修复、信号杂波抑制和电平隔离。 LVDS接口控制。11U20FRECOM FM81-2319网络隔离变压器121314U21U22U24U25DS90CF363

8、AMTDPI74FCT MAX5102低压差分信号传输8路D触发器 D/A转换器数字信号转换成模拟信号。提供秒、分、时、日期、星期、月、年等日历信息。15ds1337实时时钟芯片2.1 CPU处理单元CPU 处理单元主要元件有 ：CPU 芯片、内存芯片和闪 存芯片。U7 ：Motorola 公司生产的嵌入式控制 器，ColdFire5206E 作为主控板的主 CPU，工作电压在 3.3 V，工作时钟54 MHz（X1）。它通过总线和 I/O 线与外围的 ECG、NIBP、 SpO2 等模块相连接，对其进行通讯和控制，对模块反馈回 来的数据进行处理并传送给相应的输出设备。U3U4 ：闪存（TE2

9、8F800）。采用两片 Flash 存储器芯 片并联，为本机提供 16M 闪存。用来存储 PM8000 启动时 运行的程序和常数。CPU 的输出端口 PP1 用于 Flash 存储 器的写保护，低电平有效。在需要更新软件版本时，通过 BDM 接头，即插座 P7 下载 1。U1U2 ：动态随机存取存储 器（Dynamic Random Access Memory，DRAM），为内存。由两片 1Mwords×16 bit 的 Hynix DRAM 芯片并联，为本机提供 32 M 内存。工作过程 中，闪存中的程序被 CPU 引导到内 存， CPU 在内存中对数据进行运算处理。内存用来存放当

10、前 正在使用的（即执行中）的数据和程序，只用于暂时存 放程序和数据，一旦关闭电源或发生断电，就会释放所 有的存储空间，其中的程序和数据就会丢失。2.2 显示单元主要由显示控制芯片 GPU、显存芯片、低压差分信号 传输芯片 U21 构成。U14 ：显示控制器 GPU。Xilinx 公司的具有串口控 制功能的 VGA 显示芯片现场可编程门阵 列（Field Programmable Gate Array，FPGA）XC2S50，作为主控板的GPU，工作电压 3.3 V，显示时钟为 38 MHz（X3）。U14 还扩展出多路串口，这些串口与外部参数模块进行通讯。U14 将收到的数据通过总线传递给 C

11、PU，CPU 通过 U14 发送数 据给各外部参数模块。U10U13 ：帧 存 储 器（Video Random Access Memory， VRAM），显存芯片。由 4 片 SRAM 静态存储器构成，分为 字符区和波形区两部分。显示屏上的可见信息是这两个区 域中显示像素的叠加。用来存储显示芯片 GPU（U14）运 算处理的临时数据及程序。U21 ：低压差分信号传输芯片，LVDS 发送器。LVDS 发送器将 U14 输出的并行 RGB（红绿蓝）数据信号和控 制信号转换成低电压串行 LVDS 信号，然后通过驱动板 与液晶面板之间的柔性电缆（排线），将信号传送到液晶 面板侧的 LVDS 接收器，

12、LVDS 接收器再将串行信号转 换为 TTL（晶体管 - 晶体管逻辑电平）电平的并行信号， 送往液晶屏进行显示控制。CPU 对采集的数据按照预设程序指令进行运算处理后， 经 I/O 总线送到显示单元，GPU 将显示数据存放到 VRAM 显存芯片，进行运算处理后，视频信号经低压差分信号传 输芯片 U21，送到 LVDS 输出端口，供本机 LCD 液晶显示 屏显示。数字视频信号分成两路，一路通过 P2 送给机内的 CRT（阴极射线管显示器）显示组件，另一路通过二极管 / 电阻网络合成后输送到 P17（VGA）接口，驱动外部 VGA 显示器。2.3 网络传输单元网络传输单元主要由网络控制芯片 U19

13、、网络隔离变 压器 U20 及网络存储器构成。中国医疗设备 2012年第27卷 09期 VOL.27 No.09 139图2 DS1337实时时钟芯片设备运行与保障OPERATION & GUARANTEE FOR INSTRUMENTSU19 ：网络控制器。采用台湾 ASIX 公司推出的兼容NE2000 的快速以太网控制芯片 Ax88796。工作时钟为 25MHz 有源晶振（X4），可靠地保证了数据传输的精确同步 性，大大减少了丢包的可能性。U20 ：网络隔离变压器。网络隔离变压器又称数据汞， 型号为 FRECOM FM81-2319。U20 可以增强传输信号，使 信号传送的距离更远

14、 ；又可使芯片端与外部隔离，增强抗 干扰能力，对芯片增加了保护作用（如浪涌电压、雷击等）； 当接到不同电平的网络接口时，不会对彼此设备造成影响。 因此 U20 主要承担信号传输、阻抗匹配、波形修复、信号 杂波抑制和高电压隔离等作用。网络存储器 ：该机型网络传输采用共享内存方式，即 网络传输时，网络存储器占用主机内存。当有网络传输请求时，CPU 将数据通过网络控制芯片、 网络隔离变压器 U20，输送到 P15（NET）接口，再通过监 护网络等设备，将实时的患者生命体征数据与中心工作站 进行通讯传递。2.4 输入输出接口单元主控板上的 I/O 接口包括 5 个异步串口和1个 I2C 接 口。U14

15、 GPU 扩展出多个串 口。P8（CO/IBP）、P5B1 ：蜂鸣器。主控板 CPU 直接控制，用于对系统致命故障进行声音报警。主控板的电源通过 P11 与电源板连接，电源包括 5 V 主电源、12 V 模块工作电源和一路备用辅助电源。FPGA 的 3.3 V 工作电源通过直流稳压器 U11 产生。12 V 模块工 作电源和串口信号合并后连接到各参数模块。X1、X3X4 ：为有源晶振。3 故障与维修3.1 故障一3.1.1 故障现象 开机后，仪器黑屏无显示，但电源指示灯亮。3.1.2 故障分析与检修 白屏说明显示屏背光灯有供电，但不能正常显示主控板提供的显示数据。应考虑 LVDS 连接排线、L

16、VDS 芯片、 屏坏、GPU、显存及主控板供电故障。首先，PM8000 正常 启动，排除主控板供电故障，按血压测量键听气泵是否有 工作声音。通过 PM8000 后面 VGA 输出口外接显示器来排 除 GPU、显存是否工作正常 2。外接显示器后，能正常显 示监护仪工作界面，说明显示系统功能基本正常，可能是 屏坏或屏排线松动导致接触不良。按血压测量键听气泵有工作声音 ；外接显示器后，能 正常显示监护仪工作界面 ；更换显示屏及排线后，故障依 旧。LVDS 接口无输出，重点检查 U21 芯片。用万用表测量 U21 第 2、8、21 脚电压，均无 3.3 V 工作电压。查贴片电阻 R101 及 C90

17、均正常。U21 工作电压 3.3 V 由 U16 稳压后提供。 一般引脚排列为 1、地 ；2、出 ；3、入。测量 U16 有 5 V 电 压输入，无 3.3 V 电压输出。U16 为 1117 M/33.3 V 电源电压 转换器，用一导线直接到该板上同型号电压转换器 U18 电压 输出脚，短时开机显示正常。购买该同型号集成块更换后， 故障排除。3.2 故障二3.2.1 故障现象 开机进入监护界面后，中间部分全部黑色，没有心电、血氧、呼吸等波形和文字显示。屏幕上方红色警示条显示 “12V DC 过低，系统时钟不存在。”3.2.2 故障分析与检修经检查 DC12V 电源输出正常，主板电池偏低，更换

18、后（CO2）、P9（SpO2） 及 P6（ECG）等模块接口经 U23与 U14 进 行 连 接，P12（PCON）电源控制经 U22 与 U14 相连接，P14（NIBP）、P10（KB）键盘接口和 P13（REC）记录仪接口经 U24 与 U14 相连接。U22U248路D 触发器。外部输入的数据输送到相应的 D 触发器锁存，由片选信号选择数据的传输，从而实现串行 数据通讯。串口工作的波特率来自 CPU 工作时钟。U5（CAT24C161）E2PROM 器件，主要功能是复位与 存储用户设置参数。U5 提供对主控板的复位控制，即开机 上电或系统出现故障时，为 CPU、GPU、网络控制器提供

19、复位信号。其 Vcc 检测电路可使系统免受低电压的影响， 当检测到最小工作电压时，系统将复位，直到 Vcc 返回到 正常值为止。J1 开路时，软件通过 CPU 输出口线 PR0 也 可以禁止 Watchdog（监视器），以提供 Watchdog 的自检。 该芯片为 I2C 总线接口，连接到 CPU 的 M-bus 总线上。U6 ：主控板的时钟芯片 DS1337，见图 2。主要功能有 ： 时钟、日历、闹钟、周期性中断输出、32KHz 时钟输出等。 DS1337 串行实时时钟芯片是一种低功耗、全部采用 BCD 码的时钟芯片。该芯片通过 I2C 接口与控制处理器芯片通 信，提供稳定的总线时序给后续电

20、路用，以完成芯片间的 通信。BT1 主板电池用于保存用户的设置参数信息以及维 持实时时钟不掉电。U25 ：D/A 转换器采用 MAX5102 芯片，将 CPU 送来的 ECG 或 IBP 数字信号转换成模拟信号，经低通滤波和放大， 提供给 P16（模拟输出），进行输出。140中国医疗设备 2012年第27卷 09期 VOL.27 No.09设备运行与保障OPERATION & GUARANTEE FOR INSTRUMENTS故障依旧。故怀疑时钟电路问题。此机使用的是 DS1337 实时时钟芯片，首先测量 DS1337 芯片的供电脚8为0 V，该芯片未得电工作。在 DS1337 和 电

21、池正极回路查找，未找到明显断路。用小刀将 DS1337 第 8 脚 VCC 端周围电路断开，用导线直接将电池正极引到 DS1337第8 脚。量 DS1337 的供电端，有 3 V 电压。将机器 恢复，通电开机，报系统时钟需要重新设置，设置好时间， 机器使用正常。3.3 故障三3.3.1 故障现象 开机后屏幕显示花屏，其他工作正常。3.3.2 故障分析与检修 判断是连接线虚造成。打开机器，重新拔插液晶屏连接线，故障依旧。测量电源电压，正常。采用替换法，分 别用正常机器的连接线、高压板、主板与故障机相应部件 相替换后，开机检查。当主板替换后，故障机显示正常。 将故障机的主板替换到正常机后，故障存在

22、。确定是主板 显示故障。显示控制器输出的数字视频信号一路通过 P2 送 给机内的 CRT 显示组件，另一路通过二极管 / 电阻网络合 成后驱动外部 VGA 显示器。外接 VGA 显示器显示正常， 故排除显示主单元故障，判断故障应发生在显示传输过程。故障机开机，用改锥敲击 LVDS 显示输出回路并从 本机显示器中观察显示状况，当触及到 U21 外围几个管 脚时，图像显示发生变化。故判断这几个管脚接触不良， 用无水酒精清理干净，用热风枪对管脚进行补焊后，开 机显示正常。故障排除。3.4 故障四3.4.1 故障现象开机后，机器报“NIBP 通讯错误”，按打气键不工作， 其余工作正常。3.4.2 故障

23、分析与检修此故障表明 NIBP 模块与主控板之间的通讯发生异常。 检查 NIBP 模块与主控板之间的连接线连接可靠，故障应 该出现在 NIBP 模块或主板上。将该机 NIBP 模块替换到 正常机器上，工作正常，故判断主控板故障。用万用表重 点测量主控板 P14（NIBP 接口）及 U24 周边电路。经查贴片电阻 R86/220 开路，造成 NIBP 模块与主控板通讯中断。更换此贴片电阻，机器工作恢复正常。3.5 故障五3.5.1 故障现象开机后，机器报 " 网络初始化错误 "，其余工作正常。3.5.2 故障分析与检修系统工作自检时，CPU 未能同网络控制芯片处得到正 常的通讯数据。分析问题主要有 4 方面 ： 主控板上网卡 芯片的供电电路出了问题，网卡芯片没有供电。检查主板 上的主要元件有无烧伤的痕迹，用万用表测量网卡控制芯 片周边及供电电路贴片电阻及电容有无短路、断路存在。 在加电状态下，用万用表测网卡芯片供电端（VCC），看是 否有电，如果没有则修理供电电路 ； 网卡芯片损坏或虚 焊。只能更换或补焊 ； 主板上网卡芯片的晶振振荡不正 常，晶振损坏。用示波器