荧光定量7300PCR仪故障分析与经验总结(3)
3.2 集成电路数据手册Datasheet的有效维修信息快速提取
获得的集成电路数据手册Datasheet里面只有小部分是医疗设备维修需要的内容,现通过对此次维修集成电路LTC3778的Datasheet查阅过程进行讲解。
查看LTC3778的Datasheet的标题了解到LTC3778是较宽的运行范围无检测电阻的降压稳压器。从特性Features栏目中快速查找所需的参数,这里需要查找的主要参数包括:电源输入电压、控制信号电压、输出过压保护电压等。接着仔细阅读Type Applications的电路图包括外围电路的元件,分析供电电路、信号控制电路、电压输出部分电路,留意Package/Order Information中集成电路的电源的输入和输出、接地等引脚的位置对应引脚编号,并使用万用表在电路断电的情况下对以上几个引脚进行测量、分析,以此来确定集成电路是否能够正常工作,以及通电确认控制集成电路LTC3778的供电、输出电压、控制信号电压是否正常。对于一些比较复杂的集成电路会查阅PIN Function的各个引脚的定义和作用,以及本Datasheet中其他对维修提供有用信息的应用电路。确定故障点后会根据集成电路的型号、封装特点购买相应的集成电路替换已经损坏的集成电路[15]。
4 总结
(1)本研究填补了集成电路的数据手册在维修中查阅应用方面的行业文献空白,一定程度为医疗设备维修工作的发展起促进作用。(2)对于元器件处于临界状态,需要我们积累、集中所学知识,认真细致地研究电路,利用逐个排除法缩小维修范围,最终找到故障。(3)被忽略的0 Ω保险电阻。0 Ω保险电阻外观故障表现不明显,又是在角落的很小电阻,很容易被忽略,维修中获得的经验是:在电源电路维修中,把重点握好主干电路的供电、信号所起的重要作用,并通过留意具有关键作用的元器件如R140,能够快速的把握控制整个维修进度。(4)通过对此次维修的总结,后续主要研究如何利用数据手册快速故障位置、故障芯片定位。建立完善的维修检测体系,这就需要我们提高自己的英语阅读能力、深入学习研究并通过集成电路官方网站[16],有效积累集成电路数据手册的关键点信息,实现快速匹配、搭建高效维修电路网络找出故障集成电路。
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基于临床工作的需求,本院检验科先后购置了3台ABI荧光定量PCR仪。ABI 7300型实时荧光定量PCR仪是特异性靶基因检测与定量的一体化平台,将PCR热循环、荧光检测和各种应用分析软件结合在一起,可以动态观察聚合酶链式反应(PCR)扩增产物逐渐增加的情况,PCR试验结束后可以马上得到定量结果[1]。设备科和使用科室对其保养工作格外重视,2017年底,其中一台ABI 7300型PCR仪的光源发生故障,通知厂家工程师上门检测,被告知主控板损坏,建议更换主板,需要花费超过1万元,经过医疗设备科维修部技术专家组讨论决定,由我们工程师维修主控板。1 ABI 7300型荧光定量PCR仪的介绍1.1 7300PCR仪基本情况Applied Biosystems(AB)公司是著名的全球分析仪器和实验室设备的供应商,其产品装备着众多医院和研究机构。我院使用的7300型PCR是ABI公司在2004年推出的第3代荧光定量 7300PCR仪的基本原理介绍PCR是利用DdNA在体外95 ℃高温时变性会变成单链,低温(约60 ℃)时引物与单链按碱基互补配对的原则结合,再调温度至DNA聚合酶最适反应温度(约72 ℃),DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖(5'-3')的方向合成互补链[2]。PCR仪器主要由光源、检测器、热循环模块组成。定量PCR[3]是一种实时监控目标基因PCR扩增的技术,与传统的PCR一样,用同样的基本成分(双链DNA、引物、dNTPs、PCRbuffer、Taq酶等),在温度模块循环里运行,PCR反应液加入各种类型的荧光染料,在扩增过程中荧光信号随着PCR产物的增加而增强,每个循环结束后,定量PCR仪通过不同的滤光片,记录荧光信号的增加,最后PCR软件计算出数据,用于试验结果分析[4-6]。2 ABI 7300型荧光定量分析仪主控板光源电路检修2.1 故障现象ABI 7300型实时荧光定量PCR仪开机出现光源不亮导致设备无法使用,进行内置的Function Test,自检结果出现Failed(图1)。ABI 7300型实时荧光定量 故障原因分析7300开机后,光源不亮设备无法进行正常使用。对设备进行内置的 Function Test进行 All Test,All Test项目包括:USB、CCD、Filter Wheel、Shutter、lamp、Thermal Cycler共6项。检 测发现 Filter Wheel、Shutter、lamp、Thermal Cycler这4项检测结果为Failed。咨询厂家工程师得到结果是这个光源不亮会导致其他的检测不通过。于是查看了设备的Instrument Log 中的 System Log,报错信息如下:“Lamp :Lamp current below acceptable range.”。于是决定先从光源的电源供应电路开始着手维修工作。图1 Function Test结果2.3 故障检测维修、部分电路分析将设备断电拆开设备外壳发现7300PCR内部有1块主控板,1个供电电源模块、1个通信模块。检查主控板电路发现板上有2个5 A的保险丝将整个电路分成2个部分,分别是光源供电部分和信号处理部分,使用数字万用表测量得到12 V灯泡状态正常,于是决定下一步从光源的供电电路着手维修工作。首先,根据 System Log 报错信息:“Lamp :Lamp current below acceptable range.”,先测量保险丝,发现保险丝损坏,更换保险丝装机并试机,再次烧保险丝。于是测量灯泡状态,发现灯泡是完好的且灯泡没有12 V电压,检查供电电路TP24(Lamp Current),根据电路 R138、R195的测量值,测量TP24电压可计算得到灯泡电流几乎为零。同时在供电电路源头的TP2(+12 VLamp)测试点也没能测得12 V灯泡电压。于是从供电电路源头开始测量,查看电路发现24 V直流输入经过5 A保险丝F2,电容C66,C67、L1进行滤波供给 MOSFET Q8 7860DP(7860DP,N-Channel Reduced Qg,Fast Switching MOSFET), 经 测 量 发 现 该 MOS 管 的3个 极DGS处于击穿状态[7],确定该元件已经烧坏。继续往下检查电路,测量发现是控制该元件U26型号是LTC3778,查找LTC3778集成电路的数据手册Datasheet[8]发现其是Wide Operating Range No R sense Step-Down Controller,在 Datasheet内部发现供电管脚是第11脚和第15脚,万用表测量发现11、15脚短路,表明该LTC3778高效降压转换器已经击穿。下面根据LTC3778的Datasheet的典型应用电路(图2),查看7300PCR电路进行对比分析。图2 高效降压转换器电路图根据对7300PCR供电电路的分析,对应LTC3778的典型应用电路分析见下。在高效降压转换器LTC3778的TG、BG引脚连接2个MOS开关管,这2个开关管的控制信号主要来自主控集成电路,检查电路发现对应的元器件是Q7、Q10[9-10],测量元器件Q7、Q10发现Q10没问题,Q7击穿。对Q7、Q10旁边的二极管、电阻、电容进行测量结果正常。继续检查电路后面部分。购买击穿的转换器、MOS管进行更换,更换后进行主控板重要位置参数测量,包括24 V直流、 保 险 丝、TP2, Lamp、Q8、U26、Q7、TP24 Lamp Current、灯泡电压等均在正常值范围内。于是进行装机试机,到此开机正常,然后进入软件进行Function Test,测试结果显示Pass。进行最后一步的使用前确认,联系厂家工程师过来使用前的检查、评估、再确认。厂家工程师到达现场进行设备使用前参数确认,当时设备开机、系统软件的Function Test一切正常,于是进行多次试运行均正常,在场的检验科的临床工作人员都进行了见证。但是在厂家工程师离开后第2天正准备正常使用仪器的时候就又出现了故障:开机光源不亮,做测试也不通过。进行主控板重要位置参数测量,此时的测量结果是:24 V直流正常、保险丝正常、TP2(12 V Lamp)失败、Q8的DS极之间电压24 V正常、U26的11、15引脚未击穿5 V电压正常、Q7未击穿GS极之间控制信号正常、TP24 Lamp Current失败、灯泡电压失败。测量结果表明电源供电已经引入到控制电路[11],但是供给灯泡的电源并没有输送给灯泡,供电失败。接着检查电路板电路的供电情况,起初的几次的测量没能发现问题,后来利用了逐级排除法,才发现在两个大电容C59、C60的旁边有一个小小的0 Ω电阻R140损坏,从外观检查并未能看出什么问题,没有明显的肉眼可见故障,但是我们的数字万用表进行测量发现这个R140已经处于开路的状态,回想故障表现此刻才明白原来这个R140一开始就处于临界状态但是仍可以使用,直到最后才出现断路状况,并导致了灯泡的供电出现问题。更换R140并重新装机试机,顺利的完成维修工作。3 维修经验3.1 集成电路数据手册Datasheet的查阅目前大部分医疗设备的维修资料厂家没有提供,只能根据故障现象进行判断、推测维修。在维修、分析电路的过程中会碰到一些我们不熟悉的元器件,这时我们就需要通过互联网查找元器件的可用信息,例如集成电路的Datasheet,下载下来进行仔细的研究[12]。通过对这次7300PCR仪的维修中涉及的元器件LTC3778的Datasheet进行举例介绍和讲解。阅读LTC3778的Datasheet发现文档里面包含了很多的内容主要有:Features、Description、Applications、Typical Application、Absolute Maximum Ratings、Package/Order Information、Electrical Characteristics、Typical Performance Characteristics、PIN Function、Functional Diagram、Operation、Application Information、Package Description 等[13-14]。 其 中 对 维 修 有用的重点信息栏目是Features、Description、Applications、Typical Application、Absolute Maximum Ratings、Package/Order Information、PIN Function、Package Description。现对数据手册Datasheet内容中的重点信息栏目进行介绍,并说明其在维修工作中的应用情况。Features主要是直观的给出该集成电路的额定电压、电流、阻抗、频率、控制等应用方面的特性,如输入电压范围、电源可控制性、输出电压检测、可编程软启动、输出过载保护、电压参考值1%等等。Description描述了集成电路的作用、特色特性、控制应用、功能扩展,如集成电路是一个同步降压开关调节器控制器,提供故障保护限制、输出过压比较器。Applications给出了控制集成电路的实际应用范围,如笔记本、掌上电脑、电池充电器、分布式电源系统、DDR存储器电源、汽车直流电源等。Type Applications展示了LTC3778控制集成电路典型的应用电路及其负载电流效率图,我们可以通过研究此电路图,有效的掌握该集成电路的主要应用参数设置。Absolute Maximum Ratings绝对的最大额定值,给出了集成电路的输入/输出、温度方面的限制范围,主要用与非直接损坏的集成电路在维修中的参数参考、判断。Package/Order Information给出了控制集成电路的引脚封装图、封装类型等其他的信息,可以直接获取相关功能引脚的位置有效的推进维修速度。PIN Function给出了集成电路的各个引脚的位置(标识)、功能、特性。阅读这部分信息主要是应用工程师的主要工作,而对于维修工作快速阅读获取引脚功能特性有助于在脑海里快速搭建有效的故障电路,方便分析、故障判断。通过对以上的重点信息的阅读、研究,给维修工作提供帮助信息,快速认识、理解集成电路的每一个引脚的用途,并根据典型应用外围电路的学习,使得维修工程师能够快速的在脑海中建立一个局部的维修参考电路图以此加快维修进度。手册中的其他信息为不同领域所应用,在此不做?集成电路数据手册Datasheet的有效维修信息快速提取获得的集成电路数据手册Datasheet里面只有小部分是医疗设备维修需要的内容,现通过对此次维修集成电路LTC3778的Datasheet查阅过程进行讲解。查看LTC3778的Datasheet的标题了解到LTC3778是较宽的运行范围无检测电阻的降压稳压器。从特性Features栏目中快速查找所需的参数,这里需要查找的主要参数包括:电源输入电压、控制信号电压、输出过压保护电压等。接着仔细阅读Type Applications的电路图包括外围电路的元件,分析供电电路、信号控制电路、电压输出部分电路,留意Package/Order Information中集成电路的电源的输入和输出、接地等引脚的位置对应引脚编号,并使用万用表在电路断电的情况下对以上几个引脚进行测量、分析,以此来确定集成电路是否能够正常工作,以及通电确认控制集成电路LTC3778的供电、输出电压、控制信号电压是否正常。对于一些比较复杂的集成电路会查阅PIN Function的各个引脚的定义和作用,以及本Datasheet中其他对维修提供有用信息的应用电路。确定故障点后会根据集成电路的型号、封装特点购买相应的集成电路替换已经损坏的集成电路[15]。4 总结(1)本研究填补了集成电路的数据手册在维修中查阅应用方面的行业文献空白,一定程度为医疗设备维修工作的发展起促进作用。(2)对于元器件处于临界状态,需要我们积累、集中所学知识,认真细致地研究电路,利用逐个排除法缩小维修范围,最终找到故障。(3)被忽略的0 Ω保险电阻。0 Ω保险电阻外观故障表现不明显,又是在角落的很小电阻,很容易被忽略,维修中获得的经验是:在电源电路维修中,把重点握好主干电路的供电、信号所起的重要作用,并通过留意具有关键作用的元器件如R140,能够快速的把握控制整个维修进度。(4)通过对此次维修的总结,后续主要研究如何利用数据手册快速故障位置、故障芯片定位。建立完善的维修检测体系,这就需要我们提高自己的英语阅读能力、深入学习研究并通过集成电路官方网站[16],有效积累集成电路数据手册的关键点信息,实现快速匹配、搭建高效维修电路网络找出故障集成电路。[参考文献][1] 钟江华,张光萍,柳小英. 实时荧光定量PCR技术的研究进展与应用 [J]. 氨基酸和生物资源,2011,33(2):68-72.[2] 李春勇. 数字 PCR 技术原理及应用 [J]. 生物技术世界,2014(11):10-13.[3] 黄留玉.PCR最新技术原理、方法及应用[M].2版.北京:化学工业出版社,2011.[4] 李金明.实时荧光PCR技术[M].北京:人民军医出版社,2007:101-102[5] 巢薇 . 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