剖析美敦力PB560呼吸机产品架构设计

新冠病毒肆虐全球，危害人类，海外形式愈演愈烈，形式不容乐观。个人认为美敦力是一家极具社会责任感的公司，为缓解呼吸机供应短缺，将其PB560呼吸机设计图纸全部开源，以期有更多厂家工程师能参与，缓解呼吸机供应难题，应对新冠病毒危机。故此笔者将抽出时间将其设计进行系列解读，以期如有生产厂商看到本系列文章，能帮助其理解PB560的设计，快速切入，提高产能保证质量，在这些技术方面能尽些绵薄之力

另外一个原因也为学习之用，深入学习一下医疗大厂的产品设计风格，设计思路。分享或许有这方面的朋友，以供交流之用。

本文就其总体设计方面进行个人解读，主要涵盖产品总体需求概述，产品硬件架构设计两个方面。用时很短，且个人水平所限，如其中有疏忽错漏之处，请不吝指正，感激不尽。

声明：本文属于公益文章，如因采用文中错误带来的法律后果，本人概不负责，如涉及侵权，请联系笔者删除文章。

软件需求用例

通过快速浏览10037185AB0 - Software Requirements Specification Document整理出美敦力PB560呼吸机的基本软件需求用例如下：

该呼吸机实现的基本功能为：

• 基本的辅助病人呼吸的功能，包括气路压力控制、压力监控、潮气监控等等需求功能。

• 复杂的故障诊断功能：包括高/低压报警、窒息报警、潮气过高/过低报警，流速监控报警、基本管路报警、供电系统报警（电源丢失、电压异常等）、电池系统故障报警、通讯报警等等故障自诊断功能。

• HMI人机交互需求：操作者需要实现配置参数、显示使用状态、显示历史事件记录信息。

• 呼吸机标定需求：主要标定气流量、各传感器准度校验。

• USB通讯需求：主要实现呼吸机与U盘通讯，实现历史记录导出等功能，因此呼吸机从软件层面需实现USB HOST。

硬件架构设计

电路原理图位于：

medtronic-pb560-ventilator-system-file-set-1\Electrical Schematics\PB560 - Electrical Schematics\

从图上可知：

• 电源系统：主电源由AC提供，同时提供两路电池供电，其中第1路内置BATT1，第2路可选

• PB560 可对PB500供电

• 主控键盘由主控芯片控制，主控芯片为ST10F276Z5T3，参见4096600E03001_CPU BOARD SCH

• 实现风扇可选配控制

通过阅读PB560 - Electrical Schematics下的电路图做了其基本电路架构分析框图：

整个产品采用了ST10F276Z5T3为主控芯片，同时采用了PIC18F6622负责电源系统管理控制，PIC18F43K22T负责第2路电池管理控制。所以PB560共采用了3片单片机实现控制。

由图可知，PB560由以下几块电路板组成：

• 主控CPU板，主控芯片为ST10F276Z5T3，为STM32的前身，原理图为4096600E03001_CPU BOARD SCH，实现主要功能：

• LED状态显示

• 潮气控制

• 蜂鸣器控制，PWM接口控制

• 阀门控制，以实现气路控制，PWM接口控制

• 氧气控制，利用PWM控制

• 看门狗

• 双路RTC时间管理，猜想是一种医疗器械功能安全设计

• ARF433MHz 无线报警功能

• 环境温度检测

• 各种参数检测，包括氧气、二氧化碳、压力、泵速、泵温、气流流速等参数监测

• 电源系统电压节点电压监测，主要包括3.3V、24V、AC电源等节点

• 日志FLASH管理，主要实现日志存取管理

• 外接RAM，主要为系统提供内存

• 监控存储器，没有阅读代码，估计是一种功能安全设计考虑

• EEPROM管理，主要存储设备配置信息，由SPI接口实现

• 供电控制板，详细信息见10039639C00_Power Supply Board - Tantalum Less_SCH，主要实现：

• 内置电池管理，包括充电管理、温度监控、电池信息管理（电池内置EEPROM）

• AC/DC电源管理，主要实现电压监控

• 外部DC电源管理，主要实现外部DC电源电压监控

• USB HOST实现，其控制由主芯片ST10F276Z5T3通过SPI实现，USB HOST芯片选用赛普拉斯。
  CY7C67300，该芯片外接RAM芯片，选用赛普拉斯CY7C1021CV33，实现对外两个USB接口功能，用于外接U盘，估计是用来对外导出历史数据，对内导入参数，亦或更新固件，还没有阅读代码，具体暂时未知。

  USB HOST放在这块实现，而控制为主CPU实现，个人认为应是机械结构装配需求。

• USB串口，利用FT2232实现USB串口，该功能主要与电脑通信

• 供电控制板2，主要实现电池组2的管理，与主控板的接口没有深究。原理图为10105965B00_10106052_POWERPACK2 BOARD (DUAL BATTERY)

• 气泵控制板，主要实现气路控制，泵由无刷直流电机驱动。同时实现泵温检测、速度检测、刹车控制、使能控制、速度设定、速度控制与主控芯片利用PWM实现。原理图见4096600.E00.001_Schma Carte Commande Turbine RB0505 IND03

• 蜂鸣器控制板，主控芯片利用PWM实现蜂鸣器控制，该板主要为模拟放大电路，最终驱动蜂鸣器提供声音报警功能。

主控板CPU部分原理图如下：

原理图不是太清楚，如有兴趣请去官网下载。

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