Slika 1: Blok dijagram medicinski uređaj za stimulaciju pomoću eksterne memorije za podržati napredne funkcije
Prvi izazov za sistem arhitekte je da se utvrde pravi sistem na čipu (SoC) ili mikrokontroler da služi kao srce sistema. To mora biti u stanju da pruže željene performanse uz istovremeno smanjenje budžeta moć cjelokupnog sistema.
Perifernih uređaja, kao što su vanjski uspomene, senzori, a telemetrija interfejsi mora biti uporediv sa SoC / mikrokontroler performanse, istovremeno podržavajući kompaktan oblik i efikasne potrošnje energije.
memorija izbora
Na odabrani uređaj obično objedinjuje dvije vrste sjećanja, blic i SRAM.
Flash je relativno sporo pisanje, non-volatile memorije koja podržava ograničen broj ciklusa pisanja. Koristi se za držanje fiksni ili sporo mijenja podatke, kao što su kod aplikacije, informacioni sistem, i / ili post-obrađeni korisnik prijavi podataka.
SRAM je brz pristup, volatile memoriju koja pruža neograničene pisanja ciklus izdržljivost. Ona se koristi za pohranu privremenih podataka sistem run-time.
Kao sistem složenost povećava, tako se kod složenosti za više matematičke funkcije i algoritme. Interna on-chip memorijski kapacitet može biti nedovoljno. Prijenosni medicinski sistemi često treba dodatni prostor za pohranu, što zahtijeva dizajnerima da poveća interne memorije sa vanjskim memorije (Slika 1).
A spoljne memorije male snage mogu se koristiti za RAM proširenje, obično je SRAM sa ekstremno niskim aktivni i pasivni struje. Mogućnosti za neprolazno za pohranu uključuju flash, EEPROM, MRAM, i F-RAM-a.
Serijski flash memorija se koristi za neprolazno proširenje programa i čuvanje podataka, zbog svoje niske cijene i dostupnost visokog gustoće. Međutim, on ima relativno visoke potrošnje energije, čime se smanjuje radni vek uređaja baterije na bazi.
Neke aplikacije zamijeniti jedan dio memorije sa EEPROM, ali to još uvijek nije baterija za porodicu, posebno kada operacija uključuje opsežne pisanje u EEPROM. Takođe otežava dizajn aplikacija koda.
Magneto-otporni RAM (MRAM) ima neograničen pisanja izdržljivost. Njegova mana je, međutim, da se troši vrlo visoko aktivni i pasivni struja i podložna magnetska polja koja može korumpirani pohranjenih podataka. Ove karakteristike stoga čine nepodobnim u rade na baterije medicinskih uređaja.
Feroelektričnih RAM (F-RAM), ima nekoliko ključnih prednosti u prenosive medicinskih uređaja i ima visoke pisanja ciklusa izdržljivost.
medicinskih komplikacija
Slika 2: Potrošnja energije po 4Mb write (μJ) za neizbrisivu memoriju tehnologije
Ograničenog pisanja izdržljivost EEPROM i flash stvara potencijalne probleme za medicinske uređaje koji potrebu za skladištenje trupaca podatke koji se stalno ažuriraju. Flash ponude izdržljivost po nalogu 1E + 5 i EEPROM je 1E + 6. Write ciklus izdržljivosti F-RAM je 1E + 14 (ili 100000000000000). To omogućuje uređajima da se moći prijaviti više podataka bez potrebe za implementaciju složenih algoritama na habanje izravnavanje i preko-pružanje dodatnih kapaciteta (Slika 3).
Druga prednost je da je unutrašnja arhitektura F-RAM troši reda veličine niže aktivne energije od uređaja flash ili EEPROM pohranu punjenja na bazi (Slika 2).
Na primjer, Excelon F-RAM iz Cypress podrške stanju pripravnosti, duboko u sebi snage i hibernate stanju mirovanja režima. Implementacija ove u aplikaciju može smanjiti potrošnju energije za otprilike dva reda veličine u kombinaciji sa nižim režim aktivne snage.
Slika 3: Endurance odnosu ciklus za neizbrisivu memoriju tehnologije
EEPROM i FLASH zahtijevaju dodatnu vremenu ciklusa programa / pisanja stranica, čime se povećava aktivno vrijeme sistema za operacije pisanja. F-RAM-ova neposredna ne-volatilnost omogućava da su sustavi koji upravljaju baterije da u potpunosti isključuju napajanje ili brže ispuštaju sistem u režim niske ispravke za smanjenje aktivnog vremena i aktivne struje.
To takođe povećava pouzdanost u aplikacijama koje imaju precizan vremenski uslovi u kojima su podaci u riziku tokom greške u moći. F-RAM ćelije također su vrlo tolerantne na različite vrste zračenja, uključujući rendgenske zrake i gama zračenje i imuni su na magnetna polja, kako bi zaštitili snimljene podatke.
Neki F-RAM uređaji, kao što su Excelon LP, pružaju korekciju pogreške na čipu (ECC) koji mogu otkriti i ispraviti jednokratne pogreške u svakoj 64-bitnoj riječi podataka, povećanje pouzdanosti za pohranu kritičnih podataka. F-RAM takođe podržava kontroliranu vršku struju (tj. Kontrolu struje učvršćivanju manjim od 1,5 mA) da se spriječi prekomjerno pražnjenje baterije.
F-RAM se može smjestiti u ambalaži koja je prostorno efikasna. Na primjer, Excelon LP nudi do 8Mbit i dostupna je u industrijskom standardnom osmo-pisnom sočnom i minijaturnom osam-pinskim GQFN paketima sa protokom do 50MHz SPI I / O i 108MHz QSPI (Quad-SPI) I / O.
F-RAM-ova gotovo beskonačna izdržljivost, trenutna ne-volatilnost i mala potrošnja energije omogućuju dizajneri sustava da kombinuju i RAM-i ROM-ove podatke i funkcije u jednoj memoriji.
Romsko tehnologije zasnovane na MASK-ROM-u, OTP-EPROM i Nor-Flash, nehlapljivi su i orijentirani su na aplikacije za pohranu kodova.
Nand-Flash i EEPROM mogu poslužiti i kao nehlapljiva memorija podataka. Svi su potrebni neki kompromis, jer obavljaju i pohranu koda i podataka s niskim performansama u odnosu na alternativnu uspomenu.
Te tehnologije se fokusiraju na niže troškove, što zahtijeva izreku jednostavnosti upotrebe i / ili performansi.
Tehnologije zasnovane na RAM-u služe kao memorija podataka, a kao i kao radni prostor za izvršenje koda prilikom izvršavanja iz bljeskalice dokazuje se prespor. RAM pruža spoj koda i funkcionalnosti podataka, ali njegova nestabilna priroda ograničava svoju upotrebu privremenom skladištenju.
Prijenosne aplikacije zahtijevaju optimizirane performanse u što su više komponenata.
Korištenje više vrsta memorijskih vrsta može dovesti do neefikasnosti, komplicira dizajn koda i obično troše više energije.
Učinkovitost i pouzdanost F-RAM-a omogućavaju jednoj memorijskoj tehnologiji da se bavi i kodom i podacima.
Ima izdržljivost za podršku evidentiranju s visokim frekvencijskim podacima tijekom smanjenja troškova sustava, povećavajući efikasnost sistema i smanjenje složenosti sustava.
