Rajah 1: Gambarajah blok bagi peranti rangsangan perubatan menggunakan memori luaran untuk menyokong fungsi canggih
Cabaran pertama untuk sistem arkitek adalah untuk mengenal pasti sistem yang betul pada cip (SoC) atau pengawal mikro untuk berkhidmat sebagai tengah-tengah sistem. Ia mesti mampu menyediakan prestasi yang dikehendaki pada masa yang sama mengurangkan bajet kuasa keseluruhan sistem ini.
peranti persisian, seperti kenangan luaran, sensor, dan antara muka telemetri perlu menjadi setanding dengan prestasi SoC / mikropengawal, di samping menyokong faktor bentuk padat dan penggunaan kuasa yang cekap.
pilihan memori
peranti yang dipilih biasanya mengintegrasikan dua jenis kenangan, flash dan SRAM.
Flash adalah memori yang agak perlahan menulis, tidak meruap yang menyokong bilangan yang terhad kitaran tulis. Ia digunakan untuk memegang tetap atau perlahan berubah data seperti kod aplikasi, sistem maklumat, dan / atau selepas diproses pengguna log data.
SRAM adalah memori cepat-akses, tidak menentu yang menyediakan tidak terhad kitaran tulis ketahanan. Ia digunakan untuk menyimpan sementara sistem data jangka masa.
Dengan peningkatan sistem kerumitan, begitu juga kod kerumitan untuk fungsi matematik pelbagai dan algoritma. Dalaman kapasiti memori atas cip tidak mencukupi. sistem perubatan mudah alih sering memerlukan storan tambahan, yang memerlukan pereka untuk menambah memori dalaman dengan memori luaran (Rajah 1).
A memori luaran kuasa yang rendah boleh digunakan untuk pengembangan RAM, biasanya yang SRAM dengan semasa aktif dan siap sedia yang amat rendah. Pilihan untuk simpanan tidak menentu termasuk flash, EEPROM, MRAM, dan F-RAM.
Siri memori flash digunakan untuk program dan penyimpanan data pengembangan tidak menentu kerana kos yang rendah dan ketersediaan kepadatan tinggi. Walau bagaimanapun, ia mempunyai penggunaan tenaga yang agak tinggi, yang mengurangkan hayat operasi peranti berasaskan bateri.
Sesetengah aplikasi menggantikan sebahagian daripada memori dengan EEPROM, tetapi ini masih tidak bateri mesra, terutama apabila operasi melibatkan menulis luas untuk EEPROM. Ia juga merumitkan reka bentuk kod aplikasi.
Magneto-rintangan RAM (MRAM) mempunyai tulis ketahanan yang tidak terhad. Kelemahan, bagaimanapun, adalah bahawa ia menggunakan arus aktif dan siap sedia sangat tinggi dan terdedah kepada medan magnet yang boleh merosakkan data yang disimpan. Ciri-ciri ini dengan itu membuat ia tidak sesuai dalam peranti perubatan bateri.
RAM ferroelektrik (F-RAM), mempunyai beberapa kelebihan utama dalam peralatan perubatan mudah alih dan ia mempunyai tinggi hapus kitaran ketahanan.
komplikasi perubatan
Rajah 2: Penggunaan tenaga per 4Mb write (μJ) untuk teknologi ingatan tidak meruap
Kepada ketabahan menulis terhad EEPROM dan kilat mencipta isu-isu yang berpotensi untuk peranti perubatan yang perlu kedai log data yang sentiasa dikemaskini. Flash tawaran daya tahan atas perintah 1E + 5 dan EEPROM adalah 1E + 6. F-RAM menulis kitaran ketahanan 1E + 14 (atau 100 trilion). Ini membolehkan peranti untuk dapat log naik data tanpa perlu melaksanakan algoritma haus meratakan kompleks dan lebih-peruntukan kapasiti tambahan (Rajah 3).
Kelebihan kedua ialah seni bina dalaman F-RAM menggunakan magnitud tenaga aktif lebih rendah daripada berdasarkan caj-peranti flash atau EEPROM penyimpanan (Rajah 2).
Sebagai contoh, Excelon F-RAM dari bersedia sokongan Cypress, turun kuasa dalam dan hibernate mod melahu. Melaksanakan ini ke dalam permohonan boleh mengurangkan penggunaan kuasa oleh kira-kira dua magnitud dalam kombinasi dengan mod kuasa aktif yang lebih rendah.
Rajah 3: Endurance perbandingan kitaran untuk teknologi ingatan tidak meruap
EEPROM dan Flash memerlukan masa tambahan halaman-program / masa tulis masa, sehingga meningkatkan sistem masa aktif untuk menulis operasi. F-RAM yang tidak turun naik serta-merta membolehkan sistem yang dikendalikan oleh bateri untuk mematikan sepenuhnya bekalan kuasa atau lebih cepat menjatuhkan sistem ke dalam mod terbiar berkuasa rendah untuk mengurangkan kedua-dua masa aktif dan arus aktif.
Ini juga meningkatkan kebolehpercayaan dalam aplikasi yang mempunyai keperluan masa yang tepat di mana data berisiko semasa kesalahan kuasa. Sel F-RAM juga sangat bertolak ansur dengan pelbagai jenis radiasi, termasuk sinar-X dan radiasi gamma dan kebal terhadap medan magnet, untuk melindungi data yang direkodkan.
Sesetengah peranti F-RAM, seperti Excelon LP, menyediakan kod pembetulan ralat pada cip (ECC) yang boleh mengesan dan membetulkan kesilapan tunggal dalam setiap perkataan data 64-bit, meningkatkan kebolehpercayaan penyimpanan data sistem kritikal. F-RAM juga menyokong arus puncak terkawal (iaitu kawalan semasa inrush kurang daripada 1.5 mA) untuk mengelakkan pelepasan bateri yang berlebihan.
F-RAM boleh ditempatkan dalam pembungkusan yang cekap ruang. Sebagai contoh, Excelon LP menawarkan sehingga 8Mbit dan boleh didapati dalam pakej GQFN lapan-Pin Standard Industri dan Pakej GQFN dengan melalui 50MHz SPI I / O dan 108MHz QSPI (Quad-spi) I / O.
F-RAM yang hampir tidak terhingga ketahanan, ketidakpuasan segera dan penggunaan kuasa yang rendah membolehkan pereka sistem untuk menggabungkan kedua-dua data dan fungsi berasaskan ROM dan ROM dalam memori tunggal.
Teknologi berasaskan ROM, termasuk topeng-rom, OTP-EPROM, dan Nor-Flash, tidak menentu dan berorientasikan ke arah aplikasi penyimpanan kod.
Nand-Flash dan EEPROM juga boleh berfungsi sebagai memori data yang tidak menentu. Ini semua memerlukan beberapa kompromi, kerana mereka melakukan kedua-dua kod dan penyimpanan data dengan prestasi rendah berbanding dengan kenangan alternatif.
Teknologi ini memberi tumpuan kepada kos yang lebih rendah, yang memerlukan perdagangan kemudahan penggunaan dan / atau prestasi.
Teknologi berasaskan RAM berfungsi sebagai memori data dan juga sebagai ruang kerja untuk pelaksanaan kod apabila melaksanakan dari Flash membuktikan terlalu lambat. RAM menyediakan gabungan kod dan fungsi data, tetapi sifat yang tidak menentu mengehadkan penggunaannya kepada storan sementara.
Aplikasi mudah alih memerlukan prestasi yang dioptimumkan dalam beberapa komponen yang mungkin.
Menggunakan pelbagai jenis memori boleh menyebabkan ketidakcekapan, merumitkan reka bentuk kod dan biasanya menggunakan lebih banyak tenaga.
Kecekapan dan kebolehpercayaan F-RAM membolehkan teknologi memori tunggal untuk mengendalikan kedua-dua kod dan data.
Ia mempunyai daya tahan untuk menyokong pembalakan data frekuensi tinggi sambil menurunkan kos sistem, meningkatkan kecekapan sistem dan mengurangkan kerumitan sistem.
