Şekil 1: Gelişmiş işlevselliği desteklemek için harici bellek kullanarak bir tıbbi stimülasyon cihazının blok diyagramı
Sistem mimarları için ilk zorluk, sistemin kalbi olarak hizmet etmek için çip (SOC) veya mikrodenetleyici üzerindeki doğru sistemi tanımlamaktır. Genel sistemin güç bütçesini aynı anda azaltarak istenen performansı sağlayabilme yeteneğine sahip olmalıdır.
Dış anılar, sensörler ve telemetri arayüzleri gibi çevresel cihazlar SOC / Mikrodenetroller performansı ile karşılaştırılabilir olmalıdır, ayrıca kompakt bir form faktörü ve verimli bir güç tüketimini de desteklemelidir.
Bellek Seçenekleri
Seçilen cihaz genellikle iki tür anı, flaş ve SRAM'ı entegre eder.
Flaş, sınırlı sayıda yazma döngüsünü destekleyen nispeten yavaş yazan, uçucu olmayan bir bellekdir. Uygulama kodu, sistem bilgileri ve / veya işlenmiş kullanıcı veri günlükleri gibi sabit veya yavaş değiştiren verileri tutmak için kullanılır.
SRAM, sınırsız yazma döngüsü dayanıklılığı sağlayan hızlı, uçucu bir hafızadır. Geçici çalışma zamanı sistem verilerini saklamak için kullanılır.
Sistem karmaşıklığı arttıkça, çoklu matematiksel işlevler ve algoritmalar için kod karmaşıklığı yapar. Dahili yonga hafıza kapasitesi yetersiz olabilir. Taşınabilir tıbbi sistemler genellikle tasarımcıların dış belleği harici hafızayla artırmasını gerektiren ilave depoya ihtiyaç duyar (Şekil 1).
RAM genişletmesi için düşük bir güç harici bellek, tipik olarak son derece düşük aktif ve bekleme akımı olan bir SRAM için kullanılabilir. Uçucu olmayan depolama seçenekleri arasında flaş, EEPROM, MRAM ve F-RAM'i içerir.
Seri Flash bellek, düşük maliyetli ve yüksek yoğunlukların mevcudiyeti nedeniyle, geçici olmayan program ve veri depolama genişlemesi için kullanılır. Bununla birlikte, pil tabanlı cihazların çalışma ömrünü azaltan nispeten yüksek enerji tüketimine sahiptir.
Bazı uygulamalar hafızanın bir kısmını bir EEPROM ile değiştirir, ancak bu hala pil dostu değil, özellikle de operasyonlar EEPROM'a kapsamlı yazıları içerdiğinde. Aynı zamanda uygulama kodu tasarımını da karmaşıklaştırır.
Magneto-Dirençli RAM (Mram) sınırsız yazma dayanımına sahiptir. Bununla birlikte, dezavantajı, çok yüksek aktif ve bekleme akımları tüketmesidir ve depolanan verileri bozabilecek manyetik alanlara duyarlıdır. Bu özellikler bu nedenle pille çalışan tıbbi cihazlarda uygun olmamasını sağlar.
Ferroelektrik RAM (F-RAM), taşınabilir tıbbi cihazlarda birkaç önemli avantaja sahiptir ve yüksek yazma döngüsü dayanıklılığına sahiptir.
Tıbbi komplikasyonlar
Şekil 2: Uçucu olmayan bellek teknolojileri için 4MB yazma (μj) başına enerji tüketimi
EEPROM ve FLASH'ın sınırlı yazma dayanıklılığı, sürekli güncellenen veri kayıtlarını saklamanız gereken tıbbi cihazlar için potansiyel sorunlar yaratır. Flash, 1E + 5 sırasına dayanıklılık sunar ve EEPROM 1E + 6'dır. F-RAM yazma döngüsü dayanıklılığı 1E + 14 (veya 100 trilyon). Bu, cihazların karmaşık aşınma seviyelendirme algoritmaları ve aşırı profesyonel ek kapasite uygulamak zorunda kalmadan daha fazla veri kaydetmesini sağlar (Şekil 3).
İkinci bir avantaj, F-RAM'in iç mimarisinin, yük tabanlı flaş veya EEPROM depolama aygıtlarından daha düşük aktif enerji emirlerini tüketmesidir (Şekil 2).
Örneğin, Cypress Destek Bekleme Beklemesi, Derin Güç Aşağı ve Hazırda Boş Boşta Modlarından Excelon F-RAM'ler. Bunları bir uygulamaya uygulamak, düşük aktif güç moduyla birlikte yaklaşık iki büyüklük emri ile güç tüketimini azaltabilir.
Şekil 3: Uçucu olmayan bellek teknolojileri için dayanıklılık döngüsü karşılaştırması
EEPROM ve FLASH ek sayfa programı / sayfa yazma döngüsü zamanları gerektirir, böylece yazma işlemleri için sistem aktif zamanını artırır. F-RAM'in anında oynaklığı, pille çalışan sistemlerin güç kaynağını tamamen kapatmasını veya hem aktif zamanı hem de aktif akımı azaltmak için sistemi düşük bir güç rölanti moduna daha hızlı bir şekilde kapatmasını sağlar.
Bu, verilerin bir güç hatası sırasında risk altında olduğu kesin zamanlama gereksinimlerine sahip uygulamalarda güvenilirliği de artırır. F-RAM hücreleri ayrıca, X-ışınları ve gama radyasyonu dahil olmak üzere çeşitli radyasyon türlerine karşı yüksek oranda toleranslıdır ve kaydedilen verileri korumak için manyetik alanlara karşı bağışıklık sağlar.
Excelon LP gibi bazı F-RAM cihazları, her 64 bit veri kelimesinde her 64 bitlik veri kelimesinde tek bit hataları tespit edebilecek ve düzeltebilen, kritik sistem veri günlüklerinin depolama güvenilirliğini artırabilen çip hata düzeltme kodu (ECC) sağlar. F-RAM ayrıca akünün aşırı boşalmasını önlemek için kontrollü tepe akımını (yani 1,5 mA'dan az) daha az (yani titreme akım kontrolü) desteklemektedir.
F-RAM, uzayda etkili olan ambalajlarda bulunabilir. Örneğin, Excelon LP, 8mbit'e kadar sunar ve endüstri standardı sekiz pinli SOIC ve minyatür sekiz pinli GQFN paketlerinde 50 MHz SPI G / Ç ve 108MHz QSPI (QUAD-SPI) G / Ç) kadar olan Sekiz Pinli GQFN paketlerinde mevcuttur.
F-RAM'in neredeyse sonsuz dayanıklılığı, anında oynaklık ve düşük güç tüketimi, sistem tasarımcılarının hem RAM ve ROM tabanlı verileri hem de tek bir hafızada birleştirmesini sağlar.
Mask-ROM, OTP-EPROM ve Nor-Flash dahil ROM tabanlı teknolojiler uçucu değildir ve kod depolama uygulamalarına yöneliktir.
Nand-flaş ve EEPROM da geçici olmayan veri belleği olarak da hizmet verebilir. Bunların hepsi bazı uzlaşmalar gerektirir, çünkü alternatif anılara kıyasla her iki kod ve veri deposunu düşük performansla gerçekleştirir.
Bu teknolojiler, kullanım kolaylığı ve / veya performans alımını gerektiren daha düşük maliyete odaklanmaktadır.
RAM tabanlı teknolojiler veri belleği olarak hizmet vermektedir ve ayrıca Flash'tan yürütülürken kod yürütülmesi için çalışma alanı olarak çok yavaş kanıtlar. RAM, kod ve veri işlevselliğinin bir karışımını sağlar, ancak uçucu doğası geçici depolamaya kullanımını sınırlar.
Taşınabilir uygulamalar, mümkün olduğunca az bileşende optimize edilmiş performans gerektirir.
Birden fazla bellek türü kullanılarak verimsizliklere yol açabilir, kod tasarımını zorlaştırır ve genellikle daha fazla enerji tüketir.
F-RAM'in verimliliği ve güvenilirliği, tek bir bellek teknolojisinin hem kod hem de verileri kullanmasını mümkün kılar.
Sistem maliyetini düşürürken, sistem verimliliğini arttırırken ve sistem karmaşıklığını azaltırken yüksek frekans veri günlüğünü desteklemenin dayanıklılığına sahiptir.
