圖1：使用外部存儲器的醫療刺激設備的框圖支持高級功能
系統架構師的第一個挑戰是識別芯片（SOC）或微控制器上的合適系統，以用作系統的核心。它必須能夠提供所需的性能，同時降低整體系統的電源預算。
外圍設備，例如外部存儲器，傳感器和遙測接口必須與SOC /微控制器性能相媲美，同時還支持緊湊的外形和有效的功耗。
記憶選擇
所選設備通常集成兩種類型的存儲器，閃存和SRAM。
Flash是一個相對慢寫的非易失性存儲器，支持有限數量的寫入周期。它用於保持固定或慢速改變的數據，例如應用程序代碼，系統信息和/或處理後的用戶數據日誌。
SRAM是一種快速訪問，易失性存儲器，可提供無限的寫週期耐力。它用於存儲臨時運行時系統數據。
隨著系統複雜性的增加，多數學函數和算法的代碼複雜性也會增加。內部片上存儲容量可能不足。便攜式醫療系統通常需要額外的存儲，要求設計人員使用外部存儲器增加內存（圖1）。
低功耗外部存儲器可用於RAM擴展，通常是具有極低有效和備用電流的SRAM。非易失性存儲選項包括Flash，EEPROM，MRAM和F-RAM。
串行閃存用於非易失性程序和數據存儲擴展，因為它的成本低，高密度的可用性。然而，它具有相對高的能量消耗，這減少了基於電池的設備的使用壽命。
有些應用程序用EEPROM替換一部分內存，但這仍然不是電池友好，特別是當操作涉及到EEPROM的廣泛寫入時。它還使應用程序代碼設計複雜化。
磁電阻Ram（MRAM）無限制寫耐久性。然而，它的缺點是它消耗了非常高的主動和待機電流，並且易受可能破壞存儲數據的磁場的影響。因此，這些特性使其在電池操作的醫療設備中不適合。
鐵電RAM（F-RAM），在便攜式醫療器械中具有幾個關鍵優勢，並且具有高的寫循環耐久性。
醫療並發症
圖2：非易失性存儲器技術的每4MB寫（μJ）的能量消耗
EEPROM和Flash的有限寫入耐用性為需要存儲不斷更新的數據日誌的醫療設備為醫療設備創造了潛在問題。閃光燈提供1E + 5的順序，EEPROM是1E + 6。 F-RAM寫循環耐久性是1E + 14（或100萬億）。這使得設備能夠能夠在不必實現複雜的磨損級別算法和過度提供附加容量的情況下記錄更多數據（圖3）。
第二個優點是F-RAM的內部架構消耗了比基於電荷的閃光燈或EEPROM存儲設備更低的有效能量的級（圖2）。
例如，來自賽普拉斯支持待機，深度掉電和Hibernate空閒模式的Excelon F-RAM。將這些應用於應用程序可以通過較低的有源電力模式結合使用大約兩個數量級的功耗。
圖3：非易失性存儲器技術的耐力循環比較
EEPROM和FLASH需要額外的頁面程序/頁面寫入循環時間，從而增加系統活動時間的寫入操作。 F-RAM的立即非波動率允許電池供電的系統完全關閉電源或更快地將系統放入低功耗空閒模式，以減少有效時間和有效電流。
這也提高了具有精確定時要求的應用中的可靠性，其中數據在電源故障期間存在風險。 F-RAM細胞也高度耐受各種類型的輻射，包括X射線和γ輻射，並且對磁場進行免疫，以保護記錄的數據。
一些F-RAM設備，例如Excelon LP，提供片上糾錯碼（ECC），可以在每64位數據字中檢測和校正單位錯誤，增加關鍵系統數據日誌的存儲可靠性。 F-RAM還支持受控峰值電流（即浪湧電流控制小於1.5 mA），以防止電池的過度放電。
F-RAM可以容納在空間效率的包裝中。例如，Excelon LP提供高達8Mbit，可在工業標準八針SEAC和微型八針GQFN封裝中提供，具有高達50MHz SPI I / O和108MHz QSPI（四SPI）I / O的吞吐量。
F-RAM幾乎無限耐力，即時非波動性和低功耗允許系統設計人員將基於RAM和ROM的數據和功能組合在一個內存中。
基於ROM的技術，包括MASK-ROM，OTP-EPROM和NOR-FLASH，都是非易失性的，並導向代碼存儲應用程序。
NAND-Flash和EEPROM也可以作為非易失性數據存儲器。這些都需要一些妥協，因為與替代存儲器相比，它們具有低性能的代碼和數據存儲。
這些技術專注於更低的成本，這需要易於使用和/或性能的權衡。
基於RAM的技術用作數據存儲器，並且在從Flash執行時作為代碼執行的工作空間，證明太慢。 RAM提供代碼和數據功能的混合，但其揮發性本質限制了其對臨時存儲的用途。
便攜式應用程序需要盡可能少量的組件優化性能。
使用多個內存類型可能導致效率低下，使代碼設計複雜化並且通常消耗更多能量。
F-RAM的效率和可靠性使得單個內存技術可以處理代碼和數據。
它具有支持高頻數據記錄的耐力，同時降低系統成本，提高系統效率和減少系統複雜性。
