Рисунок 1: Структурна схема пристрою медичного стимуляції за допомогою зовнішньої пам'яті для підтримки розширеної функціональності
Перший виклик для системних архітекторів полягає у визначенні правильної системи на чіпі (SOC) або мікроконтролера, щоб служити як серце системи. Він повинен бути здатний забезпечити бажану продуктивність, одночасно зменшуючи загальний бюджет системи.
Периферійні пристрої, такі як зовнішні спогади, сенсори та телеметричні інтерфейси, повинні бути порівнянними з продуктивністю SOC / Microcontroller, тоді як також підтримує компактний форм-фактор та ефективне енергоспоживання.
Вибір пам'яті
Обраний пристрій, як правило, об'єднує два типи спогадів, спалаху та SRAM.
Flash - це порівняно повільна, нестійка пам'ять, яка підтримує обмежену кількість циклів запису. Він використовується для утримання даних фіксованого або повільного зміни, таких як код програми, системна інформація та / або пост-оброблені журнали користувачів.
SRAM - це швидкий доступ, летюча пам'ять, яка забезпечує необмежену витривалість циклу запису. Він використовується для зберігання даних тимчасової системи виконання часу.
Оскільки складність системи збільшується, так що складність коду для декількох математичних функцій та алгоритмів. Внутрішня потужність пам'яті на чіпі може бути недостатнім. Портативні медичні системи часто потребують додаткового зберігання, що вимагають дизайнерів до збільшення внутрішньої пам'яті з зовнішньою пам'яттю (рис. 1).
Низька зовнішня пам'ять може бути використана для розширення пам'яті, як правило, SRAM з надзвичайно низьким рівнем активного та режиму очікування. Опції для нелетучого зберігання включають спалах, EEPROM, MRAM та F-RAM.
Серійна флеш-пам'ять використовується для нелетуючої програми та розширення зберігання даних через низьку вартість та наявність високих щільності. Однак він має відносно високе споживання енергії, що зменшує термін експлуатації акумуляторних пристроїв.
Деякі програми замінюють частину пам'яті з EEPROM, але це все ще не дружчи з батареї, особливо коли операції включають великі пише до ЕЕПРОМ. Він також ускладнює дизайн коду додатків.
Магніто-резистична оперативна пам'ять (MRAM) має необмежену витривалість запису. Його недоліком, однак, полягає в тому, що він споживає дуже високо активні та резервні струми і чутливі до магнітних полів, які можуть пошкодити збережені дані. Отже, ці характеристики роблять це непридатним для акумуляторних медичних виробів.
Сегнетоелектрична оперативна пам'ять (F-RAM), має кілька ключових переваг у портативних медичних пристроях, і він має високу витривалість циклу запису.
Медичні ускладнення
Рисунок 2: Споживання енергії на 4 Мб запису (μJ) для нелетучих технологій пам'яті
Обмежена витривалість EEPROM та Flash створює потенційні проблеми для медичних приладів, які потребують зберігання журналів, які постійно оновлюються. Flash пропонує витривалість на замовлення 1E + 5, а EEPROM є 1E + 6. Витривалість циклу запису F-Ram - 1E + 14 (або 100 трильйонів). Це дозволяє пристроям, щоб мати можливість журналу додаткові дані без необхідності реалізації комплексних алгоритмів вирівнювання зносу та додатковій потужності додаткового забезпечення (рис. 3).
Друга перевага полягає в тому, що внутрішня архітектура F-RAM споживає замовлення масштабної активної енергії, ніж платіжні спалах або пристрої зберігання EEPROM (рис. 2).
Наприклад, Excelon F-RAMS з режиму очікування Cypress Supting, глибока потужність вниз та режими очікування. Впровадження цих у застосування може зменшити споживання енергії приблизно на два порядки у поєднанні з меншим активним режимом живлення.
Рисунок 3: Порівняння витривалості для нелетучих технологій пам'яті
EEPROM та FLASH вимагають додаткової сторінки-програми / запису сторінок-запису, тим самим збільшуючи систему активного часу для запису операцій. Необоротна нестабільність F-RAM дозволяє акумуляторними системами повністю вимкнути джерело живлення або швидше скинути систему в режим низької потужності, щоб зменшити як активний час, так і активний струм.
Це також підвищує надійність у програмах, які мають точні вимоги до часу, коли дані ризикуються під час помилки. Клітини F-RAM також дуже толерантні до різних типів випромінювання, включаючи рентгенівські промені та гамма-випромінювання, і вони є імунічними до магнітних полів, для захисту записаних даних.
Деякі пристрої F-RAM, такі як Excelon LP, забезпечують код корекції помилок на чіпі (ECC), який може виявляти та виправити одноразові помилки у кожному 64-розрядному слову, збільшуючи критичні системи зберігання даних. F-RAM також підтримує керований піковий струм (тобто утруднення струму менше 1,5 мА), щоб запобігти надмірному виділенню акумулятора.
F-RAM може бути розміщена в упаковці, яка є простою. Наприклад, Excelon LP пропонує до 8 Мбіт і доступний у промисловій стандартній вісім-контактній соєвій та мініатюрі восьми-контактних пакетів GQFN з пропускною здатністю до 50 МГц SPI I / O та 108 МГц QSPI (Quad-SPI) I / O.
Практично нескінченна витривалість F-Ram, миттєва нестабільність та низька енергоспоживання дозволяють конструкторам системи поєднувати як дані RAM, так і ROM, так і функції в межах однієї пам'яті.
Технології на основі ромів, включаючи маску, OTP-EPROM та NOR-Flash, нестабільні та орієнтовані на додатки для зберігання коду.
Nand-Flash та EEPROM також можуть служити нелетуючою пам'яттю даних. Всі вони вимагають деякого компромісу, оскільки вони виконують як зберігання коду, так і з низькою продуктивністю в порівнянні з альтернативними спогадами.
Ці технології зосереджуються на нижчій вартості, що вимагає компромісу простоти використання та / або продуктивності.
Технології баранами обслуговують пам'ять даних, а також як робочий простір для виконання коду при виконанні від Flash підтверджується занадто повільним. Рам забезпечує суміш функцій коду та даних, але його летюча природа обмежує його використання для тимчасового зберігання.
Портативні програми вимагають оптимізованого продуктивності в якості декількох компонентів.
Використання декількох типів пам'яті можуть призвести до неефективності, ускладнює дизайн коду та, як правило, споживає більше енергії.
Ефективність та надійність F-RAM дає можливість одночасно обробляти обидва коду та даних.
Він має витривалість, щоб підтримати високочастотні дані журналу під час зниження вартості системи, підвищення ефективності системи та зменшення складності системи.
