如今,當(dāng)您在一些醫(yī)院就診時,您可能會看到醫(yī)生正拿著平板電腦診療、查房。這可不是普通的平板電腦,它采用了防酒精的專業(yè)面板。您知道嗎,其實在醫(yī)院中,電子設(shè)備除了要防酒精外,還必須抗輻射,這是因為醫(yī)院常常要對貼有RFID標(biāo)簽的物品進(jìn)行輻射消毒,而采用富士通半導(dǎo)體的能夠抵抗高達(dá)50kGy伽瑪射線消毒的非易失性隨機(jī)存儲器——FRAM(鐵電隨機(jī)存儲器)的RFID在通過輻射消毒后數(shù)據(jù)不會被破壞。
除了抗輻射,F(xiàn)RAM還具有高速/高讀寫耐久性和低功耗的特性,這些獨一無二的優(yōu)勢使得FRAM在醫(yī)療領(lǐng)域脫穎而出,贏得了更廣泛的應(yīng)用和用戶的青睞。“FRAM早已經(jīng)被用于CT掃描機(jī)和其他大型設(shè)備當(dāng)中,在較小型醫(yī)療設(shè)備中的使用也在不斷增加。為了在醫(yī)療設(shè)備和生物制藥的生產(chǎn)控制實現(xiàn)認(rèn)證的目的,內(nèi)嵌FRAM的RFID也變得越來越普及。”在日前舉行的第七屆中國國際醫(yī)療電子技術(shù)大會(CMET2014)上,全球領(lǐng)先的FRAM供應(yīng)商富士通半導(dǎo)體的系統(tǒng)存儲器事業(yè)部副總裁松宮正人先生表示。
非易失性、高速、無需后備電池——滿足醫(yī)療電子系統(tǒng)設(shè)計苛刻的性能要求
在關(guān)乎人們生命安全的醫(yī)療電子領(lǐng)域,迫切需要即使是在電源關(guān)閉的狀態(tài)下也能存儲數(shù)據(jù)的存儲器,而且還要在低功耗下高速工作,要求存儲器具有高讀寫循環(huán)耐久性。此外,由于通過伽馬射線和電子滅菌在醫(yī)療領(lǐng)域也是很普遍的,這要求存儲器具有抗輻射性, 而FRAM所具有的獨特優(yōu)勢能夠滿足所有這些醫(yī)療領(lǐng)域的苛刻要求。
與傳統(tǒng)的非揮發(fā)存儲器相比,F(xiàn)RAM的功耗要小很多,而且寫入速度更快。對于類似的寫入,F(xiàn)RAM功耗只有EEPROM的1/1000。FRAM的寫入時間是EEPROM的1/40000,達(dá)到SRAM和DRAM這些傳統(tǒng)易失性存儲器的級別。而且,F(xiàn)RAM的讀/寫耐久性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于EEPROM和Flash存儲器。EEPROM和Flash存儲器能寫入大約100萬次(10^ 6次),F(xiàn)RAM最高可寫入1萬億次,或者說寫入次數(shù)可以達(dá)到前兩種存儲器的100萬倍以上。
鐵電FRAM相比E2PROM的優(yōu)勢
特別值得一提的還有FRAM是利用鐵電極化技術(shù)保存數(shù)據(jù)的鐵電存儲器,這意味著在遭受輻射時也不會發(fā)生數(shù)據(jù)丟失問題。如果是EEPROM和Flash存儲器,保存數(shù)據(jù)取決于電荷是否存在于器件的存儲區(qū),輻射會引起電荷漂移,導(dǎo)致數(shù)據(jù)被破壞。
“富士通半導(dǎo)體使用成熟技術(shù)生產(chǎn)FRAM的時間已經(jīng)超過10年。我們從1999年開始量產(chǎn),15年已經(jīng)累計銷售達(dá)到25.8億片F(xiàn)RAM產(chǎn)品。去年我們擴(kuò)展了大容量的FRAM產(chǎn)品線,在市場上受到廣泛好評。”松宮正人先生表示。
寬泛的FRAM產(chǎn)品線——涵蓋SPI、IIC、并行接口,容量向8Mb邁進(jìn)
如下圖所示,富士通半導(dǎo)體提供寬泛的FRAM產(chǎn)品,容量從4Kb到4Mb,涵蓋SPI和IIC串行接口、并行接口。采用串行接口的FRAM可以替代EEPROM或串行閃存,而采用并行接口的FRAM產(chǎn)品可以代替低功耗SRAM或PSRAM (Pseudo SRAM)。
富士通半導(dǎo)體 FRAM產(chǎn)品線涵蓋SPI、IIC、并行接口
“唯一的不足是目前的最大容量只能支持到4Mbit,未來富士通半導(dǎo)體還會不斷推出更多新品,逐步實現(xiàn)大容量化。我們已經(jīng)在著手研發(fā)8Mb的產(chǎn)品。”松宮正人透露。
而在封裝方面,目前FRAM基本可以直接替換EEPROM,如下圖所示,F(xiàn)RAM的封裝和EEPROM的封裝是完全兼容的。
FRAM單體存儲器封裝系列
此外,F(xiàn)RAM的成本問題是所有使用者所關(guān)心的一個除了性能以外最重要的因素。FRAM的價格和存儲容量相關(guān),容量不同,價格不同?,F(xiàn)在FRAM和EEPROM一般的價格差距在2~5倍,而在大容量方面,例如1M~2M的FRAM和EEPROM的價格差距就只有1~2倍,未來隨著FRAM的市場不斷擴(kuò)大,其成本會逐漸接近EEPROM,這樣FRAM就可被更多的用戶接受。
另一方面,掌握著從FRAM的研發(fā),設(shè)計到量產(chǎn)及封裝的整個流程,加上多年的經(jīng)驗,富士通半導(dǎo)體因而能始終保證FRAM產(chǎn)品的高質(zhì)量和穩(wěn)定供應(yīng)。富士通半導(dǎo)體還在低功耗制造工藝上不斷創(chuàng)新,進(jìn)一步降低成本價格,實現(xiàn)大容量化。
“在要求高可靠性,高速/高耐久性數(shù)據(jù)讀寫,低功耗,抗輻射等這些人命關(guān)天的醫(yī)療設(shè)備中,F(xiàn)RAM將得到100%的應(yīng)用。” 松宮正人先生表示。
實例分享——為醫(yī)療電子應(yīng)用增添實用價值
今天,像EEPROM和SRAM這些標(biāo)準(zhǔn)存儲器器件已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備。而使用FRAM將可能改變普通最終用戶和醫(yī)療專家對助聽器噪聲,或是需要更換所用設(shè)備中的備用電池而頻頻抱怨的情況。FRAM產(chǎn)品有助于采集更詳盡的數(shù)據(jù),提高數(shù)據(jù)可靠性,還可以改善安全性,提高醫(yī)療行業(yè)的生產(chǎn)效率。下面將通過實例來講述使用FRAM帶來的好處。
首先,在CT掃描機(jī)中使用FRAM,不用更換電池。早在3、4年前就有設(shè)備制造商開始在CT掃描機(jī)中使用FRAM。不同的制造商在設(shè)備內(nèi)部使用FRAM的目的是不一樣的,目的之一是控制系統(tǒng)以確定什么時候需要對設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)。
CT掃描機(jī)里面的攝像頭和X射線發(fā)生器的性能會因為反復(fù)使用而惡化,這些元器件必須定期更換。在這些地方,F(xiàn)RAM被用作控制系統(tǒng)的存儲器設(shè)備,用來記錄設(shè)備工作了多少小時和受到輻射的數(shù)量。FRAM芯片是具有快速寫入、高讀/寫耐久性和耐輻射特性的非揮發(fā)存儲器,很適合這種苛刻的工作環(huán)境。另一方面,F(xiàn)RAM還非常適于在CT中用作掃描回轉(zhuǎn)數(shù),斷層掃描信息的存儲器。
其次,F(xiàn)RAM還被用于病人身旁的監(jiān)護(hù)儀,記錄或監(jiān)控病人的生命體征—心率、脈搏、血壓、體溫等。這些監(jiān)護(hù)儀存儲了病人預(yù)先記錄的基準(zhǔn)信息,可以和最近測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行對照。如果發(fā)生異常情況,監(jiān)護(hù)儀就會發(fā)出警報聲。
“與EEPROM相比,F(xiàn)RAM可以更頻繁地寫入,設(shè)備可以進(jìn)行更頻繁的測量,這樣監(jiān)護(hù)儀就能夠記錄更多的細(xì)節(jié)信息。FRAM的快速寫入能力還意味著,如果突然斷電的話,不會丟失數(shù)據(jù),因為FRAM可以在系統(tǒng)的供電中斷之前,在最短的時間內(nèi)儲存數(shù)據(jù)。” 松宮正人先生說。
第三,當(dāng)FRAM用于呼吸機(jī)(CPAP)中,同樣無需后備電池。設(shè)備制造商正在考慮將FRAM用于自動CPAP(連續(xù)正氣道壓力)設(shè)備,用來跟蹤睡眠呼吸暫停。CPAP監(jiān)控和記錄病人在睡眠時的呼吸數(shù)據(jù),在需要的時候幫助病人呼吸。#p#分頁標(biāo)題#e#
松宮正人先生還指出:“目前,自動CPAP使用SRAM存儲數(shù)據(jù),但使用FRAM就不需要為保存SRAM上的數(shù)據(jù)所需要的電池。一些CPAP使用EEPROM來儲存設(shè)備的初始參數(shù),但是使用FRAM存儲這些參數(shù)并記錄數(shù)據(jù),連EEPROM也不用了。”
最后,在助聽器中使用FRAM能夠降低更換電池的頻率和減少噪聲?,F(xiàn)在的助聽器可以根據(jù)每個人的使用情況進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到最優(yōu)的性能。制造商用一個記錄系統(tǒng)來登記這些信息,相比使用EEPROM來記錄信息,使用FRAM可以更快地寫入數(shù)據(jù),且耗能更少。例如,以同樣的頻率寫入64字節(jié)的數(shù)據(jù),F(xiàn)RAM的寫入速度比EEPROM快20倍,功耗只有后者的1/140,這意味著更換電池的頻率更低。
FRAM還有另一個獨特的優(yōu)勢,那就是能夠減少存儲器在寫入數(shù)據(jù)時的噪聲。EEPROM要使用內(nèi)部的10V的高電壓來擦除和在存儲器中寫入數(shù)據(jù)。在寫入時,這個高供電電壓會在電路中產(chǎn)生噪聲,會轉(zhuǎn)換成助聽器使用者可以聽到的重復(fù)噪聲。如果使用FRAM,就不需要高電壓來擦除和寫入數(shù)據(jù),這個問題迎刃而解。
在RFID標(biāo)簽上使用FRAM——助力RFID IC進(jìn)入醫(yī)療領(lǐng)域
FRAM不僅可以作為單獨的元器件,而且還通過帶有FRAM的RFID IC進(jìn)入到醫(yī)療領(lǐng)域。例如,RFID標(biāo)簽可用于控制和鑒定醫(yī)療設(shè)備、產(chǎn)品和藥物。一些RFID標(biāo)簽制造商和系統(tǒng)制造商已經(jīng)把帶有FRAM的RFID標(biāo)簽在醫(yī)療領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商用,在醫(yī)療設(shè)備和生物藥品上得到使用。
富士通半導(dǎo)體FRAM RFID產(chǎn)品系列一覽
RFID標(biāo)簽可以通過無線網(wǎng)絡(luò),把信息讀取和寫入到內(nèi)部的存儲器里。RFID不僅可以記錄比條形碼多得多的大量信息,信息還可以連續(xù)寫入,所以RFID標(biāo)簽通常用于跟蹤信息,以及物流和生產(chǎn)領(lǐng)域的其他應(yīng)用。但是在醫(yī)療領(lǐng)域,有一個迄今普通RFID還進(jìn)不去的領(lǐng)域,那就是對貼有標(biāo)簽的物品進(jìn)行輻射消毒。
為了滿足特定的嚴(yán)格衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),醫(yī)療設(shè)備常常使用特殊氣體或其他方法進(jìn)行消毒,但是輻射消毒在單用途的醫(yī)療設(shè)備和生物制藥設(shè)備中的零部件上使用得更為廣泛。由于放射線會使采用內(nèi)置EEPROM的RFID標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)丟失,這樣標(biāo)簽就起不到識別器的作用,設(shè)備的最終使用者對此有很多怨言。在RFID標(biāo)簽上使用FRAM就可以解決這個問題。
富士通半導(dǎo)體展臺上現(xiàn)場展示的搭載FRAM的RFID芯片
如上圖所示為富士通半導(dǎo)體展臺現(xiàn)場展示的搭載FRAM的RFID芯片,此類電子標(biāo)簽具有大容量存儲(UHF容量分別為36bytes、4Kbytes;HF容量分別為256bytes 、2Kbytes、9Kbytes)、高速寫入、高耐久性(靜態(tài)功耗小于1uA)、耐放射線性、嵌入式RF(具有SPI串口,可實現(xiàn)與微處理器的連接)的特點。
為中國市場提供技術(shù)支持——提高FRAM在中國市場認(rèn)知度
“去年,我們在RFID產(chǎn)品上花了很多功夫,也取得了一定的成績。而如何將RFID在中國普及開來,這對我們是很大的挑戰(zhàn),但同時也是我們的市場機(jī)遇。”松宮正人先生說,“因為RFID是根據(jù)客戶使用的場景不同而做的設(shè)計,這意味著即使從日本拿完全一樣的系統(tǒng)過來,中國客戶也不能直接用。所以,富士通半導(dǎo)體及其合作伙伴可以根據(jù)中國客戶的要求提供各個層面的技術(shù)支持。”
此外,雖然FRAM在醫(yī)療領(lǐng)域目前已經(jīng)商用了,但是從廣泛性的角度來看它還處于起步階段。相比日本和歐洲市場,F(xiàn)RAM在中國市場的認(rèn)知度還有待提高。松宮正人先生最后表示:“FRAM是非常好的存儲器,希望更多的中國客戶能了解和體驗到它的優(yōu)勢和功能。”
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