如今,，當您在一些醫(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標簽的物品進行輻射消毒，而采用富士通半導體的能夠抵抗高達50kGy伽瑪射線消毒的非易失性隨機存儲器——FRAM（鐵電隨機存儲器）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掃描機和其他大型設(shè)備當中,，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)商富士通半導體的系統(tǒng)存儲器事業(yè)部副總裁松宮正人先生表示,。
圖1. 富士通半導體系統(tǒng)存儲器事業(yè)部副總裁松宮正人先生在CMET2014上演講,。
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/寫耐久性能遠遠優(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)可以達到前兩種存儲器的100萬倍以上。
圖2. 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，導致數(shù)據(jù)被破壞,。
“富士通半導體使用成熟技術(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)累計銷售達到25.8億片F(xiàn)RAM產(chǎn)品。去年我們擴展了大容量的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
如下圖3所示,，富士通半導體提供寬泛的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),。
圖3.富士通半導體 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4所示,，F(xiàn)RAM的封裝和EEPROM的封裝是完全兼容的,。
圖4. 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),。富士通半導體還在低功耗制造工藝上不斷創(chuàng)新，進一步降低成本價格,，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這些標準存儲器器件已經(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,。
圖5. FRAM單體存儲器在醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)用
首先，在CT掃描機中使用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)備進行保養(yǎng)。
CT掃描機里面的攝像頭和X射線發(fā)生器的性能會因為反復使用而惡化,，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)護儀存儲了病人預先記錄的基準信息,，可以和最近測量的數(shù)據(jù)進行對照。如果發(fā)生異常情況,，監(jiān)護儀就會發(fā)出警報聲,。
“與EEPROM相比，F(xiàn)RAM可以更頻繁地寫入,，設(shè)備可以進行更頻繁的測量,，這樣監(jiān)護儀就能夠記錄更多的細節(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FRAM用于呼吸機（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,。
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行調(diào)整以達到最優(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標簽上使用FRAM——助力RFID IC進入醫(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進入到醫(yī)療領(lǐng)域。例如,，RFID標簽可用于控制和鑒定醫(yī)療設(shè)備,、產(chǎn)品和藥物。一些RFID標簽制造商和系統(tǒng)制造商已經(jīng)把帶有FRAM的RFID標簽在醫(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,。
圖6. 富士通半導體FRAM RFID產(chǎn)品系列一覽。
RFID標簽可以通過無線網(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還進不去的領(lǐng)域,，那就是對貼有標簽的物品進行輻射消毒。
為了滿足特定的嚴格衛(wèi)生標準,，醫(yī)療設(shè)備常常使用特殊氣體或其他方法進行消毒,，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標簽上的數(shù)據(jù)丟失,，這樣標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標簽上使用FRAM就可以解決這個問題。
圖7. 富士通半導體展臺上現(xiàn)場展示的搭載FRAM的RFID芯片,。
如上圖7所示為富士通半導體展臺現(xiàn)場展示的搭載FRAM的RFID芯片,，此類電子標簽具有大容量存儲（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,。”