FRAM在醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用現(xiàn)狀

在最近熱映的影片《環(huán)太平洋》中，面對(duì)怪獸的沖擊波，采用數(shù)字電路控制的機(jī)甲戰(zhàn)士瞬間就癱瘓了，而只有模擬電路扛了下來(lái)。這可以形象地用來(lái)說(shuō)明，電子元器件能否抗輻射有時(shí)候是人命關(guān)天的事兒！回到現(xiàn)實(shí)，在醫(yī)療電子應(yīng)用領(lǐng)域，將能夠抵抗高達(dá)50kGy伽瑪射線消毒的非易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器——FRAM用于一些與生命息息的關(guān)鍵醫(yī)療設(shè)備就再合適不過(guò)了。

“其實(shí)，FRAM不只是具有抗輻射的特性，高速/高讀寫(xiě)耐久性（一萬(wàn)億次以上）和低功耗的特性也是它能夠成為醫(yī)療應(yīng)用中最佳存儲(chǔ)器選擇的重要原因。”富士通半導(dǎo)體系統(tǒng)存儲(chǔ)器事業(yè)部副總裁松宮正人先生表示。他專程從日本趕來(lái)深圳，發(fā)表題為“醫(yī)療應(yīng)用中的無(wú)電池存儲(chǔ)解決方案”的主題演講。


圖1：富士通半導(dǎo)體存儲(chǔ)器事業(yè)部副總裁松宮正人

采用FRAM克服醫(yī)療存儲(chǔ)技術(shù)挑戰(zhàn)

FRAM（鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）結(jié)合了傳統(tǒng)非易失性存儲(chǔ)器閃存和E2PROM的掉電仍然能保存數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，并且達(dá)到了SRAM/DRAM的讀寫(xiě)速度，為獨(dú)立存儲(chǔ)器芯片和嵌入式存儲(chǔ)器帶來(lái)一系列獨(dú)一無(wú)二的優(yōu)點(diǎn)。富士通是FRAM技術(shù)的先行者，并在此領(lǐng)域耕耘超過(guò)10年，從1999年開(kāi)始量產(chǎn)， 14年間累計(jì)銷(xiāo)售23億片F(xiàn)RAM產(chǎn)品，這其中在中國(guó)市場(chǎng)累計(jì)交貨超過(guò)5，300萬(wàn)片。

近五年來(lái)，一些新型的非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)如FRAM、PRAM、ReRAM、MRAM不斷涌現(xiàn)，但達(dá)到出色市場(chǎng)量產(chǎn)業(yè)績(jī)的只有FRAM.排除一些低端應(yīng)用市場(chǎng)，F(xiàn)RAM在對(duì)需要非易失性存儲(chǔ)、高安全性、高速、低功耗、耐久性和抗輻射性這些綜合性能的應(yīng)用領(lǐng)域表現(xiàn)出眾、口碑良好。在醫(yī)療領(lǐng)域，F(xiàn)RAM在尤其是在一些人命關(guān)天的重要場(chǎng)合，如呼吸機(jī)等設(shè)備中的應(yīng)用，更是引人注目。

松宮正人先生在會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)介紹了FRAM在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀：“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(lái)看它還處于起步階段。相比日本和歐洲市場(chǎng)，F(xiàn)RAM在中國(guó)市場(chǎng)的認(rèn)知度還有待提高，而未來(lái)富士通半導(dǎo)體也會(huì)加大在醫(yī)療應(yīng)用方面的投入，幫助更多中國(guó)醫(yī)療設(shè)備廠商解決其在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面所遇到的挑戰(zhàn)。”

下圖2強(qiáng)調(diào)了FRAM所具備的三個(gè)適用于醫(yī)療應(yīng)用的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，其中無(wú)需后備電池的特性使其特別適合便攜式醫(yī)療器械的使用，同時(shí)能夠減少設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的費(fèi)用；而高速/高讀寫(xiě)耐久性使得患者信息可以實(shí)時(shí)，頻繁的存儲(chǔ)記錄；抗輻射的特性更是滿足了醫(yī)療器械高可靠性的要求。



圖2.富士通半導(dǎo)體FRAM適用于醫(yī)療應(yīng)用的三大優(yōu)勢(shì)。

EEPROM的相對(duì)成本優(yōu)勢(shì)正在消失

與傳統(tǒng)的非易失性存儲(chǔ)器如EEPROM相比，富士通FRAM的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在高速燒寫(xiě)（是EEPROM的40，000倍）、高耐久性（是EEPROM的1，000，000倍）和低功耗（是EEPROM的1/1，000 ）等方面。這些優(yōu)勢(shì)使得FRAM越來(lái)越多地被需要高可靠性的應(yīng)用領(lǐng)域所采用，比如計(jì)量?jī)x表（三相電表以及水表、氣表等）、電力自動(dòng)化、醫(yī)療器械及醫(yī)療電子標(biāo)簽、汽車(chē)后裝設(shè)備、POS機(jī)/金融ATM機(jī)等等。

FRAM除了能夠在一些應(yīng)用中替代EEPROM外，更重要的是在一些關(guān)鍵醫(yī)療應(yīng)用中能夠?qū)崿F(xiàn)EEPROM所不能實(shí)現(xiàn)的功能。例如，在涉及CT掃描X射線、用于消毒的紫外線和伽馬射線的醫(yī)學(xué)和生物處理領(lǐng)域中，如前所述，F(xiàn)RAM對(duì)輻射有很強(qiáng)的耐受性?；贔RAM的RFID可輕松通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)療滅菌過(guò)程，而基于EEPROM的RFID在這一過(guò)程會(huì)被擦除。

對(duì)于FRAM的成本問(wèn)題，松宮正人先生也闡述了他的觀點(diǎn)：“這是和存儲(chǔ)容量相關(guān)的，容量不同，價(jià)格不同，現(xiàn)在FRAM和EEPROM一般的價(jià)格差距在2～5倍，而在大容量方面，例如1M～2M的FRAM和EEPROM的價(jià)格差距并不大，就只有1～2倍，所以，在大容量應(yīng)用中，EEPROM的價(jià)格并不占優(yōu)勢(shì)，未來(lái)將會(huì)被FRAM所替代。”

另一方面，由于控制著FRAM的整個(gè)研究開(kāi)發(fā)，晶圓生產(chǎn)及封裝流程，加上多年的經(jīng)驗(yàn)，富士通半導(dǎo)體能始終保證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(jià)格，并實(shí)現(xiàn)大容量化。相對(duì)來(lái)說(shuō)，EEPROM的制造工藝卻長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有變化，隨著時(shí)間的推移，EEPROM在成本上的優(yōu)勢(shì)將會(huì)逐漸減弱。

FRAM 100%被用于關(guān)乎生命的醫(yī)療設(shè)備

“排除非常便宜的一些低端應(yīng)用市場(chǎng)，在要求高可靠性，高速/高耐久性數(shù)據(jù)讀寫(xiě)、低功耗、抗輻射等人命關(guān)天的醫(yī)療設(shè)備中，F(xiàn)RAM有著100%的應(yīng)用。”松宮先生進(jìn)一步指出。

下面就讓我們跟隨松宮正人先生去醫(yī)院看看，都有哪些設(shè)備用到了富士通半導(dǎo)體的FRAM？并且為什么FRAM會(huì)與我們的生命息息相關(guān)？

圖3. FRAM單體存儲(chǔ)器在醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)用。

上圖3所示的這些應(yīng)用有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是無(wú)需獨(dú)立電池為存儲(chǔ)器不間斷供電。這正是松宮正人先生的演講中所重點(diǎn)介紹的內(nèi)容之一——“醫(yī)療應(yīng)用中的無(wú)電池存儲(chǔ)解決方案”。對(duì)于不同的醫(yī)療器械，富士通半導(dǎo)體都有與之相應(yīng)的產(chǎn)品型號(hào)可以應(yīng)用，下面列出這位FRAM專家為不同應(yīng)用所推薦的不同的具體產(chǎn)品型號(hào)以及采用FRAM所帶來(lái)的好處。

1、呼吸機(jī)（CPAP Machine）

推薦產(chǎn)品型號(hào)：-SPI接口： MB85RS1MT（1Mbit），MB85RS2MT（2Mbit）。

選用FRAM的優(yōu)勢(shì)：-節(jié)能環(huán)保（FRAM無(wú)需電池）；-儲(chǔ)存設(shè)定參數(shù)（FRAM的高可靠性）；-患者呼吸狀態(tài)履歷實(shí)時(shí)記錄（FRAM的高速/高讀寫(xiě)耐久性）。

2、輸液泵（Infusion Pump）

推薦產(chǎn)品型號(hào)：-I2C接口： MB85RC1MT（1Mbit），MB85RS2MT（2Mbit）。

選用FRAM的優(yōu)勢(shì)：-節(jié)能環(huán)保（FRAM無(wú)需后備電池，無(wú)需大電容）；-儲(chǔ)存設(shè)定參數(shù)（FRAM的高可靠性）；-注射狀態(tài)，報(bào)警履歷實(shí)時(shí)記錄（FRAM的高速/高讀寫(xiě)耐久性）。

3、胰島素注射泵（Insulin Injection Pump）

推薦產(chǎn)品型號(hào)：-I2C接口：MB85RC64（64KBit），MB85RC16（16Kbit）。

MB85RC04V（4KBit）

選用FRAM的優(yōu)勢(shì)：-節(jié)能環(huán)保（FRAM無(wú)需后備電池，無(wú)需大電容）；-儲(chǔ)存設(shè)定參數(shù)（FRAM的高可靠性）；-注射狀態(tài)（注射量，時(shí)間等），報(bào)警信號(hào)履歷實(shí)時(shí)記錄（FRAM高速讀寫(xiě)/高讀寫(xiě)耐久性，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)頻繁記錄）。

4、監(jiān)護(hù)儀（Patient Monitor System，PMS）

推薦產(chǎn)品型號(hào)：-I2C，SPI接口：MB85RC64（64Kbit），MB85RC16（16Kbit），MB85RS256（256Kbit）。

選用FRAM的優(yōu)勢(shì)：-節(jié)能環(huán)保（FRAM無(wú)需后備電池，無(wú)需大電容）；-儲(chǔ)存設(shè)定參數(shù)（FRAM的高可靠性）；-患者監(jiān)護(hù)信息（呼吸，體溫，心跳，血壓，血酸等），報(bào)警信號(hào)履歷實(shí)時(shí)記錄（FRAM高速讀寫(xiě)/高讀寫(xiě)耐久性，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)記錄）。

5、有線內(nèi)視鏡（Wired Endoscope）

推薦產(chǎn)品型號(hào)：-I2C，SPI接口： MB85RC64（64KBit），MB85RS256（256KBit）

選用FRAM的優(yōu)勢(shì)：-節(jié)能環(huán)保（FRAM無(wú)需后備電池，無(wú)需大電容）

-儲(chǔ)存設(shè)定參數(shù)（FRAM的高可靠性）

6、血氧測(cè)定儀（Pulse Oximetry）

推薦產(chǎn)品型號(hào)：-I2C接口： MB85RC64（64KBit），MB85RC16（16KBit）。

選用FRAM的優(yōu)勢(shì)：-節(jié)能環(huán)保（FRAM無(wú)需后備電池，無(wú)需大電容）；-儲(chǔ)存參考數(shù)據(jù)或參數(shù)（FRAM的高可靠性）；-小封裝（FRAM的3mm x 2 mm無(wú)引腳小型封裝）。

7、生理分析儀表（血糖儀/尿液分析儀）

推薦產(chǎn)品型號(hào)：-I2C接口： MB85RC64（64KBit），MB85RC16（16KBit）。

選用FRAM的優(yōu)勢(shì)：-節(jié)能環(huán)保（FRAM無(wú)需后備電池，無(wú)需大電容）；-儲(chǔ)存參考數(shù)據(jù)或參數(shù)（FRAM的高可靠性）；-超小封裝（FRAM的3mm x 2 mm無(wú)引腳小型封裝SON8）。

8、膠囊內(nèi)鏡（Capsule Endoscope）

推薦產(chǎn)品型號(hào)：-SPI接口： MB85RS1MT（1Mbit），MB85RS2MT（2MBit）。

選用FRAM的優(yōu)勢(shì)：-節(jié)能環(huán)保（FRAM無(wú)需后備電池，無(wú)需大電容）；-儲(chǔ)存設(shè)定參數(shù)（FRAM的高可靠性）；- （防止無(wú)限電池發(fā)生故障時(shí)，患者的圖象丟失）數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)器（FRAM高速讀寫(xiě)/高讀寫(xiě)耐久性，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)頻繁記錄）；-小封裝（FRAM的小型封裝SOP8）。

9、便攜式心電圖儀推薦產(chǎn)品型號(hào)：-I2C接口： MB85RC64（64Kbit），MB85RC128（128KBit）

選用FRAM的優(yōu)勢(shì)：-節(jié)能環(huán)保（FRAM無(wú)需后備電池，無(wú)需大電容）

-儲(chǔ)存參考數(shù)據(jù)或參數(shù)（FRAM的高可靠性）

-患者的測(cè)定值，時(shí)間等信息（FRAM高速讀寫(xiě)/高讀寫(xiě)耐久性，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)頻繁記錄）

-小封裝（FRAM的小型封裝SOP8）

10、掃描儀CT-Scanner推薦產(chǎn)品型號(hào)：-Parallel并口： MB85R256（256Kbit），MB85R1002A（1MBit）

選用FRAM的優(yōu)勢(shì)：-節(jié)能環(huán)保（FRAM無(wú)需電池，無(wú)需大電容）

-儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)參考數(shù)據(jù)，執(zhí)行參數(shù)（FRAM的高可靠性）

-掃描回轉(zhuǎn)數(shù)，斷層掃描信息（FRAM高速讀寫(xiě)/高讀寫(xiě)耐久性，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)頻繁記錄）

其實(shí)，除了獨(dú)立的FRAM產(chǎn)品，富士通半導(dǎo)體還可提供FRAM RFID解決方案，包括HF（高頻）和UHF（超高頻）兩種系列，特別適合滿足高可靠性電子標(biāo)簽應(yīng)用如醫(yī)用標(biāo)簽的需求。FRAM RFID很適合經(jīng)常需要用伽瑪線照射進(jìn)行消毒的醫(yī)藥器械電子標(biāo)簽應(yīng)用，可很好地實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)、物流、病患資料數(shù)據(jù)的管理。據(jù)松宮正人先生介紹，F(xiàn)RAM RFID產(chǎn)品在歐洲和美國(guó)的醫(yī)療市場(chǎng)已經(jīng)有了比較廣泛的應(yīng)用。