在醫(yī)療技術(shù)持續(xù)進(jìn)步的當(dāng)下，便攜式醫(yī)療刺激系統(tǒng)憑借其便捷性、可移動性以及能為患者提供實時監(jiān)測與治療的優(yōu)勢，應(yīng)用范圍不斷拓展。從常見的便攜式神經(jīng)刺激儀輔助康復(fù)治療，到植入式心臟刺激器維持心臟正常節(jié)律，這類系統(tǒng)正深刻改變醫(yī)療模式，提升患者生活質(zhì)量與醫(yī)療效率。

隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的提升，內(nèi)部需處理多個數(shù)學(xué)函數(shù)和復(fù)雜算法，片上存儲器內(nèi)存容量愈發(fā)捉襟見肘。以一款典型的便攜式醫(yī)療刺激系統(tǒng)為例，其每 100ms 需捕獲并記錄 128 位采樣數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)捕獲和處理時間為 5ms，工作電流 7mA(不包含向存儲器寫入數(shù)據(jù)時的電流消耗)，在數(shù)據(jù)捕獲和處理期間，數(shù)據(jù)記錄存儲器需保持待機(jī)或低功耗模式，而當(dāng)捕獲日志寫入存儲器時，系統(tǒng)和存儲器均進(jìn)入工作狀態(tài)。并且，該便攜式系統(tǒng)常采用 3V、1400mAh 的 LR03 電池供電，這就對存儲器的功耗、讀寫速度、存儲容量等性能提出嚴(yán)苛要求。

FRAM 存儲器特性剖析

FRAM，即鐵電隨機(jī)存取存儲器，其存儲原理基于鐵電材料的獨(dú)特特性。鐵電材料在電場作用下，內(nèi)部電偶極子可發(fā)生定向排列，呈現(xiàn)出兩種穩(wěn)定的極化狀態(tài)，借此對應(yīng)存儲 “0” 和 “1” 信息。與傳統(tǒng)存儲器相比，F(xiàn)RAM 具有顯著優(yōu)勢。

在讀寫速度方面，F(xiàn)RAM 可實現(xiàn)微秒級甚至納秒級的數(shù)據(jù)讀寫操作，遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于 EEPROM(電可擦可編程只讀存儲器)和 NAND 閃存等。以某款 FRAM 芯片為例，其寫周期小于 50ns，能快速響應(yīng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲與讀取指令，保障醫(yī)療數(shù)據(jù)及時記錄與調(diào)用。在寫入耐久性上，F(xiàn)RAM 表現(xiàn)卓越，可達(dá) 101?次以上，而 EEPROM 通常為 100 萬次，閃存為 1E+5 次左右，F(xiàn)RAM 的高耐久性使設(shè)備能長期穩(wěn)定記錄海量數(shù)據(jù)，無需擔(dān)憂頻繁寫入導(dǎo)致存儲單元損壞，也無需執(zhí)行復(fù)雜的損耗均衡算法。

功耗層面，F(xiàn)RAM 工作電壓低至 1.5V，工作電流極小，像部分芯片在活動狀態(tài)下電流僅 500μA，待機(jī)狀態(tài)低至 5μA，結(jié)合其即時非易失性，系統(tǒng)無需持續(xù)供電維持?jǐn)?shù)據(jù)存儲，可快速切換至低功耗待機(jī)模式甚至完全斷電，大幅降低能耗，契合便攜式醫(yī)療設(shè)備對電池續(xù)航的嚴(yán)格要求。此外，F(xiàn)RAM 對包括 X 射線和伽瑪輻射在內(nèi)的各種輻射具有高度耐受性，還對磁場免疫，能在復(fù)雜電磁環(huán)境下可靠存儲數(shù)據(jù)，保障醫(yī)療數(shù)據(jù)安全。

FRAM 在便攜式醫(yī)療刺激系統(tǒng)中的應(yīng)用實例與優(yōu)勢

在實際的便攜式醫(yī)療刺激系統(tǒng)中，F(xiàn)RAM 已展現(xiàn)出不可替代的作用。例如在可穿戴式神經(jīng)肌肉電刺激設(shè)備里，該設(shè)備需實時采集肌肉電信號，并根據(jù)預(yù)設(shè)算法給予精準(zhǔn)電刺激反饋。FRAM 憑借高速讀寫能力，能在極短時間內(nèi)記錄肌肉電信號數(shù)據(jù)，同時快速讀取刺激算法程序，保證刺激信號及時、準(zhǔn)確輸出，提升康復(fù)治療效果。在植入式心臟起搏器這類對可靠性和穩(wěn)定性要求極高的設(shè)備中，F(xiàn)RAM 可存儲心臟跳動數(shù)據(jù)、設(shè)備工作參數(shù)等關(guān)鍵信息。其高寫入耐久性確保設(shè)備在數(shù)年甚至數(shù)十年的使用周期內(nèi)，數(shù)據(jù)存儲萬無一失;強(qiáng)大的抗輻射和抗電磁干擾能力，使起搏器在人體復(fù)雜生理環(huán)境及外界電磁環(huán)境下，穩(wěn)定記錄和保存數(shù)據(jù)，為醫(yī)生準(zhǔn)確評估患者心臟狀況提供可靠依據(jù)。

從系統(tǒng)設(shè)計角度看，F(xiàn)RAM 能有效簡化設(shè)計流程。傳統(tǒng)設(shè)計中，需采用 SRAM 作為數(shù)據(jù)存儲器、ROM 存儲程序代碼，還需 EEPROM 或閃存存儲關(guān)鍵非易失性數(shù)據(jù)，多種存儲器搭配不僅增加電路板空間占用，還使電路設(shè)計、代碼編寫與調(diào)試更為復(fù)雜。而 FRAM 可將基于 RAM 和 ROM 的數(shù)據(jù)與功能整合在單個存儲器中，顯著減少組件數(shù)量，優(yōu)化系統(tǒng)性能，降低設(shè)計復(fù)雜度與成本。并且，由于 FRAM 無需額外的頁面編程 / 頁面寫入周期，在有精確時序要求的醫(yī)療應(yīng)用場景中，極大增強(qiáng)了數(shù)據(jù)可靠性，避免因電源故障導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險。

綜上所述，F(xiàn)RAM 存儲器以其高速讀寫、高寫入耐久性、低功耗、強(qiáng)抗干擾等特性，完美契合便攜式醫(yī)療刺激系統(tǒng)的嚴(yán)苛需求，在提升系統(tǒng)性能、延長電池續(xù)航、保障數(shù)據(jù)安全可靠等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，為便攜式醫(yī)療設(shè)備的持續(xù)創(chuàng)新與發(fā)展注入強(qiáng)大動力，未來有望在更多醫(yī)療場景中得到廣泛應(yīng)用與拓展。