圖1：使用外部存儲器支持高級功能的醫療刺激設備的框圖
對於系統架構師而言，第一個挑戰是確定合適的片上系統（SoC）或微控制器作為系統的核心。它必須能夠提供所需的性能，同時減少整個系統的功率預算。
外圍設備（例如外部存儲器，傳感器和遙測接口）必須與SoC /微控制器的性能相當，同時還必須支持緊湊的外形尺寸和有效的功耗。
記憶選擇
所選設備通常集成兩種類型的存儲器：閃存和SRAM。
閃存是一種寫入速度較慢的非易失性存儲器，它支持有限數量的寫入周期。它用於保存固定或緩慢變化的數據，例如應用程序代碼，系統信息和/或後處理的用戶數據日誌。
SRAM是一種快速訪問的易失性存儲器，可提供無限的寫週期耐久性。它用於存儲臨時運行時系統數據。
隨著系統複雜度的增加，多種數學函數和算法的代碼複雜度也隨之增加。內部片上存儲器容量可能不足。便攜式醫療系統通常需要額外的存儲，要求設計人員使用外部存儲器來擴展內部存儲器（圖1）。
低功耗外部存儲器可用於RAM擴展，通常是具有極低活動和待機電流的SRAM。非易失性存儲的選項包括閃存，EEPROM，MRAM和F-RAM。
串行閃存因其低成本和高密度可用性而用於非易失性程序和數據存儲擴展。但是，它具有相對較高的能耗，從而縮短了基於電池的設備的使用壽命。
某些應用程序用EEPROM替換了一部分存儲器，但這仍然不是電池友好型的，特別是當操作涉及對EEPROM的大量寫入時。它還使應用程序代碼設計複雜化。
磁阻RAM（MRAM）具有無限的寫入耐久性。但是，它的缺點是它消耗非常高的活動和備用電流，並且容易受到磁場的破壞，而磁場會破壞存儲的數據。因此，這些特性使其不適用於電池供電的醫療設備。
鐵電RAM（F-RAM）在便攜式醫療設備中具有幾個關鍵優勢，並且具有較高的寫週期耐久性。
醫療並發症
圖2：非易失性存儲技術每4Mb寫入的能耗（µJ）
EEPROM和閃存的有限寫入耐久性會給需要存儲不斷更新的數據日誌的醫療設備帶來潛在的問題。閃存的耐用性約為1E + 5，而EEPROM為1E + 6。 F-RAM的寫週期耐久性為1E + 14（或100萬億）。這使設備能夠記錄更多數據，而無需實施複雜的耗損均衡算法和超額提供額外的容量（圖3）。
第二個優點是F‑RAM的內部架構所消耗的有功電能比基於電荷的閃存或EEPROM存儲設備要低幾個數量級（圖2）。
例如，賽普拉斯的Excelon F‑RAM支持待機，深度掉電和休眠空閒模式。將這些實現到應用程序中可與較低的有功功率模式結合將功耗降低大約兩個數量級。
圖3：非易失性存儲器技術的耐久性週期比較
EEPROM和閃存需要額外的頁面編程/頁面寫入周期時間，因此增加了用於寫入操作的系統活動時間。 F‑RAM的即時非易失性特性使電池供電的系統可以完全關閉電源，或者更快地使系統進入低功耗空閒模式，以減少有效時間和有效電流。
這還提高了對精確時序要求的應用程序的可靠性，這些應用程序在電源故障期間存在數據風險的情況下。 F-RAM單元還高度耐受各種輻射，包括X射線和伽馬輻射，並且不受磁場影響，可以保護記錄的數據。
某些F‑RAM設備（例如Excelon LP）提供了片上糾錯碼（ECC），可以檢測和糾正每個64位數據字中的單位錯誤，從而提高了關鍵系統數據日誌的存儲可靠性。 F‑RAM還支持受控的峰值電流（即，浪湧電流控制在1.5 mA以下），以防止電池過度放電。
F‑RAM可以放在節省空間的包裝中。例如，Excelon LP提供高達8Mbit的速度，並提供行業標準的八引腳SOIC和微型八引腳GQFN封裝，其吞吐速率高達50MHz SPI I / O和108MHz QSPI（Quad‑SPI）I / O。
F‑RAM幾乎無限的耐用性，即時的非易失性和低功耗使系統設計人員可以在單個內存中結合基於RAM和ROM的數據和功能。
基於ROM的技術（包括掩碼ROM，OTP-EPROM和NOR閃存）是非易失性的，面向代碼存儲應用程序。
NAND閃存和EEPROM也可以用作非易失性數據存儲器。所有這些都需要做出一些妥協，因為與備用存儲器相比，它們在執行代碼和數據存儲時性能低下。
這些技術著重於降低成本，這需要權衡易用性和/或性能。
當從閃存執行速度太慢時，基於RAM的技術既充當數據存儲器，又充當代碼執行的工作空間。 RAM提供了代碼和數據功能的混合，但其易失性將其使用範圍限制為臨時存儲。
便攜式應用程序需要盡可能少的組件來優化性能。
使用多種內存類型可能會導致效率低下，使代碼設計複雜化，並且通常會消耗更多能量。
F‑RAM的效率和可靠性使單一存儲技術可以處理代碼和數據。
它具有支持高頻數據記錄的能力，同時降低了系統成本，提高了系統效率並降低了系統複雜性。
