“人命关天”——FRAM在医疗设备中的应用现状

    在最近热映的影片《环太平洋》中，面对怪兽的冲击波，采用数字电路控制的机甲战士瞬间就瘫痪了，而只有模拟电路扛了下来。这可以形象地用来说明，电子元器件能否抗辐射有时候是人命关天的事儿！回到现实，在医疗电子应用领域，将能够抵抗高达50kGy伽玛射线消毒的非易失性随机存储器——FRAM用于一些与生命息息的关键医疗设备就再合适不过了。

　　“其实，FRAM不只是具有抗辐射的特性，高速/高读写耐久性（一万亿次以上）和低功耗的特性也是它能够成为医疗应用中最佳存储器选择的重要原因。” 富士通半导体系统存储器事业部副总裁松宫正人先生在日前于深圳举办的第六届中国国际医疗电子技术大会（CMET2013）上表示。他专程从日本赶来深圳，发表题为“医疗应用中的无电池存储解决方案”的主题演讲。

　　图1：富士通半导体存储器事业部副总裁松宫正人在第六届中国国际医疗电子技术大会（CMET2013）作演讲。

　　采用FRAM克服医疗存储技术挑战

　　FRAM（铁电随机存取存储器）结合了传统非易失性存储器闪存和E2PROM的掉电仍然能保存数据的特点，并且达到了SRAM/DRAM的读写速度，为独立存储器芯片和嵌入式存储器带来一系列独一无二的优点。富士通是FRAM技术的先行者，并在此领域耕耘超过10年，从1999年开始量产， 14年间累计销售23亿片FRAM产品，这其中在中国市场累计交货超过5，300万片。

　　近五年来，一些新型的非易失性存储器技术如FRAM、PRAM、ReRAM、MRAM不断涌现，但达到出色市场量产业绩的只有FRAM。排除一些低端应用市场， FRAM在对需要非易失性存储、高安全性、高速、低功耗、耐久性和抗辐射性这些综合性能的应用领域表现出众、口碑良好。在医疗领域，FRAM在尤其是在一些人命关天的重要场合，如呼吸机等设备中的应用，更是引人注目。

　　松宫正人先生在会议现场介绍了FRAM在医疗领域的应用现状：“虽然FRAM在医疗领域目前已经商用了，但是从广泛性的角度来看它还处于起步阶段。相比日本和欧洲市场，FRAM在中国市场的认知度还有待提高，而未来富士通半导体也会加大在医疗应用方面的投入，帮助更多中国医疗设备厂商解决其在数据存储方面所遇到的挑战。”

　　下图2强调了FRAM所具备的三个适用于医疗应用的关键优势，其中无需后备电池的特性使其特别适合便携式医疗器械的使用，同时能够减少设备维护保养的费用；而高速/高读写耐久性使得患者信息可以实时，频繁的存储记录；抗辐射的特性更是满足了医疗器械高可靠性的要求。

　　图2.富士通半导体FRAM适用于医疗应用的三大优势。

　　EEPROM的相对成本优势正在消失

　　与传统的非易失性存储器如EEPROM相比，富士通FRAM的优势主要体现在高速烧写（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。这些优势使得FRAM越来越多地被需要高可靠性的应用领域所采用，比如计量仪表（三相电表以及水表、气表等）、电力自动化、医疗器械及医疗电子标签、汽车后装设备、POS机/金融ATM机等等。

　　FRAM除了能够在一些应用中替代EEPROM外，更重要的是在一些关键医疗应用中能够实现EEPROM所不能实现的功能。例如，在涉及CT扫描X射线、用于消毒的紫外线和伽马射线的医学和生物处理领域中，如前所述，FRAM对辐射有很强的耐受性。基于FRAM的RFID可轻松通过标准医疗灭菌过程，而基于EEPROM的RFID在这一过程会被擦除。

　　对于FRAM的成本问题，松宫正人先生也阐述了他的观点：“这是和存储容量相关的，容量不同，价格不同，现在FRAM和EEPROM一般的价格差距在2～5倍，而在大容量方面，例如1M～2M的FRAM和EEPROM的价格差距并不大，就只有1～2倍，所以，在大容量应用中，EEPROM的价格并不占优势，未来将会被FRAM所替代。”

　　另一方面，由于控制着FRAM的整个研究开发，晶圆生产及封装流程，加上多年的经验，富士通半导体能始终保证FRAM产品的高质量和稳定供应。富士通半导体还在低功耗制造工艺上不断创新，进一步降低成本价格，并实现大容量化。相对来说，EEPROM的制造工艺却长时间没有变化，随着时间的推移，EEPROM在成本上的优势将会逐渐减弱。

　　FRAM 100%被用于关乎生命的医疗设备

　　“排除非常便宜的一些低端应用市场，在要求高可靠性，高速/高耐久性数据读写、低功耗、抗辐射等人命关天的医疗设备中，FRAM有着100%的应用。” 松宫先生进一步指出。

　　下面就让我们跟随松宫正人先生去医院看看，都有哪些设备用到了富士通半导体的FRAM？并且为什么FRAM会与我们的生命息息相关？

　　图3. FRAM单体存储器在医疗器械领域的应用。

　　上图3所示的这些应用有一个共同的特点就是无需独立电池为存储器不间断供电。这正是松宫正人先生的演讲中所重点介绍的内容之一——“医疗应用中的无电池存储解决方案”。对于不同的医疗器械，富士通半导体都有与之相应的产品型号可以应用，下面列出这位FRAM专家为不同应用所推荐的不同的具体产品型号以及采用FRAM所带来的好处。

　　1、呼吸机（CPAP Machine）

　　推荐产品型号：-SPI接口： MB85RS1MT（1Mbit），MB85RS2MT（2Mbit）。

　　选用FRAM 的优势：

　　-节能环保（FRAM无需电池）；

　　-储存设定参数（FRAM的高可靠性）；

　　-患者呼吸状态履历实时记录（FRAM的高速/高读写耐久性）。

　　2、输液泵（Infusion Pump）

　　推荐产品型号：-I2C接口： MB85RC1MT（1Mbit），MB85RS2MT（2Mbit）。

　　选用FRAM 的优势：

　　-节能环保（FRAM无需后备电池，无需大电容）；

　　-储存设定参数（FRAM的高可靠性）；

　　-注射状态，报警履历实时记录（FRAM的高速/高读写耐久性）。

　　3、胰岛素注射泵（Insulin Injection Pump）

　　推荐产品型号：-I2C接口：MB85RC64（64KBit），MB85RC16（16Kbit）。

　　MB85RC04V（4KBit）

　　选用FRAM 的优势：

　　-节能环保（FRAM无需后备电池，无需大电容）；

　　-储存设定参数（FRAM的高可靠性）；

　　-注射状态（注射量，时间等），报警信号履历实时记录（FRAM高速读写/高读写耐久性，实现实时频繁记录）。

　　4、监护仪（Patient Monitor System，PMS）

　　推荐产品型号：-I2C，SPI接口：MB85RC64（64Kbit）， MB85RC16（16Kbit）， MB85RS256（256Kbit）。

　　选用FRAM 的优势：

　　-节能环保（FRAM无需后备电池，无需大电容）；

　　-储存设定参数（FRAM的高可靠性）；

　　-患者监护信息（呼吸，体温，心跳，血压，血酸等），报警信号履历实时记录

　　（FRAM高速读写/高读写耐久性，实现实时记录）。

　　5、有线内视镜（Wired Endoscope）

　　推荐产品型号：-I2C，SPI接口： MB85RC64（64KBit），MB85RS256（256KBit）

　　选用FRAM 的优势：

　　-节能环保（FRAM无需后备电池，无需大电容）

　　-储存设定参数（FRAM的高可靠性）

　　6、血氧测定仪（Pulse Oximetry）

　　推荐产品型号：-I2C接口： MB85RC64（64KBit），MB85RC16（16KBit）。

　　选用FRAM 的优势：

　　-节能环保（FRAM无需后备电池，无需大电容）；

　　-储存参考数据或参数（FRAM的高可靠性）；

　　-小封装（FRAM的3mm x 2 mm无引脚小型封装）。

　　7、生理分析仪表（血糖仪/尿液分析仪）

　　推荐产品型号：-I2C接口： MB85RC64（64KBit），MB85RC16（16KBit）。

　　选用FRAM 的优势：

　　-节能环保（FRAM无需后备电池，无需大电容）；

　　-储存参考数据或参数（FRAM的高可靠性）；

　　-超小封装（FRAM的3mm x 2 mm无引脚小型封装SON8）。

　　8、胶囊内镜（Capsule Endoscope）

　　推荐产品型号：-SPI接口： MB85RS1MT（1Mbit），MB85RS2MT（2MBit）。

　　选用FRAM 的优势：

　　-节能环保（FRAM无需后备电池，无需大电容）；

　　-储存设定参数（FRAM的高可靠性）；

　　- （防止无限电池发生故障时，患者的图象丢失）数据缓冲存储器（FRAM高速读写/高读写耐久性，实现实时频繁记录）；

　　-小封装（FRAM的小型封装SOP8）。

　　9、便携式心电图仪

　　推荐产品型号：-I2C接口： MB85RC64（64Kbit），MB85RC128（128KBit）

　　选用FRAM 的优势：

　　-节能环保（FRAM无需后备电池，无需大电容）

　　-储存参考数据或参数（FRAM的高可靠性）

　　- 患者的测定值，时间等信息（FRAM高速读写/高读写耐久性，实现实时频繁记录）

　　-小封装（FRAM的小型封装SOP8）

　　10、扫描仪CT-Scanner

　　推荐产品型号：-Parallel并口： MB85R256（256Kbit），MB85R1002A（1MBit）

　　选用FRAM 的优势：

　　-节能环保（FRAM无需电池，无需大电容）

　　-储存结构参考数据，执行参数（FRAM的高可靠性）

　　-扫描回转数，断层扫描信息（FRAM高速读写/高读写耐久性，实现实时频繁记录）

　　其实，除了独立的FRAM产品，富士通半导体还可提供FRAM RFID解决方案，包括HF（高频）和UHF（超高频）两种系列，特别适合满足高可靠性电子标签应用如医用标签的需求。FRAM RFID很适合经常需要用伽玛线照射进行消毒的医药器械电子标签应用，可很好地实现仓储、物流、病患资料数据的管理。据松宫正人先生介绍，FRAM RFID产品在欧洲和美国的医疗市场已经有了比较广泛的应用。