數字助聽(tīng)器原理及解決方案

隨著(zhù)迅速發(fā)展的半導體技術(shù)創(chuàng )新，助聽(tīng)器產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)生變化;激烈的競爭和更快上市的需求，導致產(chǎn)品生命周期縮短以及需要更大的差異化。利用可編程或特定應用架構的DSP技術(shù)，將有助于打造更精巧、舒適且功能豐富的助聽(tīng)器。..

很少有應用比現代助聽(tīng)器面臨更多的技術(shù)限制。針對這個(gè)領(lǐng)域，在較小型的設計中提高性能水平和降低功耗的需求更大于消費電子。這種壓力還因助聽(tīng)器產(chǎn)業(yè)目前每年成長(cháng)4-6%(根據一些知名市場(chǎng)公司的研究資料)的事實(shí)而加劇，并由中國和印度人口老齡化以及新市場(chǎng)發(fā)展而推動(dòng)。因此，有必要以改善的功能滿(mǎn)足更廣泛患者的需求。

透過(guò)整合更精密的數字訊號處理(DSP)半導體方案，將使制造商能夠滿(mǎn)足助聽(tīng)器用戶(hù)的這些需求。本文將詳細介紹影響DSP技術(shù)的各種設計考慮，以及在當今助聽(tīng)器內的應用。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，助聽(tīng)器的工作原理是：聲波由麥克風(fēng)接收，并轉換成一個(gè)模擬電子訊號。透過(guò)模擬-數字轉換器(ADC)拾取這個(gè)模擬訊號，并把它轉換成一個(gè)數字訊號;接著(zhù)再用DSP算法進(jìn)行處理和調節。然后該數字訊號被重新轉換為模擬形式，傳遞到接收器，并轉換成由助聽(tīng)器用戶(hù)聽(tīng)到的聲波。

現代數字助聽(tīng)器原理

為了盡量減少這些設備的視覺(jué)沖擊，提高佩戴者的舒適性，市場(chǎng)上開(kāi)始導入更分離式的新款式。常用的耳背式(BTE)裝置現在開(kāi)始被位于耳道內更深處的助聽(tīng)器所取代，如深耳道(CIC)和耳道內不可見(jiàn)(IIC)的裝置，或微型耳罩式裝置，又稱(chēng)微型耳背式(mini-BTE)或OTE。助聽(tīng)器這種「可聽(tīng)到但看不見(jiàn)」 的趨勢需要大量系統微縮小型化到為裝置供電的IC。

傳統的BTE助聽(tīng)器必須將多個(gè)組件(包括電池)整合于輕量的小型系統中。新興的入耳式(ITE)設計更面臨空間限制的嚴苛挑戰

客制化需求

原始設備制造商(OEM)正探索可實(shí)現助聽(tīng)器本身獨特的數據訊號處理算法的IC解決方案。這將支持更高能效的「平臺」策略到位，讓不同的助聽(tīng)器款式都可利用同樣的核心DSP創(chuàng )建。例如，輕度聽(tīng)力受損可由一組特定的算法加以解決，而高功率組件則克服嚴重的聽(tīng)力受損，均可使用相同的平臺，但以更多的優(yōu)點(diǎn)或功能與性能加以區別。

與可攜式電子裝置無(wú)線(xiàn)互連

業(yè)界對于以無(wú)線(xiàn)技術(shù)實(shí)現助聽(tīng)器和電子裝置(如智能型手機)之間的音頻訊號傳輸極其感興趣。透過(guò)2.4GHz頻段(基于藍牙和ZigBee無(wú)線(xiàn)標準)，無(wú)線(xiàn)連接可以使助聽(tīng)器用戶(hù)直接從電子裝置體驗音頻。例如，用戶(hù)可以從手持裝置串流音樂(lè )，或以其助聽(tīng)器作為耳機進(jìn)行通話(huà)。無(wú)線(xiàn)連接還能增加用戶(hù)和裝置之間的互動(dòng)。使用智能型手機，助聽(tīng)器用戶(hù)可以很容易地調整和自定義參數和設置(如音量控制)，而不需要繁瑣的繼電器配件。由于無(wú)線(xiàn)技術(shù)沒(méi)有最終的標準，工程師必須能夠快速適應新興標準，如藍牙低功耗(BLE)。

選擇DSP架構

有許多不同類(lèi)型的DSP架構可用于現代半導體。由于該架構對于助聽(tīng)器設計的整體能效將有相當大的影響，OEM工程團隊應確保認真考慮可用的選擇，最后做出決定選擇一個(gè)最適用的方案。

封閉式架構 采用一個(gè)DSP直接硬線(xiàn)連架構的封閉式固定功能架構，可為系統的功耗和尺寸實(shí)現優(yōu)化。遺憾的是，其代價(jià)卻是犧牲了系統的靈活性。雖然一些較小的參數仍然可調整，但如果沒(méi)有大規模的重設工作(這極其昂貴和耗時(shí))，也無(wú)法改變IC的基本功能。

開(kāi)放式可編程架構 開(kāi)放式可編程架構為OEM提供了更好的設計靈活性，因為DSP算法相對上易于修改。然而，這種靈活性可容納在一個(gè)更大的系統中，但這無(wú)法滿(mǎn)足現代助聽(tīng)器嚴苛的功率和尺寸要求。

半可編程及特定應用、開(kāi)放式可編程架構 一種能夠結合封閉式和開(kāi)放式可編程架構有利特性的替代架構正在崛起。半可編程架構的基本DSP功能是硬線(xiàn)接入邏輯模塊和額外的可編程DSP元素，額外的能力可以在軟件中實(shí)現。雖然這提供了一些靈活性，但半可編程架構仍然比封閉式架構有更大的功率預算。

特定應用、開(kāi)放式可編程架構提出了另一種方法。在此的DSP架構是基于深入了解應用需求而設計并優(yōu)化的，以便為特定應用處理特殊的訊號處理要求。它有開(kāi)放可編程架構的軟件可編程能力，以及相對上接近封閉式架構的電源能效，提供妥善實(shí)施的設計布局以及利用適合的半導體幾何結構。這樣的架構有助于促進(jìn)OEM廠(chǎng)商目前所需要的平臺途徑。

例如，安森美半導體(ON Semiconductor)的Ezairo 7100是精巧且極其精密的系統單芯片(SoC)解決方案，針對下一代助聽(tīng)器而設計。它結合了模擬前端、ARM Cortex-M3處理器以及24位四核心DSP(基于特定應用、開(kāi)放式可編程架構)于一個(gè)半導體芯片中。封閉式和開(kāi)放式可編程混合架構的實(shí)施，意味著(zhù)IC在10.24MHz的最大頻率速度作業(yè)時(shí)的功耗小于0.7mA。這能夠降低系統功耗，同時(shí)仍然賦予工程師必要的設計靈活性(算法可調整)，以創(chuàng )建功能豐富的助聽(tīng)器設計，使其從市場(chǎng)競爭中脫穎而出。

ON Ezairo 7110方塊圖

總之，助聽(tīng)器產(chǎn)業(yè)的技術(shù)正不斷發(fā)生變化——利用迅速發(fā)展的創(chuàng )新以及針對新興市場(chǎng)。強勁的競爭和更快上市的需求，導致產(chǎn)品生命周期縮短，以及需要更大的差異化。利用可編程或特定應用架構的DSP技術(shù)(如安森美半導體的先進(jìn)SoC)，將有助于工程師打造更精巧且功能豐富的助聽(tīng)器，提高用戶(hù)的舒適度和滿(mǎn)意度。