數(shù)字助聽器原理及解決方案

 隨著迅速發(fā)展的半導體技術創(chuàng)新，助聽器產(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，將有助于打造更精巧、舒適且功能豐富的助聽器。..

很少有應用比現(xiàn)代助聽器面臨更多的技術限制。針對這個領域，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。這種壓力還因助聽器產(chǎn)業(yè)目前每年成長4-6%(根據(jù)一些知名市場公司的研究資料)的事實而加劇，并由中國和印度人口老齡化以及新市場發(fā)展而推動。因此，有必要以改善的功能滿足更廣泛患者的需求。

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

簡單來說，助聽器的工作原理是：聲波由麥克風接收，并轉換成一個模擬電子訊號。透過模擬-數(shù)字轉換器(ADC)拾取這個模擬訊號，并把它轉換成一個數(shù)字訊號;接著再用DSP算法進行處理和調節(jié)。然后該數(shù)字訊號被重新轉換為模擬形式，傳遞到接收器，并轉換成由助聽器用戶聽到的聲波。

現(xiàn)代數(shù)字助聽器原理

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

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

客制化需求

原始設備制造商(OEM)正探索可實現(xiàn)助聽器本身獨特的數(shù)據(jù)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，讓不同的助聽器款式都可利用同樣的核心DSP創(chuàng)建。例如，輕度聽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力受損，均可使用相同的平臺，但以更多的優(yōu)點或功能與性能加以區(qū)別。

與可攜式電子裝置無線互連

業(yè)界對于以無線技術實現(xiàn)助聽器和電子裝置(如智能型手機)之間的音頻訊號傳輸極其感興趣。透過2.4GHz頻段(基于藍牙和ZigBee無線標準)，無線連接可以使助聽器用戶直接從電子裝置體驗音頻。例如，用戶可以從手持裝置串流音樂，或以其助聽器作為耳機進行通話。無線連接還能增加用戶和裝置之間的互動。使用智能型手機，助聽器用戶可以很容易地調整和自定義參數(shù)和設置(如音量控制)，而不需要繁瑣的繼電器配件。由于無線技術沒有最終的標準，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

有許多不同類型的DSP架構可用于現(xiàn)代半導體。由于該架構對于助聽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最適用的方案。

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

開放式可編程架構 開放式可編程架構為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更大的系統(tǒng)中，但這無法滿足現(xiàn)代助聽器嚴苛的功率和尺寸要求。

半可編程及特定應用、開放式可編程架構 一種能夠結合封閉式和開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現(xiàn)。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OEM廠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(tǒng)單芯片(SoC)解決方案，針對下一代助聽器而設計。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、開放式可編程架構)于一個半導體芯片中。封閉式和開放式可編程混合架構的實施，意味著IC在10.24MHz的最大頻率速度作業(yè)時的功耗小于0.7mA。這能夠降低系統(tǒng)功耗，同時仍然賦予工程師必要的設計靈活性(算法可調整)，以創(chuàng)建功能豐富的助聽器設計，使其從市場競爭中脫穎而出。

ON Ezairo 7110方塊圖

總之，助聽器產(chǎn)業(yè)的技術正不斷發(fā)生變化——利用迅速發(fā)展的創(chuàng)新以及針對新興市場。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(如安森美半導體的先進SoC)，將有助于工程師打造更精巧且功能豐富的助聽器，提高用戶的舒適度和滿意度。