众文网1.哪有助听器的设计论文啊
基于DSP的全数字助听器设计和实现摘要介绍研制以DSP TMS320C5416为核心的全数字助听器，实现当前流行的一系列助听器的算法，包括宽动态压缩、移频压缩、噪声消除、方向性麦克等，该项目为国内基于DSP全数字助听器的软硬件开发提供参考。
关键词DSP；全数字助听器；宽动态压缩；自适应消噪20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术（DSP）应运而生并得到迅速的发展。在医疗卫生领域，DSP技术大大促进医疗器械的进步。
听力辅助设备的研发中，由于听力障碍的患者病因各异，其听力损失情况存在着较大差异，每个患者的听力损失曲线几乎都是不一样的，加上患者在年龄、语言识别、以及对设备适应程度方面存在着差异，使得每位患者对于助听器的补偿有着不同的要求。传统助听器线路功能的局限性，无法满足大部分患者的要求。
目前国外助听器技术已经由传统的模拟放大电路逐步被功能强、运算快、功耗低、体积小的DSP所取代。从而使现代助听器技术产生1个质的飞跃。
笔者在学习先进技术的基础上，研制基于TI公司DSP TMS320C5416的助听器，对助听器的软硬件开发进行了深入的探索。1系统概述整个系统以DSP为核心，结合TI公司高性能立体音频Codec芯片TLV320AIC23B构建硬件环境，并在此基础上实现双麦克方向性选择，宽动态压缩，噪声消除以及反馈消除等助听器关键算法。
本系统功耗低，易便携，使用中参数可任意调节，满足临床听障患者对听力进行补偿的要求，也为进一步研究助听器高级算法搭建了较好的实验平台。2硬件设计2.1系统结构系统结构如图1所示，主要包括DSP模块，音频模块，存储模块与电源模块。
助听器采用双麦克输入，4.5V电池供电，硬件功耗小于100mW，体积小，PCB板仅名片大小，确保可随身佩戴使用。图1系统硬件结构2.2 DSP电路TMS320C5416为16位高速定点DSP，处理速度高达160MIPS，该芯片采用程序与数据存储区分开的哈佛结构，进一步提高运行速度，芯片广泛采用流水线技术，减少指令执行周期，专用的硬件乘法器与特殊的DSP指令更提高了信号处理的效率。
助听器中，高性能DSP的使用能快速实现FFT、卷积、相关等算法，保证了音频数据能够得到实时处理。TMS320C5416片内存储资源丰富，含RAM128k*16bit,ROM64k*16bit，足够助听器程序运行时所需的空间，这款DSP不但高效而且功耗低封装小，适合在便携设备中使用。
2.3音频采集 \ 2.3音频采集音频采集主要组成是TI公司近年新推出的低功耗∑-Δ型16位A/D、D/A音频接口（AIC）芯片TLV320AIC23B。模拟接口芯片（AIC）又称调制解调编解码器（modem Codec）以其高度可编程性，高性能，低功耗，较少的外围器件等特点，成为当前语音处理芯片的主流产品。
该芯片工作方式和采样速率均可由编程设置，助听器采样率设为16kHz，确保大部分听力范围内语音信号不丢失。ADC和DAC的输出信噪比分别达到90dB和100dB。
AIC23B与C5416的接口有2个，一是数据接口用于输入输出数据，另1个为控制接口，用于寄存器初始化设置。AIC23B的数据接口采用专为与TI的DSP设计的连接模式，其与DSP的McBSP(Multi-channel buffered se-rial port，多通道缓存串口)无缝连接，连接如图2所示。
其中，BCLK-数字音频接口时钟信号，当AIC为从模式时（通常情况），该时钟由DSP产生，AIC为主模式时，该时钟由AIC产生；LRCIN-数字音频接口DAC方向的帧信号；LRCOUT-数字音频接口 图3 AIC23B配置接口I2C时序ADC方向的帧信号；DIN-数字音频接口DAC方向的数据输入；DOUT-数字音频接口ADC方向的数据输出。DSP接收音频数据过程采用中断的方式，AIC23B每采集1次就发送数据，McBSP每接受到1个AIC23B发来的数据包，产生中断，CPU读缓冲区内的数据。
AIC23B的配置接口采用2线制的I2C模式，而C5416没有I2C接口，我们利用DSP的GPIO(General Purpose Input/Output)来实现I2C时序。可以利用其中的2个管脚来作为I2C中的SCLK和SDI。
时序如图3所示。2.4存储与电源电路存储模块电路选用的芯片是SST39VF400，它是一款低功耗FLASH，工作在2.7~3.6V电压下，存储容量位256KM，其中的数据可以保持100年以上，可重复编程次数高达10万次。
（下标1为正常人的听力指标，下标2为听障患者的听力指标）图4听力正常者与听力损伤者的听力指标对比1个稳定可靠的电源是1个系统的最有力支柱，因此，我们选用了TI公司的TPS767D318电源方案，该方案芯片外围元件少且调试简单，能够为DSP提供稳定的3.3V端口电压与1.6V核心电压。3关键算法数字信号处理是数字助听器的核心，它为调整输入/输出特性和系统的频率响应特性提供了很强的灵活性。
以下为笔者调试成功的几个关键算法。3.1宽动态压缩听障患者与正常人相比，其损伤的频率范围内对声音的适应能力大大降低，如图4所示，宽动态压缩必须对整个频域进行补偿，使得助听器输出的动态范围与患者残余听力相吻合。
算法的关键是根据出入信号的频谱求出频域上各点期望增益组成的增益曲线，由曲线的值来改变。
2.简易助听器的设计
助听器是帮助耳聋患者或上了年纪老人的一种增音产品，市场上种类很多，为了缩小体积大都采用集成电路。下图是用分立元件做成的助听器.
工作原理：驻极体话筒（MIC）将周围环境的声音振动变为电信号经C1耦合到Q1进行放大，然后又经Q2 Q3两级放大，由集电极（注：Q2与Q3接成复合管，其等效为一PNP管）输出，直接驱动随身听耳机发声.
元件作用：R1是MIC的偏置电阻（或叫供电电阻，驻极体话筒内葳一级场效应放大晶体管，必需给其提供偏置，它与动圈式话筒有所区别，使用时还请注意）R2,R3是晶体管的偏置电阻，R4是负反馈电阻，使输出功率稳定，C2,C3都是交流旁路电容，LED可作为声音电平指示.
动手实践 ： 按上图标称从元件库中找到相应元器件并插好，通上电源，用耳机先试听有无噪声，由于采用了高灵敏度的"驻极体"话筒，可听到10米范围内的声音.
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3.简易助听器设计
电路见下图。驻极体话筒MB作传声器用，声音信号由话筒转换成电信号，再经隔直电容C1送给三极管VT作前置放大，放大后的音频信号由电容器C2耦合加到电位器RP上，然后送入功放集成电路IC1的输入端⑦脚，由IC1进行功率放大，经功率放大后的音频信号从①、③脚输出，使耳机或扬声器发声。
制作与调试：
调试时只要调整R3，使VT的Ic=0.1~0.2mA即可。调试完毕，将耳机插好，音量开大，对着话筒讲话，若音质不好，可改变C3,C3通常在0.1μF~10μF之间选取。
4.计算机类产品创意设计中隐形助听器的设计
设计三大要点：
1）体积小。 所谓隐形， 其实是说完全深藏于耳道之内而不为他人所见到。 根据统计结果， 一般人 类耳道的容积只有2毫升， 换言之， 在两个毫升的空间里， 隐形助听器要包括（a）麦克风；（b）放大器或者叫做电子芯片；（c）电池； （d）喇叭； （e）机壳等五项基本元素。
2）耗能低。 这是助听器电子电路设计最难以克服的难题。 因为作为需要电源供应而且长时间（每天至少连续工作12-18小时）耗能的医疗器械设备，它对电路耗能的基本要求是每小时6毫安，但是， 要推动麦克风、喇叭、和为带智能功能的声信号采样及声放大电子芯片提供电源， 这个要求是非常严苛的。
3）智能声信号处理。如果说是隐形助听器设计而又归类为“计算机类”产品， 那么必不可少的是线路设计要求不单是简单的声信号放大， 而是要求对声信号进行运算判断然后该屏蔽的噪声屏蔽， 该放大的语言信号放大， 这里面就有一系列的计算公式， 让电路能分辨和取舍。
其他的附加要求， 就包括发出白噪声对耳鸣患者的困扰进行干预；发出特定的音乐使使用者镇定； 对使用者行为模式或者使用模式进行日志记录以便提供调整数据依据； 与无线通讯工具例如超短波或者蓝牙等连接， 等等。
5.计算机类产品创意设计中隐形助听器的设计
设计三大要点：1）体积小。
所谓隐形， 其实是说完全深藏于耳道之内而不为他人所见到。 根据统计结果， 一般人 类耳道的容积只有2毫升， 换言之， 在两个毫升的空间里， 隐形助听器要包括（a）麦克风；（b）放大器或者叫做电子芯片；（c）电池； （d）喇叭； （e）机壳等五项基本元素。
2）耗能低。 这是助听器电子电路设计最难以克服的难题。
因为作为需要电源供应而且长时间（每天至少连续工作12-18小时）耗能的医疗器械设备，它对电路耗能的基本要求是每小时6毫安，但是， 要推动麦克风、喇叭、和为带智能功能的声信号采样及声放大电子芯片提供电源， 这个要求是非常严苛的。3）智能声信号处理。
如果说是隐形助听器设计而又归类为“计算机类”产品， 那么必不可少的是线路设计要求不单是简单的声信号放大， 而是要求对声信号进行运算判断然后该屏蔽的噪声屏蔽， 该放大的语言信号放大， 这里面就有一系列的计算公式， 让电路能分辨和取舍。其他的附加要求， 就包括发出白噪声对耳鸣患者的困扰进行干预；发出特定的音乐使使用者镇定； 对使用者行为模式或者使用模式进行日志记录以便提供调整数据依据； 与无线通讯工具例如超短波或者蓝牙等连接， 等等。
6.如何为越来越小的助听器设计无线充电方案
电感式无线功率传输（WPT）系统（如图1所示）由发送器电路、发送线圈、接收线圈和接收器电路组成。接收到的功率取决于许多因素：发送功率、发送（Tx）线圈和接收（Rx）线圈之间的耦合（距离、校准、实体特性与铁氧体等）、附近的无关金属物体以及元件容限等。在无线功率传输系统中，功率是采用交变磁场而发送的。在发送线圈中的交流（AC）电流产生一个磁场。当接收线圈被置于该磁场时，在接收线圈中将会感应一个AC电流。在接收线圈上感应的AC电流是在发送器上施加的AC电流以及发送线圈和接收线圈之间磁耦合的一个函数。采用谐振能够改善整个空气间隙的功率传输距离，其方式是连接谐振电容器与接收线圈，以产生一个调谐频率与发送线圈
AC 电流频率相同的 LC 谐振电路。
构造
长久以来，建立一个WPT充电系统需要复杂的解决方案：电池充电器、降压型开关稳压器和WPT电路。这种复杂的解决方案往往尺寸很大，也难以设计。
新型无线电源接收器和电池充电器
解决上述问题的无线电源接收器和充电器解决方案需要具备以下特点：
无线充电：无需频繁更换电池，能够构成密封、防水和更坚固的助听器
单片式解决方案：小型整合式接收器和WPT电路都在同一个IC中
温度补偿充电：能够安全地为镍氢电池充电
锌-空气电池检测：助听器可以用镍氢电池或锌-空气电池供电。可充电的镍氢电池在正常情况下使用，而在用户忘记为镍氢电池充电的紧急情况下，可以安全地插入不可充电的锌-空气电池，因而不至于造成损坏。
极性反置检测：在电池方向插反时停止充电
充电状态指示：用户可以知道何时该为电池充电
充电安全计时器：为电池提供安全保护
温度过高/过低检测：如果电池温度达到极端值，就暂停充电
整体尺寸小巧的解决方案
为了满足这些具体的需求，ADI推出了一款30mW的低功率无线充电器LTC4123。该元件具有为镍氢电池设计的恒定电流/恒定电压线性充电器，例如Varta的PowerOne
ACCU
Plus系列电池。通过外部LC谐振电路连接至该无线接收器，使其能够以无线方式从发送线圈产生的交变磁场接收功率。整合的电源管理电路将耦合的AC电流转换成为电池充电所需的直流（DC）电流。完全密封的产品也可以采用该元件进行无线充电，而且免除了不断地更换锌-空气主电池的必要。
不过，针对需要灵活地以多种电池化学组成运作的产品而言，LTC4123的锌-空气电池检测功能可让相同的应用电路在可充电镍氢电池和锌-空气主电池之间互换运作。这两种类型的电池都可以直接为助听器ASIC供电，而无需额外的电压转换。相形之下，除了为ASIC供电的无线电池充电功能，3.7V锂离子电池还需要一个降压型稳压器。
通过该无线充电器，能够为来自接收线圈的AC功率整流，还可以接受2.2V至5V输入，以便为全功能恒定电流/恒定电压电池充电器供电。充电器的功能包括高达25mA的可编程充电电流、具有±1%准确度的温度补偿1.5V单节电池充电电压、充电状态指示以及内建的安全充电终止计时器。温度补偿的充电电压保护镍氢电池，并防止过度充电。当电池插入时的极性反置时，还可防止该元件进行充电，如果温度过高或过低，就会暂停充电。
低功率无线充电器实现无线功率传输
电感性无线功率传输系统由发送器电路、发送线圈、接收器电路和接收线圈组成。在这一类系统中，低功率无线充电器LTC4123构成了接收器电路的基础；接收线圈可被整合至接收器电路的印刷电路板（PCB）中。连接至ACIN接脚的外部LC谐振电路让该元件可从发送线圈产生的交变磁场无线接收功率，并可搭配如LTC6990
TimerBlox压控晶体振荡器作为发送器