助聽器介紹及其設(shè)計要點講解

設(shè)計指南 4691助聽器介紹及其設(shè)計要點JohnDiCristina摘要：這篇應(yīng)用筆記將介紹助聽器的類型，包括耳背式 (BTE)、耳內(nèi)式 (ITE)、耳道式 (ITC)和完全耳道式 (CIC)，并簡單總結(jié)助聽器所用的模擬和數(shù)字技術(shù)，討論音頻處理的重要性，以及關(guān)鍵電子元器件的功能和選型。概述電子助聽器是置于耳內(nèi)或耳附近用以提高聽覺障礙患者聽力的小型設(shè)備。 助聽器的基本單元包括麥克風(fēng)、信號調(diào)理電路、接收器 (也稱為揚聲器 )、以及電池。麥克風(fēng)將聲信號轉(zhuǎn)換成電信號， 信號調(diào)理單元則可簡可繁， 簡單的僅將音頻信號按固定比例放大， 復(fù)雜的則需利用數(shù)字信號處理器進行均衡。 揚聲器將電信號轉(zhuǎn)換成聲信號，而電池則為電子元器件提供電源。類型目前市場上主要有 4種類型的助聽器，體積從大到小依次是包括耳背式 (BTE)、耳內(nèi)式(ITE)、耳道式(ITC)和完全耳道式 (CIC)。BTE位于耳后， 用一個軟管連接耳內(nèi)的耳模發(fā)聲。由 BTE還發(fā)展出來一種開放式 (OTE)助聽器，耳模被一個小耳塞代替， 給人耳一種更開放的感受。 其它的變型還包括用導(dǎo)線替代軟管， 并將揚聲器從耳后移到耳內(nèi)。 ITE將助聽器放入外耳，和耳模成為一體，這種助聽器幾乎將外耳填滿，看起來是一大塊。 ITC將助聽器填入耳道內(nèi)，減小了占用外耳的空間，但還是容易被看見。 CIC是各類型中最小的， 助聽器被完全置入耳道內(nèi)，從外面幾乎看不見。

耳背式(BTE)、耳內(nèi)式 (ITE)、耳道式 (ITC)和完全耳道式 (CIC)助聽器， StarkeyLaboratories,Inc.授權(quán)照片。技術(shù)演進助聽器在技術(shù)上基本分為兩類， 模擬助聽器和數(shù)字助聽器。 首先誕生的是模擬助聽器，僅在模擬域處理電聲信號， 而最近才誕生的數(shù)字助聽器則在數(shù)字域處理電最早的模擬助聽器既放大語音也放大噪音， 而且需要先測試患者對特定頻率的敏感程度后專門定制。 后來的一些模擬助聽器可以在試戴過程中編程， 另一些助聽器佩戴者可利用一個按鍵自己選擇預(yù)設(shè)的幾種不同頻響。 數(shù)字助聽器也可在試戴過程中編程， 并具有多種佩戴者可選的頻響。 將聲音數(shù)字化的技術(shù)使降噪、濾波、聲反饋 (自激 )控制等成為可能。由于數(shù)字助聽器相對模擬助聽器性能和靈活性的大幅提升，目前銷售的助聽器大部分都是數(shù)字式的。

特性目前的助聽器有許多新特性，包括音量調(diào)整、遙控、拾音線圈、直接音頻輸入、FM接收、Bluetooth?、指向性麥克、壓縮、鉗位、移頻、風(fēng)噪管理、數(shù)據(jù)記錄、自學(xué)習(xí)、防潮、耳模通風(fēng)。有一些特性沒法在助聽器內(nèi)部狹小空間內(nèi)實現(xiàn)，需要占用外部空間，而另外一些則可以在助聽器內(nèi)部實現(xiàn)。音量調(diào)整可通過助聽器上的按鍵或滾輪實現(xiàn)， 而使用遙控器則可避免在狹小的助聽器上安裝按鍵或滾輪， 但仍能控制助聽器的所有功能。 拾音線圈可以用來替代麥克風(fēng)，拾音線圈在以前使用電磁線圈揚聲器的老式電話機中通過拾取磁信號來幫助打電話的人提高通話質(zhì)量。 今天的電話或其它收聽設(shè)備都內(nèi)置拾音線圈這一功能并專門指出和助聽器兼容。 直接音頻輸入和 FM接收是另外兩個助聽器輸入信號的方式，第一個要用有線方式連接，另一個實際就是 FM收音機。另外一個新趨勢是集成 Bluetooth功能，這樣就可以從手機或音樂播放器中接收信號。Bluetooth既可以集成到助聽器也可以作為附件通過拾音線圈或 FM接入助聽帶有指向性麥克風(fēng)的助聽器有兩個或以上的麥克風(fēng)面向不同的方向接收信號， 這樣做可以提高在嘈雜環(huán)境中收聽的信噪比 (SNR)，而使用數(shù)字信號處理技術(shù)可進一步提高話音質(zhì)量。 壓縮和鉗位在音量過大時降低音量以使人耳感覺更舒適， 但有些時候會限制音量。 移頻技術(shù)通過數(shù)字信號處理將語音移到低頻， 對那些患有高頻聽覺障礙的人很有幫助。 風(fēng)噪管理可以檢測風(fēng)聲并消除其反饋， 以防助聽器佩戴者聽到嘯叫。數(shù)據(jù)記錄功能記錄收聽環(huán)境以及助聽器如何被使用， 聽覺專家可以根據(jù)這些信息來微調(diào)助聽器提升性能。自學(xué)習(xí)功能可利用記錄的數(shù)據(jù)自動微調(diào)助聽器提升性能。防潮功能可以降低因潮濕環(huán)境導(dǎo)致的返修率。 耳模通風(fēng)則可提高人耳佩戴耳模助聽器時的舒適程度。助聽器的關(guān)鍵元器件位于音頻處理通道。 主要包括一個或多個麥克風(fēng)、 揚聲器以及前置放大器 (如果需要的話 )和揚聲器放大器。 D類功放和 AB類功放相比功耗低、失真小、尺寸小，因而多用于現(xiàn)今的助聽器。另外，無論音頻帶寬是 20kHz還是被限制于 8kHz，音頻編解碼器都應(yīng)該具有高 SNR以保證高回放音質(zhì)。數(shù)字助聽器的核心是數(shù)字信號處理器 (DSP)，這是實現(xiàn)數(shù)字助聽器所有優(yōu)勢的關(guān)鍵。各廠商采用不同的 DSP技術(shù)，但通常包括分頻段壓縮 /放大、正反饋消減、降噪、語音增強等， DSP還可以處理方向信息，并可調(diào)整助聽器特性使其適合不同的佩戴者。電源和電池管理已經(jīng)有一些助聽器開始使用可充電的單節(jié)鋰離子 (Li+)電池，但多數(shù)還是使用一次性鋅空氣電池， 根據(jù)助聽器的類型和尺寸、 電路功耗以及對使用時間的要求， 目前主要使用 5種尺寸的鋅空氣電池。 表1對比了這五種最常用鋅空氣電池的容量和尺寸，以及它們的顏色代碼以及通常被哪種助聽器使用。鋅空氣電池起始電壓為 1.4V，需要更換電池時的終止電壓為 1.0V或更低。如果按每天使用 16小時計算，電池壽命在幾天到幾星期之間，取決于電池容量和助聽器的設(shè)計。 電池效率最高的設(shè)計從單節(jié)電池直接供電， 然后使用開關(guān)調(diào)節(jié)器升壓電路將電壓提升來驅(qū)動 1.8V或3.0V的助聽器電路。使用鋅空氣電池的理想功耗在1mW至10mW之間。使用可充電 Li+電池的助聽器也許需要一個線性或開關(guān)穩(wěn)壓器來將 4.2V的單節(jié) Li+電池滿充電壓降至電路可以接受的工作電壓。也可以將電池充電電壓限制在 3.3V，這取決于電路的需要。為了防止聽覺障礙患者在需要助聽器幫助時電池電量耗盡， 需要一個精確電量計提前做出低電量預(yù)警。表1.鋅空氣電池對比Size(dxh,mm)ColorCodeTypeCapacity(mAh)

Size(dxh,mm)ColorCode675540to64011.6x5.4Blue13230to2857.9x5.4Gold312120to1607.9x3.6Burgundy1060to905.8x3.6Yellow530to405.8x2.1Red靜電防護所有助聽器必須滿足 IEC61000-4-2靜電防護(ESD)要求，使用內(nèi)置靜電防護的元器件或在外漏的走線上增加 ESD保護器可以幫助滿足這些要求。Bluetooth是BluetoothSIG,Inc.的字標(biāo)，徽標(biāo)是 BluetoothSIG,Inc.擁有的注冊商標(biāo)。Maxim已得到授權(quán)使用這些標(biāo)志。相關(guān)型號DS2745低成本 I2C電池監(jiān)測器免費樣品DS2756高精度電池電量計，具有可編程掛起模式免費樣品DS2780獨立式電量計 IC免費樣品DS2782獨立式電量計 IC免費樣品MAX13202E4/6/8通道±30kVESD保護器， μDFN封裝免費樣品MAX13204E4/6/8通道±30kVESD保護器， μDFN封裝免費樣品MAX13206E4/6/8通道±30kVESD保護器， μDFN封裝免費樣品MAX13208E4/6/8通道±30kVESD保護器， μDFN封裝免費樣品MAX1471315MHz/434MHz低功耗、 3V/5VASK/FSK超外差接收器免費樣品MAX1472300MHz至450MHz、低功耗、 基于晶振的 ASK發(fā)送器免費樣品MAX1473315MHz/433MHzASK超外差接收器，具有更寬的動態(tài)范圍免費樣品MAX1479300MHz至450MHz、低功耗、基于晶振的+10dBmASK/FSK發(fā)送器免費樣品MAX1551SOT23封裝、雙輸入、 USB/AC適配器、單節(jié)免費樣品

Li+電池充電器MAX1555SOT23封裝、雙輸入、 USB/AC適配器、單節(jié)Li+電池充電器免費樣品MAX16056125nA監(jiān)控電路，提供電容可調(diào)的復(fù)位和看門狗超時周期免費樣品MAX16059125nA監(jiān)控電路，提供電容可調(diào)的復(fù)位和看門狗超時周期免費樣品MAX160601%精度、四 /六/八路電壓 μP監(jiān)控電路免費樣品MAX160621%精度、四 /六/八路電壓 μP監(jiān)控電路免費樣品MAX160724焊球(1mmx1mm)晶片級封裝微處理器監(jiān)控電路免費樣品MAX160744焊球(1mmx1mm)晶片級封裝微處理器監(jiān)控電路免費樣品MAX17043結(jié)構(gòu)緊湊的低成本 1S/2S電量計，提供低電池電壓報警MAX17221.5μAIQ、升壓型 DC-DC轉(zhuǎn)換器，薄型SOT23-5封裝MAX17241.5μAIQ、升壓型 DC-DC轉(zhuǎn)換器，薄型SOT23-5封裝免費樣品MAX1736SOT23封裝、單節(jié) Li+電池充電器，配合限流型電源使用免費樣品MAX1811USB供電的 Li+充電器免費樣品MAX1832高效率、升壓型轉(zhuǎn)換器，帶有反接電池保護MAX1835高效率、升壓型轉(zhuǎn)換器，帶有反接電池保護MAX1947低輸入 /輸出電壓、升壓型 DC-DC轉(zhuǎn)換器，帶有/RESET免費樣品MAX28302.4GHz至2.5GHz802.11g/bRF收發(fā)器，提供PA和Rx/Tx/模式開關(guān)MAX2900200mW、單片發(fā)送器 IC，用于868MHz/915MHzISM頻段免費樣品MAX2904200mW、單片發(fā)送器 IC，用于868MHz/915MHzISM頻段免費樣品MAX3202E低電容、 2/3/4/6通道、 ±15kVESD保護陣列，用于高速數(shù)據(jù)接口免費樣品

MAX3204E低電容、 2/3/4/6通道、 ±15kVESD保護陣列，用于高速數(shù)據(jù)接口免費樣品MAX3206E低電容、 2/3/4/6通道、 ±15kVESD保護陣列，用于高速數(shù)據(jù)接口免費樣品MAX4060差分麥克風(fēng)前置放大器，內(nèi)部偏置并可完全關(guān)斷免費樣品MAX4062差分麥克風(fēng)前置放大器，內(nèi)部偏置并可完全關(guān)斷免費樣品MAX6381SC70/μDFN封裝、單 /雙路、低電壓、低功耗、微處理器復(fù)位電路免費樣品MAX6390SC70/μDFN封裝、單 /雙路、低電壓、低功耗、微處理器復(fù)位電路免費樣品MAX6443微處理器復(fù)位電路，帶有超長手動復(fù)位設(shè)置時間免費樣品MAX6452微處理器復(fù)位電路，帶有超長手動復(fù)位設(shè)置時間免費樣品MAX6469300mALDO線性穩(wěn)壓器，內(nèi)置微處理器復(fù)位電路免費樣品MAX6484300mALDO線性穩(wěn)壓器，內(nèi)置微處理器復(fù)位電路MAX7030低成本、 315MHz和433.92MHzASK收發(fā)器，帶有 N分頻 PLL免費樣品MAX7031低成本、 308MHz、315MHz和433.92MHzFSK收發(fā)器，帶有 N分頻 PLL免費樣品MAX7032低成本、基于晶振的可編程 ASK/FSK收發(fā)器，帶有N分頻 PLL免費樣品MAX7042308MHz/315MHz/418MHz/433.92MHz低功耗、FSK超外差接收器免費樣品MAX7057300MHz至450MHz頻率可編程 ASK/FSK發(fā)送器免費樣品MAX8569200mA升壓型轉(zhuǎn)換器， 6引腳 SOT23封裝或TDFN封裝免費樣品MAX8606USB/AC適配器、線性 Li+電池充電器，集成50mΩ電池開關(guān)， TDFN封裝免費樣品MAX8625高效、無縫切換升 /降壓型 DC-DC轉(zhuǎn)換器免費樣品

MAX8860低壓差、 300mA線性穩(wěn)壓器， μMAX封裝 免費樣品MAX8900A1.2A開關(guān)模式 Li+充電器， 具有±22V輸入額定電壓和 JEITA電池溫度監(jiān)測MAX8900B1.2A開關(guān)模式 Li+充電器， 具有±22V輸入額定 免費樣品電壓和 JEITA電池溫度監(jiān)測MAX8902A低噪聲 500mALDO穩(wěn)壓器， 2mmx2mm 免費樣品TDFN封裝MAX8902B低噪聲 500mALDO穩(wěn)壓器， 2mmx2mm 免費樣品TDFN封裝MAX97001.2W、低 EMI