专利名称：具有双模无线电的助听器系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及助听器。本发明更具体地涉及具有双模无线电的助听器系统。
背景技术：
在本发明的上下文中，助听器应被理解为小型微电子设备，其被设计为佩戴在听力受损用户的耳后或耳中。助听器系统可以是单耳式并且只包含一个助听器，或是双耳式并且包含两个助听器。使用前，助听器装配器根据处方对助听器进行调节。处方以听力测试为基础，以获得听力受损用户的非助听听力表现的所谓的听力敏感图。处方被研究以获得一设定；在该设定中，助听器会放大处于可听频率范围中用户存在听力受损的那些部分的频率的声音，以减轻用户的听力损失。助听器包括一个或多于一个麦克风，具有信号处理器的微电子电路和声学输出换能器。信号处理器优选为数字信号处理器。助听器被封装在适于佩戴在耳后或耳中的外壳内。耳背式(BTE)助听器，顾名思义，佩戴于耳后。更确切的说，包括壳体的电子单元被佩戴于耳后，该壳体内含有该电子单元的主要电子部件。向助听器用户发送声音的听筒被佩戴于耳内，例如，在耳甲腔或耳道内。在传统的BTE助听器中，由于输出换能器，在助听器术语中通常被称为接收器，位于电子单元的外壳中，所以需要使用声音导管。在某些现代的助听器类型中，由于接收器位于耳内的听筒中，所以使用包含电导体的导电构件。这样的助听器通常称为耳内接收器式(RITE)助听器。RITE助听器的一具体类型是接收器放在耳道内。这就是所谓的耳道接收器式(RIC)助听器。耳内式(ITE)助听器被设计为符合耳内布局，一般位于耳道中漏斗状的外部。ITE助听器的一个具体类型是助听器基本位于耳道内。这种类型被称为完全耳道式(CIC)助听器。此类助听器需要非常紧凑的设计以使助听器能够放于耳道内，同时容纳助听器工作所需的部件。先进的助听器通常因其先进的功能而被设计为接受多于一个信号源，从而通过助听器电路将信号放大、调节和再现。这些信号源是，比如，电视、mp3播放器和移动电话。有些助听器具有将外部设备连接到助听器电路的装置，比如FM接收器、蓝牙⑩接收器、电缆等。这些外部设备能够以多种方式与助听器通信。在公共地址情况，当说话人佩戴具有无线FM发射器的麦克风时，FM接收器可以被连接以使用。蓝牙接收器可用于从移动电话或类似设备流传输音频信号。有些助听器类型还包含内部无线接收器，比如，感应接收器。这些无线接收器的大部分直接从助听器电池获取能量。本领域中已知的外部设备或无线接收器的持续使用，可能导致助听器的电池迅速耗尽，这就需要频繁的更换电池并且增加助听器的运行成本。具有整合电源的接收器类型包含独立的电池，其增加了接收器的重量、尺寸和复杂性。因此，更加节能的无线设备对于助听器用户而言是非常有利的。在有些类型的助听器中，在双耳助听器系统的两个助听器之间提供无线链路。这种情况下，感应无线链路尤为有利，因为在如此短的距离上消耗的电能非常低。另外，由于双耳助听器系统中的助听器被适配以佩戴在听力受损用户的左耳和右耳的耳上或耳内，采用感应无线链路是有利的，因为感应无线链路传输的磁场信号经过助听器用户头部后没有明显衰减。在其他类型的助听器中，使用感应无线电接收来自外部信号源或外部中继设备的音频信号。在这种类型的助听器系统中，外部信号源或外部中继设备必须处于近的范围内(一般小于一米)，因为感应无线电的传输和接收范围大约随着距离的三次方而减小。W0-A1-2010043223公开了一种DVD播放器，它与电视机、第一外部设备、第二外部设备和双耳助听器系统连接，其中第一外部设备专用于编码和无线传输DVD播放器提供的音频信号至第二外部设备，第二外部设备适于无线中继音频信号，使其进一步到达双耳助听器系统中。第二外部设备保证无线信号的传输消耗助听器中少量的电能。本发明的一个特点是提供一种具有改进型无线链路装置的助听器，据此提供具有更远无线范围的助听器，同时维持小助听器尺寸和低功耗。本发明的另一个特点是提供一种无线信号发送和接收的改进方法。
发明内容
第一方面，本发明提供根据权利要求1所述的助听器。这提供一种能够增加无线范围的助听器。第二方面，本发明提供根据权利要求18所述的在助听器中接收无线信号的方法。这提供了一种在助听器中，对于功率消耗和尺寸，接收无线信号的改进方法。从属权利要求给出了进一步优势特点。通过更详细解释本发明的下列描述，本发明的其他特征对本领域技术人员来说将
变得明显。
通过举例方式，展示和描述了本发明的优先实施例。可看出，本发明能够具有其他实施例，并且其若干细节能够以多种明显的方式做出各种修改而不偏离本发明的范围。因此，附图和说明在实质上是说明性的，而不作为限制。在附图中:图1示意性地说明了根据本发明第一个实施例的助听器；以及图2示意性地说明了根据本发明第二个实施例的助听器。
具体实施例方式在本发明的上下文，提供了两种类型的无线电、无线链路装置或无线传输方法的区别。第一种无线电适于短距离通讯。这种类型的无线电还被称为感应性低频或近场。在典型实施中，短距离无线电被设计为无线链路的发射器与接收器之间的相互作用特性主要由近场中的磁感应确定。与表示下文描述第二种无线电所用的相应术语高频相比，术语低频应被理解为相对的术语。第二种无线电适于长距离通讯。这种类型的无线电也被称为射频(RF)、高频或远场。在一个典型实施中，远程无线电被设计为使得无线链路的发射器和接收器之间的相互作用特性主要由远场中的电磁波决定。为了与用于表示上文描述的第一种无线电使用的术语低频做比较，术语高频解释为一个相对术语。如公知的，术语近场和远场不是固定的术语，其取决于例如，给定无线传输类型涉及的选择的频率，天线设计以及距离。通常，接收来自外部设备的无线信号时，使用远场无线电代替感应无线电可以增加助听器无线电的范围。这主要是因为远场无线电提供的信号具有近似随距离的平方而降低的强度，而感应无线电提供的信号具有随距离的立方而降低的强度。然而，感应天线通常显著地小于远场天线，这使感应无线电利于在助听器内实施，其中助听器存在小型化的不断需求，尤其是在需要有限传输范围的情况下。远场天线的尺寸通常随着载波频率的增加而减小。因此，为了在助听器中给远场天线留出空间，使用相对高的载波频率是重要的。但是，当增加载波频率，滤除具有高选择性的期望信号变得更加困难，这是因为当增加载波频率时，具有窄频带(高Q因数)的带通滤波器的设计变得更难。另外，无线电的功率消耗一般随载波频率的增加而增加。缓解高载波频率系统的这些缺陷的一个方法是使用超外差检测。在超外差接收器中，载波频率被向下混频到中间频率，并且如果需要，中间频率可以进一步被向下混频，这种情况下，该方法被称为双超外差检测。由此，信号的带通滤波可以在较低的中间频率实现，其中更有效的带通滤波器是可用的。通常，数字片上带通滤波器相对于模拟片外带通滤波器性能较差，但是另一方面模拟滤波器显著地占用更大空间并消耗更多功率。在助听器中，空间一般不易获得，而功率也是重要资源。根据本发明的实施例，发现通过将远场信号的载波频率向下混频到与感应无线电的载波频率对应的中间频率，并对远程远场无线电和短距离感应无线电使用相同的数字调制技术和无线协议，可以在助听器中实现具有增加范围的远场无线电。据此，短距离感应无线电构成长距离远场无线电的第二部分；并且以这种方式，不需要用于远距离远场无线电的额外模拟片外带通滤波器，这是因为感应天线和其相应的共振电路构成了这样的滤波器。据此提供了一种双模助听器系统，当与外部设备通信时，该系统具有显著增加的无线接收范围，同时维持助听器具有相对小的尺寸并保持低功率消耗，这是因为相对于具有比如两个独立的无线电或没有低功率短距离感应无线电的双耳系统，其需要的部件较少。这种方法的另一个优势是，其构成了修改现有助听器系统以增加与外部设备通讯时的无线范围的非常简单的方法。助听器基本上不能识别无线信号是通过短距离感应无线电接收还是通过远程无线电接收，直到接收到的信号数据被完全解调、解码和解译。因此重要的是，所选择的无线协议应设置为使得无线传输包含没有信号传输的时隙。据此，双耳助听器系统能够自行配置，这样，通过利用短距离感应无线电，助听器之间的数据无线交换可以在上面提到的远场信号连续接收的传输空闲时隙期间实现。—般情况下，可以利用标准方式中断连续远程无线传输的接收。一种方式是助听器上的激活按钮，其被适配以停用远程无线电的核心部件。另一种方式是利用短距离感应无线电从远程控制件传输关闭信号到助听器中，其中远程控制件被适配以提供感应无线信号，该感应无线信号能够掩盖利用远程无线电接收到的信号。这通常可以通过把远程控制件设置为非常靠近助听器来实现。首先参考图1，其示意性说明了根据本发明第一实施例的助听器。助听器100包括声电输入换能器124、前端芯片122、EEprom芯片123、后端芯片121和电声输出换能器125。这些组件共同提供基本的助听器功能。助听器100还包括短距离感应无线电101，其包括感应天线103、谐振电容器104、第一低噪声放大器(LNA)105、前置放大器组106、第一混频器107、第一锁相环(PLL)108、本地振荡器109、第一中间滤波器110、限幅器111、解调模块112和短距离感应无线电的数字核心113，数字核心113包括，例如时钟数据恢复模块、无线数据解码装置和依照选择的协议控制无线信号接收和传输的装置。另外，助听器100还包括远程无线电102，其具有远场天线114、第二低噪声放大器115、第二混频器116、第二中间滤波器117、耦合电容器120、第二锁相环118和设置寄存器119。短距离感应无线电101适于获得具有10.6MHz的载波频率的电磁信号，从而提供第一电输入信号。在图1实施例的变型中，用于短距离感应无线电的载波频率可在0.5MHz和30MHz之间的范围内选择，或更具体的在3MHz和12MHz之间的范围内选择。实际中载波的选择主要取决于国家法定的可用于无线数据传输的频带。为了优化电磁信号的接收，线圈形式的感应天线103与谐振电容器104被设置以共同形成谐振电路，其被调谐到对应于接收电磁信号的载波频率的谐振频率。根据图1的实施例，感应天线103具有缠绕长4.9mm,直径1.8mm的铁氧体磁芯的70个绕组，以获得30μΗ的电感。同时谐振电容104与感应天线103并联联接并具有7.4pF的电容。这提供了具有高选择性的第一带通滤波器的功能的谐振电路，该高选择性的第一带通滤波器具有约25的Q值以及中心频率为10.6MHz的约为400KHz的带宽。根据图1实施例的变型，线圈电感可在ΙΟμΗ和100 μ H之间的范围选择；并且相应地，谐振电容可在2.5pF和22pF之间的范围选择。第一电输入信号通过第一 LNA105和前置放大器组106被放大至适当的水平，以提
供第一放大输入信号。接着利用本地振荡器109、第一 PLL108和第一混频器107将第一放大输入信号向下混频。本地振荡器109具有32MHz的时钟频率，第一 PLL108利用基于PLL的频率合成器的公知原则与本地振荡器109相互作用，以提供具有10.6MHz频率的混频信号。该混频信号在第一混频器107中与第一放大输入信号相乘，以提供第一已混频输入信号。已混频的输入信号包括中心频率为21.2MHz的和频率分量和中心频率为O的差频率分量，即基带信号。接着低通滤波器110提供第一滤波输入信号，其中和频率分量从第一已混频输入信号中除去而差频率分量被保留。第一滤波输入信号通过第一限幅器111调节并馈送至解调器模块112，其依照选择的调制方案解调电信号。基本上可以选择任何类型的数字调制技术。数字调制技术的例子有，例如，相移键控(PSK )和频移键控(FSK )。根据图1的本实施例的变型，向下混频和解调，即本地振荡器108、混频器107、低通滤波器110、第一限幅器111和解调模块112如W0-A1-2009/062500的第7页第30行到第12页第11行以及附图5中的描述和显示被实现。据此第一放大输入信号被分成五个部分，其中五组本地振荡器和混频器提供五个已混频输入信号，其随后通过五组滤波器和限幅器被滤波和调节，限幅器将五个信号馈送至解调模块，其依照频移键控(FSK)调制方案解调信号。根据该变型，低通滤波器具有400kHz的频带。因此低通滤波器提供滤波输入信号，其和频率分量从该信号中移除而差频率分量被保留。在接收无线信号的最后步骤，解调的数据被馈送到数字核心113，然后数据依照选择的数字协议被解码。基本上，用于无线传输的任何类型的数字协议均可以被选择。蓝牙适配协议是一个示例。可选地，可以使用其他专有或公共标准，例如，Widex (唯听)的W-link，Oticon (奥迪康)的 EarStream, Siemens (西门子)的 TekConnect 或 Phonak (峰利)的 iCom技术。接着接收的无线数据被馈送到后端芯片121以用于标准助听器处理。短距离感应无线电101还具有调制装置126和功率放大器127。调制装置126接收来自数字核心113的将通过感应链路传输的数据信号，并输出将被功率放大器127放大的调制的数据信号，放大的信号被馈送至感应天线103以用于无线传输。在根据图1实施例的变型中，利用短距离感应无线电传输和接收的数据信号被用于同步和优化双耳助听器系统中左助听器和右助听器的操作。当左助听器和右助听器被适配以佩戴在助听器用户的左耳和右耳之内或之上时，采用感应无线链路尤为有利，这是因为短距离感应无线链路传输的磁场信号不会因助听器用户的头部而显著衰减。因此，通过实施上述短距离感应无线电，可以在两个助听器之间实现具有低功耗的无线链路。远程无线电102具有865MHz的载波频率,其被适配以拾取电磁信号。电磁信号被以电子天线形式的远场天线114拾取，从而提供第二电输入信号。根据图1的实施例，电子天线是四分之一波长的螺旋天线。这种天线可在市场上买到，例如从Neosid公司购买。根据图1实施例的变型，电子天线可以从很多种天线类型中选择，包括弯折线天线、分形天线、环形天线和双极天线。根据图1实施例的变型，载波频率为915MHz。865MHz的载波频率对应于欧洲SRD频段，而915MHz的载波频率对应于美国ISM频段。如果国家法律许可，基本上在400MHz和5GHz之间的，更具体的在850MHz和950MHz之间的任意载波频率均可使用。根据图1实施例的另一变型中，远场天线114通过匹配电路(未示出)被调谐到远场无线电的选择的载波频率。第二电输入信号通过第二 LNAl 15被放大至适合的水平，据此提供第二放大输入信号。根据图1实施例的变型中，第二放大输入信号可以被馈送到与短距离感应无线电的前置放大器106相似的前置放大器组。接着利用本地振荡器109、第二 PLL118和第二混频器116将第二放大输入信号向下混频。本地振荡器109具有32MHz的时钟频率，第二 PLL118利用基于PLL的频率合成器的公知原则与本地振荡器109相互作用，以提供具有854.4MHz频率的混频信号。该混频信号与第二放大输入信号在第二混频器116中相乘，以提供第二已混频输入信号。第二已混频输入信号包括具有1719.4MHz中心频率的和频率分量和具有10.6MHz中心频率的差频率分量。第二带通滤波器117具有10.6MHz的中心频率以及IMHz到5MHz范围内的带宽。因此，第二带通滤波器117提供第二滤波输入信号，其中和频率分量从第一中间输入信号中滤除而差频率分量被保留。根据图1实施例的变型，第二带通滤波器117为数字滤波器，其被设计以使所需信号的的镜像被有效衰减。所需信号的镜像是向下混频距本地振荡器频率的距离与所需信号相等但在本地振荡器频率另一侧的信号的结果，因此所需信号的镜像源自具有843.SMHz中心频率的信号。片上镜像抑制技术在本领域中是公知的，并且具体细节可参考以下几篇文章，例如，加拿大多伦多大学的电气工程和计算机系Nora yan在2001年11月12日发表的文章“无线接收机的片上图像衰减技术(On-Chipimage reject techniques forwireless receivers)” ；以及美国加州大学电子工程系的Behazad Razavil998年在IEEE定制集成电路会议上发表的“RF CMOS接收机的结构和电路(Architectures and citcuitsfor RF COMS receivers)”。将带通滤波器117设置在混频器116下游具有特定的优势，因为这使得带通滤波器对于远程无线电而言独立于选择的载波频率，这是因为频率同步器提供的混频信号可被适配到载波频率，而不需要在不同的固定滤波器间选择。根据图1实施例的另一变型中，传统的片外滤波器(未示出)插设在天线114和第
二LNA115之间。如此，与片上镜像抑制技术相比，通常能够实现较强的衰减。但是，片外滤波器的使用可能会对LNA115的噪声系数和功耗产生负面影响。根据具体的变型，片外滤波器将被实施为天线匹配电路的部分。在另一个变型例中，传统片外滤波器被插设在第二 LNAl 15和混频器116之间。如上述变型所描述，如果含有片外滤波器，则可以省略第二带通滤波器117，因为感应天线103和谐振电容器104提供了中心频率为10.6MHz的高选择性带通滤波器。通过经耦合电容器120将第二带通滤波器117的输出连接到感应天线103，第二滤波输入信号被耦合到感应天线103。耦合电容器120的电容为100fF。通过这种小的电容值，耦合电容器120可以在片上实施，从而提供实施的便利以及期望电容值需要的精度。在图1实施例的变型中，第二带通滤波器117的输出被感应耦合到感应天线103。通过将用于引导第二滤波中间输入信号的电导体的端部设置为靠近感应天线103以实现感应耦合。在另一变型中，所述电导体端部位于感应元件中，如线圈中。通常感应天线103的电容耦合是优选的，因为这样可以获得高效耦合。和感应天线的电感耦合的有利方面在于该耦合不需要电接触，这样远程无线接收器可被实施为附助听器系统的独立附件。通过将第二滤波输入信号耦合到感应天线103，高选择性滤波可被实现并且解调和解码随后可通过利用短距离感应无线电102执行。在根据图1实施例的变型中，双耳助听器系统包括外部设备，其被配置为通过线缆连接接收来自电视的音频信号并利用远程无线电将音频信号无线传输至双耳助听器系统的两个助听器。该系统对于多数已知系统是有利的，因为用户不需要靠近两个助听器佩戴的额外外部设备。在多数已知系统中，另外的外部设备是需要的，因为助听器只包含短距离感应无线电，其不适合跨越在看电视时通常存在的距离将来自第一外部设备的音频信号传送到助听器，而不需要过多的功率消耗。在上述变型的另一变型中，电视可以用任何能够提供音频信号的设备所替代，比如电脑、MP3播放器或移动电话。参考图2，其示意性说明根据本发明第二个实施例的助听器。助听器200包括短距离感应无线电211和远程无线电212，除了图1描述的那些器件之外，助听器200还包括第三带通滤波器203、第三混频器202和功率放大器201。将从助听器200传输的数据由数字核心113提供，然后被馈送到调制器126，其供在第三混频器202与混频信号相乘的第一调制输出信号。接着混频器202输出在第三带通滤波器203滤波的信号，从而差频率被除去而和频率被保留，进而提供向上混频的信号。最后，向上混频的信号在功率放大器201被放大并利用远场天线114被无线传输。根据图2实施例的变型，双耳助听器系统被适配以利用远程无线电与助听器装配系统无线通信。这使双耳助听器系统能够以真正无线的方式被装配，其中助听器用户不需要佩戴靠近助听器的外部设备。在助听器装配期间，助听器200被要求使用远程无线电将例如现有助听器设置和各种确认信号的数据传输至装配系统，并接收例如新助听器设置和多种控制信号的数据。结构和过程的其他修改和变型对本领域技术人员来说是显而易见的。
权利要求
1.一种助听器系统，包括: 第一无线链路装置，其被配置为利用第一载波频率接收第一数据信号； 第二无线链路装置，其被配置为利用第二载波频率接收第二数据信号；其中所述第二无线链路装置包括混频装置，其被配置为提供具有向下混频中间载波频率的混频后信号，其中所述向下混频中间载波频率对应于所述第一无线链路装置的所述第一载波频率。
2.根据权利要求1所述的助听器，其中所述第二无线链路装置包括第一带通滤波器，其包括所述第一无线链路装置的电子天线。
3.根据权利要求2所述的助听器，其中所述第一带通滤波器被配置为通过所述混频后信号的向下混频中间载波频率。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的助听器，其中所述第一无线链路装置的电子天线被适配以接收感应无线信号。
5.根据权利要求5所述的助听器，其中所述第一无线链路装置的电子天线是线圈。
6.根据权利要求2到5中任意一项所述的助听器，其中所述混频后信号被耦合到所述第一无线链路装置的电子天线。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的助听器，其中所述第二无线链路装置包括设置在所述第一带通滤波器上游的第二带通滤波器。
8.根据权利要求7所述的助听器，其中所述第二带通滤波器设置于频率所述混频装置的下游并被配置为滤除所述混频后信号的镜像。
9.根据权利要求7所述的助听器，其中所述第二带通滤波器设置在所述混频装置的上游并被配置为滤除所述第二无线链路装置的天线收到的噪声信号。
10.根据前述权利要求中任意一项所述的助听器，其中所述第一数据信号和所述第二数据信号使用相同的数字调制装置被解调。
11.根据前述权利要求中任意一项所述的助听器，其中所述第一数据信号和所述第二数据信号使用相同的无线协议装置被解码。
12.根据前述权利要求中任意一项所述的助听器，其中所述第一载波频率在0.5MHz和30MHz之间的范围，优选在3MHz和12MHz之间的范围。
13.根据前述权利要求中任意一项所述的助听器，其中所述第二载波频率在400MHz和5GHz之间的范围，优选在850MHz和950MHz之间的范围。
14.一种助听器，包括: 第一无线链路装置，其被配置为利用第一载波频率接收第一数据信号。
第二无线链路装置，其被配置为利用第二载波频率接收第二数据信号。
其中所述第一无线链路装置的电子天线也形成所述第二无线链路装置的第一带通滤波器的部分。
15.一种双耳助听器系统，包括根据前述权利要求中任一项所述的第一助听器以及第二助听器，其中所述第一无线链路装置被配置为在所述第一助听器和所述第二助听器之间交换数据。
16.根据权利要求15所述的双耳助听器系统，其中所述第二无线链路装置被配置为与助听器装配系统交换数据。
17.根据权利要求15所述的双耳助听器系统，其中所述第二无线链路装置被配置为接收来自外部源的声音数据。
18.—种在助听器内接收第一无线信号和第二无线信号的方法，包括以下步骤: 利用第一电子天线接收具有第一载波频率的第一无线信号； 利用第二电子天线接收具有第二载波频率的第二无线信号； 对所述第二无线信号进行混频，从而提供具有向下混频中间载波频率的混频后信号；利用带通滤波器对所述混频后信号进行带通滤波，其中所述带通滤波器包括所述第一电子天线并被配置为通过所述向下混频中间载波频率，从而提供向下混频的信号； 利用第一解调和解码装置解调并解码所述第一无线信号；以及 利用所述第一解调和解码装 置解调并解码所述向下混频的信号。
全文摘要
一种助听器(100)，包括第一无线链路装置和第二无线链路装置，第一无线链路装置配置为利用第一载波频率接收第一数据信号，第二无线链路装置配置为利用第二载波频率接收第二数据信号，其中第一无线链路装置的第一电子天线也是第二无线链路装置的第一带通滤波器的部分。本发明提供了一种助听器、一种双耳助听器系统和一种接收第一和第二无线信号的方法。
文档编号H01Q1/00GK103210667SQ201180054878
公开日2013年7月17日 申请日期2011年1月7日 优先权日2011年1月7日
发明者S·M·拉尔森, M·科罗曼 申请人:唯听助听器公司