| 题名 | 低电压、低功耗助听器电路系统芯片研究 |
| 作者 | 王晓宇 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2012-05-28 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 杨海钢 |
| 关键词 | 电流模结构 频率补偿 连续增益 状态空间理论 低电压 低功耗 模拟助听器 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 中文摘要 | 随着集成电路工艺的发展以及人们生活水平的提高，便携式医疗辅助设备助听器正在向着微型化和智能化的方向发展，这就要求助听器必须具有低压低功耗以及高灵活度的特性。于此，本文提出了基于电流模结构的电路设计方法，并实现了基于此结构的低压低功耗助听器前端信号处理电路，并在电压模结构后端驱动电路的辅助下，实现了完整的助听器系统。与传统的模拟助听器相比，课题设计的模拟助听器具有以下优点：提供了4个离散的压缩拐点以及4个离散的压缩比，具有高度的灵活性；具有呈指数特性的连续增益，提高了验配的适应性及聆听的舒适性；不仅具有幅度补偿的功能，而且实现了频率补偿的功能，该功能一般只能在数字助听器中通过DSP模块实现，使得模拟助听器可以对常见低频听力缺陷患者进行频率补偿。助听器前端电路主要包括自动增益控制（AGC）电路和滤波器电路（Filter）。电路的核心MOS管均工作在基于SD驱动模式的亚阈值区，静态电流很小，且由于电流模技术的压缩特性，输入电流信号被对数比例压缩为电压信号来进行处理，然后再释放为电流信号。因此，前端电路在高阈值电压的工艺中可以实现低电压低功耗的电路。AGC电路中，根据电流模结构中MOS管的电流和相应控制端口电压呈指数的特性，通过连续改变控制端的电压，即可实现与控制电压呈指数特性的连续增益，此指数特性的增益与声学中声压强度的衡量标准相匹配，当声音急剧变化时可导致聆听舒适度的提高。在Filter电路的设计中，针对电流模结构中MOS管电流与电压的指数特性，文章提出了一种基于状态空间的滤波器设计方法。由于状态变量可观测的特性，采用此方法设计的滤波器，可以相对方便地实现频率补偿的功能，即对于常见的低频听力缺陷患者，当输入声音信号频率较低时，滤波器增益较高，使患者能够聆听到较微弱的声音，当输入频率较高时，增益降低，可防止刺耳声音的出现，提高舒适度。助听器后端电路采用电压模结构设计，内嵌二阶Rauch滤波器，可弥补频率补偿滤波器对通带外噪声抑制能力不足的缺陷。此外，为降低系统的失真度，后端电路采用了功耗较高的AB类输出级电路结构。整个助听器系统的工作电压为1.4V，前端电路最低功耗仅为40μW，后端电路约为1.9mW，THD值低于-40dB，系统的负载电阻为16Ω。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | FPGA |
| 公开日期 | 2012-06-02 |
| 分类号 | TN432 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://159.226.65.12/handle/80137/9711]  |
| 专题 | 电子学研究所_可编程芯片与系统研究室_可编程芯片与系统研究室_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王晓宇. 低电压、低功耗助听器电路系统芯片研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2012. |
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