CN103156709B

CN103156709B - 一种降低电子耳蜗功耗的方法

Info

Publication number: CN103156709B
Application number: CN201310120936.3A
Authority: CN
Inventors: 刘新东; 孙增军; 许长建; 王振; 樊伟
Original assignee: Lishengte Medical Science & Tech Co Ltd
Current assignee: Lishengte Medical Science & Tech Co Ltd
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2033-04-09
Also published as: CN103156709A

Abstract

本发明公开了一种降低电子耳蜗功耗的方法，其特点是该方法在体外语音处理器的射频发射电路上连接由PMOS管与NMOS管组成的发射电流控制开关，然后由电子耳蜗植入受体的头皮厚度估算电子耳蜗发射和接收线圈的耦合距离，微调体外语音处理器的发射电流，实现发射功率的精确控制，使体外语音处理器在最小的功耗下达到最佳的听觉效果。本发明与现有技术相比具有精确控制发射芯片的输出功率，减少无用功率，使体外语音处理器在最小的功耗下达到最佳的听觉效果，提高体外语音处理器一次充电的有效工作时间，降低系统功耗，提高系统性能，优化系统设置，确保在不同耦合距离下都能够保持最优的耦合效率。

Description

一种降低电子耳蜗功耗的方法

技术领域

本发明涉及仿生医学电子技术领域，具体地说是一种降低电子耳蜗功耗的方法。

背景技术

伴随科技的发展，医疗电子领域也取得了长足的进步。人工耳蜗技术作为一项集微电子、微机械、微加工等高精尖科技的科学成果，成为引领医疗电子发展的领头羊。人工耳蜗技术作为造福千万耳聋患者的有效技术，越来越多的得到社会各界的注意和重视。截止2010年初，全世界有十几万聋人使用了人工耳蜗，其中半数以上是儿童。人工耳蜗植入在我国开展已经开始于1995年，随着人工耳蜗植入工作的开展，病例数量的增加，适应症范围的扩大，一些特殊适应症的耳聋病例的人工耳蜗植入的疗效和安全性也得到了证实，使人工耳蜗植入的适应症进一步扩大。现今，人工耳蜗植入的应用越来越广泛，如何进一步提高电子耳蜗装置的性能，方便患者长期使用的问题越来越突出显现。

人工耳蜗采用的是无线射频通信原理实现体外语音处理器与植入装置交互，无线耦合方式对耦合线圈材质、尺寸、耦合距离以及功耗等参数要求苛刻。尤其是语音处理器的发射功耗对于便携式产品是一项非常重要的指标参数。传统的电子耳蜗装置都是在降低体外机芯片电压，减小发射幅度以及降低语音处理芯片功耗方面进行优化。由于植入患者头皮的厚度不同，即便同一个人不同年龄或不同体质手术愈合前后头皮厚度都会不相同，这些差异都会导致耦合距离的不同，影响发射效率，造成功耗损失。

目前，由于耳聋患者的皮肤厚度不同，人工耳蜗植入装置要求能够在2~10毫米耦合距离下都能保持正常工作。但是，因为受天线线圈半径影响，人工耳蜗植入装置的发射效率受耦合距离影响很大，实际上不能保证在不同耦合距离下都能够保持最优的耦合效率，从而导致便携式体外语音处理器一次充电有效工作时间不长。

现有技术的RF发射装置都是固定发射强度，通过调节接收距离以及线圈尺寸来达到最佳耦合。这种耦合方式对于电子耳蜗系统来说会造成功耗的浪费，电磁场强度又会对植入者造成一定的身体伤害。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而设计的一种降低电子耳蜗功耗的方法，根据不同受体和利用自适应功能精确控制体外发射芯片的输出功率，实现输出功率可调，优化系统设置，降低系统功耗，提高系统性能，减少无用功率，使便携式体外言语处理器一次充电使用时间延长1~2倍。

实现本发明目的的具体技术方案是：一种降低电子耳蜗功耗的方法，其特点是该方法在体外语音处理器的射频发射电路上连接由PMOS管P₁、P₂、P₃、P₄与NMOS管N₁、N₂、N₃、N₄一一对应串接构成CW0~CW3四级可调的发射电流控制开关，实现发射功率的控制，然后由电子耳蜗植入受体的头皮厚度估算电子耳蜗发射和接收线圈的耦合距离，微调体外语音处理器CW0~CW3四级的发射电流，实现发射功率的精确控制，使体外语音处理器在最小的功耗下达到最佳的听觉效果；所述PMOS管P₁、P₂、P₃、P₄与NMOS管N₁、N₂、N₃、N₄一一对应串接为：PMOS管P₁栅极与NMOS管N₁栅极连接为CW0控制端，PMOS管P₁漏极与NMOS管N₁源极连接；PMOS管P₂栅极与NMOS管N₂栅极连接为CW1控制端，PMOS管P₂漏极与NMOS管N₂源极连接；PMOS管P₃栅极与NMOS管N₃栅极连接为CW2控制端，PMOS管P₃漏极与NMOS管N₃源极连接；PMOS管P₄栅极与NMOS管N₄栅极连接为CW3控制端，PMOS管P₄漏极与NMOS管N₄源极连接；PMOS管P₁、P₂、P₃、P₄源极并接为TVDD电源端；NMOS管N₁、N₂、N₃、N₄漏极并接为TVSS接地端；PMOS管P₁、P₂、P₃、P₄漏极与NMOS管N₁、N₂、N₃、N₄源极并接为OUT输出端；CW0、CW1、CW2和CW3控制端与OUT输出端构成四级可调的发射电流控制。

本发明与现有技术相比具有精确控制体外发射芯片的输出功率，减少无用功率，使体外语音处理器在最小的功耗下达到最佳的听觉效果，提高体外语音处理器一次充电的有效工作时间，降低系统功耗，提高系统性能，优化系统设置，确保在不同耦合距离下都能够保持最优的耦合效率。

附图说明

图1为发射电流控制开关电路图

图2为本发明实施例图。

具体实施方式

参阅附图1，发射电流控制开关7由PMOS管P₁、P₂、P₃、P₄与NMOS管N₁、N₂、N₃、N₄一一对应串接而成； PMOS管P₁栅极与NMOS管N₁栅极连接为CW0控制端，PMOS管P₁漏极与NMOS管N₁源极连接；PMOS管P₂栅极与NMOS管N₂栅极连接为CW1控制端，PMOS管P₂漏极与NMOS管N₂源极连接；PMOS管P₃栅极与NMOS管N₃栅极连接为CW2控制端，PMOS管P₃漏极与NMOS管N₃源极连接；PMOS管P₄栅极与NMOS管N₄栅极连接为CW3控制端，PMOS管P₄漏极与NMOS管N₄源极连接；PMOS管P₁、P₂、P₃、P₄源极并接为TVDD电源端；NMOS管N₁、N₂、N₃、N₄漏极并接为TVSS接地端；PMOS管P₁、P₂、P₃、P₄漏极与NMOS管N₁、N₂、N₃、N₄源极并接为OUT输出端。CW0、CW1、CW2和CW3控制端与OUT输出端构成四级可调的发射电流I的控制。其中CW0控制PMOS管P₁和NMOS管N₁的输出电流I₁；CW1控制PMOS管P₂和NMOS管N₂的输出电流I₂；CW2控制PMOS管P₃和NMOS管N₃的输出电流I₃；CW3控制PMOS管P₄和NMOS管N₄的输出电流I₄，I= I₁+ I₂+ I₃+ I₄。

当CW0为高电平时，PMOS管P₁截止、NMOS管N₁导通，输出OUT为0；当CW0为低电平时，PMOS管P₁导通、NMOS管N₁截止，输出OUT为1。当CW0为低电平时，受PMOS管P₁和NMOS管N₁工艺和面积的限制， OUT输出端只能输出一定强度的电流I₁。此时因为输出强度较低，从而导致磁场强度较小，耦合距离很近。如果植入者头皮很薄，那么较小的场强输出就能满足使用需求。同理，当CW1为低电平时，PMOS管P₂和NMOS管N₂提供电流I₂；CW2为低电平时，PMOS管P₃和NMOS管N₃提供电流I₃；CW3为低电平时，PMOS管P₄和NMOS管N₄提供电流I₄。

参阅附图2，电子耳蜗由体外语音处理器1和植入体2组成，体外语音处理器1由麦克风3、放大电路4、语音处理电路5、射频发射电路6和发射线圈8依次串接而成，植入体2由接收线圈9、解码刺激器10和多通道电极11依次串接而成。将本发明的发射电流控制开关7设置在射频发射电路6上，发射控制开关7的输出端连接发射线圈8，其TVDD电源端和TVSS接地端与射频发射电路6输出端连接，构成体外语音处理器1利用发射电流控制开关7的CW0~CW3四级发射电流的可调，具体控制方式如下表1所示：

表1 ：

其中：表内 “0”表示低电平，“1”表示高电平

当耦合距离为4mm时：为了使得植入体2接收部分得到需要的能量VPP=20V，要求体外语音处理器1的发射电流大于30mA，将发射电流控制开关7设置为：CW0=0、CW1=0、CW2=0、CW3=1，即能满足4mm耦合距离的使用需求。

当耦合距离为6mm时：为了得到需要的能量使得VPP=20V，那么要求体外语音处理器1的发射电流至少达到40mA，此时将发射电流控制开关7设置为：CW0=0、CW1=0、CW2=1、CW3=0。

当耦合距离为8mm时，为了得到需要的能量使得VPP=20V，那么要求体外语音处理器1的发射电流至少达到50mA。此时将发射电流控制开关7设置为：CW0=0、CW1=1、CW2=0、CW3=0。

下面以电子耳蜗植入受体的头皮厚度估算电子耳蜗发射和接收线圈的耦合距离，微调发射电流控制开关7的CW0~CW3四级发射电流，实现发射功率的精确控制，使体外语音处理器1在最小的功耗下达到最佳的听觉效果的具体操作，对本发明做进一步的阐述：

、在电子耳蜗植入的手术中，需对受体的头皮厚进行阻抗测试，由于术中耳聋患者皮下组织浮肿，导致人工耳蜗植入装置的耦合距离增加，此时的耦合距离通常可以达到10mm以上。因此，在术中进行阻抗测试时可以根据实际患者皮肤厚度，适当加大体外语音处理器1的发射幅度，达到较好的测试效果。在术中测试时，如果患者头皮较厚，则将发射电流控制开关7设置为：CW0=1、CW1=1、CW2=1、CW3=1，使发射幅度调整到较大的发射功率，保证阻抗测试正常，同时又可以根据反馈的阻抗值，评估患者头皮厚度，达到精确控制发射效率的目的。

、在术后调机过程中，调机人员可根据患者实际听觉感受以及阻抗测试数据，判断患者皮肤厚度、估算耦合距离，并根据耦合距离调整体外语音处理器1的发射幅度，使得体外语音处理器1达到最佳的发射效率、患者达到最佳的听觉效果。根据患者头皮厚度信息并结合阻抗测试数据微调发射电流控制开关7，如果患者头皮厚度较小，则通过软件设置发射电流控制开关7为：CW0=0、CW1=0、CW2=0、CW3=0，并依次微调发射功率，直到达到最佳工作状态。这样既可满足植入电子耳蜗的最优工作状态，又节省了发射功率，对便携式体外语音处理器1的一次充电工作时间的延长具有很大的改善。

根据人体实际数据统计情况，在4、6和8mm的耦合距离是人体头皮的通常厚度。如果电子耳蜗产品仅能满足4mm耦合距离的发射功率，那么耦合距离在6或8mm时就可能出现问题而达不到产品的设计要求。如果为了满足8mm甚至更远耦合距离下植入体仍然正常工作，那么就要设置体外语音处理器1的发射电流大于50mA。而人体皮肤厚度与个人以及不同时间都有关系，这样就会造成能量的浪费，从而降低便携式语音处理器1一次充电的使用时间，给患者带来不便。另外，利用提高体外语音处理器1发射功率的方式使得产品兼容不同耦合距离下的患者需要，会对产品本身的使用寿命造成危害。因此，本发明基于降低功耗、提高产品可靠性，利用人体本身的一些特性，自动判读耦合距离，自动调整发射功率，从而达到了降低功耗、提高效率，增加产品可靠性的目的。

以上只是对本发明作进一步的说明，并非用以限制本专利，凡为本发明等效实施，均应包含于本专利的权利要求范围之内。

Claims

1.一种降低电子耳蜗功耗的方法，其特征在于该方法在体外语音处理器的射频发射电路上连接由PMOS管P₁、P₂、P₃、P₄与NMOS管N₁、N₂、N₃、N₄一一对应串接构成CW0~CW3四级可调的发射电流控制开关，实现发射功率的控制，然后由电子耳蜗植入受体的头皮厚度估算电子耳蜗发射和接收线圈的耦合距离，微调体外语音处理器CW0~CW3四级的发射电流，实现发射功率的精确控制，使体外语音处理器在最小的功耗下达到最佳的听觉效果；所述PMOS管P₁、P₂、P₃、P₄与NMOS管N₁、N₂、N₃、N₄一一对应串接为：PMOS管P₁栅极与NMOS管N₁栅极连接为CW0控制端，PMOS管P₁漏极与NMOS管N₁源极连接；PMOS管P₂栅极与NMOS管N₂栅极连接为CW1控制端，PMOS管P₂漏极与NMOS管N₂源极连接；PMOS管P₃栅极与NMOS管N₃栅极连接为CW2控制端，PMOS管P₃漏极与NMOS管N₃源极连接；PMOS管P₄栅极与NMOS管N₄栅极连接为CW3控制端，PMOS管P₄漏极与NMOS管N₄源极连接；PMOS管P₁、P₂、P₃、P₄源极并接为TVDD电源端；NMOS管N₁、N₂、N₃、N₄漏极并接为TVSS接地端；PMOS管P₁、P₂、P₃、P₄漏极与NMOS管N₁、N₂、N₃、N₄源极并接为OUT输出端；CW0、CW1、CW2和CW3控制端与OUT输出端构成四级可调的发射电流控制。