CN103610519A - 一种基于无线经皮能量传输的人工耳蜗 - Google Patents

Abstract

一种基于无线经皮能量传输的人工耳蜗，设置有音频采集模块、处理器模块、无线收发模块、经皮能量传输模块和植入体模块；经皮能量传输模块设置有电源发送器和电源接收器，电源发送器设置于体外，电源接收器设置于体内，电源发送器与电源接收器之间经过皮肤相隔，电源发送器与电源接收器通过电磁耦合方式使电源接收器产生电能。经皮能量传输模块采用芯片bq500211与bq51013a组合，音频编解码器型号为TLV320AIC3106，处理器模块为OMAP-L138的双核处理器，无线数据收发模块采用型号为CC1101的芯片。本发明能够避免现有的植入体内电源耗尽需要更换电池的痛苦，系统结构简单，装配方便。

Description

一种基于无线经皮能量传输的人工耳蜗

技术领域

本发明涉及仿生医学电子技术领域，特别是涉及一种基于无线经皮能量传输的人工耳蜗。

背景技术

人工耳蜗是目前仿生学科技含量较高的一种电子装置，又称电子耳蜗，是目前唯一能使全聋患者恢复听觉的装置。人工耳蜗将声波转换成微弱的电流脉冲信号，并将此电流信号传到内耳（耳蜗）中，通过植入耳蜗的多通道电极刺激耳蜗里面的听神经纤维产生神经冲动，模拟外周听觉系统的功能，将神经冲动传到大脑，从而形成听觉。

人工耳蜗设备由佩戴于体外的言语处理装置和体内的植入装置组成，二者之间为皮肤相隔，没有导线连接，通过电磁耦合的无线方式联系在一起。言语处理装置包括：麦克风、语音采集的模数转换电路、编码电路、射频发送电路、能量发送电路。植入体包括射频接收电路、能量接收电路、解码芯片和刺激电极。依据人耳位置编码原理，体外部分先将语音信号经过编码、调制，通过射频发送到植入体，植入体接收信号后，解码芯片对语音信号进行解码，然后激励N个植入电极，从而刺激听神经产生听觉。

我国的人工耳蜗硬件平台研究起步较晚，但近几年来，国内也有少量专利。这些专利表明我国的研究人员在体外的言语处理装置、体内的植入装置、语音处理算法等方面做了大量的研究，但是在植入装置能量解决方面的研究相对较少。中国专利申请号为201210081007.1、名称为一种无线可充电式人工耳蜗的专利申请，公开了通过体外的无线充电发射线圈，将能量耦合进体内的无线充电接受线圈，并通过充电电路将能量存储在微电池。由MED-EL电气医疗器械有限公司在国内公布的奥地利克莱门斯·M·齐尔霍费尔等的专利：“人工耳蜗供电系统和方法”（专利申请号：200780022248.6），同样是通过在植入体中放入微电池，以达到给刺激系统供电的目的。

在植入体中放入微电池固然可以加强系统在短时期内运行的稳定性，但是电池属于消耗性器材，使用寿命有限，在微电池内部用于存储电能的化学物质反应殆尽之时，人工耳蜗植入体部分的性能将急剧下降，此时将重新更换微电池，给用户的身体和心理带来的伤害可想而知。

因此，针对现有技术不足，提供一种不需要在植入体部分安装微电池、又能保障人工耳蜗有效工作甚为必要。

发明内容

本发明的目在于避免现有技术的不足之处而提供一种基于无线经皮能量传输的人工耳蜗,该人工耳蜗的植入体部分不需要设置微电池，能够避免现有技术中需要更换植入体内微电池的缺陷。

本发明的上述目的通过以下技术措施实现。

一种基于无线经皮能量传输的人工耳蜗，设置有音频采集模块、处理器模块、无线收发模块、经皮能量传输模块和植入体模块；

所述音频采集模块的输出端与所述处理器模块的输入端连接，所述处理器模块的输出端与所述无线收发模块的输入端连接，所述无线收发模块与所述植入体模块无线通信；

所述经皮能量传输模块设置有电源发送器和为所述植入体模块供电的电源接收器，所述电源发送器设置于体外，所述电源接收器设置于体内，所述电源发送器与所述电源接收器之间经过皮肤相隔，所述电源发送器与所述电源接收器通过电磁耦合方式使所述电源接收器产生电能。

上述电源发送器设置有功率级单元、能量发送线圈、电源发送控制单元和电源发送反馈单元，所述功率级单元通过直流电源供电，所述功率级单元与所述电源发送控制单元的控制端连接，所述功率级单元的输出端与所述能量发送线圈连接，所述电源发送反馈单元与所述电源接收器无线通讯，所述电源发送反馈单元的输出端与所述电源发送控制单元的反馈端连接，所述电源发送控制单元控制所述功率级单元为所述能量发送线圈提供电力。

上述电源接收器设置有耦合线圈、整流单元、电压调节单元和电源接收控制单元；

所述耦合线圈与所述能量发送线圈相耦合，所述耦合线圈与所述整流单元的输入端连接，所述整流单元的输出端与所述电压调节单元的输入端连接，所述电压调节单元的输出端与负载连接；所述电源接收控制单元与所述耦合线圈、所述整流单元及所述电压调节单元连接；

所述电源接收控制单元发送无线信号至所述电源发送反馈单元，在能量传输过程中，所述电源接收控制单元与所述电源发送反馈单元连续通信，控制能量发送情况。

上述电源发送控制单元的芯片型号bq500211；

所述电源接收控制单元的芯片型号bq51013a。

上述电源发送器设置有电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电容C55、电容C56、电容C57、电容C58、电容C59、电容C60、电容C61、电容C62、电容C63、电容C64、电容C65、电容C66、电容C67、电容C68、场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4、三极管Q5、芯片U6、芯片U7、二极管D1、二极管D2、比较器AR1和能量发送线圈M1；

芯片U6和芯片U7的型号均为TPS28225D；

电阻R9一端、电阻R10一端、电容C55一端、芯片U6的引脚6、芯片U6的引脚3、芯片U6的引脚7与VIN连接，电阻R10另一端、电容C55另一端及芯片U6的引脚4均接地；

芯片U6的引脚1与电阻R11一端连接，电阻R11另一端与场效应管Q1的栅极连接；

芯片U6的引脚2与电容C56一端连接，电容C56另一端与芯片U6的引脚8、场效应管Q1的源极、场效应管Q2的漏极、能量发送线圈M1一端连接；

芯片U6的引脚5与电阻R12一端连接，电阻R12另一端与场效应管Q2的栅极连接，场效应管Q2的源极接地；

场效应管Q1的漏极、电容C68的一端、场效应管Q3的漏极、电阻R22一端与电阻R24一端连接，电容C68的另一端接地；

电阻R22另一端、电容C67的一端、电阻R23一端与VIN连接，电容C67的另一端接地；

电阻R23另一端、比较器AR1的引脚1与三极管Q5的发射极连接，电阻R24的另一端与比较器AR1的引脚2连接，比较器AR1的引脚4、电容C66的一端与VIN连接，电容C66的另一端、比较器AR1的引脚3均接地；

比较器AR1的引脚5与三极管Q5的基极连接，三极管Q5的集电极与电容C65的一端、电阻R25的一端连接，电容C65的另一端、电阻R25的另一端均接地；

能量发送线圈M1另一端、电容C59一端、电容C60一端、电容C61一端、电容C62一端与电容C63一端连接，电容C59另一端、电容C60另一端、电容C61另一端、电容C62另一端、场效应管Q3的源极、场效应管Q4的漏极、电容C57一端与芯片U7的引脚8连接；

场效应管Q4的栅极与电阻R16一端连接，场效应管Q4的源极接地，电阻R16另一端与芯片U7的引脚5连接；

芯片U7的引脚6、芯片U7的引脚3、芯片U7的引脚7、电容C58的一端、电阻R13的一端、电阻R14的一端与VIN连接；芯片U7的引脚4、电容C58的另一端、电阻R14的另一端均接地； 

电容C63的另一端与电阻R17的一端连接，电阻R17另一端、电阻R20一端、电阻R18一端、电阻R19一端、电容C64一端、二极管D1正极与二极管D2负极连接，电阻R19另一端、二极管D1负极与VCC连接；

电阻R18另一端、电阻R21一端、电容C64另一端与二极管D2正极均接地。

上述电源接收器设置有耦合线圈M2、电容C36、电容C37、电容C38、电容C39、电容C40、电容C41、电容C42、电容C43、电容C44、电容C45、电容C46、电容C47、电容C48、电容C49、电容C50、电容C51、电容C52、电容C53、电容C54、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、芯片U4、芯片U5、LED管和电源NP，芯片U4的型号为bq51013a，芯片U5的型号为TLV70033DCK；

耦合线圈M2的一端、电容C36的一端与电容C37的一端连接，电容C36的另一端、电容C37的另一端、电容C38的一端、电容C39的一端、电容C40的一端、电容C41的一端、电容C42的一端与芯片U4的引脚2连接；

电容C40的另一端与芯片U4的引脚5连接，电容C41的另一端与芯片U4的引脚6连接，电容C42的另一端与芯片U4的引脚3连接；

耦合线圈M2的另一端、电容C38的另一端、电容C39的另一端、电容C43的一端、电容C44的一端、电容C45的一端与芯片U4的引脚19连接；

电容C43的另一端与芯片U4的引脚17连接，电容C44的另一端与芯片U4的引脚15连接，电容C45的另一端与芯片U4的引脚16连接；

芯片U4的引脚4、电容C46的一端、电容C47的一端、LED管的正极、电源NP的正极、芯片U5的引脚1、芯片U5的引脚3与VIN连接；

电容C46的另一端、电容C47的另一端、电容C48的一端、电容C49的一端、芯片U5的引脚9、芯片U5的引脚0、芯片U5的引脚1、芯片U5的引脚20、电阻R6的一端、电容C50的一端、电阻R7的一端、电容C51的一端均接地；

芯片U4的引脚18、电容C48的另一端与电容C49的另一端连接，芯片U4的引脚7与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与LED管的负极连接，芯片U4的引脚13、电阻R7的另一端与电容C51的另一端连接，芯片U4的引脚14、电阻R6的另一端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端、电容C50的另一端与芯片U4的引脚12连接；

芯片U5的引脚5与电阻R8的一端、电容C52的一端连接，电阻R8的另一端、电容C53的一端与电容C54的一端连接；

芯片U5的引脚2、电容C52的另一端、电容C53的另一端、电容C54的另一端均接地。

上述音频采集模块设置有麦克风、耳机和音频编解码器，所述音频编解码器设置有麦克风输入接口、耳机输出接口和音频信号接口；

所述麦克风输入接口连接麦克风，所述耳机输出接口连接耳机，所述音频信号接口与所述处理器模块单元的音频信号输入接口双向联接；

所述音频编解码器的型号为TLV320AIC3106。 

上述处理器模块的型号为OMAP-L138的双核处理器，所述双核处理器的McASP接口与所述音频采集模块的音频信号接口连接；

所述双核处理器的SPI接口与所述无线收发模块的输入端连接。

上述无线数据收发模块采用型号为CC1101的芯片。

上述植入体模块设置有无线数据接收单元和解码刺激器, 所述无线数据接收单元和所述解码刺激器集成在一起,所述无线数据接收单元和解码刺激器采用型号为CC430F5137的芯片。

本发明的基于无线经皮能量传输的人工耳蜗，设置有音频采集模块、处理器模块、无线收发模块、经皮能量传输模块和植入体模块；所述音频采集模块的输出端与所述处理器模块的输入端连接，所述处理器模块的输出端与所述无线收发模块的输入端连接，所述无线收发模块与所述植入体模块无线通信；所述经皮能量传输模块设置有电源发送器和为所述植入体模块供电的电源接收器，所述电源发送器设置于体外，所述电源接收器设置于体内，所述电源发送器与所述电源接收器之间经过皮肤相隔，所述电源发送器与所述电源接收器通过电磁耦合方式使所述电源接收器产生电能。本发明的基于无线经皮能量传输的人工耳蜗能够通过经皮能量传输模块对置入体模块进行电源供应，不需要对植入体模块设置电源，避免了现有技术中植入体内电源耗尽需要更换电池的苦恼，而且系统结构简单，制备方便。

附图说明

利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明一种基于无线经皮能量传输的人工耳蜗的结构示意图。

图2是本发明一种基于无线经皮能量传输的人工耳蜗的音频采集模块与处理器模块的示意图。

图3是本发明一种基于无线经皮能量传输的人工耳蜗的处理器模块与无线收发模块的电路原理图。

图4是本发明一种基于无线经皮能量传输的人工耳蜗的植入体模块的无线数据接收单元、解码刺激器的电路原理图。

图5是本发明一种基于无线经皮能量传输的人工耳蜗的经皮能量传输模块的结构框图。

图6是本发明一种基于无线经皮能量传输的人工耳蜗的电源发送器的电路图。

图7是本发明一种基于无线经皮能量传输的人工耳蜗的电源接收器的电路图。

在图1至图7中，包括：

音频采集模块100、处理器模块200、无线收发模块300、

经皮能量传输模块400、

   电源发送器410、

      功率级单元411、能量发送线圈412、

电源发送控制单元413、电源发送反馈单元414、

电源接收器420、

       耦合线圈421、整流单元422、

电压调节单元423、电源接收控制单元424、

植入体模块500。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

实施例1。

一种基于无线经皮能量传输的人工耳蜗，如图1至图7所示，设置有音频采集模块100、处理器模块200、无线收发模块300、经皮能量传输模块400和植入体模块500。

音频采集模块100的输出端与处理器模块200的输入端连接，处理器模块200的输出端与无线收发模块300的输入端连接，无线收发模块300与植入体模块500的无线数据接收单元无线通信。

经皮能量传输模块400设置有电源发送器410和为植入体模块500供电的电源接收器420，电源发送器410设置于体外，电源接收器420设置于体内，电源发送器410与电源接收器420之间经过皮肤相隔，电源发送器410与电源接收器420通过电磁耦合方式使电源接收器420产生电能。

该基于无线经皮能量传输的人工耳蜗，设置有经皮能量传输模块400，通过体外的电源发送器410与体内的电源接收器420之间耦合产生电能，由电源接收器420对植入体模块500供电。因此，不需像现有技术中那样在植入体模块500中设置电池，故不会出现现有技术中的因植入体模块500电池耗尽需要更换电池的痛苦，能够大大减小使用者的烦恼。

具体的，音频采集模块100设置有麦克风、耳机和音频编解码器，音频编解码器设置有麦克风输入接口、耳机输出接口和音频信号接口。麦克风输入接口连接麦克风，耳机输出接口连接耳机，音频信号接口与处理器模块200的音频信号输入接口双向联接。

音频编解码器优选型号为TLV320AIC3106的音频编解码器。处理器模块200的型号为OMAP-L138的双核处理器，双核处理器的McASP接口与所述音频采集模块100的音频信号接口连接，双核处理器的SPI接口与无线收发模块300的输入端连接。

无线收发模块采用型号为CC1101的芯片，植入体模块500采用型号为CC430F5137的芯片。

具体的，OMAP-L138嵌入式的双核处理器与音频编解码器TLV320AIC3106的接口示意图如图2所示。双核处理器OMAP-L138通过I2C接口对TLV320AIC3106进行配置，设置采样率为24KHz、采样数据精度为32位、增益为8.5dB。TLV320AIC3106芯片内集成1阶高通滤波器，截止频率为90Hz，能够有效滤除50Hz工频干扰。音频编解码器TLV320AIC3106扩展出麦克风输入接口、耳机输出接口、音频信号接口等接口。音频信号通过McASP接口进入嵌入式处理器OMAP-L138，OMAP-L138通过McASP接口将音频数据传回音频编解码器TLV320AIC3106，并通过耳机输出接口或者线路输出即可进行回放。

嵌入式双核处理器OMAP-L138与无线收发芯片CC1101的电路原理图如图3所示。CC1101芯片采用兼容SPI接口与OMAP-L138相连接，工作时CC1101为从机，OMAP-L138为主机。OMAP-L138的SPI接口与CC1101的SCLK引脚、CSN引脚、SI引脚、SO引脚相连。CC1101的射频端口是平衡结构，分别是端口RF_P、RF_N。

为了使整个系统的体积尽量小，本发明并没有采用平衡式的双极性天线，而采用单极性的小天线，即在CC1101端的平衡信号与天线端的非平衡信号间插入BALUN电路进行转换。图3中，BALUN电路由C13、L4、L3、C11电路构成。L1、L2、C10构成差分低通滤波器，基频信号可顺利通过。为了解决效率和线性度的问题，在BALUN电路后连接由L5、L6、C15构成的T型单端滤波器。C14、C16、C12起滤波作用。晶体振荡器使用一个带两个负载电容C8、C9的26MHz无源晶振。OMAP-L138通过SPI接口配置CC1101的主要操作参数如设置芯片工作的频段等，使经OMAPL138处理过后的言语信号的特征数据经CC1101以射频方式传输到植入体，并以射频方式接收植入体部分的反馈信号。无线发射功率可以达到-30 dBm，传输距离可以达到100米左右。

植入体模块500设置有无线数据接收单元、解码刺激器及为其提供能量的电源接收器420。无线数据接收单元接收体外的无线收发模块300发送的信号，经解码刺激器解码后将解码后的信号传输至电极刺激神经纤维。

植入体模块500的无线数据接收单元、解码刺激器的电路原理图如图4所示。在本系统设计中，植入体模块500的无线数据接收单元、解码刺激器的主控芯片采用TI公司生产的CC430F5137，该芯片具有体积小、功耗低的优点，并且能够与无线收发芯片CC1101进行无差错通信。CC430F5137的能量源自无线能量传输的输出，并可以根据发射距离的远近去设置无线发送功率的大小，从而使功耗达到最低。CC430F5137的射频端口是平衡结构，分别是端口RF_P、RF_N。

在本发明中，为了使整个系统的体积尽量小，并没有采用平衡式的双极性天线，而采用单极性的小天线，即在CC430F5137端的平衡信号与天线端的非平衡信号间插入BALUN电路进行转换。图4中，BALUN电路由0433BM15A0001芯片电路构成。为了解决效率和线性度的问题，在BALUN电路后连接由L7、L8、C31构成的T型单端滤波器。C32、C33起滤波作用。晶体振荡器使用一个带2个负载电容C34、C35的26MHz无源晶振。植入体部分的反馈信号经CC430F5137以射频方式传回体外机。

电源发送器410设置有功率级单元411、能量发送线圈412、电源发送控制单元413和电源发送反馈单元414，功率级单元411通过直流电源供电，功率级单元411与电源发送控制单元413的控制端连接，功率级单元411的输出端与能量发送线圈412连接，电源发送反馈单元414与电源接收器420无线通讯，电源发送反馈单元414的输出端与电源发送控制单元413的反馈端连接，电源发送控制单元413控制功率级单元411为能量发送线圈412提供电力。

电源接收器420设置有耦合线圈421、整流单元422、电压调节单元423和电源接收控制单元424。

耦合线圈421与所述能量发送线圈412相耦合，耦合线圈421与所述整流单元422的输入端连接，整流单元422的输出端与电压调节单元423的输入端连接，电压调节单元423的输出端与负载连接；电源接收控制单元424与所述耦合线圈421、整流单元422及电压调节单元423连接。

电源接收控制单元424发送无线信号至电源发送反馈单元414，在能量传输过程中，电源接收控制单元424与电源发送反馈单元414连续通信，控制能量发送情况。

电源发送控制单元413的芯片型号bq500211；电源接收控制单元424的芯片型号bq51013a。

具体的，电源发送器410设置有电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电容C55、电容C56、电容C57、电容C58、电容C59、电容C60、电容C61、电容C62、电容C63、电容C64、电容C65、电容C66、电容C67、电容C68、场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4、三极管Q5、芯片U6、芯片U7、二极管D1、二极管D2、比较器AR1和能量发送线圈M1。芯片U6和芯片U7的型号均为TPS28225D；

电阻R9一端、电阻R10一端、电容C55一端、芯片U6的引脚6、芯片U6的引脚3、芯片U6的引脚7与VIN连接，电阻R10另一端、电容C55另一端及芯片U6的引脚4均接地。芯片U6的引脚1与电阻R11一端连接，电阻R11另一端与场效应管Q1的栅极连接。

芯片U6的引脚2与电容C56一端连接，电容C56另一端与芯片U6的引脚8、场效应管Q1的源极、场效应管Q2的漏极、能量发送线圈M1一端连接。

芯片U6的引脚5与电阻R12一端连接，电阻R12另一端与场效应管Q2的栅极连接，场效应管Q2的源极接地。

场效应管Q1的漏极、电容C68的一端、场效应管Q3的漏极、电阻R22一端与电阻R24一端连接，电容C68的另一端接地。电阻R22另一端、电容C67的一端、电阻R23一端与VIN连接，电容C67的另一端接地。

电阻R23另一端、比较器AR1的引脚1与三极管Q5的发射极连接，电阻R24的另一端与比较器AR1的引脚2连接，比较器AR1的引脚4、电容C66的一端与VIN连接，电容C66的另一端、比较器AR1的引脚3均接地。

比较器AR1的引脚5与三极管Q5的基极连接，三极管Q5的集电极与电容C65的一端、电阻R25的一端连接，电容C65的另一端、电阻R25的另一端均接地。

能量发送线圈M1另一端、电容C59一端、电容C60一端、电容C61一端、电容C62一端与电容C63一端连接，电容C59另一端、电容C60另一端、电容C61另一端、电容C62另一端、场效应管Q3的源极、场效应管Q4的漏极、电容C57一端与芯片U7的引脚8连接。

场效应管Q4的栅极与电阻R16一端连接，场效应管Q4的源极接地，电阻R16另一端与芯片U7的引脚5连接。芯片U7的引脚6、芯片U7的引脚3、芯片U7的引脚7、电容C58的一端、电阻R13的一端、电阻R14的一端与VIN连接；芯片U7的引脚4、电容C58的另一端、电阻R14的另一端均接地。 

电容C63的另一端与电阻R17的一端连接，电阻R17另一端、电阻R20一端、电阻R18一端、电阻R19一端、电容C64一端、二极管D1正极与二极管D2负极连接，电阻R19另一端、二极管D1负极与VCC连接。

电阻R18另一端、电阻R21一端、电容C64另一端与二极管D2正极均接地。

具体的，电源接收器420设置有耦合线圈M2、电容C36、电容C37、电容C38、电容C39、电容C40、电容C41、电容C42、电容C43、电容C44、电容C45、电容C46、电容C47、电容C48、电容C49、电容C50、电容C51、电容C52、电容C53、电容C54、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、芯片U4、芯片U5、LED管和电源NP，芯片U4的型号为bq51013a，芯片U5的型号为TLV70033DCK。

耦合线圈M2的一端、电容C36的一端与电容C37的一端连接，电容C36的另一端、电容C37的另一端、电容C38的一端、电容C39的一端、电容C40的一端、电容C41的一端、电容C42的一端与芯片U4的引脚2连接。

电容C40的另一端与芯片U4的引脚5连接，电容C41的另一端与芯片U4的引脚6连接，电容C42的另一端与芯片U4的引脚3连接。

耦合线圈M2的另一端、电容C38的另一端、电容C39的另一端、电容C43的一端、电容C44的一端、电容C45的一端与芯片U4的引脚19连接。

电容C43的另一端与芯片U4的引脚17连接，电容C44的另一端与芯片U4的引脚15连接，电容C45的另一端与芯片U4的引脚16连接。

芯片U4的引脚4、电容C46的一端、电容C47的一端、LED管的正极、电源NP的正极、芯片U5的引脚1、芯片U5的引脚3与VIN连接。

电容C46的另一端、电容C47的另一端、电容C48的一端、电容C49的一端、芯片U5的引脚9、芯片U5的引脚0、芯片U5的引脚1、芯片U5的引脚20、电阻R6的一端、电容C50的一端、电阻R7的一端、电容C51的一端均接地。

芯片U4的引脚18、电容C48的另一端与电容C49的另一端连接，芯片U4的引脚7与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与LED管的负极连接，芯片U4的引脚13、电阻R7的另一端与电容C51的另一端连接，芯片U4的引脚14、电阻R6的另一端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端、电容C50的另一端与芯片U4的引脚12连接。

芯片U5的引脚5与电阻R8的一端、电容C52的一端连接，电阻R8的另一端、电容C53的一端与电容C54的一端连接。

芯片U5的引脚2、电容C52的另一端、电容C53的另一端、电容C54的另一端均接地。

本实施例选用TI公司的bq500211+bq51013a 能量收发组合方案。利用bq500211生成两路PWM波形，控制全桥电路在耦合初级线圈上产生振荡电流，方便次级线圈从初级线圈耦合能量。图6中，Q1、Q2、Q3、Q4构成H桥电路，U6、U7为H桥的驱动芯片，为H桥的上下桥臂提供双相PWM控制信号。R9、R10、R13、R14负责对bq500211产生的两路PWM控制信号进行分压。C56、C57分别为U6、U7两个H桥驱动芯片对上桥臂的自举电容。R22、R23、R24、R25、C65、Q5、AR1构成对输入初级线圈的电流采样电路。C59、C60、C61、C62、C63、C64、R17、R18、R19、R20、R21、D1、D2构成与能量接收部分的通信电路，其中C59、C60、C61、C62为通信调制电容，C63、R17为高通滤波器，R19、C64、D1、D2给通信信号入点提供电压基准，反馈信号经COMM+、COMM-进入bq500211进行解码。Pickup coil1为能量发送线圈412，能量以振荡的电流形式通过Pickup coil1平面线圈，Pickup coil1与植入体中的耦合线圈421之间经电磁感应进行能量转化。

这样，通过使用近场感应电能传输，嵌入在植入体中的接收器线圈通过相互耦合的电感器接受发送器线圈发出的电能。

来自接收器线圈的交流信号经过整流和调节，可用作系统关闭电子产品(down-system electronics)的电源。Pickup coil2为能量接收耦合线圈421，C42、C43为自举电容，C48、C49为滤波电容，C41、C44为通讯时的调制电容，C40、C45为过电压钳位保护电容，LED、R4为能量输出指示电路，R5、R6、C50构成电流限制电路，改变R5的值可以改变输出电流。R7、C51构成电路的温度感应保护电路。

本发明的基于无线经皮能量传输的人工耳蜗，能够实时采集语音信息，并通过处理器模块200处理，形成相应的刺激脉冲参数帧序列，发送到无线传输模块。通过植入体模块500接收信号并进行转换处理后，通过植入体模块500内的多个电极刺激耳蜗听神经纤维产生神经冲动，将神经冲动传输到大脑，从而形成听觉。

本发明的基于无线经皮能量传输的人工耳蜗能够通过经皮能量传输模块400对置入体模块进行电源供应，不需要对植入体模块500设置电源，避免了现有技术中植入体内电源耗尽需要更换电池的苦恼。

本发明的各个模块所选择的芯片采购容易，成本低廉，便于实现整体系统的低成本化。由于具有丰富的外设接口，应用范围广，而且还可以根据个体的不同选择不同的语音处理算法，适用范围宽。此外本发明可以通过无线的方式对系统的软件进行升级，方便系统的维护。

需要说明的是，本实施例各个模块所选择的芯片型号只是本发明的其中一种方式，也可以选择功能近似的其它型号的芯片或者模块单元代替。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种基于无线经皮能量传输的人工耳蜗，其特征在于：设置有音频采集模块、处理器模块、无线收发模块、经皮能量传输模块和植入体模块；

所述音频采集模块的输出端与所述处理器模块的输入端连接，所述处理器模块的输出端与所述无线收发模块的输入端连接，所述无线收发模块与所述植入体模块无线通信；

所述经皮能量传输模块设置有电源发送器和为所述植入体模块供电的电源接收器，所述电源发送器设置于体外，所述电源接收器设置于体内，所述电源发送器与所述电源接收器之间经过皮肤相隔，所述电源发送器与所述电源接收器通过电磁耦合方式使所述电源接收器产生电能。

2.根据权利要求1所述的基于无线经皮能量传输的人工耳蜗，其特征在于：所述电源发送器设置有功率级单元、能量发送线圈、电源发送控制单元和电源发送反馈单元，所述功率级单元通过直流电源供电，所述功率级单元与所述电源发送控制单元的控制端连接，所述功率级单元的输出端与所述能量发送线圈连接，所述电源发送反馈单元与所述电源接收器无线通讯，所述电源发送反馈单元的输出端与所述电源发送控制单元的反馈端连接，所述电源发送控制单元控制所述功率级单元为所述能量发送线圈提供电力。

3.根据权利要求2所述的基于无线经皮能量传输的人工耳蜗，其特征在于：所述电源接收器设置有耦合线圈、整流单元、电压调节单元和电源接收控制单元；

所述耦合线圈与所述能量发送线圈相耦合，所述耦合线圈与所述整流单元的输入端连接，所述整流单元的输出端与所述电压调节单元的输入端连接，所述电压调节单元的输出端与负载连接；所述电源接收控制单元与所述耦合线圈、所述整流单元及所述电压调节单元连接；

所述电源接收控制单元发送无线信号至所述电源发送反馈单元，在能量传输过程中，所述电源接收控制单元与所述电源发送反馈单元连续通信，控制能量发送情况。

4.根据权利要求3所述的基于无线经皮能量传输的人工耳蜗，其特征在于： 

所述电源发送控制单元的芯片型号bq500211；

所述电源接收控制单元的芯片型号bq51013a。

5.根据权利要求4所述的基于无线经皮能量传输的人工耳蜗，其特征在于：

所述电源发送器设置有电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电容C55、电容C56、电容C57、电容C58、电容C59、电容C60、电容C61、电容C62、电容C63、电容C64、电容C65、电容C66、电容C67、电容C68、场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4、三极管Q5、芯片U6、芯片U7、二极管D1、二极管D2、比较器AR1和能量发送线圈M1；

芯片U6和芯片U7的型号均为TPS28225D；

电阻R9一端、电阻R10一端、电容C55一端、芯片U6的引脚6、芯片U6的引脚3、芯片U6的引脚7与VIN连接，电阻R10另一端、电容C55另一端及芯片U6的引脚4均接地；

芯片U6的引脚1与电阻R11一端连接，电阻R11另一端与场效应管Q1的栅极连接；

芯片U6的引脚2与电容C56一端连接，电容C56另一端与芯片U6的引脚8、场效应管Q1的源极、场效应管Q2的漏极、能量发送线圈M1一端连接；

芯片U6的引脚5与电阻R12一端连接，电阻R12另一端与场效应管Q2的栅极连接，场效应管Q2的源极接地；

场效应管Q1的漏极、电容C68的一端、场效应管Q3的漏极、电阻R22一端与电阻R24一端连接，电容C68的另一端接地；

电阻R22另一端、电容C67的一端、电阻R23一端与VIN连接，电容C67的另一端接地；

电阻R23另一端、比较器AR1的引脚1与三极管Q5的发射极连接，电阻R24的另一端与比较器AR1的引脚2连接，比较器AR1的引脚4、电容C66的一端与VIN连接，电容C66的另一端、比较器AR1的引脚3均接地；

比较器AR1的引脚5与三极管Q5的基极连接，三极管Q5的集电极与电容C65的一端、电阻R25的一端连接，电容C65的另一端、电阻R25的另一端均接地；

能量发送线圈M1另一端、电容C59一端、电容C60一端、电容C61一端、电容C62一端与电容C63一端连接，电容C59另一端、电容C60另一端、电容C61另一端、电容C62另一端、场效应管Q3的源极、场效应管Q4的漏极、电容C57一端与芯片U7的引脚8连接；

场效应管Q4的栅极与电阻R16一端连接，场效应管Q4的源极接地，电阻R16另一端与芯片U7的引脚5连接；

芯片U7的引脚6、芯片U7的引脚3、芯片U7的引脚7、电容C58的一端、电阻R13的一端、电阻R14的一端与VIN连接；芯片U7的引脚4、电容C58的另一端、电阻R14的另一端均接地； 

电容C63的另一端与电阻R17的一端连接，电阻R17另一端、电阻R20一端、电阻R18一端、电阻R19一端、电容C64一端、二极管D1正极与二极管D2负极连接，电阻R19另一端、二极管D1负极与VCC连接；

电阻R18另一端、电阻R21一端、电容C64另一端与二极管D2正极均接地。

6.根据权利要求5所述的基于无线经皮能量传输的人工耳蜗，其特征在于：

所述电源接收器设置有耦合线圈M2、电容C36、电容C37、电容C38、电容C39、电容C40、电容C41、电容C42、电容C43、电容C44、电容C45、电容C46、电容C47、电容C48、电容C49、电容C50、电容C51、电容C52、电容C53、电容C54、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、芯片U4、芯片U5、LED管和电源NP，芯片U4的型号为bq51013a，芯片U5的型号为TLV70033DCK；

耦合线圈M2的一端、电容C36的一端与电容C37的一端连接，电容C36的另一端、电容C37的另一端、电容C38的一端、电容C39的一端、电容C40的一端、电容C41的一端、电容C42的一端与芯片U4的引脚2连接；

电容C40的另一端与芯片U4的引脚5连接，电容C41的另一端与芯片U4的引脚6连接，电容C42的另一端与芯片U4的引脚3连接；

耦合线圈M2的另一端、电容C38的另一端、电容C39的另一端、电容C43的一端、电容C44的一端、电容C45的一端与芯片U4的引脚19连接；

电容C43的另一端与芯片U4的引脚17连接，电容C44的另一端与芯片U4的引脚15连接，电容C45的另一端与芯片U4的引脚16连接；

芯片U4的引脚4、电容C46的一端、电容C47的一端、LED管的正极、电源NP的正极、芯片U5的引脚1、芯片U5的引脚3与VIN连接；

电容C46的另一端、电容C47的另一端、电容C48的一端、电容C49的一端、芯片U5的引脚9、芯片U5的引脚0、芯片U5的引脚1、芯片U5的引脚20、电阻R6的一端、电容C50的一端、电阻R7的一端、电容C51的一端均接地；

芯片U4的引脚18、电容C48的另一端与电容C49的另一端连接，芯片U4的引脚7与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与LED管的负极连接，芯片U4的引脚13、电阻R7的另一端与电容C51的另一端连接，芯片U4的引脚14、电阻R6的另一端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端、电容C50的另一端与芯片U4的引脚12连接；

芯片U5的引脚5与电阻R8的一端、电容C52的一端连接，电阻R8的另一端、电容C53的一端与电容C54的一端连接；

芯片U5的引脚2、电容C52的另一端、电容C53的另一端、电容C54的另一端均接地。

7.根据权利要求6所述的基于无线经皮能量传输的人工耳蜗，其特征在于：

所述音频采集模块设置有麦克风、耳机和音频编解码器，所述音频编解码器设置有麦克风输入接口、耳机输出接口和音频信号接口；

所述麦克风输入接口连接麦克风，所述耳机输出接口连接耳机，所述音频信号接口与所述处理器模块单元的音频信号输入接口双向联接；

所述音频编解码器的型号为TLV320AIC3106。

8. 根据权利要求7所述的基于无线经皮能量传输的人工耳蜗，其特征在于：

所述处理器模块的型号为OMAP-L138的双核处理器，所述双核处理器的McASP接口与所述音频采集模块的音频信号接口连接；

所述双核处理器的SPI接口与所述无线收发模块的输入端连接。

9.根据权利要求2所述的基于无线经皮能量传输的人工耳蜗，其特征在于：

所述无线数据收发模块采用型号为CC1101的芯片。

10.根据权利要求8所述的基于无线经皮能量传输的人工耳蜗，其特征在于：

所述植入体模块设置有无线数据接收单元和解码刺激器, 所述无线数据接收单元和所述解码刺激器集成在一起,所述无线数据接收单元和解码刺激器采用型号为CC430F5137的芯片。

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