CN110891234A

CN110891234A - 具有自动天线调谐的助听器

Info

Publication number: CN110891234A
Application number: CN201910838233.1A
Authority: CN
Inventors: P·亨利克森; S·内斯科乌
Original assignee: Oticon AS
Current assignee: Oticon AS
Priority date: 2018-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2020-03-17
Anticipated expiration: 2039-09-05
Also published as: US11432079B2; US20200077209A1; EP3621317A1; US20220360914A1; CN110891234B; US11792584B2; US20230403517A1; CN116390007A

Abstract

本申请公开了具有自动天线调谐的助听器，其包括：配置成传输和/或接收电磁能的天线；连接到天线的可控阻抗电路，以使能按至少两档调整天线的阻抗；连接到天线的发射和/或接收电路，用于经天线传输和/或接收电磁能；耦合电路，配置成感测来自天线的电返回功率及基于感测的电返回功率产生功率信号；及处理器，配置成接收功率信号并产生给可控阻抗电路的调谐控制信号，以响应于所述功率信号控制天线的阻抗。

Description

具有自动天线调谐的助听器

技术领域

本发明涉及助听器，也称为听力仪器。更具体地，本发明涉及具有发射和/或接收天线的助听器，前述天线可为了最佳阻抗匹配和/或辐射效率而自动调谐。

背景技术

例如使用蓝牙或蓝牙低功率等技术而具有无线发射和/或接收能力的助听器具有助听器靠近人体放置的问题，在一些情形下，尤其适应人的身体特性，例如耳内接收器式助听器的导线长度，其中发射/接收天线是连接接收器和助听器壳体的导线或者沿该导线定位。

因而，使用单一天线设计，最佳发射/接收性能并不能在所有情形下均实现。这意味着助听器的天线设计是发射/接收性能与适应不同用户之间的折中。

发明内容

本发明的目标在于提供一种具有磁场和/或电场和/或电磁信号发射和/或接收系统的助听器，其适于自动提供高效的辐射和/或接收和/或最佳阻抗匹配。

在第一方面，提供一种助听器，该助听器包括配置成传输和/或接收电磁能的天线。助听器可包括连接到天线的可控阻抗电路，以使能按至少两级调整天线的阻抗。助听器可包括连接到天线的发射和/或接收电路，用于经天线传输和/或接收电磁能。助听器可包括配置成感测阻抗匹配的耦合电路，其例如感测和/或测量和/或评估来自天线的电返回功率和/或感测到天线的线路中的电压和/或感测到天线的线路中的谐振频率和/或感测到天线的线路中的相移，及配置成基于感测的阻抗匹配和/或返回功率信号产生标示功率强度和/或功率水平的功率信号。如果在发射期间执行，感测的功率为感测的返回功率。助听器可包括处理器，配置成接收功率信号并产生给可控阻抗电路的调谐控制信号，以响应于感测的阻抗匹配控制天线的阻抗。

前述助听器是有利的，至少因为其使单一天线设计能随变化的身体特性或天线附近的环境提供高辐射效率，例如来自头部的变化的负荷，或者至少来自用户头部的一部分的负荷，可能包括来自用户耳朵的负荷。通过根据天线的实际的发射或接收性能调整天线的阻抗，可减少阻抗失配。由于处理器被包括在感测返回功率因而调整阻抗的环路中，可能对处理器进行编程以执行自动优化天线阻抗的算法从而将阻抗失配降低到最低限度。此外，可能将不同的阻抗方案应用于天线用于接收的时间段及天线用于传输的时间段。再者，可能将不同的阻抗方案应用于不同的传输事件，例如一个阻抗方案用于一种类型的数据包，及另一阻抗方案用于另一或另外多种类型的数据包。此外，在传输时间段期间，可能有未发生实际传输的平静时间段，在该时间段中可使用与具有实际传输的时间段不同的阻抗方案。

这意味着天线的辐射性质，包括电、磁和/或电磁性质中的任何性质，与佩戴助听器的不同的人的性质相称。此外，天线的设计条件宽松，因为其相对于佩戴助听器的人的解剖结构的位置不太重要。即使对于非常靠近人解剖结构的位置，其为对变化敏感的位置，仍可能考虑邻近天线的身体特性的变化而调整天线的阻抗。

在根据本发明的助听器中，天线阻抗匹配的度量或者表示阻抗匹配的参数，反应或标示天线的辐射效率。该度量可由处理器用于确定是否通过控制可控阻抗电路而调整天线的阻抗，其例如可由按可由处理器选择的配置连接的多个不同电容器制成。因而，使用这样的控制环路，为了匹配个人的性质，并不需要对天线功能进行个别的手动调谐。可能实施具有众所周知且简单因而适合集成以实现助听器的紧凑尺寸的元件的必要电路。例如在验配过程期间可定义一组初始值，同时助听器的其它参数也可针对特定用户确定。同样，或者作为备选，一组初始值可被分配给特定接收器单元，例如具体长度可被定义并应用于控制器。此外，可进行匹配的连续或复发调整。这例如可定期进行，或者根据一方案进行，具有固定和/或变化的时间间隔。

天线可配置成在50MHz到50GHz的频率范围辐射和/或接收电磁能。也可使用其它频率。天线及发射和/或接收电路可配置成用于在2.4-6GHz内的频率如约2.4GHz和/或约5GHz发射和/或接收电磁能。发射和/或接收电路优选包括射频载波发生电路。天线及所连接的发射和/或接收电路可配置成：1)仅发射；2)仅接收；或3)既发射又接收。发射和/或接收电路可通过本领域技术人员容易获得的多种方法实施，包括但不限于蓝牙射频(radiofrequency，RF)传输。经天线接收和/或传输的数据可使用多种协议中的任何一种或多种打包，例如专有协议或标准化的协议，例如蓝牙或蓝牙低功率。

助听器可配置成经天线接收无线传输的音频信号。助听器可配置成经天线传输无线音频信号。助听器可配置成经天线接收和传输无线音频信号。在一些实例中，助听器在一些运行模式下可配置成传输或接收无线音频信号，及在其它运行模式下例如在另一程序中可配置成经天线既传输又接收无线音频信号。

助听器可以是耳内接收器式助听器，包括配置成位于耳道中或耳道处的具有接收器即输出变换器的耳内部分及包括用于至少容纳助听器的处理器的壳体，该壳体配置成在使用期间至少部分位于用户耳廓后面，其中一元件机械连接这两个部分。该元件可牢固连接到具有接收器的耳内部分，例如与其一体形成或者与其连接，至少使得在正常处理期间用户不能将该元件与耳内部分分离。两个部分可彼此分离。特别地，天线可至少部分沿一导线或多根导线定位，其用于连接针对耳内部分配置的接收器及助听器的壳体，或者天线的至少一部分或整个天线可由作为到耳内部分的电连接的至少一部分的电导体形成。天线可形成为与从耳后壳体延伸到耳内部分的一根或多根导线或引线分开的元件。天线可形成为从耳后壳体延伸到耳内部分的一根或多根导线或引线的一部分。天线可包括配置成位于用户耳廓后面的壳体中的更多元件。这些更多元件可以是寄生元件、另外的天线元件如延长天线的元件或者另外的臂中的一个或多个，使得外部部分和内部部分一起形成类似于偶极子、反射器、地平面等的结构。

根据本发明的阻抗调谐具有优点，因为天线可适应佩戴助听器的人的身体特性，因而天线特性受到前述适应的影响。这可通过根据本发明的助听器提供的阻抗调谐可能性进行补偿，以提供更有效的发射和/或接收，而不需要针对每一个人或者耳后壳体与耳内部分之间的导线长度的变化进行特殊的天线设计。

耦合电路可包括感测耦合器，配置成感测去往或来自天线方向的传输或接收信号的一小部分。一般地，感测耦合器可连同连接天线及发射和/或接收电路的电导体一起设置，以感测射频电信号返回功率的小部分，其将反映天线的阻抗失配。本领域技术人员知道前述感测耦合器的实施。特别地，感测耦合器可以是定向耦合器。这样的定向耦合器可实施为实施在PCB上的1/4波长耦合器和/或实施为绕线变压器耦合器的窄带或宽带耦合器。作为备选，感测耦合器可以是非定向耦合器，例如实施为感应耦合器或电容性耦合器的窄带或宽带耦合器，例如集成在集成电路IC中。感测耦合器的输出优选经另外的电路元件(例如包括整流器及另外的元件)、通过模数转换器(ADC)转换为数字信号、然后输入到处理器和/或谐振检测器和/或相位测量装置。

可控阻抗电路可包括多个电路元件，这些电路元件可响应于调谐控制信号可控地连接以提供多个不同的阻抗。具体地，这些电路元件可包括具有不同电容的多个电容器，例如具有不同电容并可响应于来自处理器的调谐控制信号可控地并联连接的2-6个电容器。这些电容器中的每一个可具有不同的电容，或者两个以上电容器可具有类似的电容。藉此，电容器可以多种不同方式组合以提供连接到天线的多个不同阻抗，从而使能按多级调整天线匹配阻抗。可对处理器编程预先存储的、可由处理器选择的关于不同阻抗的信息，因而基于接收到的返回功率信号，可能计算是否选择特定阻抗，如果是，选择该阻抗配置以减少或最小化失配。应当理解，处理器中的前述控制算法可被编程以实施不同的、用于响应于接收的返回功率信号使天线的阻抗失配最小化的策略。如果仅有限的不同阻抗可用于选择例如2-6个，一个策略可以是，在所接收的功率返回信号高于预选阈值的情形下，选择预选顺序的不同阻抗中的下一阻抗，然后选择导致最低(可能的)返回功率信号的阻抗。当然也可实施其它阻抗选择策略，尤其在大量不同阻抗值可供选择时。

处理器可被编程以连续接收功率信号及连续产生调谐控制信号导致可控阻抗电路调整天线的阻抗以使天线的阻抗失配最小化。藉此，助听器将总是针对天线特性最优化。作为备选，处理器可被编程以仅以预选时间间隔进行阻抗的控制。处理器可被编程或配置成在助听器启动时和/或在助听器检测到其处于用户耳朵处或耳朵中的适当位置时产生调谐控制信号，从而导致可控阻抗电路调整天线的阻抗以使天线的阻抗失配最小化。这例如可基于来自其它传感器如加速计、电容性传感器或其它类型的适当传感器的输入确定。

接收时间段中的阻抗匹配可通过固定的一组电容器设定，而在发射时间段期间，阻抗匹配可使用可配置的电容器阵列确定。

天线可以是适合电磁能发射和/或接收的任何类型的天线，例如本领域技术人员已知并适合用在助听器中的设计。优选地，天线配置成在GHz范围工作，例如约2.4GHz或5GHz或其它适当的频率范围。

“助听器”可理解为适于改善或增强用户的听觉能力的装置，其通过经输入变换器从用户环境接收信号、产生对应的音频信号、可能修改该音频信号、及将可能已修改的音频信号作为听得见的信号提供给用户的至少一只耳朵而实现。听得见的信号可以下述形式提供：辐射到用户外耳内的声学信号，或者作为机械振动通过用户头部的骨结构和/或通过用户中耳的部分传到用户内耳的声学信号，或者直接或间接传到用户耳蜗神经和/或听觉皮层的电信号。

助听器可适于以多种已知的方式进行佩戴。这可包括：i)将助听器的单元设置在耳后，具有将空传声学信号导入耳道内的管或者具有设置成靠近耳道或设置在耳道中的接收器/扬声器，例如在耳后式助听器中；和/或ii)将助听器整个或部分设置在用户耳廓中和/或耳道中，例如在耳内接收器式助听器或耳内式助听器中，具有位于耳廓后面或者耳廓的耳轮中的外部部分；或者iii)将助听器的单元设置成连接到植入到颅骨内的固定装置，如骨锚式助听器或者耳蜗植入件；或者iv)将助听器单元设置为整个或部分植入的单元，如骨锚式助听器或耳蜗植入件。

在助听器和外部装置如辅助装置之间可能有基于天线及发射和/或接收电路的无线通信链路。这使能在助听器和辅助装置之间交换信息(如控制和状态信号，可能音频信号)。辅助装置可至少包括下述之一：遥控器、远程传声器、音频网关设备、移动电话如智能电话、广播系统、汽车音频系统、音乐播放器或其组合。音频网关设备适于如从娱乐装置例如TV或音乐播放器，从电话装置例如移动电话，或从计算机例如PC接收多个音频信号。音频网关设备还适于选择和/或组合所接收音频信号(或信号组合)中的适当信号以传给至少一助听器。遥控器可适于控制助听器的功能和运行。遥控器的功能可实施在智能电话或另一电子设备中，该智能电话/电子设备可能运行控制助听器的功能的应用程序，例如app或其它接口。

在此公开的助听器可以是双耳助听器系统的一部分，其中两个助听器位于用户的相应耳朵处。

一般地，助听器可包括捕获声音的传声器、用于接收输入音频信号如所传输的输出音频信号的无线接口。处理器还能够处理例如来自传声器的音频信号及将处理后的音频信号输出到记为接收器的输出变换器，其用于根据处理后的音频信号提供将施加到用户耳鼓的听得见的信号。接收器能够经皮或透皮将空传声学信号提供到颅骨或者振动器提供结构传播或液体传播的声学信号。在一些助听器中，输出单元可包括用于提供电信号的一个或多个输出电极，如在耳蜗植入件中。

处理器可包括适于将随频率而变的增益应用于输入音频信号的放大器。处理器可适于提供其它有关功能如压缩、降噪、多种不同的语音增强处理等。

在第二方面，本发明涉及用于在助听器中匹配天线阻抗的方法。该方法可包括感测来自天线的电返回功率。该方法可包括基于感测的电返回功率产生功率信号。该方法可包括由处理器响应于功率信号产生调谐控制信号。该方法可包括根据调谐控制信号按至少两个不同的档调整天线的阻抗。该方法例如可使用在此公开的助听器执行。

第二方面具有与已经针对第一方面描述的优点同样的优点，根据第二方面的方法可与结合第一方面公开的任何或所有特征和/或本发明中提及的任何其它特征组合。

附图说明

本发明的各个方面将从下面结合附图进行的详细描述得以最佳地理解。为清晰起见，这些附图均为示意性及简化的图，它们只给出了对于理解本发明所必要的细节，而省略其他细节。在整个说明书中，同样的附图标记用于同样或对应的部分。每一方面的各个特征可与其他方面的任何或所有特征组合。这些及其他方面、特征和/或技术效果将从下面的图示明显看出并结合其阐明，其中：

图1示出了助听器的元件的框图。

图2示出了助听器的例子。

图3示出了电路图。

图4示出了另一电路图。

图5示出了方法步骤的框图。

具体实施方式

下面结合附图给出的具体描述用作多种不同配置的描述。具体描述包括用于提供多个不同概念的彻底理解的具体细节。然而，对本领域技术人员显而易见的是，这些概念可在没有这些具体细节的情形下实施。装置和方法的几个方面通过多个不同的块、功能单元、模块、元件、电路、步骤、处理、算法等(统称为“元素”)进行描述。根据特定应用、设计限制或其他原因，这些元素可使用电子硬件、计算机程序或其任何组合实施。

处理器例如助听器的主处理器应当理解为实施为已知的微处理器、微控制器或数字信号处理器(DSP)等。此外，助听器的硬件可包括例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、选通逻辑、分立硬件电路、及配置成执行本说明书中描述的多个不同功能的其它适当硬件。

图1示出了助听器的基本元件。除了基本元件之外，天线A还配置成将能量无线传给助听器和/或从助听器无线接收能量，优选2-6GHz内的射频(RF)信号。发射和/或接收电路TRC连接到天线A以经天线A传输和/或接收电磁能。该电路TRC可按已知助听器中那样实施。

耦合电路CPC，例如包括定向耦合器，配置成感测来自天线A的电返回功率及基于感测的电返回功率产生功率信号PS。该功率信号PS被提供给处理器P，优选经ADC以提供数字功率信号。

可控阻抗电路CIC连接到天线A，以使能按至少两个不同的档调整天线A的阻抗。该可控阻抗电路CIC可包括能够将多个不同的电元件连接到天线A的开关电路，以使至少两个不同的阻抗能被连接到天线A。例如，可控阻抗电路CIC可包括不同电路元件的阵列，其可响应于来自处理器P的调谐控制信号TS进行选择。实施连接到天线的阻抗的元件优选选择成覆盖使天线阻抗的匹配能补偿天线A的辐射特性在正常条件下的预期变化的阻抗范围。

这使处理器P能响应于来自耦合电路CPC的功率信号PS控制或调整天线A的阻抗。处理器P可使用调谐阻抗信号TS在不同阻抗配置之间选择将要连接到天线A的阻抗配置。

从而，处理器P可通过基于接收的功率信号PS选择可用的导致最小RF返回功率的阻抗而优化天线A的发射/接收特性。这优选以自动化方式进行，使得助听器将自动使RF发射/接收特性适应其实际的运行条件。这使助听器能用在多种不同的环境中，例如由具有不同解剖结构的人佩戴，但依然可能提供高天线发射/接收性能。

图2示出了耳内接收器式(RITE)助听器，具有用于容纳助听器的主要元件(例如包括处理器、传声器、电池等)的壳体H，而导线W使来自壳体部分H的音频输出与配置成位于人耳道内的耳内接收器R连接。上述特征可有利地实施在RITE型助听器中，其中天线沿连接导线W定位，例如天线由导线的单独的电导体形成，或者天线为用于将音频信号传到接收器R的电导体中的至少一个。由于导线W将适应佩戴助听器的人的解剖结构，这意味着天线特性将相应变化。这可通过根据本发明的天线的可调匹配阻抗进行补偿。

图3和4示出了示意图。对于一般功能，参考图1的描述。

在两个示意图中，耦合电路CIC包括本领域已知的定向耦合器DRC，用于产生反映来自天线A的电返回功率的电信号。来自定向耦合器的输出进而被整流以形成适当的功率信号PS，其由ADC进行测量并转换为数字信号，该数字信号被施加到处理器P。处理器P可执行一维搜索并产生调谐控制信号TS以控制可控阻抗电路CIC，从而调整天线A的阻抗以获得最低限度的阻抗失配。发射和/或接收电路TRC至少配置成通过天线A发射RF信号，传声器产生的音频信号被表示于其中，例如具有2.4-6GHz的载波频率，例如作为蓝牙或蓝牙低功率信号。

在图3中，可控阻抗电路CIC为外部元件阵列的形式，即阻抗元件位于天线A附近。在图4中，可控阻抗电路CIC为内部元件阵列的形式，即阻抗元件位于处理器P附近例如与处理器位于同一PCB上。在两个图中，可根据来自处理器P的调谐阻抗信号TS进行连接的元件阵列实施为并联配置的四个电容器，这些电容器中的一个或多个可被选择以提供连接到天线A的合成电容。连接电路可被实施使得一次仅可选择一个电容器。作为备选，其可选择成使得两个、三个或者全部四个电容器的组合可被同时选择，从而使大量可能的阻抗可供选择。

在图3和4中，发射和/或接收电路TRC用基于压控振荡器(VCO)的RF载波发生电路实施，然而，应当理解，该电路仅为一个例子，其对于所述功能并非必不可少。处理器P优选为助听器的主处理器，及可使用本领域已知的处理器。

图5示出了用于在助听器中匹配天线阻抗的方法。该方法包括步骤S_RP，感测来自天线的电返回功率。该方法包括步骤G_PS，基于感测的电返回功率产生功率信号PS。步骤G_TS，处理器例如助听器的主处理器响应于功率信号产生调谐控制信号，例如处理器被编程以响应于基于功率信号作为输入的算法的输出产生控制信号。最后，该方法包括步骤A_IMP，根据调谐控制信号按至少两个不同的档调整天线的阻抗。优选地，对处理器编程以在多个可选阻抗之间自动调整阻抗从而减少天线的阻抗失配。电磁可覆盖磁、电和/或电及磁。

除非明确指出，所使用的单数形式“一”、“该”的含义均包括复数形式(即具有“至少一”的意思)。应当进一步理解，说明书中使用的术语“具有”、“包括”和/或“包含”表明存在所述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。应当理解，除非明确指出，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，可以是直接连接或耦合到其他元件，也可以存在中间插入元件。如在此所用的术语“和/或”包括一个或多个列举的相关项目的任何及所有组合。除非明确指出，在此公开的任何方法的步骤不必须精确按所公开的顺序执行。

应意识到，本说明书中提及“一实施例”或“实施例”或“方面”或者“可”包括的特征意为结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一实施方式中。此外，特定特征、结构或特性可在本发明的一个或多个实施方式中适当组合。提供前面的描述是为了使本领域技术人员能够实施在此描述的各个方面。各种修改对本领域技术人员将显而易见，及在此定义的一般原理可应用于其他方面。

权利要求不限于在此所示的各个方面，而是包含与权利要求语言一致的全部范围，其中除非明确指出，以单数形式提及的元件不意指“一个及只有一个”，而是指“一个或多个”。除非明确指出，术语“一些”指一个或多个。

因而，本发明的范围应依据权利要求进行判断。

Claims

1.一种助听器，包括：

配置成传输和/或接收电磁能的天线；

连接到天线的可控阻抗电路，以使能按至少两档调整天线的阻抗；

连接到天线的发射和/或接收电路，用于经天线传输和/或接收电磁能；

耦合电路，配置成感测来自天线的电返回功率及基于感测的电返回功率产生功率信号；及

处理器，配置成接收功率信号并产生给可控阻抗电路的调谐控制信号，以响应于所述功率信号控制天线的阻抗。

2.根据权利要求1所述的助听器，其中天线配置成在50MHz到50GHz的频率范围辐射和/或接收电磁能。

3.根据权利要求2所述的助听器，其中天线及发射和/或接收电路配置成在2.4-6GHz内的频率发射和/或接收电磁能。

4.根据前面任一权利要求所述的助听器，其中所述助听器为耳内接收器式助听器，其包括针对耳内位置配置的接收器及配置成至少容纳所述助听器的处理器的壳体。

5.根据权利要求4所述的助听器，其中所述天线至少部分沿用于连接助听器的接收器和壳体的导线定位。

6.根据前面任一权利要求所述的助听器，还配置成经所述天线接收无线传输的音频信号。

7.根据前面任一权利要求所述的助听器，还配置成经天线传输无线音频信号。

8.根据前面任一权利要求所述的助听器，其中耦合电路包括感测耦合器，配置成感测去往或来自天线方向的传输或接收信号的一部分。

9.根据权利要求8所述的助听器，其中所述感测耦合器为定向耦合器。

10.根据权利要求8所述的助听器，其中所述感测耦合器为非定向耦合器。

11.根据前面任一权利要求所述的助听器，其中所述可控阻抗电路包括可响应于调谐控制信号可控地连接的多个电路元件以提供多个不同的阻抗。

12.根据权利要求11所述的助听器，其中所述电路元件包括多个电容器。

13.根据前面任一权利要求所述的助听器，其中所述处理器被编程以连续接收功率信号及连续产生调谐控制信号导致可控阻抗电路调整天线的阻抗以使天线的阻抗失配最小化。

14.根据前面任一权利要求所述的助听器，其中发射和/或接收电路包括射频载波发生电路。

15.用于在助听器中匹配天线阻抗的方法，所述方法包括：

感测来自天线的电返回功率；

基于感测的电返回功率产生功率信号；

由处理器响应于功率信号产生调谐控制信号；及

根据调谐控制信号按至少两档调整天线的阻抗。