具有可切换电源电压的听力设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及听力设备。
【背景技术】
[0002]听力设备或助听器典型地包括麦克风放大组件，该麦克风放大组件包括用于接收诸如说话和音乐的传入声音的一个或多个麦克风。传入声音被转换成一个或多个电麦克风信号，在听力设备的控制和处理电路中按照一个或多个预设的收听程序放大和处理这些电麦克风信号。典型地，用例如用听力图表达的用户特定听力缺陷或听力损失计算这些收听程序。听力设备的输出放大器将处理的麦克风信号经由小型扬声器或接收器传递到用户的耳道，该小型扬声器或接收器可与麦克风一起被容纳在听力设备的壳体中或者被单独容纳在耳塞中。
[0003]通常，麦克风放大电路的输入级的噪声水平对于麦克风中例如被表达为单位为dBSPL的等效输入噪声水平的助听器中的整体本底噪声而言至关重要。输入级可包括带有合适的偏置电流源的单个MOSFET或双极性晶体管，该偏置电流源确定通过MOSFET或双极性晶体管的偏置电流。由于输入级的噪声水平对偏置电流水平的依赖性强使得噪声水平随着偏置电流水平的减小而增大，因此这限制了在噪声水平没有变得不可接受地高的情况下偏置电流可以多么小。同时，输入级还必须能够操纵在没有明显失真的情况下麦克风可输出的最大音频信号水平，这需要输入级被供应相对高的电源电压以适应在最大信号电平下的AC信号摆动。在麦克风包括由麦克风放大组件传递的特定DC电源电压供电的内部前置放大器(即，安装在麦克风壳体内)的情况下，通常的做法是针对麦克风放大电路的输入级使用较高的DC电源电压。这个较高的DC电源电压可以比内置的麦克风前置放大器的电源电压高大约2倍。同时，出于以上讨论的原因，在麦克风放大电路的输入级中仍然需要相对大的偏置电流。这意味着，输入级可消耗麦克风放大电路的总电流消耗(甚至包括放大的麦克风信号的模数转换)的多达25%。
[0004]凭借典型听力设备电池组中存储的有限量的能量，可能理想的是，随时随地降低听力设备电路和部件的功耗。因此，降低麦克风放大电路的输入级的功耗而不牺牲噪声性能和操纵最大音频信号电平的能力会是理想和有利的。
【发明内容】
[0005]在一个实施例中，一种听力设备包括:麦克风，其包括安装在麦克风壳体中的麦克风换能器元件，所述麦克风换能器元件响应于声音的接收产生换能器信号；麦克风放大电路，其被配置为从所述换能器信号产生放大的麦克风信号。所述听力设备的控制和处理电路耦合到所述麦克风放大电路，以根据用户的听力损失接收和处理所述放大的麦克风信号。所述麦克风放大电路具有耦合到可切换电源的电源端口，所述可切换电源将具有第一DC电压电平的第一电源电压或具有第二 DC电压电平的第二电源电压选择性连接到所述麦克风放大电路的电源端口。所述第二 DC电压电平高于所述第一 DC电压电平。电平检测器被配置为检测麦克风信号的电平并且基于检测到的所述麦克风信号的电平将所述第一电源电压或所述第二电源电压连接到所述电源端口。
[0006]第一方面涉及一种听力设备，所述听力设备包括:麦克风，其包括安装在麦克风壳体中的麦克风换能器元件，所述麦克风换能器元件响应于声音的接收产生换能器信号；麦克风放大电路，其被配置为从所述换能器信号产生放大的麦克风信号。所述听力设备的控制和处理电路耦合到所述麦克风放大电路，以根据用户的听力损失接收和处理所述放大的麦克风信号。所述麦克风放大电路具有耦合到可切换电源的电源端口，所述可切换电源将具有第一 DC电压电平的第一电源电压或具有第二 DC电压电平的第二电源电压选择性连接到所述麦克风放大电路的电源端口。所述第二 DC电压电平高于所述第一 DC电压电平。电平检测器被配置为检测麦克风信号的电平并且基于检测到的所述麦克风信号的电平将所述第一电源电压或所述第二电源电压连接到所述电源端口。
[0007]技术人员应该理解，可用麦克风放大电路中存在的各种类型的麦克风信号(诸如，麦克风放大电路的输出处的放大的麦克风信号或麦克风放大电路的麦克风输入信号或甚至直接从麦克风换能器元件分接出的麦克风信号)检测麦克风信号的电平。电平检测器可被配置为以间接方式从与麦克风信号的电平成比例的另一个信号检测麦克风信号的电平。电平检测器可例如形成麦克风放大电路的自动增益控制电路(AGC)的部分。在后一种情况下，AGC电路可基于麦克风信号的电平获得可变增益麦克风前置放大器的增益控制信号。因此，可用AGC电路的增益控制信号计算麦克风信号的电平，因为后者是基于麦克风信号的电平和增益控制信号之间的已知关系。
[0008]听力设备的控制和处理电路可包括处理麦克风信号的数字化形式的软件可编程微处理器核和/或DPS核。控制和处理电路可替代地包括通过适当地配置的数字时序和组合逻辑电路的组件而实现的硬连线DSP。麦克风信号的数字化形式在这两种情形下可由如下讨论的模数转换器产生。
[0009]第一 DC电压电平和第二 DC电压电平之间的DC电压电平的切换是有利的，因为这个特征允许第一低DC电压电平用麦克风信号的相对低且正常的电平为麦克风放大电路供电。这些麦克风信号的相对低且正常的电平可例如对应于麦克风换能器元件上的高达90dBSPL或10dB SP的声压水平。对于较高的声压水平，电平检测器可将第二 DC电压电平连接到麦克风放大电路的电源端口。因此，由于在许多典型的声音环境下声压水平处于90dBSPL或10dB SP之下，因此第一电源电压耦合到麦克风放大电路的总操作时间可比麦克风放大电路耦合到第二电源电压的总操作时间长得多。因此，麦克风放大电路一方面能够在大部分时间内以低功耗操作而没有牺牲噪声性能(其中，声压水平低或正常)，另一方面仍然能够通过切换至第二电源电压操纵大得多的声压水平而没有明显的失真，其中，较高的DC电压电平允许麦克风放大电路中的AC信号摆动较大。技术人员应该理解，电平检测器可包括预定阈值电平并且被配置为比较检测到的麦克风信号的电平与这个阈值电平。随后，电平检测器如果检测到的麦克风信号电平低于预定阈值电平则可将第一电源电压连接到麦克风放大电路的电源端口并且如果检测到的麦克风信号电平高于预定阈值电平则可将第二电源电压连接到电源端口。麦克风信号的预定阈值电平可例如对应于以上讨论的麦克风换能器元件上的90dB SPL或10dB SPL的声压水平。
[0010]麦克风放大电路可包括单级前置放大器或多个串联耦合的前置放大器。在这两个实施例中，麦克风放大电路和麦克风换能器元件可布置在麦克风壳体内部。
[0011]麦克风放大电路可被完全包含在麦克风壳体中，分布在麦克风壳体和控制和处理电路之间或者被完全包含在控制和处理电路中。控制和处理电路可在后两个实施例中包括混合信号ASIC。在第一种情况下，控制和处理电路可以只是ASIC型的数字逻辑。麦克风放大电路的多级实施例包括级联或串联耦合的第一前置放大器和第二前置放大器。第一前置放大器直接耦合到麦克风换能器元件的换能器信号并且被供应来自所述第一电源电压或者具有第三DC电压电平的第三电源电压的电力，第三DC电压电平低于第二 DC电压电平。此外，第二前置放大器包括耦合到第一前置放大器的信号输出端口的信号输入端口、和耦合到可切换电源的电源端口。在这个实施例中，第一前置放大器可以是单位增益缓冲器，例如，单个MOSFET或JFET源跟随器，因为是单位电压增益，所以对其信号操纵能力的要求有限。因此，第一前置放大器耦合到第一低电源电压或类似的低DC电源电压电平。第一低电源电压的DC电平可以是大约1.0V并且例如借助线性电压调节器或简单的RC低通滤波器用听力设备的电池电压获得电源电压。
[0012]第二前置放大器可具有诸如在3dB和20dB之间的显著的电压放大，因此需要比第一前置放大器更强的信号操纵能力。因此，第二前置放大器的电源端口耦合到可切换电源，使得例如当放大的麦克风信号高于之前讨论的预定阈值电平时，在需要避免失真时通过电平检测器选择第二电源电压。
[0013]根据麦克风放大电路的多级分布实施例，麦克风换能器元件和第一前置放大器布置在麦克风的公共麦克风壳体中。麦克风壳体包括親合到第一电源电压或第三电源电压的电源端子。另外，第二前置放大器、可控开关装置、第一电源和第二电源和电平检测器集成在听力设备的控制和处理电路上。
[0014]可切换电源优选地包括对由电平检测器产生的开关控制信号做出响应的可控开关装置。可控开关装置可分别经由第一开关输入和第二开关输入耦合连接到所述第一电源电压和所述第二电源电压。此外，可控开关装置的开关输出连接到麦克风放大电路的电源端口。可控开关装置可包括一个或多个半导体开关，这些半导体开关的各个控制端子连接到开关控制信号，如以下更详细描述的。
[0015]在一个有利的实施例中，在数字域中检测麦克风信号的电平。听力设备的这个实施例包括模数转换器，模数转换器被配置用于基于麦克风信号(诸如，放大的麦克风信号)产生数字化麦克风信号，所述电平检测器包括数字电平检测器，数字电平检测器被配置用于计算数字化的放大的麦克风信号的电平。数字电平检测器被配置用于将数字控制信号供应到所述可控开关装置。数字电平检测器的一个实施例可包括用硬件实现数字电平检测器功能的经适当地配置的数字逻辑电路。数字电平检测器的替代实施例可包括用软件实现数字电平检测器功能的程序例程或软件组件。这个软件组件可包括之前描述的听力设备的控制和处理电路的软件可编程DSP核的预定的可执行程序指令集合。技术人员应该理解，在又一个替代形式中，数字电平检测器可被实现为一个或多个软件组件和数字硬件的组合。
[0016]第二方面涉及一种听力设备的麦克风组件。所述麦克风组件包括:麦克风，其包括安装在麦克风壳体中的麦克风换能器元件，所述麦克风换能器元件响应于声音的接收产生换能器信号；麦克风放大电路，其被配置为从换能器信号产生放大的麦克风信号，所述麦克风放大电路具有耦合到所述换能器信号的信号输入端口和耦合到可切换电源的电源端口，所述可切换电源被配置为将具有第一 DC电压电平的第一电源电压或具有第二 DC电压电平的第二电源电压选择性连接到麦克风放大电路的电源输入，其中，所述第二 DC电压电平高于所述第一 DC电压电平；电平检测器，其被配置为检测麦克风信号的电平并且基于检测到的麦克风信号的电平将第一电源电压或第二电源电压连接到麦克风放大电路的电源端口。
[0017]可切换电源可包括如以上结合第一方面讨论的对由所述电平检测器产生的开关控制信号做出响应的可控开关装置。所述可控开关装置分别经由第一开关输入和第二开关输入连接到所述第一电源电压和所述第二电源电压，开关输出连接到麦克风放大电路的电源端口。
[0018]可如以上结合第一方面公开地配置麦克风放大电路。因此，在一个实施例中，所述麦克风放大电路包括:第一前置放大器，其直接耦合到所述麦克风换能器元件的换能器信号并且被供应来自所述第一电源电压或者具有第三DC电压电平的第三电源电压的电力，所述第三DC电压电平低于所述第二 DC电压电平。此外，麦克风放大电路的第二前置放大器包括耦合到所述第一前置放大器的信号输出端口的信号输入端口和耦合到所述可切换电源的电源端口。
[0019]第二前置放大器的一个实施例包括偏置电流源，所述偏置电流源耦合在所述麦克风放大电路的输入晶体管和所述可控开关装置的输出之间。以此方式，偏置电流源连接在可控开关装置的输出侧并且同一偏置电流源可方便地用于与开关装置状态无关地偏置输入晶体管。麦克风放大电路的噪声性能经常由第二前置放大器的输入晶体管的噪声水平主导；因此可有利的是，保持后者噪声