專利名稱：具有適配性數據接收定時的助聽器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有用于信號的無線接收的通信電路的助聽器。
WO2004/110099公開了一種簡單的通信協議的助聽器無線網絡， 從而只需少量的代碼，并且在操作中功耗較低。此外，獲取時間短， 并且延時(latency)較短。
本公開的助聽器包括收發(fā)器，用于將該助聽器與無線網絡互連， 以與多個其他設備通信；以及通信控制器，適用于依據該通信協議而
通過該網絡控制數據交換。
在其中一個公開的實施方式中，收發(fā)器和通信控制器根據時分多 址方案(TDMA)操作，其中，時間被分成編號時隙，并且網絡中的不 同設備在各自的特定時隙中進行通信，例如接收數據。
根據本發(fā)明，通過將時間分割為編號時隙，在設備中執(zhí)行數據通 信。不同的設備在各自特定的時隙中進行通信，例如，接收數據。為 了降低適于在特定時隙接收信號的助聽器的功耗，助聽接收器只有在 其時隙中才被開啟。然而，由于用于控制定時(timing)的時鐘信號的 精度有限，各種設備無法以完全的準確性來同步時隙，例如，接收設 備可能無法與發(fā)送設備就何時開始接收取得一致。這就意味著需要一 定的裕度，這又意味著傳統(tǒng)助聽器的通信電路在大于各個時隙的時間 段內被接通。
無論以何種傳統(tǒng)的方式，更準確的定時都將降低功耗；這一解決 方案需要引入體積較大的組件(晶片)。本發(fā)明提供了一種體積較小的解決方案。根據本發(fā)明，助聽器在 其時隙之前以所需的裕度啟動接收來自網絡的數據，然后，它確定直 到已經實際接收到了第一數據為止的延遲，即檢測到所收到的數據幀 的開始，并將該延遲記錄下來。在下次時隙出現時，接收的啟動依據 在前一時隙的接收中所確定的值進行調節(jié)，即被提前或延后。在下文 中，數據的可能接收的啟動也被稱為"接收器激活"。因此，在接收 器激活時，接收器電路系統(tǒng)被開啟，以使得接收器能夠接收數據。這 增加了接收器功耗。在數據接收終止時，該接收器電路系統(tǒng)被關閉， 從而該接收器的功耗又被降低。
因此，根據本發(fā)明，通過提供一種具有用于無線通信的通信電路 的助聽器，實現了上述及其他目的，該電路包括用于數據接收的接收 器和通信控制器。該通信控制器適于控制數據的接收，并且確定接收 器激活與數據接收的實際啟動之間的延遲，然后依據該確定的延遲， 調整下一次接收器激活。
因此，本發(fā)明的一項重要優(yōu)勢是，助聽器可以在由諸如傳統(tǒng)的Zn02 電池所適當提供的低功耗下進行通信。


通過結合附圖的對本發(fā)明的示例性實施方式的詳細描述，本發(fā)明 的上述及其他特征和優(yōu)勢，對于本領域的技術人員而言，將變得更加 明顯，其中
圖l示意性地示出了根據本發(fā)明的耦合到無線網絡的助聽器；
圖2示出了時隙和幀；
圖3示出了傳統(tǒng)的時隙定時；
圖4示出了根據本發(fā)明的時隙定時；
圖5示出了根據本發(fā)明的通信控制器的功能性結構；
圖6是根據本發(fā)明的接收器和通信控制器的結構示意圖。
具體實施例方式
下文將結合附圖，更詳細地描述本發(fā)明，其中示出了示例性的實 施方式。
然而，本發(fā)明可以以不同的形式實施，并且不應被視為限于在此 所述的實施方式。更確切地說，提供這些實施方式是為了使本公開全 面和完整，并且將本發(fā)明的范圍充分地傳達給本領域的技術人員。全 文中，相同的附圖標記均指相同的元件。
根據本發(fā)明的助聽器無線網絡便于該網絡中的多個設備的互連， 例如，助聽器、遙控器、擬合儀、移動電話、耳機、門鈴、報警系統(tǒng)、 諸如拾音線圈(tdecoil)替換裝置等的廣播系統(tǒng)等。
在一種實施方式中，該接收器和通信控制器依據頻率多元化或擴 頻方案進行操作，即該網絡所使用的頻率范圍依照預先確定的方案， 被分為數個頻道以及傳輸交換信道，從而傳輸被分布在整個頻率范圍。 根據本發(fā)明，提供一種跳頻算法，該算法允許該網絡中的設備能夠及 時計算在任意給定時點該網絡將使用什么頻道，而不依賴該網絡的歷 史，例如，基于當前的頻道編號，偽隨機數生成器計算下一個頻道編 號。這樣便于新設備在該網絡中的同步化，例如，該新設備包括與已 經連接在網絡中的設備相同的偽隨機數生成器。因此，在獲取過程中， 在接收到當前頻道編號后，該新設備將與該網絡中的其他設備一樣， 計算相同的下一個頻道編號。優(yōu)選地，網絡中的一個設備為主設備。
該系統(tǒng)中的所有其他設備均與主設備的定時同步，而且，優(yōu)選地，該 主設備為助聽器，因為當用戶在使用該網絡時，他或她總是攜帶助聽器。
該網絡中的每個設備均具有其識別編號，例如， 一個32位的編號。 并不需要全球唯一的身份，因為兩名用戶使用具有相同識別編號的助 聽儀器的概率可以忽略。優(yōu)選地， 一種新的設備能夠被網絡自動識別并與網絡互連。
在初始同步期間，例如，在獲取期間，目卩，初始建立網絡的過程， 以及新設備與現有的網絡建立連接的過程，當開啟助聽器時，當同步 手動激活時，當同步自動周期性初始時等，該從設備可以在重復的期 間內進行收聽。如果在該周期沒有接收到任何信號，等待下一個周期， 并且，如果接收到某種信號，在該延遲的確定被執(zhí)行之前，該從設備 繼續(xù)接收^幀。
根據擴頻方案操作的網絡的一項優(yōu)勢是，通信對噪音的敏感性較 低，因為噪音通常出現在特定的頻道中，并且通信只會在短暫時期內 在特定的頻道中執(zhí)行，此后，通信將會被切換至另一頻道。
此外，幾個網絡可以在極近的距離內共存，例如，兩個或多個助 聽器用戶可以出現在同一房間內，而不會產生網絡干擾，因為兩個網 絡同時使用某一特定頻道的概率將會很低。同樣，該助聽器網絡可以 與其他使用同一頻段的無線網絡共存，如藍牙網絡或其他無線局域網。 根據本發(fā)明的助聽器可以被有利地并入雙耳助聽系統(tǒng)，其中，兩個助 聽器通過無線網絡互連，用于進行數據的數字交換，如音頻信號、信 號處理參數、諸如信號處理程序識別等的控制數據等，而且，可選擇 性地與例如遙控等其他設備互連。
圖l示意性地示出了根據本發(fā)明的具有左耳助聽器和右耳助聽器 的雙耳助聽器，每個助聽器均具有與無線網絡連接的收發(fā)器和通信控 制器，該無線網絡與這兩個助聽器互連，并且將這兩個助聽器和該無 線網絡中的其他設備互連。在圖l所示的示例中，門鈴、移動電話、無 繩電話、電視機以及擬合器也連接到該無線網絡。
網絡是將一套設備連接起來的裝置，用于這些設備間的數據通信。根據本發(fā)明，網絡中設備的其中之一作為主設備，即，它將定時信息 發(fā)送給網絡中的其他設備，以進行同步。因此，該主設備控制著這些 設備的定時。其他設備為從設備。
ID用于識別每個設備。該ID在該網絡中是唯一的。
示出的本發(fā)明的實施方式在2.4GHz工業(yè)科學和醫(yī)療(ISM)頻段 中操作。它包括80個lMHz帶寬的頻道。使用跳頻TDM方案。在獲取過 程中，該跳頻方案包括減少了數目的頻道，例如，少于16個信道，優(yōu) 選的是8個信道，以提高獲取速度。減少了的頻道集合的元素被稱為獲 取信道。優(yōu)選地，這些獲取信道均勻地分布于該網絡所使用的整個頻 段中。
根據該協議并且如圖2所示，時間被分成具有1250ps長度的所謂的 時隙(最小BluetoothTM時隙長度的兩倍)。對這些時隙從0到255進行編號。
256個時隙，即時隙0到時隙255，構成一幀。也對幀進行編號。
在影響時隙長度選擇的因素中，要求較低的系統(tǒng)延遲，以及關于 頭和PLL鎖定的期望的低過載。優(yōu)選地，時隙長度是625ps的倍數，以 便于(即，非阻止)根據本發(fā)明的協議可以在BLUETOOTHTM使能的設 備上得以實施。
每個時隙(除時隙128外)通過一個特定設備用于傳輸，從而可以 防止網絡內的數據沖突。任意從設備可以在時隙128中發(fā)送數據，因此， 在該時隙中可能產生沖突。主設備在時隙O中發(fā)送定時信息。從設備的 時隙和幀計數器與該網絡上的主設備的各個計數器同步。
設備可使用一個或多個時隙進行數據傳輸。在給定設備的制造期間，可以分配時隙，或者可以在獲取期間動態(tài)地分配時隙。優(yōu)選地， 分配表被存儲在主設備中。
根據時分多址(TDMA)的幀結構，網絡中的設備依照協同的時 間表發(fā)送和接收數據，其中，時間被分為編號的時隙，并且網絡中不 同的設備以各自特定的時隙進行通信，例如，接收數據。為了降低該 助聽器中的功耗，助聽器收發(fā)器只有在其時隙中才會被開啟。此外，
在這樣的系統(tǒng)中，可以使比特率變得可擴縮當要求較低的比特傳輸 率時，該收發(fā)器僅需在一小部分時間內處于活動狀態(tài)。這樣便能夠節(jié) 省功率。
然而，由于用于控制定時的時鐘信號的精度有限，連接到該無線 網絡的各種設備無法以完全的精確度同步時隙，例如，該網絡中的接 收參與者無法與發(fā)送參與者就何時開始接收達成一致。這就意味著需 要某種裕度，也意味著傳統(tǒng)助聽器網絡電路系統(tǒng)在長于各個時隙的較 大時間周期期間通電。這一點如圖3所示。
在圖3中，N表示以時鐘信號為單位的幀長度。發(fā)送的"參與者l" 基于其自身的時鐘周期Tcua確定幀長度。必須及時開啟"參與者2"， 以接收在幀k+l中所發(fā)送的數據，并且它利用其自身的時鐘周期Tcua 來測量相對于前一幀k實際啟動時間的時間。它計算在啟動接收器之前 的N-M周期，其中，M表示必要的裕度。可能出現的最大的定時差異的
最小值Tcuu等于TcLK—ATclk，并且最大信Tclk2等于TCLK + △ TCLK，
其中
<formula>formula see original document page 9</formula>
該要求確定最小允許裕度M。例如，如果時鐘周期的變化高達士5 % "參與者2"—般會在必要之前的十分之一幀周期開啟接收器。通常，收發(fā)器的當前功耗在1.2V電池供電電壓下大約為lmA，即，該10%的額 外裕度導致了0.1mA".2V-0.12mW的額外功耗，這一功耗累加起來為 該助聽器功耗的大約7% — 10%。
圖4示出了根據本發(fā)明的時間裕度從而使得功耗的降低，其中，接 收設備調整其定時，以與發(fā)送參與者的幀定時相匹配。
在圖4中
'N是常數，表示以時鐘周期為單位的標稱幀(nominal frame)長度。
^^")為在第k個幀期間測得的"參與者l"中的時鐘生成器的 平均周期。
^"2")為在第k個幀期間測得的"參與者2"中的時鐘生成器的 平均周期。
AiV(W為變量，表示以^^("為單位測量的第k個幀的估計(適 配)長度修正。
，，"。為目標延遲，它是在該實際幀開始以前應該開啟接收器的時 間量，以時鐘周期為單位來測量。
"("為從當"參與者2"被開啟直到第k個幀實際啟動時的所測 量的時間間隔，以" -1)為單位來測量。
在示出的實施方式中，^W基于所觀測到"")而被連續(xù)更新， "("應趨近于A)。此外，應當理解的是，A7V(W可以為正或負，與計數
值的上升或下降相對應。
可以用一階算法來更新AA^O: AiV(yt) 二 A7V(A: -1) + "。. ("(A:) - "0)
其中，"。是常數，通常在0.5-1.5范圍內。如果"。的值接近0.5，那 么，適配將較慢，更新不會受振蕩器的短暫的瞬態(tài)或波動的影響，而 是基本上遵循助聽振蕩器的長期漂移。在這種情形下，使用較大的目標延遲"?？赡苁怯欣摹?br> 然而，在某些類型的助聽器中，能夠處理助聽器振蕩器頻率的快 速變化可能是至關重要的。通常助聽器中的振蕩器頻率將取決于電池 電壓。例如，當該助聽器輸出在高低聲音壓力之間頻繁變化，從而導 致供電電壓的波動，進而導致振蕩器頻率波動時，使用較大的"。值(例 如"。=1.5)可能很重要。較大的"。值同樣也將允許使用較低的延遲Do， 在實踐中，"。值的選擇可以基于在確保最佳功率節(jié)省的目標延遲的期 望低值與適配速度之間的權衡。
優(yōu)選地，^("的更新是根據
其中a 。 _ a m。和6| — 為濾波器常數。該動態(tài)行為由這些常數確定。 根據以上等式，在時間k的調整^("遞歸地取決于前面調整和前面的 誤差。在優(yōu)選實施方式中，選擇該濾波器常數使得絕大多數重新發(fā)送 的調整和誤差對該調整的影響最大。例如，化)^可以是遞減數字序列， 從而舊誤差比新誤差賦予較小的重要性。
現在將使用Z變換對該算法的動態(tài)行為進行描述。 首先，以時間單位計的D(/t)誤差由以下確定
単)e r面("'(歸+1) - /)0) = w r閱("-(7v + aaw) W ("
插入^m("二rc^+^P 禾卩；rciK2(" = :rC￡K+^p其中，
a7x0表示從標稱幀時期偏離，得到
雄)=厶爛-A柳"褲)'7ar + s A柳-A柳-rt
= 2 V A澤-0 + 2",'(歸- '')-A))
此外，<formula>formula see original document page 12</formula>
應注意的是，如果^'一(對于z^l為零轉換)，靜態(tài)誤差將被
完全消除。
圖5是根據本發(fā)明的通信控制器的一種實施方式的功能結構的結 構圖。圖1示出了振蕩器20，例如，它可以以2MHz振蕩。該振蕩器20 與定時器22連接，定時器22計算時鐘周期的數目。定時器22還與最大 計數單元24相連接，在初始時，它可以被提供數字N。
<formula>formula see original document page 12</formula>
能優(yōu)化各個參數以得出最佳的定時誤差抑制。當定時器22已經計算了N個時鐘周期時，將信號26提供至收音機 28，該信號觸發(fā)了收音機28的激活，使得該收音機開始"收聽"發(fā)送 設備(未示出)。然后，收音機28將比特流提供至SOF (真開始)相關 器30，相關器30能夠識別給定的"真開始"比特信息。在發(fā)送設備開 始傳輸之前，這種比特流無意義。但是，當該SOF單元識別出該"真開 始"比特信息時，鎖接觸器32被激活，從而定時器22能夠將值D寫入鎖 存器34。
值D為從收音機28信號啟動被發(fā)出以來的定時器22的計數。因此， D為該從幀落后于主幀的時間測量。
幀定時設備另外配備有MCU(微控制單元)36，它裝有軟件程序。 MCU36能夠從鎖存器34讀取值D。
與SOF相關器30將信號發(fā)送到鎖接觸器32發(fā)出信號基本同時，另 一中斷信號38被發(fā)送至MCU36。這一中斷信號38告訴MCU36開始該算 法。這一算法將所存儲的D值作為輸入，并且軟件程序使用這一值D將 時鐘周期數字N更新數字AN。該值AN被提供至最大計數單元24，并且 被添加至數字N。
在下一周期中，定時器22在"啟動收音機"信號被發(fā)出以前，計 算N+AN周期。
最大計數單元24可以是定時器22的集成部件，并且鎖接觸器32也 可以是鎖存器34的集成、內置的部件。
在本發(fā)明的另一實施方式中，將振蕩器制成可調整式，并且控制 器被適配為根據接收器激活和數據接收的實際啟動之間的確定延遲， 調整振蕩器頻率，從而使接收器激活裕度最小化。在本發(fā)明的又一實施方式中，該振蕩器通過對其輸出信號中之一 的分割，為振蕩器提供時鐘信號，并且控制器被適配為根據接收器激 活和數據接收的實際啟動之間的確定延遲，調整分割比，從而使接收 器激活裕度最小化。
圖6是根據本發(fā)明的收發(fā)器和通信控制器的結構示意圖。圖6還示
出了流入單元和從單元流出的主要數據流。在數據接收時，RF芯片接 口1向該RF芯片發(fā)出SPI指令，以進行配置。該RF芯片接口從RF芯片接
收數據流。
相關器2從同步字抽取時隙和幀定時，以能夠同步接收鏈的余下部 分。根據該定時，頭抽取塊3分析分組頭，并且抽取時隙編號和分組長 度。在頭中的任何錯誤均被報告。然后，數據去白化塊4對分組數據去 白化。然后該數據被串并轉換塊5轉換成與16位并行。該分組數據被數 據緩沖界面7存儲在內部數據緩沖器6中。然后，DSP通過外圍總線，經 由DSP接口，可以訪問該數據。CRC校驗也可以在分組數據9上執(zhí)行。 通過[YQF2]DSP接口，所有內部配置注冊表，以及分組頭校驗的結果、 CRC錯誤等是可訪問的。還提供了時隙和幀計數器10以及數個硬件定 時器ll。
控制器狀態(tài)機器12負責基段引擎的總體定時。
金氏碼生成器13對軟件提供硬件協助，以生成用于對同步字編程 的金氏碼。
在傳輸時，RF芯片接口 1向RF芯片發(fā)出SPI指令，以進行配置。
DSP通過DSP接口8，將數據分組寫入數據緩沖器6、 7。該分組數 據具有由數據CRC生成塊9所計算的CRC。然后，該組合數據有效載荷 和CRC被轉換成串5和白化4。分組頭由頭生成塊3構成，然后被附加至該數據。然后，該完成分組通過RF芯片接口1流至RF芯片。
盡管已經對被認為是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的那些內容進行了描 述，但對于本領域的技術人員顯而易見的是，在不背離本發(fā)明的情況 下，可以對本發(fā)明做出各種變更和修改。
權利要求
1. 一種具有用于無線通信的通信電路的助聽器，該電路包括用于數據接收的接收器，以及通信控制器，被適配為確定接收器激活和數據接收的實際啟動之間的所述延遲，隨后根據所確定的延遲，調整下一接收器激活。
2. 根據權利要求l所述的助聽器，其中，根據目標延遲，執(zhí)行對 所述下一接收器激活的調整。
3. 根據權利要求1或2所述的助聽器，其中，根據先前的調整以及 先前所確定的在接收器激活與接收來自所述網絡的數據的實際啟動之 間的延遲，執(zhí)行所述調整。
4. 根據權利要求1或2所述的助聽器，其中，根據先前的調整或先 前所確定的在接收器激活與接收來自所述網絡的數據的實際啟動之間 的延遲，執(zhí)行所述調整。
5. 根據權利要求1至4的任一項所述的助聽器，其中，所述通信控 制器還包括振蕩器和計數器，所述振蕩器將時鐘信號提供至所述定時 器，并且所述定時器在特定計數值激活所述接收器，并且其中所述控 制器還被適配為以所確定的與接收器激活和數據接收的實際啟動之間的時延相對應的量調整所述計數值。
6. 根據權利要求1至4的任一項所述的助聽器，其中，所述通信控 制器還包括振蕩器和計數器，所述振蕩器將時鐘信號提供至所述定時 器，并且所述定時器在特定計數值激活所述接收器，并且其中所述控 制器還被適配為根據所確定的接收器激活和數據接收的實際啟動之間的時延，調整所述振蕩器頻率。
7.根據權利要求1至4的任一項所述的助聽器，其中，所述通信 控制器還包括振蕩器和計數器，所述振蕩器通過對其輸出信號之一的 分割，將時鐘信號提供至所述定時器，并且所述定時器在特定計數值 激活所述接收器，并且其中所述控制器還被適配為根據所確定的接 收器激活和數據接收的實際啟動之間的時延，調整分割比。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有用于無線信號接收的通信電路的助聽器，其中，該助聽器以在其時隙之前的要求的裕度，開始接收來自網絡的數據，然后，它確定直至實際接收到第一數據的延遲，即，檢測接收的數據幀的啟動，并記錄所述延遲。在下一次時隙出現時，根據在先前時隙中所確定的值，調整接收的啟動，即被提前或被延后。
文檔編號H04R25/00GK101444112SQ200780017599
公開日2009年5月27日 申請日期2007年3月8日 優(yōu)先權日2006年3月16日
發(fā)明者伊萬·里斯·尼爾森 申請人:Gn瑞聲達A/S