电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片及系统.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104224406 A (43)申请公布日 2014.12.24 CN 104224406 A (21)申请号 201410524820.0 (22)申请日 2014.10.08 A61F 2/18(2006.01) (71)申请人 浙江诺尔康神经电子科技股份有限 公司 地址 311100 浙江省杭州市余杭区文一西路 1500 号 1 幢 325 室 (72)发明人 夏斌 (54) 发明名称 电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片及系统 (57) 摘要 本发明公开了电子耳蜗反向信号射频传输接 收芯片及系统， 其中电子耳蜗反向信号射频传输 接收芯片包括 ： 检波电路、 放大电。

2、路、 模数转换电 路和发射预处理电路， 其中， 检波电路， 用于将接 收到的输入信号整流 ； 放大电路， 用于将检波输 出的信号进行滤波和放大 ； 模数转换电路， 用于 将滤波放大后的信号转换成数字信号， 输出相位 相反的数字信号 ； 发射预处理电路， 用于对放大 电路初始状态进行设置。本发明用于提供高灵敏 度、 高可靠性、 高稳定性、 高集成性的电子耳蜗反 向信号射频传输接收芯片及系统， 可以使整个电 子耳蜗系统更可靠、 更省电、 体积更小。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 7 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 。

3、说明书5页 附图7页 (10)申请公布号 CN 104224406 A CN 104224406 A 1/2 页 2 1. 一种电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片， 其特征在于， 至少包括 ： 检波电路、 放大 电路、 模数转换电路和发射预处理电路， 其中， 所述检波电路， 用于将接收到的输入信号整流， 包括 ： 整流电路、 低通滤波电路， 所述整 流电路有两个输入端 VINN、 VINP， 整流后的输出经过所述低通滤波电路到所述检波电路的 输出端 RECT_OUT ； 所述放大电路， 用于将检波输出的信号进行滤波和放大， 包括 ： 偏置电压源、 高通放大 电路、 跨导放大电路， 所述偏置电压源。

4、的输入端与所述发射预处理电路的输出端相连， 输出 端 VF 与所述高通放大电路中的运算放大器的同相输入端相连 ； 所述高通放大电路中的运 算放大器的同相输入端与所述检波电路的输出端 RECT_OUT 相连 ； 反相输入端连接所述高 通滤波电路 ； 高通放大电路的输出端与跨导放大电路的同相输入端相连 ； 跨导放大电路的 反相输入端通过高通放大电路反相输入端连接高通滤波电路的电容接地 ； 跨导放大电路为 差分输出， 两个输出端 VOUT2P、 VOUT2N ； 所述模数转换电路， 包括 ： 施密特触发器、 两个反相器， 所述施密特触发器用于将滤波 放大后的信号转换成数字信号， 两个输入端与 VOU。

5、T2P、 VOUT2N 相应连接， 输出端设置为差 分输出 ； 所述两个反相器用于将施密特触发器的差分输出的数字信号相位反转 180 度， 两 个反相器的输出端 VOUN、 VOUTP， 输出相位相反的数字信号 ； 所述发射预处理电路， 默认输出高电平， 用于对放大电路初始状态进行设置， 输入端 S_ WAVE 连续发射 64s 的射频信号时， 输出端 RST_OUT 复位置零， RST_OUT 与偏置电压源的输 入端相连。 2. 如权利要求 1 所述的电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片， 其特征在于， 所述检波 电路中的整流电路为全波或半波整流。 3. 如权利要求 1 所述的电子耳蜗反向信号射。

6、频传输接收芯片， 其特征在于， 所述高通 放大电路的增益为 50 ； 所述跨导放大电路的增益为 10。 4. 如权利要求 1 所述的电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片， 其特征在于， 在所述发 射预处理电路的输入端 S_WAVE 电平在 0.9-1.1V 时， 能够触发复位置零信号。 5. 如权利要求 1-4 之一所述的电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片， 其特征在于， 还 包括幅度检测 - 皮瓣厚度检测电路， 输入端与所述检波电路的输出端 RECT_OUT 相连， 用于 检测幅度和皮瓣厚度后调节能量、 节省系统能耗。 6. 如权利要求 1-4 之一所述的电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片， 其特征。

7、在于， 还 包括发射辅助电路， 用于调节电压幅度、 脉宽和消除余波， 所述发射辅助电路的两个输入端 与所述检波电路的输入端 VINN、 VINP 分别相连， 输出端 DRV 为驱动信号。 7. 一种采用权利要求 6 所述电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片的系统， 其特征在 于， 包括射频发射驱动、 射频发射线圈、 复合线圈、 电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片和 植入体接收线圈， 其中， 所述射频发射驱动的输入端为 S_WAVE， 输出端连接所述射频发射线圈 ； 所述射频发射线圈， 用于向所述植入体接收线圈发射射频信号 ； 所述复合线圈， 与所述射频发射线圈并行设置， 用于从所述射频发射线圈耦合信。

8、号， 所 述耦合信号的相位与射频发射线圈所载信号相同， 所述耦合信号的幅度为射频发射线圈所 载信号幅度的 10 -90 ； 权 利 要 求 书 CN 104224406 A 2 2/2 页 3 所述电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片的输入端 VINN、 VINP 与所述复合线圈两端 分别相连， 用于将所述复合线圈耦合到的信号进行解码、 数字化输出 VOUTP 或 VOUTN ； 所述植入体接收线圈用于将植入体的信号反馈给射频发射线圈。 8. 如权利要求 7 所述的电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片的系统， 其特征在于， 所 述射频发射驱动的输入端还可与所述电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片的发射辅助。

9、电 路的输出端 DRV 相连。 权 利 要 求 书 CN 104224406 A 3 1/5 页 4 电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片及系统 技术领域 0001 本发明属于电子耳蜗领域， 特别涉及电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片及系 统。 背景技术 0002 众所周知， 电子耳蜗主要包括体外机部件和植入于人体脑部的植入体部件， 图 1 所示为电子耳蜗的结构示意图。其工作原理是， 体外机部件中的言语处理器将传声器传来 的声音信号进行处理和编码， 获得编码信号后通过发射线圈， 透过皮肤发射到植入装置的 接收线圈， 然后植入体部件的解码电路进行解码获得解码信号， 并将解码信号传送到人工 耳蜗的电极阵。

10、列， 刺激使用者的听觉神经， 使得使用者恢复听觉。 0003 现有技术中， 反向信号传输接收功能设置在言语处理器中， 用分立元件搭建， 发射 线圈从接收线圈接收植入体部件反馈的信号后通过导线传输给言语处理器， 这样对射频信 号的影响很大， 而且对于言语处理器和发射线圈需要距离较远的应用情况， 很难达到预期 的信号传输效果， 反向信号经导线的传输可能形成闭环反馈， 信号将越来越大， 导致最后电 子耳蜗无法工作。 发明内容 0004 有鉴于此， 本发明的目的在于提供电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片及系统， 提供高灵敏度、 高可靠性、 高稳定性、 高集成性， 可以使电子耳蜗系统更可靠、 更省电、 体。

11、积 更小。 0005 为达到上述目的， 本发明提供了电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片， 至少包括 ： 检波电路、 放大电路、 模数转换电路和发射预处理电路， 其中， 0006 所述检波电路， 用于将接收到的输入信号整流， 包括 ： 整流电路、 低通滤波电路， 所 述整流电路有两个输入端 VINN、 VINP， 整流后的输出经过所述低通滤波电路到所述检波电 路的输出端 RECT_OUT ； 0007 所述放大电路， 用于将检波输出的信号进行滤波和放大， 包括 ： 偏置电压源、 高通 放大电路、 跨导放大电路， 所述偏置电压源的输入端与所述发射预处理电路的输出端相连， 输出端 VF 与所述高通放大。

12、电路中的运算放大器的同相输入端相连 ； 所述高通放大电路中 的运算放大器的同相输入端与所述检波电路的输出端 RECT_OUT 相连 ； 反相输入端连接所 述高通滤波电路 ； 高通放大电路的输出端与跨导放大电路的同相输入端相连 ； 跨导放大电 路的反相输入端通过高通放大电路反相输入端连接所述高通滤波电路的电容接地 ； 跨导放 大电路为差分输出， 两个输出端 VOUT2P、 VOUT2N ； 0008 所述模数转换电路， 包括 ： 施密特触发器、 两个反相器， 所述施密特触发器用于将 滤波放大后的信号转换成数字信号， 两个输入端与 VOUT2P、 VOUT2N 相应连接， 输出端设置 为差分输出 。

13、； 所述两个反相器用于将施密特触发器的差分输出的数字信号相位反转 180 度， 两个反相器的输出端 VOUN、 VOUTP， 输出相位相反的数字信号 ； 说 明 书 CN 104224406 A 4 2/5 页 5 0009 所述发射预处理电路， 默认输出高电平， 用于对放大电路初始状态进行设置， 输入 端 S_WAVE 连续发射 64s 的射频时， 输出端 RST_OUT 复位置零， RST_OUT 与偏置电压源的 输入端相连。 0010 可选地， 所述检波电路中的整流电路为全波或半波整流。 0011 可选地， 所述高通放大电路的增益为 50 ； 所述跨导放大电路的增益为 10。 0012 。

14、可选地， 在所述发射预处理电路的输入端S_WAVE电平在0.9-1.1V时， 能够触发复 位置零信号。 0013 可选地， 还包括幅度检测 - 皮瓣厚度检测电路， 输入端与所述检波电路的输出端 RECT_OUT 相连， 用于检测幅度和皮瓣厚度后调节能量、 节省系统能耗。 0014 可选地， 还包括发射辅助电路， 用于调节电压幅度、 脉宽和消除余波， 所述发射辅 助电路的两个输入端与所述检波电路的输入端 VINN、 VINP 分别相连， 输出端 DRV 为驱动信 号。 0015 基于上述目的， 本发明还提供一种包括上述电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片 的系统， 包括射频发射驱动、 射频发射线圈、。

15、 复合线圈、 电子耳蜗反向信号射频传输接收芯 片和植入体接收线圈， 其中， 0016 所述射频发射驱动的输入端为 S_WAVE， 输出端连接所述射频发射线圈 ； 0017 所述射频发射线圈， 用于向所述植入体接收线圈发射射频信号 ； 0018 所述复合线圈， 与所述射频发射线圈并行设置， 用于从所述射频发射线圈耦合信 号， 所述耦合信号的相位与射频发射线圈所载信号相同， 所述耦合信号的幅度为射频发射 线圈所载信号幅度的 10 -90 ； 0019 所述电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片的输入端 VINN、 VINP 与所述复合线圈 两端分别相连， 用于将所述复合线圈耦合到的信号进行解码、 数字化。

16、输出 VOUTP 或 VOUTN ； 0020 所述植入体接收线圈用于将植入体的信号反馈给射频发射线圈。 0021 可选地， 所述射频发射驱动的输入端还可与所述电子耳蜗反向信号射频传输接收 芯片的发射辅助电路的输出端 DRV 相连。 0022 本发明的有益效果在于 ： 设置复合线圈和反向信号射频传输接收芯片， 提取减小 对射频信号的影响， 信号处理完全在头件上完成， 不用射频下行传输， 增加稳定性， 减少传 输线的数量， 避免导线和周围环境对 RF 的影响， 增加连接距离。提供高灵敏度、 高可靠性、 高稳定性、 高集成性的电子耳蜗系统。 附图说明 0023 为了使本发明的目的、 技术方案和有益。

17、效果更加清楚， 本发明提供如下附图进行 说明 ： 0024 图 1 为现有技术电子耳蜗系统结构示意图 ； 0025 图 2 本发明实施例的电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片中一具体应用实例的 结构框图 ； 0026 图 3 本发明实施例的电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片中另一具体应用实例 的结构框图 ； 0027 图 4 本发明实施例的电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片中一具体应用实例的 说 明 书 CN 104224406 A 5 3/5 页 6 电路原理图 ； 0028 图5为本发明实施例的包括图2所示电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片的系统 结构示意图 ； 0029 图6为本发明实施例的包括图。

18、3所示电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片的系统 结构示意图 ； 0030 图 7 为现有技术中的电子耳蜗反向信号射频传输接收的系统的反向解码输出波 形图 ； 0031 图 8 为本发明实施例的电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片的系统的反向解码 输出波形图 ； 0032 图 9 为本发明实施例的加入阻抗后的电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片的系 统的反向解码输出波形图 ； 0033 图 10 为本发明实施例的电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片的复位信号工作波 形图 ； 0034 图 11 为本发明实施例的电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片的系统的显示复位 信号功能的反向解码输出波形图。 具体实施方式 00。

19、35 下面将结合附图， 对本发明的优选实施例进行详细的描述。 0036 本发明公开了电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片， 参见图 2-4， 所示为本发明实 施例的电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片 100 的结构框图和电路原理图， 包括 ： 检波电 路 10、 放大电路 20、 模数转换电路 30 和发射预处理电路 40， 其中， 0037 所述检波电路 10， 用于将接收到的输入信号整流滤波， 包括 ： 整流电路 110、 低通 滤波电路 120， 所述整流电路 110 有两个输入端 VINN、 VINP， 整流后的输出经过所述低通滤 波电路 120 到所述检波电路 10 的输出端 RECT_O。

20、UT ； 所述检波电路 10 中的整流电路 110 为 全波或半波整流， 图 4 中所示为全波整流的实施例 ； 低通滤波电路 120 中低通滤波网络为 R1 和 C1 所组成的， 优选为 R1 120K， C1 10pF ； 0038 所述放大电路 20， 用于将检波电路 10 输出的信号 RECT_OUT 进行滤波和放大， 包 括 ： 偏置电压源 230、 高通放大电路 210、 跨导放大电路 220， 所述偏置电压源 230 的输入端 与所述发射预处理电路 40 的输出端相连， 输出端 VF 与所述高通放大电路 210 中的运算放 大器 211 的同相输入端相连 ； 所述高通放大电路 21。

21、0 中的运算放大器 211 的同相输入端与 所述检波电路10的输出端RECT_OUT相连 ； 反相输入端连接所述高通滤波电路， 所述高通滤 波电路由R3和C3所组成， R3两端分别连接运算放大器211的反相输入端和输出端OUTP， C3 通过 R4 与运算放大器 211 的反相输入端连接， 优选为 R3 60 K， C3 0.1 0.22F， D2 和 D3 起到钳位的作用 ； 高通放大电路 210 的输出端 OUTP 与跨导放大电路 220 的同相输 入端相连 ； 跨导放大电路 220 的反相输入端通过所述高通放大电路 210 反相输入端连接高 通滤波电路的电容 C3 接地 ； 跨导放大电路。

22、 220 为差分输出， 两个输出端 VOUT2P、 VOUT2N ； 0039 所述模数转换电路 30， 包括 ： 施密特触发器 310、 两个反相器 320， 所述施密特触发 器310用于将滤波放大后的信号转换成数字信号， 两个输入端与VOUT2P、 VOUT2N相应连接， 输出端设置为差分输出 VOP、 VON ； 所述两个反相器 320 用于将施密特触发器 310 的差分输 说 明 书 CN 104224406 A 6 4/5 页 7 出的数字信号 VOP、 VON 相位反转 180 度， 两个反相器的输出端 VOUN、 VOUTP， 输出相位相反 的数字信号 ； 0040 所述发射预处。

23、理电路 40， 默认输出高电平， 用于对放大电路 20 初始状态进行设 置， 输入端 S_WAVE 连续发射 64s 的射频信号时， 输出端 RST_OUT 复位置零， RST_OUT 与偏 置电压源 230 的输入端相连， 当 RST_OUT 为 0 时， 偏置电压源 230 的输出端 VF 输出优选为 0.85V 的电压， 启动运算放大器 211 开始工作， 开始接收同相输入端进入的信号 RECT_OUT， 对其进行放大。 0041 进一步地， 所述高通放大电路 210 的增益为 50 ； 所述跨导放大电路 220 的增益为 10。 0042 进一步地， 在所述发射预处理电路 40 的输入。

24、端 S_WAVE 电平在 0.9-1.1V 时， 能够 触发复位置零信号。 0043 进一步地， 还包括幅度检测 - 皮瓣厚度检测电路 50， 输入端与所述检波电路 10 的 输出端 RECT_OUT 相连， 用于检测幅度和皮瓣厚度后调节能量、 节省系统能耗。 0044 进一步地， 还包括发射辅助电路 60， 用于调节电压幅度、 脉宽和消除余波， 所述发 射辅助电路60的两个输入端与所述检波电路10的输入端VINN、 VINP分别相连， 输出端DRV 为驱动信号。 0045 与上述电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片对应的是， 本发明又一实施例提供了 包括电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片的系统， 。

25、参见图 5-6。包括射频发射驱动 200、 射 频发射线圈 201、 复合线圈 101、 电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片 100 和植入体接收线 圈 301， 其中， 所述射频发射驱动 200 的输入端为 S_WAVE， 或在电子耳蜗反向信号射频传输 接收芯片100中包括发射辅助电路60， 则射频发射驱动200的输入端为发射辅助电路60的 输出 DRV ； 输出端连接所述射频发射线圈 201 ； 0046 所述射频发射线圈 201， 用于向所述植入体接收线圈 301 发射射频信号 ； 0047 所述复合线圈 101， 与所述射频发射线圈 201 并行设置， 用于从所述射频发射线圈 201 耦。

26、合信号， 所述耦合信号的相位与射频发射线圈 201 所载信号相同， 所述耦合信号的幅 度为射频发射线圈 201 所载信号幅度的 10 -90， 这样便可以方便电子耳蜗反向信号射 频传输接收芯片 100 进行处理 ； 0048 所述电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片100的输入端VINN、 VINP与所述复合线 圈 101 两端分别相连， 用于将所述复合线圈 101 耦合到的信号进行解码、 数字化输出 VOUTP 或 VOUTN ； 0049 所述植入体接收线圈 301 用于将植入体的信号反馈给射频发射线圈 201。 0050 为更明确地说明本发明的工作原理、 功能实现和有益效果， 提供图7-11。

27、。 图7所示 现有技术中的电子耳蜗反向信号射频传输接收的系统的反向解码输出波形图 ： 曲线 1 是复 位信号， 在其为 0 时系统开始工作， 进行检波、 放大和解码输出 ； 曲线 2 是反向信号检波、 放 大后的输出， 且噪声很小 ； 曲线 3 输出的数字信号， 为反相输出， 可见输出的数字信号在反 向信号为连续多个 0 的地方出现 1 输出而且位置随机， 解码出错。这便是因为现有技术中 电子耳蜗反向信号射频传输接收电路用分立元件搭建， 设置在言语处理器中， 发射线圈从 接收线圈接收植入体部件反馈的信号后通过导线传输给言语处理器中的电子耳蜗反向信 号射频传输接收电路， 这样对射频信号的影响很大。

28、， 而且对于言语处理器和发射线圈需要 说 明 书 CN 104224406 A 7 5/5 页 8 距离较远的应用情况， 很难达到预期的信号传输效果， 反向信号经导线的传输可能形成闭 环反馈， 信号将越来越大， 导致最后电子耳蜗无法工作。 0051 图 8 为本发明实施例的电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片的系统的反向解码 输出波形图 ： 曲线 11 是检波电路 10 的输出信号 RECT_OUT ； 曲线 12 是 RECT_OUT 取平均 值， 较曲线 11 更清晰直观些 ； 曲线 13 是电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片 100 的输出 VOUTN， 为反相输出 ； 曲线 14 是 REC。

29、T_OUT 经放大电路 20 后的输出 VOUT2P ； 曲线 15 是发射 预处理电路 40 的输出复位信号 RST_OUT， 可见， 在几乎相同的噪声情况下， 输出 VOUTN 非常 干净、 平整， 排除了反向信号连续多个 0 时， 数字输出出现错误的情况。 0052 图 9 为本发明实施例的加入阻抗后的电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片的系 统的反向解码输出波形图 ： 曲线 11 是检波电路 10 的输出信号 RECT_OUT ； 曲线 13 是电子耳 蜗反向信号射频传输接收芯片 100 的输出 VOUTP， 为同相输出 ； 曲线 14 是 RECT_OUT 经放大 电路 20 后的输出 。

30、VOUT2P ； 曲线 15 是发射预处理电路 40 的输出复位信号 RST_OUT， 可见， 在 模拟真实使用情况加入阻抗后， 反向解码数字输出准确无差错， 也排除了反向信号连续多 个 0 时， 数字输出出现错误的情况， 大大提高了反向信号解码输出的可靠性。 0053 图 10 为本发明实施例的电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片的复位信号工作波 形图 ： 曲线15是发射预处理电路40的输出复位信号RST_OUT， 曲线16是发射预处理电路40 的输入端 S_WAVE， 可见在 S_WAVE 出现 64s 的射频信号时， 输出端 RST_OUT 复位置零 ； 在 输入端 S_WAVE 为 0 时。

31、， 输出端 RST_OUT 输出高电平， S_WAVE 信号输入发射预处理电路 40， 连续测试皆无错误出现， 可靠性高。 0054 图 11 为本发明实施例的电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片的系统的显示复位 信号功能的反向解码输出波形图 ： 曲线13是电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片100的输 出 VOUTP， 为同相输出 ； 曲线 14 是 RECT_OUT 经放大电路 20 后的输出 VOUT2P ； 曲线 15 是发 射预处理电路 40 的输出复位信号 RST_OUT， 可见， 在 RST_OUT 为 0 时， 电子耳蜗反向信号射 频传输接收芯片 100 开始正常工作， 解码输出准确无。

32、误， 在 RST_OUT 为高电平时， 电子耳蜗 反向信号射频传输接收芯片 100 不工作， 输出随机。 0055 本发明与现有的技术方案相比， 采用复合线圈信号提取减小对射频信号的影响， 信号处理完全在发射线圈上完成， 不用射频下行传输， 增加稳定性， 减少传输线的数量， 避 免导线和周围环境对射频的影响， 同时提高了灵敏度， 增加了连接距离。提供了高灵敏度、 高可靠性、 高稳定性、 高集成性的电子耳蜗反向信号射频传输接收芯片及系统， 可以使整个 电子耳蜗系统更可靠、 更省电、 体积更小。 0056 最后说明的是， 以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制， 尽管通 过上述优选实施例。

33、已经对本发明进行了详细的描述， 但本领域技术人员应当理解， 可以在 形式上和细节上对其做出各种各样的改变， 而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。 说 明 书 CN 104224406 A 8 1/7 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104224406 A 9 2/7 页 10 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104224406 A 10 3/7 页 11 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 104224406 A 11 4/7 页 12 图 7 说 明 书 附 图 CN 104224406 A 12 5/7 页 13 图 8 图 9 说 明 书 附 图 CN 104224406 A 13 6/7 页 14 图 10 说 明 书 附 图 CN 104224406 A 14 7/7 页 15 图 11 说 明 书 附 图 CN 104224406 A 15 。