專利名稱：一種基于局域網的電子耳蝸體外調試平臺的制作方法
技術領域：
本發明屬于電子學、計算機和信號處理技術領域，特別涉及一種電子耳蝸植入術中的電子耳蝸體外調試平臺裝置。
背景技術：
電子耳蝸又稱人工耳蝸，它是目前唯一能使全聾患者恢復聽覺的裝置。它通過將 聲音信號轉換成微弱的電流脈沖刺激聾人耳蝸內殘存的聽神經，模仿外周聽覺系統的功能，使患者產生與正常人耳相似的神經發放。但是不同的電子耳蝸植入者，他們的聽神經的殘存情況差異很大。為了盡可能地讓電子耳蝸植入者的聆聽效果最佳，就必須根據耳蝸植入者的聽神經殘留情況為其體外語音處理器量身定制工作參數。另外，最主要的是，調試平臺為新的適合聲調特征的言語編碼策略算法的開發提供必要的研究平臺。國內與電子耳蝸相關的發明有些是提出具體的某種信號處理的方法，如中國科學院聲學研究所的專利“一種基于頻率調制信息的人工耳蝸語音處理方法及處理器”(專利申請號200810239725. 0)，“一種電子耳蝸及其聲音信號處理方法”(專利申請號201010279103. 8)，以及深圳先進技術研究院和香港中文大學共同申請的發明“實現多種生理信息檢測功能的電子耳蝸”(專利申請號200810242499.X)。這些發明都是提出了一種應用于電子耳蝸中的算法，而不是針對新算法的開發進行調試的研究型調試平臺。由清華大學深圳研究生院葉大田、黃盛楊等發明的專利“電子耳蝸體外語音處理裝置”(專利申請號200610060580. 9)，以及由清華大學宮琴、杜志玥等發明的專利“一種基于雙核處理器的電子耳蝸體外語音處理器”(專利申請號201010224849. 9)，各自通過不同的芯片實現了電子耳蝸的體外語音處理器的硬件裝置，包括音頻單元、核心處理單元、無線發射單元以及電源管理單元。但是，它們都只是搭建了電子耳蝸的體外機，而不是對新算法進行調試的研究平臺，所以，它們不具有對電子耳蝸的新算法進行調試的功能。由清華大學深圳研究生院葉大田、于淑麗等發明的專利“電子耳蝸聽覺仿真平臺、仿真試驗方法及算法比較方法”(專利申請號200610060579. 6)，搭建了一種電子耳蝸聽覺仿真的軟件平臺。在該平臺上，可以對不同算法的語音處理效果進行仿真比較和評價，為研究人員提供算法仿真的結果。但是，該發明沒有相應的硬件平臺進行支持，無法作為電子耳蝸的研究型調試平臺，也無法完成對電子耳蝸新算法中各參數的影響進行真實的調試功能。由杭州諾爾康神經電子科技有限公司的傅前杰、陳宏斌等發明的專利“一種自動言語處理策略的檢測方法和系統”(專利申請號201010112507. 8)實現了基于“虛擬處理器”的言語處理策略自動檢測方法及檢測系統。該系統以電腦為物理載體，根據言語處理器中所使用的處理策略在電腦中實現與言語處理器功能一致的“虛擬處理器”，再通過高速采樣，將言語處理器的輸出與“虛擬處理器”的輸出進行比較，判斷語音處理策略的正確與否。但該發明主要是用來比較判斷在言語處理器中執行的言語處理策略結果與設計的策略之間的正確性，其主要目的并不是為了對新算法進行開發調試。。
由上海冠芯電子科技有限公司的羅丹、沈廣波等發明的專利“一種采用無線數據傳輸的人工耳蝸調試編程方法及系統”(專利申請號200810204677. I)提供了一種采用無線數據傳輸的用于臨床調試的人工耳蝸調試系統，即通常所說的MAP機。其中，編程調試機與人工耳蝸言語處理器通過無線方式連接。與此專利相類似的還有由上海力聲特醫學科技公司的孫增軍、王正敏等發明的“人工耳蝸MAP無線調試裝置”(專利申請號200820155990. 6)。也是設計了一種通過無線傳輸的用于臨床調試的MAP機，而不是用于新算法開發的調試平臺。與之前的專利相比，本發明提供了一款用于新算法開發的研究型調試平臺，通過系統的硬件與軟件的設計，使得調試平臺不但能根據每個電子耳蝸植入者的聽覺狀況進行參數的合理調試，而且更重要的是能對新的言語編碼策略在開發過程中進行調試，另外，研究平臺通過局域網的通訊，能更加靈活方便地針對不同言語特征提取其特征參數從而設計出合適的編碼策略
發明內容
本發明的目的在于實現一種基于局域網的電子耳蝸體外調試平臺。本發明的特征在于，含有PC機、嵌入式處理器、音頻編解碼電路、調制和功率放大電路、以太網接口、無線發射線圈、還有電源管理電路，其中PC機，作外界仿真器用，設有電子耳蝸算法實驗調試模塊，工作模式選擇模塊以及局域網數據通信模塊，其中電子耳蝸算法實驗調試模塊，含有各種電子耳蝸語音處理算法軟件，能夠實現電子耳蝸工作參數的設置以及調整；工作模式選擇模塊，設有以下三種可供選擇的工作模式非實時模式通過所述PC機中的所述電子耳蝸語音處理算法軟件選擇電子耳蝸的工作參數，再發送處理后的數據文件給嵌入式處理器，處理器對所接收的數據文件按照電子耳蝸的工作參數進行編碼并通過調制、功率放大后發射到所述無線發射線圈上，實時模式，通過所述PC機中的所述電子耳蝸語音處理算法軟件選擇電子耳蝸的工作參數并讀取病人的調試匹配MAP信息，送入所述嵌入式處理器，所述嵌入式處理器根據接收到的電子耳蝸工作參數和所述調試匹配MAP信息實時采集和處理對話者的語音信號，并進行編碼、調制和功放，單電極刺激模式，通過所述PC機中的所述電子耳蝸語音處理算法軟件選擇電子耳蝸的工作參數及所要刺激的電極標號和刺激幅度，發送到所述嵌入式處理器，所述嵌入式處理器根據接收到的參數對所選的一個電極進行一定時間的刺激，嵌入式處理器，是一個以TI德克薩斯儀器公司的低功耗DSP+ARM雙核處理器0MAP-L137芯片作接口的嵌入式處理器，設有以下接口 McASP接口、I2C接口，EMIFA接口，EMIFB接口，SPI接口，EMAC接口以及JTAG接口，其中McASP接口，與所述音頻編解碼電路的音頻編解碼芯片TLV320AIC3106互連，把來自麥克風的經過濾波后的音頻數據通過該McASP接口發給所述0MAP-L137芯片，又通過該McASP接口把音頻數據在所述嵌入式處理器的該0MAP-L137芯片控制下通過耳機進行回放，
I2C接口，有兩個分別向所述音頻編解碼芯片TLV320AIC3106和所述電源管理電路中的電源管理芯片輸出控制信號，EMIFA接口，與外接存儲單元中的NAND Flash互連，以擴展出64MByte代碼和數據的非易失性存儲空間，EMIFB接口，與所述外接存儲單元中的SDRAM互連，以擴展出32MByte程序運行空間，SPI接口，與所述調制和放大電路中的基帶信號生成電路的輸入端相連，輸出經過編碼后等待無線發射的刺激脈沖參數數據幀，EMAC接口，與所述以太網接口模塊的以太網物理層收發器KSZ8001L相連，得到 IOMbps/1OOMbps 的以太網接口，JTAG接口，與14腳的插座連接，通過所述PC機與外部計算機相連，所述音頻編解碼電路，含有聲音采集接口和耳機輸出接口，其中聲音采集接口，連接一個全向性駐極體式電容麥克風，通過MICBIAS引腳提供
2.OV偏壓，耳機輸出接口，連接3. 5mm耳機，用于聲音回放，調制和功率放大模塊，由所述基帶信號生成電路、濾波和放大電路、作調制用的多路復用電路和功率放大電路依次串接而成，其中基帶信號生成電路，是一個由+5V電源供電的5MHz有源晶振，濾波電路，由7階無源低通濾波電路構成，放大電路，由ADI公司的高速運算放大器AD811和所述TI公司的緩沖器BUF634構成，所述AD811采用同相放大器接法，把輸入信號放大到電壓峰峰值為10V，調制電路，是一個2選I的多路復用器AD8170芯片，當輸入的選通腳為“0”時，輸出0電平，當輸入的選通腳為“I”時，輸出5MHz正弦波，在所述5MHz信號進入所述多路復用器之前加一級用運放AD8027芯片構成的以及電壓跟隨器，無線發射線圈，是由導線繞成的多匝線圈構成，用于與接收線圈耦合傳輸調制信號，電源管理電路，含有5V直流電源，4. 2V鋰電池，雙擲開關(S)，二極管(D1)，保險絲(Fl)，+5V外接直流電源輸入接口，+4. 2V外接鋰電池輸入接口，主電源管理電路，第一電壓轉換電路(1)，第二電壓轉換電路(2)以及第三電壓轉換電路(3)，其中雙擲開關(S)，第一輸入端串接所述保險絲(F1)、二極管(Dl)和所述+5V外接直流電源輸出端，第二輸入端與所述第一電壓轉換電路(I)的輸出端相連，輸出為+5V的第一電壓轉換電路(I)的輸入端與所述+4. 2V鋰電池的輸出端相連，所述雙擲開關(S)分別向所述主電源管理電路、第二電壓轉換電路(2)和第三電壓轉換電路(3)提供+5V電源，主電源管理電路，是一個電源管理芯片TPS65023，引腳HOTRESETn連接一個另一端接地的復位鍵，按下該復位鍵后所述引腳HOTRESETn變為低電平，引腳RESPWRONn向所述0MAP-L137芯片的RESETn引腳輸出復位信號，所述TPS65023芯片有三路DC/DC輸出和兩路LDO輸出，以提供不同等級的電壓，所述OMAP-Ll37通過所述12C接口對所述TPS65023芯片的輸出電壓和上電順序進行管理，第一電壓轉換電路(I),是一個電壓轉換芯片MAX1760,向所述調制和放大電路供電，為+5V，第二電壓轉換電路(2)，是一個電壓轉換芯片MAX762，向所述的調制和放大電路提供+IOV電源，第三電壓轉換電路(3)，是一個電壓轉換芯片MAX766，向所述調制和放大電路提供-IOV電源。本發明具有如下優點第一，本發明完整地實現了電子耳蝸研究型調試平臺從PC端電子耳蝸算法實驗軟件、基于局域網的網絡數據通信、對數據的實時處理及編碼、對編碼數據進行調制和功率放大并通過線圈無線發射的功能。第二，本發明中的PC端電子耳蝸算法實驗軟件能夠最大限度地調整測試電子耳 蝸工作參數以便于進行電子耳蝸有關的算法實驗。第三，本發明中的PC端電子耳蝸算法實驗軟件能夠實現新算法的導入，將新算法的處理結果發送到嵌入式系統，從而對新算法的性能進行驗證，為電子耳蝸新算法的研發提供了必要的調試平臺。第四，本發明中嵌入式系統中的算法可以靈活的修改，電子耳蝸植入者隨身攜帶，以對新算法的性能進行長時間的測試評估。第五，本發明通過不同編碼協議的靈活選擇，可以實現與目前臨床上廣泛應用的多種電子耳蝸植入體的無縫連接，極大地方便新算法的驗證及算法驗證實驗中對受試者選擇。


圖I為本發明的系統組成框圖。圖2為本實施例非實時工作模式流程圖。圖3為本實施例實時工作模式流程圖。圖4為本實施例單電極刺激模式流程圖。圖5為本實施例PC端電子耳蝸算法實驗平臺軟件界面。圖6為本實施例的核心處理器0MAP-L137與音頻編解碼器TLV320AIC3106的接口
示意圖。圖7為本實施例的核心處理器0MAP-L137與NAND Flash的接口示意圖。圖8為本實施例的核心處理器0MAP-L137與SDRAM的接口示意圖。圖9為本實施例的以太網接口連接示意圖。圖10為本實施例的電源管理單元的結構框圖。圖11為本實施例的主電源管理電路原理圖。圖12為本實施例的+4. 2V轉+5V的電路原理圖。圖13為本實施例的+5V轉+IOV的電路原理圖。圖14為本實施例的+5V轉-IOV的電路原理圖。圖15為本實施例的無線發射單元結構框圖。
具體實施方式
本發明包括由嵌入式處理器模塊、音頻模塊、以太網模塊、調制和功率放大模塊以及無線發射線圈等構成的系統硬件，包括PC端電子耳蝸算法實驗平臺軟件、嵌入式系統中的網絡數據通信、語音處理算法及數據編碼算法等構成的系統軟件。該電子耳蝸調試平臺包括PC端系統與嵌入式系統兩大部分。其中PC端系統主要是運行電子耳蝸算法實驗軟件，通過該軟件實現電子耳蝸工作參數的選擇，工作模式的選擇，與嵌入式系統間的網絡數據通信以及工作狀態的指示等；嵌入式系統部分是以TI低功耗DSP+ARM雙核處理器0MAP-L137為核心處理器單元，它能夠實現與PC端的局域網數據通信，用于傳輸電子耳蝸參數信息及需要編碼的數據文件，并對上述數據進行編碼，它能夠實時地采集語音信號并通過電子耳蝸語音處理算法進行處理及編碼，上述編碼數據通過串行的形式發送到調制和功率放大電路，經過調制及功率放大的信號傳輸到無線發射線圈。各部分連接關系如圖I所示。本發明的特征在于，含有PC機、嵌入式處理器、音頻編解碼電路、調制和功率放大電路、以太網接口、無線發射線圈、還有電源管理電路，其中PC機，包括用戶界面，電子耳蝸工作模式及工作參數設置，局域網網絡數據通信·
坐寸o嵌入式處理器模塊，處理器是一片包含TMS320C674浮點DSP和ARM926EJ-S RISCMPU的雙核處理器0MAP-L137，主要使用其McASP接口、I2C接口、EMIFA接口、EMIFB接口、SPI接口、EMAC接口以及JTAG接口，其中McASP接口，與所述音頻單元中的音頻編解碼器TLV320AIC3106互連，進行音頻數據傳輸；I2C接口有兩個，分別向所述音頻編解碼器TLV320AIC3106和所述電源管理單元中的電源管理芯片TPS65023輸出控制信號；EMIFA接口，與所述存儲單元中的NAND Flash互連，以擴展出64MByte代碼和數據的非易失性存儲空間；EMIFB接口，與所述存儲單元中的SDRAM互連，擴展出32MByte程序運行空間；SPI接口，與所述調制和功率放大連接，輸出經過編碼并待無線發射的刺激脈沖參數數據幀；EMAC接口，與以太網物理層收發器KSZ8001L連接，擴展出IOMbps/IOOMbps以太網接口 ；JTAG接口，與14引腳的JTAG插座連接，通過外接仿真器與外部計算機進行通信；音頻模塊，含有=Codec芯片組成的所述音頻編解碼器TLV320AIC3106，該所述音頻編解碼器TLV320AIC3106含有聲音采集接口以及耳機輸出接口，其中聲音采集接口，連接全向性駐極體式電容麥克風，通過MICBIAS引腳提供2. OV電壓偏置；耳機輸出接口，連接3. 5mm耳機，用于聲音回放；調制和功率放大模塊，由基帶信號生成電路、濾波和放大電路、作調制電路用的多路復用電路和功率放大電路依次串接而成，其中基帶信號生成電路是一個+5V電源供電的5MHz有源晶振；濾波電路，由7階無源低通濾波電路構成；
調制電路用2選I的多路復用器實現，當輸入的選通腳為“0”時，輸出0電平，當輸入是“I”時，輸出5MHz正弦波。在5MHz信號進入多路復用器之前加一級電壓跟隨器，以避免前后級電路之間的影響，選用運放AD8027芯片；功率放大電路由ADI公司的高速運算放大器AD811和TI公司的緩沖器BUF634構成，AD811采用同相放大器接法，將輸入信號放大到電壓峰峰值為IOV ；無線發射線圈是由導線繞成的多匝線圈構成用于與接收線圈耦合傳輸調制信號。電源管理模塊包含一個雙擲開關S、二極管D1、保險絲FI、+5V外接穩壓電源輸入接口、+4. 2V外接鋰電池輸入接口、主電源管理電路、電壓轉換電路I、電壓轉換電路2以及電壓轉換電路3，其中雙擲開關的第一輸入端串接保險絲、二極管和+5V外接穩壓電源輸入接口 ；雙擲開關的第二輸入端與電壓轉換電路I相接，該電壓轉換電路的輸入端連接+4. 2V外接鋰電池輸入接口，輸出電壓為+5V ;所述雙擲開關的輸出端分別連接主電源管理電路的輸入端、電壓轉換電路2的輸入端和電壓轉換電路3的輸入端；主電源管理電路由一個電源管理芯片TPS65023、一個復位按鍵和I2C接口組成，該復位按鍵一端接地，另一端接所述TPS65023芯片的HOTRESETn引腳，當按下該復位按鍵后所述HOTRESETn引腳變為低電平，所述TPS65023芯片的RESPWRONn引腳向所述雙核處理器0MAP-L137的RESETn引腳輸出復位信號，TPS65023芯片具有三路DC/DC輸出、兩路LDO輸出為系統提供不同電壓，所述雙核處理器OMAP-Ll37通過I2C接口對所述TPS65023芯片的輸出電壓和上電順序進行管理；電壓轉換電路1，是一個電壓轉換芯片MAX1760，為所述無線發射單元提供+5V電源；電壓轉換電路2，是一個電壓轉換芯片MAX762，為所述無線發射單元提供+IOV電源。電壓轉換電路3，是一個電壓轉換芯片MAX766，為所述無線發射單元提供-IOV電源。本發明提出一種基于局域網的電子耳蝸調試平臺的系統實施例，由硬件電路及軟件兩大部分組成。結合各附圖詳細說明如下本實施例系統整體構成如圖I所示，包括由嵌入式處理器模塊、音頻模塊、以太網模塊、調制和功率放大模塊以及無線發射線圈等構成的系統硬件，包括PC端電子耳蝸算法實驗平臺軟件、嵌入式系統中的網絡數據通信、語音處理算法及數據編碼算法等構成的系統軟件。本實施例系統主要由三種工作模式一是非實時模式，該模式下通過PC端的電子耳蝸算法實驗軟件選擇電子耳蝸的工作參數，然后發送使用電子耳蝸語音處理算法處理后的數據文件給嵌入式系統，嵌入式處理器對所接收的數據文件按照工作參數進行編碼并通 過調制和功放后發射到線圈上，其工作流程如圖2所示；二是實時模式，該模式下過PC端的電子耳蝸算法實驗軟件選擇電子耳蝸的工作參數并讀取病人的map信息，將上述參數發送到嵌入式系統，嵌入式處理器根據接收到的參數實時地采集和處理語音信號，并進行編碼、調制和功放，進而發射到線圈上，其工作流程如圖3所示；三是單電極刺激模式，該模式下通過PC端的電子耳蝸算法實驗軟件選擇電子耳蝸的工作參數以及所要刺激的電極標號和刺激幅度，將上述參數發送到嵌入式系統，嵌入式處理器根據接收到的參數對所選電極進行一定時間的刺激，其工作流程如圖4所示。本實施例中PC端電子耳蝸算法實驗平臺軟件如圖5所示，它能夠實現電子耳蝸工作參數的設置，電子耳蝸語音處理算法處理語音后的數據文件的發送，電子耳蝸調試平臺工作模式的選擇以及電子耳蝸調試平臺工作狀態的顯示等。本實施例中嵌入式處理器模塊以TI低功耗DSP+ARM雙核處理器0MAP-L137為核心處理器單元，它能通過局域網數據通信的形式接收PC端發送的電子耳蝸工作參數及經電子耳蝸語音處理算法處理語音信號后得到的dat文件數據。根據電子耳蝸算法實驗平臺軟件的控制工作在上述三種工作模式下。音頻模塊與嵌入式處理器的接口示意圖如圖6所示。音頻模塊采用一片TLV320AIC3106 (以下簡稱“AIC3106”)低功耗雙聲道音頻編解碼器擴展出麥克輸入、耳機輸出等接口。0MAP-L137通過I2C接口對AIC3106進行配置，設置采樣率為24kHz，采樣數據精度為32位，增益為8. 5dB，然后經過AIC3106片內集成的I階高通濾波器，截止頻率為90Hz，濾除50Hz工頻等低頻噪聲。經過濾波器的音頻數據通過McASP接口發給0MAP-L137，0MAP-L137可以通過McASP接口將音頻數據傳回AIC3106，通過耳機接口進行回放。本實施例在0MAP-L137的片內存儲空間之外，通過EMIFA接口擴展了一片64MByteNAND Flash，傳輸數據位寬為8比特，用于保存程序和數據，并且是系統的啟動來源。接口示意圖如圖7所示。EMA_WAIT0由NAND Flash向0MAP-L137提供忙時等待信號(低電平有效)，EMA_0En為Flash使能控制信號(低電平有效)，EMA_CS3n提供片選信號(低電平有效)，EMA_WEn為寫入使能信號(低電平有效)，EMA_D[7:0]是8位地址和數據傳輸通道，EMA_A2、EMA_A1分別控制命令鎖存使能信號CLE (高電平有效)、地址鎖存使能信號ALE (高電平有效)。本實施例通過EMIFB接口連接32Mbyte (4MX 16BitX4Banks)、傳輸數據位寬各為16比特的SDRAM。接口示意圖如圖8所示。BA[1:0]為Bank選擇引腳；A[12:0]為地址傳輸通道；DQ[15:0]為數據輸入和輸出總線觀1^是對應于低8位的00[7:0]的掩碼信號，UDQM是對應于高8位的DQ[15:8]的掩碼信號。本實施例的以太網模塊與嵌入式處理器的連接框圖如圖9所示。以太網控制芯片KSZ8893分別于嵌入式處理器OMAP L137和網口相連實現局域網通信的硬件連接。本實施例的電源管理單元的結構框圖如圖10所示，其中包含一個雙擲開關S、二極管Dl、保險絲Fl、+5V外接穩壓電源輸入接口、+4. 2V外接鋰電池輸入接口、主電源管理電路、第一電壓轉換電路以及第二電壓轉換電路。二極管Dl提供極性保護；保險絲Fl提供過流保護，最大電流為1A。通過雙擲開關S，可以在+5V外接穩壓電源輸入和+4. 2V外接鋰電池輸入之間進行切換，分別滿足電路調試和便攜式設備的要求。本實施例的主電源管理電路中采用電源管理芯片TPS65023，利用TPS65023的三路DC/DC輸出、兩路LDO輸出為系統提供不同電壓，并利用兩個電壓比較器實現合理的上電順序。TPS65023與0MAP-L137之間的連接示意圖如圖11所示。VDCDC1、VDCDC2、VDCDC3分別提供I. 2V、1. 8V、3. 3V輸出電壓。對于上電順序的解決，主要利用片上兩個電池狀態監控比較器L0WBAT_SNS和PWRFAIL_SNS。以VDCDCl作為這兩個比較器的輸入，比較器L0WBAT_SNS的輸出作為D⑶Cl輸出的使能信號，比較器PWRFAIL_SNS的輸出作為其他D⑶C和LDO輸出的使能信號，以VD⑶C2作為比較器LOWBAT的輸入，從而實現了 0MAP-L137的首先I. 2V,其次I. 8V，最后3. 3V的上電順序控制。本實施例的電壓轉換電路如圖12、圖13圖14所示。在圖13中，MAX762工作在輸出+IOV固定電壓的模式下。圖14中，MAX766工作在輸出-IOV固定電壓的模式下。本實施例中數據經過編碼后，用5MHz正弦載波信號進行ASK調制，理想情況下0碼對應的已調信號包絡幅度為O。調制和功率放大模塊電路結構圖如圖12所示。為了得到波形比較理想的載波信號，降低電路復雜度，本實施例中采用一片5MHz晶振來產生原始的載波信號，經過濾波、放大以及一級隔離電路，作為調制基帶信號送入多路復用器AD8170的一個輸入端INl。AD8170的另一個輸入端INO接地，而0MAP-L137產生的調制信號作為選擇信號輸入到多路復用器的“select”引腳。當調制信號為高電平(即對應于“I”)時，多路復用器輸出皿引腳的信號，也就是輸出載波信號；當調制信號為低電平(即對應于“0”) 時，多路復用器輸出INO引腳的信號，也就是輸出電平為0，這樣就完成的ASK調制。接著已調信號送入由AD811和BUF634組成的功率放大器，其輸出功率約為220mW，然后通過線圈發射。
權利要求
1.一種基于局域網的電子耳蝸調試平臺，其特征在于，含有PC機、嵌入式處理器、音頻編解碼電路、調制和功率放大電路、以太網接ロ、無線發射線圈、還有電源管理電路，其中 PC機，作外界仿真器用，設有電子耳蝸算法實驗調試模塊，工作模式選擇模塊以及局域網數據通信模塊，其中 電子耳蝸算法實驗調試模塊，含有各種電子耳蝸語音處理算法軟件，能夠實現電子耳蝸工作參數的設置以及調整； 工作模式選擇模塊，設有以下三種可供選擇的工作模式 非實時模式通過所述PC機中的所述電子耳蝸語音處理算法軟件選擇電子耳蝸的エ作參數，再發送處理后的數據文件給嵌入式處理器，處理器對所接收的數據文件按照電子耳蝸的工作參數進行編碼并通過調制、功率放大后發射到所述無線發射線圈上， 實時模式，通過所述PC機中的所述電子耳蝸語音處理算法軟件選擇電子耳蝸的工作參數并讀取病人的調試匹配MAP信息，送入所述嵌入式處理器，所述嵌入式處理器根據接收到的電子耳蝸工作參數和所述調試匹配MAP信息實時采集和處理對話者的語音信號，并進行編碼、調制和功放， 單電極刺激模式，通過所述PC機中的所述電子耳蝸語音處理算法軟件選擇電子耳蝸的工作參數及所要刺激的電極標號和刺激幅度，發送到所述嵌入式處理器，所述嵌入式處理器根據接收到的參數對所選的ー個電極進行一定時間的刺激， 嵌入式處理器，是ー個以TI德克薩斯儀器公司的低功耗DSP+ARM雙核處理器0MAP-L137芯片作接ロ的嵌入式處理器，設有以下接ロ =McASP接ロ、I2C接ロ，EMIFA接ロ，EMIFB接ロ，SPI接ロ，EMAC接ロ以及JTAG接ロ，其中 McASP接ロ，與所述音頻編解碼電路的音頻編解碼芯片TLV320AIC3106互連，把來自麥克風的經過濾波后的音頻數據通過該McASP接ロ發給所述0MAP-L137芯片，又通過該McASP接ロ把音頻數據在所述嵌入式處理器的該0MAP-L137芯片控制下通過耳機進行回放， I2C接ロ，有兩個分別向所述音頻編解碼芯片TLV320AIC3106和所述電源管理電路中的電源管理芯片輸出控制信號， EMIFA接ロ，與外接存儲單元中的NAND Flash互連，以擴展出64MByte代碼和數據的非易失性存儲空間， EMIFB接ロ，與所述外接存儲單元中的SDRAM互連，以擴展出32MByte程序運行空間，SPI接ロ，與所述調制和放大電路中的基帶信號生成電路的輸入端相連，輸出經過編碼后等待無線發射的刺激脈沖參數數據幀， EMAC接ロ，與所述以太網接ロ模塊的以太網物理層收發器KSZ8001L相連，得到IOMbps/1OOMbps 的以太網接ロ， JTAG接ロ，與14腳的插座連接，通過所述PC機與外部計算機相連， 所述音頻編解碼電路，含有聲音采集接口和耳機輸出接ロ，其中 聲音采集接ロ，連接ー個全向性駐極體式電容麥克風，通過MICBIAS引腳提供2. OV偏壓， 耳機輸出接ロ，連接3. 5mm耳機，用于聲音回放， 調制和功率放大模塊，由所述基帶信號生成電路、濾波和放大電路、作調制用的多路復用電路和功率放大電路依次串接而成，其中 基帶信號生成電路，是ー個由+5V電源供電的5MHz有源晶振， 濾波電路，由7階無源低通濾波電路構成， 放大電路，由ADI公司的高速運算放大器AD811和所述TI公司的緩沖器BUF634構成，所述AD811采用同相放大器接法，把輸入信號放大到電壓峰峰值為10V， 調制電路，是ー個2選I的多路復用器AD8170芯片，當輸入的選通腳為“O”時，輸出O電平，當輸入的選通腳為“I”時，輸出5MHz正弦波，在所述5MHz信號進入所述多路復用器之前加一級用運放AD8027芯片構成的以及電壓跟隨器， 無線發射線圈，是由導線繞成的多匝線圈構成，用干與接收線圈耦合傳輸調制信號，電源管理電路，含有5V直流電源，4. 2V鋰電池，雙擲開關(S)，ニ極管(Dl)，保險絲(Fl)，+5V外接直流電源輸入接ロ，+4. 2V外接鋰電池輸入接ロ，主電源管理電路，第一電壓轉換電路(1)，第二電壓轉換電路(2)以及第三電壓轉換電路(3)，其中 雙擲開關(S)，第一輸入端串接所述保險絲(F1)、ニ極管(Dl)和所述+5V外接直流電源輸出端，第二輸入端與所述第一電壓轉換電路(I)的輸出端相連，輸出為+5V的第一電壓轉換電路(I)的輸入端與所述+4. 2V鋰電池的輸出端相連，所述雙擲開關(S)分別向所述主電源管理電路、第二電壓轉換電路(2)和第三電壓轉換電路(3)提供+5V電源， 主電源管理電路，是ー個電源管理芯片TPS65023，引腳HOTRESETn連接ー個另一端接地的復位鍵，按下該復位鍵后所述引腳HOTRESETn變為低電平，引腳RESPWRONn向所述0MAP-L137芯片的RESETn引腳輸出復位信號，所述TPS65023芯片有三路DC/DC輸出和兩路LDO輸出，以提供不同等級的電壓，所述0MAP-L137通過所述I2C接ロ對所述TPS65023芯片的輸出電壓和上電順序進行管理， 第一電壓轉換電路(I)，是ー個電壓轉換芯片MAX1760,向所述調制和放大電路供電，為 +5V, 第二電壓轉換電路(2)，是ー個電壓轉換芯片MAX762，向所述的調制和放大電路提供 +IOV電源， 第三電壓轉換電路(3)，是ー個電壓轉換芯片MAX766，向所述調制和放大電路提供-IOV電源。
全文摘要
一種基于局域網的電子耳蝸調試平臺屬于電子耳蝸植入術的技術領域，其特征在于包含PC端電子耳蝸算法實驗平臺軟件、嵌入式處理器模塊、音頻模塊、調制和功率放大模塊以及無線發射線圈。PC端電子耳蝸算法實驗平臺主要實現電子耳蝸工作模式及工作參數的控制，通過局域網通信的形式與嵌入式處理器模塊進行數據通信；嵌入式處理器模塊含有DSP+ARM的低功耗雙核處理器OMAP-L137和保護電路；音頻單元含有音頻編解碼器、連接麥克風的聲音采集接口以及耳機輸出接口；調制和功率放大模塊含有基帶信號生成電路、放大和濾波電路、調制電路以及功率放大電路；無線發射線圈主要是與電子耳蝸植入體耦合進行數據和能量的傳輸，能用于參數調試和新算法的開發研究。
文檔編號A61F11/04GK102670331SQ20121018133
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月4日 優先權日2012年6月4日
發明者關添, 劉京雷, 劉托, 宮琴 申請人:清華大學