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人工耳蜗是目前唯一能使全聋患者恢复听觉的装置,它是向功能尚完好的听神经施加脉冲电刺激来传递声音的。它可以分为体外部分和体内部分,而体外部分的语音信号处理器是人工耳蜗的核心部分。本论文通过分析多种人工耳蜗语音信号处理方案,选取CIS方案进行优化和ASIC设计,以满足人工耳蜗产品低功耗、高性能的需求。
为了降低人工耳蜗系统的功耗,采用ASIC方法来设计其语音信号处理部分,来代替传统的DSP实现形式。算法中的多项参数均可调节,具有较大的灵活性,并且所设计的结构可以适用多种n-of-m类方案。由于提供了较高的刺激速率,并且通过提取基音频率信息来增强汉语的声调信息,从而提高了患者的语音识别率。考虑到仿真过程对于评价人工耳蜗性能的重要性,本文提出了一种更加接近人工耳蜗使用者试听效果的仿真模型。
采用牛顿迭代算法进行CIS方案中对数/指数压缩函数的设计,可以有效地控制查找表的大小,并且具有较快的收敛速度,计算精度和迭代次数均可调。由于在许多场合需要在频域进行语音信号处理,所以本文设计了一个流水线结构的FFT处理单元,具有处理速度快、资源利用高效的特点。
针对体内接受刺激器设计的具体要求,进行了完整的模块划分。为了降低通道间的相互干扰,设计了双相脉冲和三相脉冲生成电路。输出电极开关网络可以提供多种刺激模式。并且可以根据虚拟通道理论,提供给患者更多的频域信息。
在本文的最后,为了进一步降低人工耳蜗系统的功耗,首先分析了系统功耗的构成,并对多种功耗优化方法进行分析。在此基础上,在系统级和RTL级采用多种优化方法降低系统的功耗,为全植入式人工耳蜗的设计提供了依据。