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可穿戴领域的趋同推动芯片级创新

2022年06月23日
       过去几年, 数字助听器的发展引领了消费电子行业的发展。在许多方面, 助听器代表了完美的嵌入式系统。它始终旨在满足更广泛市场的各种总体要求, 包括小尺寸、超低功耗、高性能以及通过新功能和更好的音质不断改进。根据摩尔定律, 半导体技术能够以可预测的周期增加集成功能,

支持所有终端市场。更高的集成度会增加功能密度,

从而实现更小的最终产品。最好的例子是可以放置在耳朵中或隐藏在耳后的设备。助听器功能的第一个重大改进是非线性放大, 它根据接收到的信号更客观地放大不同的声音。数字信号处理器的出现提高了选择性放大不同频率的精度和位深度, 将助听器推向了一个新的维度。以蓝牙低功耗连接为代表的无线个域网开启了第三代助听器技术。连接的助听器可以通过移动应用程序进行控制, 一些助听器还可以接听电话, 甚至听音乐。未来的趋势是助听器行业正在评估人工智能(和机器学习)作为助听器功能的进一步扩展。这可以看作是第四代助听器, 也可能是最具影响力的Sensor。如今, 助听器集成了用于医疗目的的传感器, 例如心率监测、血氧监测、血糖测量和老年人跌倒检测。这些传感器也可用于实现消费电子产品的功能, 包括计步器和心率监测。智能手机和蓝牙连接如何重新定义市场 图 1:采用蓝牙无线技术的助听器 虽然非线性放大和技术对助听器性能和用户体验有直接影响, 但无线连接可能更为深远。将无线功能集成到任何设备中, 将设备带入物联网时代;设备不再是一个孤立的应用程序, 而是一个连接的东西, 一个生态系统的一部分, 一个更大的实体。就助听器而言, 添加蓝牙无线技术可以让助听器直接连接到智能手机。这可能看起来像一个简单的扩展, 但它实际上是一个巨大的改进。在无线连接助听器之前, 佩戴者必须把手伸到耳后才能访问设备上的微小控制按钮。这对于老年人(传统的助听器佩戴者)尤其具有挑战性, 因为他们通常也不太灵巧。事实上, 无线连接为用户提供的不仅仅是一种提高或降低音量的新方法, 它还提供了一种控制和修改助听器设置。一旦连接到智能手机应用程序, 助听器就成为一个用途极其广泛的外围设备, 为用户提供直接和非常亲密的连接。助听器有两个非常重要的功能, 它充当麦克风(或多个和一个扬声器)。通过添加蓝牙连接, 助听器可以同时与用户和更广泛的互联网进行通信。蓝牙连接允许佩戴者直接访问任何Content.Edge算法可以识别等。词为用户提供类似于当前智能音箱的体验。除了边缘之外, 舒适度算法也对改善聆听体验产生了相当大的影响。例如:环境分类可以使助听器适应当时的环境条件, 降噪可以滤除背景声音。但是, 一旦与手机应用程序连接, 这些功能也可以由用户设置或修改, 但需要明确干预。而机器学习的加入旨在消除这种用户干预, 让助听器能够自动适应各种条件或用户的个人喜好。通过强化学习, 可以逐步提高性能。通过允许使用智能手机应用程序与其他用户安全地共享数据, 所有用户都将受益于系统通过学习实现的改进。可穿戴设备是一种新型的可穿戴设备。通过整合上述所有功能, 制造商显着改变了助听器性能和用户体验的标准。虽然助听器主要旨在帮助失去听力或有其他听力障碍的人, 但它反映了可穿戴技术普及的更广泛趋势。一些集成了跌倒检测和体温监测等高级功能的设备已经上市。
       预计在不久的将来会看到更多此类设备。通过配套的智能手机应用程序和互联网可以实现更高级的功能。例如, 至少有一家助听器制造商已开始提供实时语言翻译和转录服务。其他便利功能, 例如背景噪音消除, 也越来越受到消费者的欢迎。随着这种趋势的继续, 助听器和通常用于听音乐和打电话的耳机之间可能存在差距。有一定程度的收敛。一些助听器制造商已将无缝接口技术集成到语音控制的数字助理中。这种趋势的发展可能会带来意想不到的好处;助听器佩戴的便利性可能会鼓励更多人探索助听器的使用,

最终造福那些需要助听器但还不知道的人。这种使能技术的发展主要是由于数字信号处理的进步, 即创建了先进的架构, 可以以更少的时钟周期提供更高的处理性能, 以及出色的音质。这些进步反过来又受益于半导体加工技术, 它为高度集成的小规模解决方案提供了一个平台, 以实现助听器的下一次发展所需的功能密度。安森美半导体音频处理器解决方案系列中的最新设备就是一个例子。 8300 主要针对助听器和可听设备,

具有 6 个处理核心, 每个处理核心都针对该应用领域的性能进行了优化。它包括 3 个内核、1 个微控制器和 2 个硬件加速器, 其中一个是神经网络加速器, 旨在以节能的方式执行和机器学习功能, 而无需额外的处理器干预。如图 1 所示, 8300 的架构包括灵活的输入和输出级, 以及一些片上外设和接口。图 2:助听器和耳戴式设备的 8300 处理器框图 8300 提供的功能已针对各种先进的新兴产品开发, 包括专业和无线助听器。 8300 使用的新的高质量和强大的音频具有帮助实现下一代可听可穿戴技术, 带来更多便利和消费功能。这方面的妥协还包括传统耳机和耳机。
       总结数字信号处理方面的进步, 这些进步使无线连接和机器学习技术集成到可听设备和可穿戴设备中。
       易用性和较长的电池寿命是该技术成功的主要考虑因素。作者:安森美半导体产品经理主编:本文为《电子工程特刊》2021年9月号文章, 版权所有, 禁止转载。点击申请免费杂志订阅
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