專利名稱：用于助聽器的fsk接收器和處理fsk信號的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及助聽器。具體地，其涉及包括無線接收器的助聽器。更具體地，本發(fā)明 涉及包括頻移鍵控(FSK)接收器的助聽器。
背景技術(shù)：
助聽器中的常用信號源是拾取在助聽器附近發(fā)生的聽覺聲信號的一個或多于一 個擴(kuò)音器/麥克風(fēng)。助聽器中的另一常用信號源是拾音線圈(telecoil)接收器。這種接 收器經(jīng)常表現(xiàn)為微小線圈，該微小線圈被配置為從圍繞包括該接收器的助聽器的拾音線圈 發(fā)射器獲得電磁基帶(即未調(diào)制)音頻信號。為了先進(jìn)的功能性，現(xiàn)有技術(shù)的助聽器通常被設(shè)計成接受多于一個信號源，以便 借助于助聽器電路放大、調(diào)節(jié)和再生所接受的信號源。一些耳背式(BTE)助聽器具有用于將外部設(shè)備連接到助聽器電路的裝置，諸如FM 接收器、藍(lán)牙 接收器、電纜等。這種外部設(shè)備能夠以各種方式與助聽器通信；例如，通常 提供電纜連接以便設(shè)計助聽器，F(xiàn)M接收器可以被連接以用于公共廣播的情形，其中講話者 佩戴具有無線FM發(fā)射器的麥克風(fēng)，而藍(lán)牙 接收器可以用于使來自移動電話等的音頻信號 流。一些較新的助聽器類型還包括內(nèi)部無線接收器。這些無線接收器類型的大多數(shù)直 接從助聽器電池獲得能量。長時間使用本領(lǐng)域已知的無線接收器可能導(dǎo)致迅速消耗助聽器 電池，這使得必須經(jīng)常更換電池并且增加了助聽器的運行成本。具有包括獨立電池的整體 電源的接收器類型增加了接收器的重量、尺寸和復(fù)雜性。因此更高功率效率的無線接收器 將對助聽器使用者更有利。功率效率例如可以通過減少接收器電路的總功率消耗而被提高。然而，這應(yīng)該在 不削弱接收器的噪音性能的情況下被執(zhí)行，削弱接收器的噪音性能可能導(dǎo)致降低的信號品 質(zhì)。假如將被傳輸?shù)男盘柺菙?shù)字格式，則通常優(yōu)選本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的FSK發(fā)射器/ 接收器結(jié)構(gòu)。FSK信號可以以多種不同的方式被解調(diào)，每種方式具有不同的優(yōu)點、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和復(fù) 雜度。解調(diào)器可以被劃分為幾種類別FM到AM類型(如斜率、Foster-Seeley和比率)解 調(diào)器、PLL解調(diào)器、零交叉解調(diào)器和正交解調(diào)器。本領(lǐng)域熟知的一種正交解調(diào)器類型包括一個本機/局部(local)振蕩器和兩個信 號支路，這兩個信號支路分別表示為將所接收的信號分裂成同相(I)分量和正交(Q)分量 的同相支路和正交支路。在(二進(jìn)制)正交信號中，一個分量被賦值為二進(jìn)制0，另一個分 量被賦值為二進(jìn)制1。由于兩個信號分量I和Q相互排斥，無論何時激活發(fā)射器，都產(chǎn)生包 括1和0的數(shù)字比特流。兩個支路被連接到CPU，該CPU完成解調(diào)過程。通常，每個支路包 括乘法器、濾波器和決策器。同相支路中的乘法器被直接連接到本機振蕩器，而正交支路中 的乘法器被連接到相位偏移90度的本機振蕩器。然后根據(jù)其預(yù)期目的解碼和利用頻移鍵 控信號中的信息。
例如，這種FSK解調(diào)器在Burke的US4987374中被描述。該解調(diào)器包括饋送信號 (feeding)給第一支路和第二支路的本機振蕩器，每個支路包括混頻器和檢測級。第一支路 中的混頻器將進(jìn)入信號和來自本機振蕩器的直接信號混頻，第二支路中的混頻器將進(jìn)入信 號和來自本機振蕩器的相位偏移90度的信號混頻?，F(xiàn)有技術(shù)的FSK接收器在多數(shù)應(yīng)用中令人滿意地工作。然而，如果可用功率很小 (在助聽器中通常就是這樣)，則有效傳輸音程非常短，并且接收誤差(例如由于信號中的 噪音)可能嚴(yán)重地破壞所接收信號的品質(zhì)。因此，為了在不顯著增加功率消耗的情況下改進(jìn)FSK接收器的抗噪性，需要檢測 信號的更確信方式。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明適用于助聽器的無線FSK接收器具有權(quán)利要求1所述的特征。通過將解調(diào)器支路的數(shù)目從2增加到3、4、5或更多的支路，根據(jù)本發(fā)明的FSK接 收器的總比特分辨率(即每個數(shù)據(jù)位發(fā)送的離散符號的數(shù)目)相對地增加。利用當(dāng)代的微 電子技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)盡管增加了接收器的復(fù)雜性，但是由添加更多的解調(diào)器支路所導(dǎo)致的 增加的功率消耗是可接受的。因此，可以實現(xiàn)FSK接收器設(shè)計的更有效且高功率效率的方 法。包括5到10個解調(diào)器支路的無線FSK接收器被認(rèn)為可以在抗噪性、電路復(fù)雜性和總接 收器功率消耗之間提供最佳均衡。在第二方面，本發(fā)明提供如權(quán)利要求7所述的無線FSK接收器。在第三方面，本發(fā)明提供如權(quán)利要求9所述的方法。進(jìn)一步的特征和優(yōu)點出現(xiàn)在從屬權(quán)利要求中。


現(xiàn)在將參考附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明，其中圖1是顯示現(xiàn)有技術(shù)無線FSK發(fā)射器的示意框圖；圖2是顯示圖1中的發(fā)射器發(fā)射的信號的頻譜的曲線圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)無線FSK接收器；圖4是圖3中所示的現(xiàn)有技術(shù)無線FSK接收器檢測的信號的矢量圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的無線FSK接收器的實施例的示意框圖；圖6是在圖5所示的無線FSK接收器中的削波階段之前檢測二進(jìn)制“0”的5個支 路的時序圖；圖7是檢測來自圖5所示的無線FSK接收器的二進(jìn)制“0”的信號的矢量圖；圖8是在圖5所示的無線FSK接收器中的削波階段之前檢測二進(jìn)制“1”的5個支 路的時序圖；圖9是檢測來自圖5所示的無線FSK接收器的二進(jìn)制“ 1，，的信號的矢量圖；圖10是在圖5所示的無線FSK接收器中的削波階段之后檢測二進(jìn)制“0”的5個 支路的時序圖；圖11是在圖5所示的無線FSK接收器中的削波階段之后檢測二進(jìn)制“1”的5個 支路的時序圖12是根據(jù)本發(fā)明的模擬差分結(jié)構(gòu)的無線FSK接收器的實施例；及圖13是具有根據(jù)本發(fā)明的無線FSK接收器的助聽器。
具體實施例方式圖1顯示現(xiàn)有技術(shù)的頻移鍵控(FSK)發(fā)射器1。它包括串行比特流發(fā)生器2、反相 器3、第一混頻器或乘法器5、第一本機振蕩器4、第二混頻器或乘法器6、第二本機振蕩器7、 求和節(jié)點8、輸出級9和發(fā)射器天線10。數(shù)據(jù)信號m(t)由串行比特流發(fā)生器2產(chǎn)生，并且 被分裂成兩個支路。下面支路中的信號與來自第二本機振蕩器7的信號在第二混頻器6中 混頻，上面支路中的信號由反相器3反相并且與來自第一本機振蕩器4的信號在第一混頻 器5中混頻。由于在上面支路中存在反相器3，所以在任何時間混頻器5、6中僅有一個產(chǎn)生 輸出信號。來自本機振蕩器4、7的信號可以分別被描述為cos(Oc+A co) t)和cos(Oc-A co) t)來自解調(diào)器1的兩個輸出支路的信號在求和節(jié)點8處被求和，產(chǎn)生FSK信號s(t)， 其被描述為 其由輸出級9放大以便經(jīng)由發(fā)射器天線10無線傳輸。因此FSK發(fā)射器輸出由本 機振蕩器4和7確定的兩個頻率中的一個，這取決于m(t)是“0”還是“ 1 ”。圖2顯示由圖1中的FSK發(fā)射器產(chǎn)生的FSK信號的一部分頻譜。該信號位于f。+ A f 和f。-Af附近。頻譜內(nèi)容可能隨著m(t)的不同調(diào)制指數(shù)值和不同頻譜內(nèi)容而不同?，F(xiàn)有技術(shù)無線FSK接收器11被配置為接收和解碼由圖1中的FSK發(fā)射器產(chǎn)生的 無線FSK信號，該無線FSK接收器在圖3中用示意框圖顯示。無線FSK接收器11的輸入級 包括接收天線12、放大器13和限幅器14。為了檢測所接收的信號，F(xiàn)SK接收器11還具有 第一相位檢測級、第二相位檢測級和CPU接口 19，其中第一相位檢測級包括第一本機振蕩 器15a、第一混頻器16a、第一低通濾波器17a和第一限幅器18a，第二相位檢測級包括第二 本機振蕩器15b、第二混頻器16b、第二低通濾波器17b和第二限幅器18b。FSK信號由接收天線12接收、由放大器13放大并且由限幅器14調(diào)整。限幅器14 的輸出被分裂成兩個支路并且被分別饋送到第一混頻器16a的輸入和第二混頻器16b的輸 入。在第一混頻器16a中，輸入信號與來自第一本機振蕩器15a的輸出信號相乘。產(chǎn)生的 輸出信號被饋送到第一低通濾波器17a的輸入，并且來自第一低通濾波器17a的輸出被饋 送到第一限幅器18a的輸入。同樣地，在第二混頻器16b中，輸入信號與來自第二本機振蕩器15b的輸出信號相 乘。產(chǎn)生的輸出信號被饋送到第二低通濾波器17b的輸入，并且來自第二低通濾波器17b 的輸出被饋送到第二限幅器18b的輸入。來自第一限幅器18a和第二限幅器18b的輸出信 號被饋送到CPU接口 19的輸入以便進(jìn)一步處理。圖4是顯示圖3中所示的現(xiàn)有技術(shù)接收器所接收的信號的矢量I (同相)和Q(正 交相)的矢量圖。矢量I和Q在單位圓中被描述并且相互具有90度的相位差。橫坐標(biāo)(0° )和矢量I之間的相位偏差被表示為A (0 t并且表示現(xiàn)有技術(shù)接收器11的角符號 分辨率。在該設(shè)置中，接收器中的相位檢測級的數(shù)目是2，等于傳輸信號中存在的明顯可檢 測的相位角的數(shù)目，因此所接收的信號中存在的噪音和EMC干擾可能顯著地降低現(xiàn)有技術(shù) 接收器11的接收能力，最終降低到信息被篡改、扭曲或完全丟失的程度。隨著發(fā)射功率的 減小，對噪音干擾的敏感性增加。接收品質(zhì)可以以多種方式被改進(jìn)，例如增大發(fā)射器功率、 減小傳輸距離或改進(jìn)接收器選擇性。如果保持接收器目前的兼容性，則增大發(fā)射器功率是不可能的。更高功率的發(fā)射 器也可能是笨重的并且難于合并到例如便攜尺寸的遙控裝置中。在這種情形下，傳輸距離 還可以是方便的距離，因為將遙控裝置保持在口袋中并且從那里對其操作是有益的。在接 收器選擇性方面的改進(jìn)很難在不增加接收器電路的復(fù)雜性(以及功率消耗)的情況下完 成。提供具有改進(jìn)抗噪性的FSK接收器而不顯著增加功率消耗是本發(fā)明的目標(biāo)。圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的無線FSK接收器20的示意框圖。無線FSK接收 器20是單端FSK接收器。無線接收器20的輸入級包括接收天線12、放大器13和限幅器 14，類似于現(xiàn)有技術(shù)的無線接收器11的輸入級。為了檢測所接收的信號，F(xiàn)SK接收器20包 括5個相同的解調(diào)器支路，每個解調(diào)器支路分別包括本機振蕩器15a、15b、15c、15d、15e,混 頻器 16a、16b、16c、16d、16e，低通濾波器 17a、17b、17c、17d、17e 以及限幅器 18a、18b、18c、 18d、18e。每個限幅器18a、18b、18c、18d、18e的輸出被分別連接到查找表塊28的輸入，查找 表塊28包括加權(quán)(weight) Xl、x2、x3> x4、x5,加權(quán)yi、y2、y3、y4、y5，第一求和E x和第二求和 E y以及Arctan2函數(shù)21。無線FSK接收器20的限幅器18a、18b、18c、18d、18e的每個輸出提供查找表28的 一個輸入，并且被分裂成分別用Xi和yi加權(quán)的兩個單獨支路組。來自加權(quán)Xl、x2、x3、x4、x5 的輸出在第一求和E x中求和，來自加權(quán)yi、y2、y3、y4、y5的輸出在第二求和E y中求和。求 和E x和[y的輸出被饋送到ArCtan2函數(shù)21的輸入，查找表28的ArCtan2函數(shù)21的輸 出被連接到微分器/差分器22的輸入。下面將進(jìn)一步解釋Arctan2函數(shù)。 為
本文中使用的兩變元反正切函數(shù)是反正切函數(shù)的變體Arctan2(X，y)并且被定義 因此，與僅被定義在單位圓右側(cè)的常規(guī)反正切函數(shù)arCtan(X，y)不同，ArCtan2函 數(shù)被定義在整個單位圓中。 微分器22的輸出被連接到低通濾波器23的輸入，低通濾波器23的輸出被連接到 比較器27的輸入，比較器27的輸出被連接到時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)塊24的輸入。時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)塊 24通過時鐘線C和數(shù)據(jù)線D被連接到緩沖器25。緩沖器25的輸出被連接到串行外圍接口26的輸入。天線12接收所傳輸?shù)男盘?，放大?3將所接收的信號放大到適于輸入限幅器14 的信號水平。所接收的信號被假設(shè)是頻率調(diào)制的頻移鍵控的模擬比特流。所接收的信號借 助于限幅器14被轉(zhuǎn)換成二級數(shù)字比特流。然后該信號被提供給如下所述的第一、第二、第 三、第四和第五解調(diào)器支路的輸入。第一解調(diào)器支路15a、16a、17a、18a轉(zhuǎn)換并且調(diào)整限幅器14輸出的信號的第一部 分。第一本機振蕩器15a和第一混頻器16a將所接收的信號轉(zhuǎn)換為基帶信號。第一混頻器 16a將直接轉(zhuǎn)換的傳輸信號輸出給第一低通濾波器17a，來自第一濾波器17a的輸出的信號 被用作第一限幅器18a的輸入信號，第一限幅器18a在第一支路15a、16a、17a、18a中起到 決策器件的作用。第一限幅器18a的輸出是邏輯數(shù)字電平，其被用作加權(quán)Xl和yi的變元， 在求和E x和[y中被求和以提供查找表28中ArCtan2函數(shù)21的輸入。第二解調(diào)器支路15b、16b、17b、18b轉(zhuǎn)換并且調(diào)整限幅器14輸出的信號的第二部 分。與來自第一本機振蕩器15a的輸出信號相比，來自第二本機振蕩器15b的輸出信號被 相移n/5。第二本機振蕩器15b和第二混頻器16b將所接收的信號轉(zhuǎn)換為基帶信號。第 二混頻器16b將直接轉(zhuǎn)換的傳輸信號輸出給第二低通濾波器17b，來自第二濾波器17b的 輸出的信號被用作第二限幅器18b的輸入信號，第二限幅器18b在第二支路15b、16b、17b、 18b中起到?jīng)Q策器件的作用。第二限幅器18b的輸出是邏輯數(shù)字電平，其被用作加權(quán)x2和 y2的變元，在求和E x和[y中被求和以提供查找表28中ArCtan2函數(shù)21的輸入。第三解調(diào)器支路15c、16c、17c、18c轉(zhuǎn)換并且調(diào)整限幅器14輸出的信號的第三部 分。與來自第一本機振蕩器15a的輸出信號相比，來自第三本機振蕩器15c的輸出信號被 相移2 ji /5。第三本機振蕩器15c和第三混頻器16c將所接收的信號轉(zhuǎn)換為基帶信號。第 三混頻器16c將直接轉(zhuǎn)換的傳輸信號輸出給第三低通濾波器17c，來自第三濾波器17c的 輸出的信號被用作第三限幅器18c的輸入信號，第三限幅器18c在第三支路15c、16c、17c、 18c中起到?jīng)Q策器件的作用。第三限幅器18c的輸出是邏輯數(shù)字電平，其被用作加權(quán)^和 y3的變元，在求和E x和[y中被求和以提供查找表28中ArCtan2函數(shù)21的輸入。第四解調(diào)器支路15d、16d、17d、18d轉(zhuǎn)換并且調(diào)整限幅器14輸出的信號的第四部 分。與來自第一本機振蕩器15a的輸出信號相比，來自第四本機振蕩器15d的輸出信號被 相移3^1/5。第四本機振蕩器15d和第四混頻器16d將所接收的信號轉(zhuǎn)換為基帶信號。第 四混頻器16d將直接轉(zhuǎn)換的傳輸信號輸出給第四低通濾波器17d，來自第四濾波器17d的 輸出的信號被用作第四限幅器18d的輸入信號，第四限幅器18d在第四支路15d、16d、17d、 18d中起到?jīng)Q策器件的作用。第四限幅器18d的輸出是邏輯數(shù)字電平，其被用作加權(quán)x4和 y4的變元，在求和E x和[y中被求和以提供查找表28中ArCtan2函數(shù)21的輸入。第五解調(diào)器支路15e、16e、17e、18e轉(zhuǎn)換并且調(diào)整限幅器14輸出的信號的第五部 分。與來自第一本機振蕩器15a的輸出信號相比，來自第五本機振蕩器15e的輸出信號被 相移4 Ji /5。第五本機振蕩器15e和第五混頻器16e將所接收的信號轉(zhuǎn)換為基帶信號。第 五混頻器16e將直接轉(zhuǎn)換的傳輸信號輸出給第五低通濾波器17e，來自第五濾波器17e的 輸出的信號被用作第五限幅器18e的輸入信號，第五限幅器18e在第五支路15e、16e、17e、 18e中起到?jīng)Q策器件的作用。第五限幅器18e的輸出是邏輯數(shù)字電平，其被用作加權(quán)x5和 y5的變元，在求和E x和[y中被求和以提供查找表28中ArCtan2函數(shù)21的輸入。
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因此，Arctan2函數(shù)21從5個解調(diào)器支路接收經(jīng)求和的邏輯電平Xi和并且將這 些電平作為ArCtan2函數(shù)21的變元。因此，ArCtan2 (Xi，y》函數(shù)21推導(dǎo)出旋轉(zhuǎn)矢量0⑴， 其被用作微分器22的輸入。來自微分器22的輸出信號在低通濾波器23中被低通濾波，來 自低通濾波器23的輸出信號被傳送到比較器27，該比較器用作解調(diào)器的決策器件。來自比 較器27的輸出被用作時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)塊24的輸入。時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)塊24通過低通濾波器23從提供給它的串行數(shù)據(jù)信號中提取嵌入式 時鐘脈沖，并且將所恢復(fù)的時鐘脈沖通過時鐘線C提供給緩沖器25，并通過數(shù)據(jù)線D將串行 數(shù)據(jù)信號提供給緩沖器25。串并行接口用嵌入式時鐘脈沖來重新同步被緩沖的數(shù)據(jù)信號。 緩沖器25收集預(yù)定數(shù)目的被接收的數(shù)據(jù)位，并且將這些數(shù)據(jù)位提供給串行外圍接口 26。串 行外圍接口 26被配置為在緩沖器25飽和之前取出被緩沖的數(shù)據(jù)。無線接收器20能夠檢測所接收的數(shù)據(jù)流中的單獨數(shù)字符號之間的相位差，其準(zhǔn) 確度比現(xiàn)有技術(shù)所熟知的FSK接收器高。假設(shè)5個本機振蕩器15a、15b、15C、15d、15e中的 每一個輸出如下信號IA(t) 然后根據(jù)本發(fā)明的FSK接收器20中的每個支路i的解調(diào)信號Ui (t)可以被描述 為 其中K是比例系數(shù)。該表達(dá)式不考慮限幅器14中由削波產(chǎn)生的邊帶。圖6中的曲線圖顯示接收示例的5條曲線111、112、113、114和115，其中111(0 =0。每條 曲線的半周期對應(yīng)于時間周期n/A ，曲線的順序?qū)?yīng)于表示圖7中所示矢量圖中的 玨個被檢測信號的玨個矢量！^！^！^^和 的逆時針順序。相位偏差是JI/5并且表示根 據(jù)本發(fā)明的接收器20的角符號分辨率。通過比較圖7中的矢量圖與圖4中所示的矢量圖， 應(yīng)該注意到該符號分辨率比現(xiàn)有技術(shù)的FSK接收器11獲得的符號分辨率更好。圖呂中的曲線圖顯示接收示例的玨條曲線！^！^！^ 和…，其中?。。、?0。每條 曲線Ui的半周期對應(yīng)于時間周期/ A (0，曲線的順序?qū)?yīng)于表示圖9中所示矢量圖中的 5個檢測信號的5個矢量U5、U4、U3、U2和Ul的順時針順序。同樣地，應(yīng)該注意到該符號分辨 率比現(xiàn)有技術(shù)的FSK接收器11獲得的符號分辨率更好。因此，5個支路中的5個被檢測矢量的累進(jìn)序列對應(yīng)于被檢測的邏輯“0”，5個支路 中的5個被檢測矢量的回歸序列對應(yīng)于被檢測的邏輯“1”。當(dāng)檢測到“0”時，這對應(yīng)于圖 7的矢量圖中所示的逆時針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)檢測到“ 1”時，這對應(yīng)于圖9矢量圖中所示的順時針旋轉(zhuǎn)。再次參考圖5，在通過FSK接收器20的限幅器級18a、18b、18c、18d、18e執(zhí)行削波 之后，5個輸出信號巧、u2,圮、圮、化在m(t) = 1時看起來大致地像圖10中的時序 圖，而在m(t) = 0時大致像圖11中的時序圖。在圖10的情形，首先檢測到A，然后檢測到
坧、&和4。這告訴接收器信號矢量e (t)是順時針移動的，并且接收到“1”。在圖11 的情形，首先檢測到圮，然后檢測到圮、巧、A和A。這告訴接收器信號矢量9 (t)是逆時 針移動的，并且接收到“0”。下面以示例的方式被更詳細(xì)地描述m(t) =1時該信息的推導(dǎo)過程。 信號巧、yi、Xi和函數(shù)ArCtan2(yi，x,)被用來確定矢量是順時針旋轉(zhuǎn)(被解釋為 “1”)還是逆時針旋轉(zhuǎn)(被解釋為“0”)。對于m(t) = 1，信號化可以用矩陣A描述 常量yi和Xi是下面線性方程組的解
，角度為
其中
,其中 線性方程中的角度值在此處用度數(shù)表示以便清楚。相似的矩陣(未顯示)描述 m(t) =0時的信號4。其可能在形式上也顯示出對于y和x分別存在一個唯一解?？梢允褂孟嗤某Ａ堪幢壤{(diào)整y和x，因為它們都是ArCtan2(yi，Xi)的變元。這 些線性方程的一個特殊解可能是 其給出的結(jié)果為下面的角度序列當(dāng) m(t) = 1 時， 當(dāng) m(t) = o 時， 提供給FSK接收器的信號具有正斜率或負(fù)斜率，正斜率對應(yīng)于單位圓圖中的順時 針旋轉(zhuǎn)并因此表示二進(jìn)制“1”，負(fù)斜率對應(yīng)于單位圓圖中的逆時針旋轉(zhuǎn)并因此表示二進(jìn)制 “0”。以這種方式，對于FSK接收器20有可能確定信號是上升還是下降，即矢量在單位圓圖 中順時針移動或逆時針移動，例如通過在一個位持續(xù)時間期間在樹0的兩個值之間的差，確 定識(0在該位持續(xù)時間周期內(nèi)是正的還是負(fù)的，并因此確定所傳輸?shù)姆柺嵌M(jìn)制“0”還 是二進(jìn)制“1”。調(diào)制指數(shù)被定義為存二！，其中Af 是偏差頻率[Hz]，DR是數(shù)據(jù)速率[bits/s]。 UK如果最終的矢量以角速度A (0旋轉(zhuǎn) 則瞬時角度值樹0是
( 作為一個示例，假設(shè)調(diào)制指數(shù)3 = 1，則數(shù)據(jù)速率DR是2Af，并且位持續(xù)時間為 其中I；是被調(diào)制信號的偏差頻率的周期。這表示最終的矢量在單位圓中針對每 一位(pr.bit)旋轉(zhuǎn)Ji弧度。在具有多于兩個支路的FSK接收器中，位分辨率的概念被定義為 其中N是系統(tǒng)中支路的數(shù)目。在數(shù)學(xué)上，位分辨率表示每一數(shù)據(jù)位對應(yīng)的單位圓 中的點的數(shù)目。隨著支路數(shù)目的增加，位分辨率由于表示每一位的可檢測符號的數(shù)目增加 而成比例地增大，因此改進(jìn)了每一位的檢測。與現(xiàn)有技術(shù)已知的接收器中僅有兩個不同的 角度值不同，在五相系統(tǒng)中(如圖5中的實施例所示的接收器20)，其對于每一位給出了 樹0的5個不同的角度值，即5 0的位分辨率產(chǎn)生更高的檢測準(zhǔn)確度并因此產(chǎn)生更好的抗 噪性。圖12顯示根據(jù)本發(fā)明的無線FSK接收器的另一個優(yōu)選實施例30。無線接收器30 是差分FSK接收器。差分FSK接收器本身在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，并且其比單端FSK接收 器實施方式具有多個實際優(yōu)點。從體系角度看，差分實施方式與單端實施方式不具有顯著 的差異，但實際上，差分實施方式具有更好的抗噪性。下面將更詳細(xì)地描述圖12中顯示的本發(fā)明的差分FSK接收器。無線接收器30的輸入級包括接收天線12和放大器13。在該實施方式中不需要輸 入限幅器。放大器13通過雙線接口總線被分別連接到5個混頻器16a、16b、16c、16d、16e中 每一個的兩個輸入。5個本機方波振蕩器15a、15b、15c、15d、15e中的每一個包括兩個輸出， 其中一個輸出被連接到5個反相器29a、29b、29C、29d、29e中各自一個的輸入，另一個輸入 被直接連接到5個混頻器16a、16b、16C、16d、16e中各自一個的輸入。5個反相器29a、29b、 29c、29d、29e的輸出被分別連接到5個混頻器16a、16b、16c、16d、16e的另一個輸入。來自
11本機方波振蕩器15a、15b、15C、15d、15e的信號在相位上相差Ji/5。反相器29a、29b、29c、29d、29e的目的是分別為混頻器16a、16b、16c、16d、16e提供 來自本機振蕩器15a、15b、15C、15d、15e的直接信號分別被相位反轉(zhuǎn)180度后的信號。因此 5個混頻器16a、16b、16c、16d、16e中的每一個接收4個單獨信號用以混頻來自輸入級12、 13的實時輸入信號和反相信號、分別來自本機方波振蕩器15a、15b、15C、15d、15e中每一個 的實時本機振蕩器信號以及分別來自反相器29a、29b、29C、29d、29e中每一個的反相本機 振蕩器信號。來自5個混頻器16a、16b、16C、16d、16e的輸出信號包括用于進(jìn)一步處理的5 個信號對，其中在每個信號對之間具有36度相位差。來自5個混頻器16a、16b、16C、16d、16e的信號對被分別連接到5個帶通濾波器 31a、31b、31c、31d、31e的輸入。5個帶通濾波器31a、31b、31c、31d、31e的輸出也形成信號 對，其被分別連接到5個限幅器18a、18b、18C、18d、18e的輸入。5個限幅器18a、18b、18c、 18d、18e的輸出被連接到查找表28的輸入，查找表28包括加權(quán)乂”^知力化，加權(quán)n y3、y4、y5，第一求和E x和第二求和E y和ArCtan2函數(shù)21。圖12中的查找表28和下游后 續(xù)塊以與圖5所示的無線接收器20的配置方式相似的方式被配置。在5個限幅器18a、18b、18c、18d、18e的上游，信號被認(rèn)為是模擬信號。在5個限幅 器18a、18b、18C、18d、18e的下游，信號被認(rèn)為是數(shù)字信號。5個限幅器18a、18b、18c、18d、 18e在混頻器16a、16b、16C、16d、16e之后的這種策略布置也有助于保持低的功率消耗，因 為在基帶的數(shù)字切換比在高頻(諸如FSK傳輸頻率)的數(shù)字切換需要更少的功率。第一解調(diào)器支路15a、29a、16a、31a、18a轉(zhuǎn)換并且調(diào)整前置放大器13輸出的信號 的第一部分。第一本機振蕩器15a將所接收的信號轉(zhuǎn)換為基帶信號。第一混頻器16a將直 接轉(zhuǎn)換的傳輸信號輸出給第一帶通濾波器31a，來自第一帶通濾波器31a的輸出的信號被 用作第一限幅器18a的輸入信號，第一限幅器18a在第一支路15a、29a、16a、31a、18a中起 到?jīng)Q策器件的作用。第一限幅器18a的輸出是邏輯數(shù)字電平，其被用作支路Xl和yi的變 元，在求和E y中被求和以提供查找表28中ArCtan2函數(shù)21的輸入。第二解調(diào)器支路15b、29b、16b、31b、18b轉(zhuǎn)換并且調(diào)整前置放大器13輸出的信號 的第二部分。第二本機振蕩器15b將所接收的信號轉(zhuǎn)換為基帶信號。與來自第一本機振 蕩器15a的輸出信號相比，來自第二本機振蕩器15b的輸出信號被相移ji/5。第二混頻器 16b將直接轉(zhuǎn)換的傳輸信號輸出給第二帶通濾波器31b，來自第二帶通濾波器31b的輸出的 信號被用作第二限幅器18b的輸入信號，第二限幅器18b在第二支路15b、29b、16b、31b、18b 中起到?jīng)Q策器件的作用。第二限幅器18b的輸出是邏輯數(shù)字電平，其被用作支路&和y2的 變元，在求和E x和[y中被求和以提供查找表28中ArCtan2函數(shù)21的輸入。第三解調(diào)器支路15c、29c、16c、31c、18c轉(zhuǎn)換并且調(diào)整前置放大器13輸出的信號 的第三部分。第三本機振蕩器15c將所接收的信號轉(zhuǎn)換為基帶信號。與來自第一本機振蕩 器15a的輸出信號相比，來自第三本機振蕩器15c的輸出信號被相移2^1/5。第三混頻器 16c將直接轉(zhuǎn)換的傳輸信號輸出給第三帶通濾波器31c，來自第三帶通濾波器31c的輸出的 信號被用作第三限幅器18(3的輸入信號，第三限幅器18(在第三支路15(3、29(3、16(3、31(3、18(3 中起到?jīng)Q策器件的作用。第三限幅器18b的輸出是邏輯數(shù)字電平，其被用作支路^和y3的 變元，在求和E x和[y中被求和以提供查找表28中ArCtan2函數(shù)21的輸入。第四解調(diào)器支路15d、29d、16d、31d、18d轉(zhuǎn)換并且調(diào)整前置放大器13輸出的信號的第四部分。第四本機振蕩器15d將所接收的信號轉(zhuǎn)換為基帶信號。與來自第一本機振蕩 器15a的輸出信號相比，來自第四本機振蕩器15d的輸出信號被相移3 Ji /5。第四混頻器 16d將直接轉(zhuǎn)換的傳輸信號輸出給第四帶通濾波器31d，來自第四帶通濾波器31d的輸出的 信號被用作第四限幅器18d的輸入信號，第四限幅器18d在第四支路15d、29d、16d、31d、18d 中起到?jīng)Q策器件的作用。第四限幅器18d的輸出是邏輯數(shù)字電平，其被用作支路^和y4的 變元，在求和E x和[y中被求和以提供查找表28中ArCtan2函數(shù)21的輸入。第五解調(diào)器支路15e、29e、16e、31e、18e轉(zhuǎn)換并且調(diào)整前置放大器13輸出的信號 的第五部分。第五本機振蕩器15e將所接收的信號轉(zhuǎn)換為基帶信號。與來自第一本機振蕩 器15a的輸出信號相比，來自第五本機振蕩器15e的輸出信號被相移4 Ji/5。第五混頻器 16e將直接轉(zhuǎn)換的傳輸信號輸出給第五帶通濾波器31e，來自第五帶通濾波器31e的輸出的 信號被用作第五限幅器186的輸入信號，第五限幅器186在第五支路156、296、166、316、186 中起到?jīng)Q策器的作用。第五限幅器18e的輸出是邏輯數(shù)字電平，其被用作支路^和y5的變 元，在求和E y中被求和以提供查找表28中ArCtan2函數(shù)21的輸入。只要當(dāng)無線FSK信號被本發(fā)明的差分FSK接收器30的接收天線12接收，所接收的 信號都被輸入放大器13放大并且作為差分模擬信號被提供給5個支路。這些差分信號分別 在混頻器16a、16b、16c、16d、16e中通過分別來自本機方波振蕩器15a、15b、15c、15d、15e的 信號和分別來自反相器29a、29b、29C、29d、29e的反相方波信號被從傳輸頻率向下轉(zhuǎn)換(即 折疊)到基帶頻率。分別來自混頻器16a、16b、16C、16d、16e的向下轉(zhuǎn)換的信號分別在帶通 濾波器31a、31b、31c、31d、31e中被頻帶限制，來自帶通濾波器31a、31b、31c、31d、31e的頻 帶限制信號分別被5個限幅器18a、18b、18c、18d、18e限制，并因此被轉(zhuǎn)換為邏輯電平，這些 邏輯電平分別經(jīng)由加權(quán)Xi和提供給求和點E x和乙y。求和點E x和[y將它們的輸出提供給查找表28的Arctan2函數(shù)21。后續(xù)塊即 微分器22、低通濾波器23、決策塊27、時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)塊25、緩沖器25和串行外圍接口 26具 有與圖5中所示的實施例相似的結(jié)構(gòu)和功能。除了通過利用五相結(jié)構(gòu)獲得的益處，圖12中所示的無線FSK接收器的實施例進(jìn)一 步從在基帶執(zhí)行對所接收的信號的限制的事實中受益，即分別在包括混頻器16a、16b、16c、 16d、16e的轉(zhuǎn)換級之后。這進(jìn)一步減少無線FSK接收器30的電流消耗，延長了電池壽命，即 使長時間連續(xù)操作本發(fā)明的接收器30。圖13是根據(jù)本發(fā)明的助聽器40的示意框圖。助聽器40包括天線12、放大器13、 無線FSK接收器30、麥克風(fēng)51、拾音線圈52、輸入選擇器53、助聽器處理器50和聲音輸出 換能器54。助聽器處理器50被配置為處理來自麥克風(fēng)51和拾音線圈52的信號，并且進(jìn)一 步包括裝置(未顯示)來處理無線FSK接收器30接收的信號以通過聲音輸出換能器54再 現(xiàn)。無線FSK接收器30優(yōu)選是助聽器40的電路的整體部分，并且甚至可以完全嵌入在包 括助聽器處理器50的集成電路中，并且可以有利地從助聽器電池(未顯示)中提取所需的 電力。因此根據(jù)本發(fā)明的助聽器包含低功率有效FSK接收器，該FSK接收器包括多相接 收結(jié)構(gòu)。以這種方式，助聽器使用者可以從根據(jù)本發(fā)明的助聽器的多種新應(yīng)用中受益，例如 對助聽器進(jìn)行無線遙控或編程，或無線接收助聽器中的數(shù)字編碼的音頻信號。
權(quán)利要求
一種包括無線頻移鍵控即FSK接收器的助聽器，所述接收器包括天線、第一放大器級、限幅器級、多個并行相位檢測級和查找表塊，其中每個相位檢測級分別包括本機振蕩器、混頻器級、濾波器級和比較器級，各自比較器級中每一個的輸出被連接到所述查找表塊的輸入，其特征在于所述相位檢測級的數(shù)目大于2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的助聽器，其特征在于所述本機振蕩器的相位角相互交錯 180° /n，其中η是本機振蕩器的數(shù)目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的助聽器，其特征在于所述相位檢測級的數(shù)目是5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的助聽器，其特征在于所述相位檢測級的輸出被饋送給所述查 找表塊的輸入，其中它們根據(jù)權(quán)重被合并。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的助聽器，其特征在于所述相位檢測級適于接收模擬輸入，以 模擬形式通過所述混頻器級和所述濾波器級處理所述輸入，并且在所述比較器級中數(shù)字化 所述濾波器輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的助聽器，其特征在于每個本機振蕩器具有兩個輸出，其中第 一輸出通過反相器被連接到各自的混頻器級，且第二輸出被直接連接到各自的混頻器級。
7.一種用于助聽器的無線頻移鍵控即FSK接收器，所述接收器包括第一放大器級、限 幅器級、多個相位檢測級和查找表塊，其中每個相位檢測級分別包括本機振蕩器、混頻器 級、濾波器級和比較器級，各自比較器級中每一個的輸出被連接到查找表的輸入，其特征在 于所述相位檢測級的數(shù)目大于2。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無線FSK接收器，其特征在于至少一個所述多個相位檢測級 是差分相位檢測級。
9.一種處理無線頻移鍵控即FSK信號以便為助聽器提供信號的方法，其包括以下步 驟接收所述FSK信號；放大所述FSK信號；限幅被放大的FSK信號；將被放大和限幅的FSK 信號分裂成多個信號支路，所述支路的數(shù)目大于要被接收的明顯可檢測的相位角的數(shù)目； 檢測所述多個信號支路中每一個支路中的FSK信號的相位；基于所述多個信號支路中每一 個支路中的FSK信號的被檢測相位計算邏輯信號矢量；對所述多個信號支路的所述信號矢 量求和；基于求和的結(jié)果從所述FSK信號中導(dǎo)出信息；以及將所導(dǎo)出的信息提供給所述助 聽器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中檢測所述多個信號支路中每一個支路中的FSK信 號的相位的步驟包括以下步驟通過混頻所述FSK信號和來自本機振蕩器的信號來產(chǎn)生混 頻信號；使用低通濾波器對所述混頻信號進(jìn)行頻帶限制；將被混頻和頻帶限制的信號與固 定的預(yù)先確定的水平進(jìn)行比較；以及基于所述比較產(chǎn)生邏輯值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中在所述多個信號支路中的所述本機振蕩器的所 述相位角相互逐步交錯180° /η，其中η是信號支路的數(shù)目。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中從所述FSK信號中導(dǎo)出信息的步驟包括以下步 驟根據(jù)特定函數(shù)從所述邏輯信號矢量的總和的變元確定所述信號；差分來自所述特定函 數(shù)的信號；對被差分的信號進(jìn)行低通濾波；從被低通濾波的信號中恢復(fù)時鐘和數(shù)據(jù)；基于 所恢復(fù)的時鐘將所恢復(fù)的數(shù)據(jù)存儲在緩沖器中；以及從所述緩沖器中取回所存儲的數(shù)據(jù)以 便由所述助聽器使用。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中檢測所述多個信號支路中每一個支路中的FSK信號的相位的步驟包括以下步驟將所述信號分裂成兩個支路；通過混頻被分裂的信號和 來自本機方波振蕩器的直接被反相的信號來產(chǎn)生兩個混頻信號；使用帶通濾波器對所述 兩個混頻信號進(jìn)行頻帶限制；將被混頻和頻帶限制的信號與固定的預(yù)先確定的水平進(jìn)行比 較；以及基于所述比較產(chǎn)生邏輯值。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中在所述多個信號支路中每一個支路中的所述本 機方波振蕩器的所述相位角相互逐步交錯180° /n，其中η是信號支路的數(shù)目。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述特定函數(shù)是Arctan2函數(shù)。
全文摘要
一種包括頻移鍵控(FSK)接收器(30)的助聽器(40)，該FSK接收器包括第一放大器級(13)、限幅器級(14)和多個相位檢測級，其中每個相位檢測級分別包括本機振蕩器(15a、15b、15c、15d、15e)、混頻器級(16a、16b、16c、16d、16e)、濾波器級(17a、17b、17c、17d、17e)和比較器級(18a、18b、18c、18d、18e)。相位檢測級的數(shù)目大于2。每個比較器級(18a、18b、18c、18d、18e)的輸出被共同連接到查找表(28)的輸入。本發(fā)明還提供在助聽器中使用的FSK接收器和處FSK信號的方法。
文檔編號H04L27/14GK101855879SQ200780101511
公開日2010年10月6日 申請日期2007年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月12日
發(fā)明者H·H·安德森, S·基爾斯戈德 申請人:唯聽助聽器公司