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Es ist ungefähr 15 Jahre her, dass die ersten digital programmierbaren Designs auf Analogbasis auf den Markt kamen, und fast zehn Jahre, seitdem DSP-Geräte auf den Markt kamen. Heutzutage werden fortschrittliche Hörgeräte ihre Umgebung automatisch erkennen und das Verarbeitungsschema entsprechend anpassen, anstatt dass ein Benutzer eines von wenigen Programmen entsprechend der vorherrschenden Klanglandschaft auswählen muss.

„Full-DSP-Designs haben die Branche im Sturm erobert“, sagt Kurt Kobel von der Schweizer Firma Phonak Hearing Systems. „Je nach Markt sehen Sie heute wahrscheinlich zwischen 60 Prozent digitale und 80 bis 90 Prozent digitale Produkte. Möglich wurde dies durch den Zugriff auf vollständig angepasste DSPs - dies sind keine Standard-ICs, die wir verwenden können. “

Trotz der mit der Entwicklung von Mobiltelefonen einhergehenden Verbesserungen bei den DSPs in Bezug auf Watt pro Mopp bedeutet die Anforderung, dass Hörgeräte 1, 3-V-Zink-Luft-Batterien mit 50 bis 100 mAhr oder 600 mAhr am oberen Ende verwenden müssen, dass Geräte von der Stange sind geht immer noch nicht

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Außerdem muss die Architektur den effizienten Einsatz neuer Algorithmen unterstützen, damit anspruchsvolle Funktionen - beispielsweise für die adaptive Rückkopplungsunterdrückung - schnell implementiert werden können.

"Es ist eine große Herausforderung", sagt Todd Schneider, Mitglied der Ultra-Low-Power-Business-Gruppe von AMI Semiconductor (AMIS). „Wir haben eine Architektur entwickelt und haben Patente darauf - Sie haben ganz bestimmte Anforderungen. Es ist diese Konvergenz von geringer Größe, geringem Stromverbrauch, geringer Gruppenverzögerung, sehr feinen Frequenzeinstellungen und in vielen Fällen ziemlich viel Flexibilität. “

Obwohl Unternehmen derzeit weiterhin ihre eigenen maßgeschneiderten DSP-Designs entwickeln, gibt es laut Schneider einen Trend zu Plattformtechnologien, bei denen Funktionssätze weitgehend in der Software definiert sind und bestimmte Designs eine breite Akzeptanz finden.

"Es ist klar, dass es einige Architekturen gibt, die die Leute ziemlich allgemein übernehmen wollen", erklärt er. Beispielsweise könnte der Chip einen durch Software programmierbaren Teil aufweisen, der mit einer verringerten Datenrate ausgeführt wird, und dann speziellere Engines für bestimmte Aufgaben, die von dem flexiblen Prozessor gesteuert werden.

Der Toccata-Chip von AMIS wird mit einer Spannung von 1, 2 V betrieben, benötigt 400 µA bei 1, 28 MHz und bietet etwa 5 Mips / MHz. Es misst 5, 97 × 3, 48 × 1, 52 mm und ist somit für Hinter-dem-Ohr- und In-dem-Ohr-Designs geeignet.

Laut Marc Van Canneyt von ARM ist neben dem geringen Stromverbrauch auch die Größenanforderung und die damit verbundene Beschränkung der Pad-Anzahl ein entscheidendes Kriterium für DSPs für Hörgeräte. "Was vielleicht überrascht, ist, dass es bei Hörgeräten eine sehr enge Grenze für die Stumpfgröße gibt - ein Maximum von etwa 20 mm im Quadrat."

ARMs eingebetteter OptimoDE-Datenprozessorkern, der mithilfe der Technologie entwickelt wurde, die das Unternehmen beim Kauf von Adelante im Jahr 2003 erworben hatte, wurde verwendet, um einen Hörgeräteprozessor zu erstellen, der mit einem 0, 13-µm-Prozess 21, 5 µW / MHz aus 26.200 Gates liefert.

"Es ist schön, eine Menge Leistung in den DSP zu stecken, aber Sie möchten die gleiche Batterielebensdauer beibehalten [etwa zwei Wochen, wie dies normalerweise bei analogen Geräten der Fall ist], sodass der Stromverbrauch absolut entscheidend ist", sagt Van Canneyt.

Um die relativ eingeschränkte Leistung eines typischen analogen Designs zu reproduzieren, sind 15 bis 20 Mops vom DSP erforderlich, und für erweiterte Funktionen (Dynamikkomprimierung, Entzerrung, Rauschreduzierung und adaptive Rückkopplungsunterdrückung) sind 50 bis 100 Mops eher geeignet.

Die Herausforderung besteht darin, diese Leistung mit sehr niedrigen Taktraten zu erzielen. ARM hat vor einigen Jahren mit Phonak ein 0, 25-µm-Design entwickelt, das mit 2, 5 MHz und einer 1-V-Versorgung betrieben wurde. Die Leistungsaufnahme im Vollbetriebsmodus betrug 660 µW und es wurden 50 Mops abgegeben.

"Die effektive magische Zahl liegt bei 0, 013 mW / Mops, was immer noch eine der besten Zahlen ist, die man heute auf jedem Gerät finden kann", sagt Van Canneyt. Ein neueres Design, das diese Zahlen übertrifft, sollte in den nächsten Monaten vorgestellt werden.

„Die Technologie der Daten-Engines hat sich bei den Hörgeräteherstellern sehr schnell durchgesetzt, und zwar genau aufgrund des einzigartigen Bedarfs, eine Menge Pferdestärke bei sehr niedrigen Megahertz-Werten bereitzustellen“, fährt Van Canneyt fort.