[发明专利]用于助听器的输入转换器和信号转换方法

说明书

技术领域

本申请涉及助听器。更具体地，它涉及数字助听器中的模数输入信号转换器。本发明还涉及在助听器中将模拟信号转换为数字信号的方法。

背景技术

模数转换器(以下称为A/D转换器)将变化的电流或电压转换为数字数据格式。存在几种不同的A/D转换器拓扑结构，各自在转换速度、精度、量化噪声、电流消耗、字长、线性度和电路复杂度方面具有益处和折衷。在目前的数字助听器设计中，德尔塔-西格玛(delta-sigma，Δ-∑)A/D转换器类型由于许多重要的因素而是优选的转换器类型，这些因素例如容易实现抗混叠滤波器，通过设计可控制转换噪声，功耗比较低，以及由于与现有的A/D转换器设计相比具有较少的部件数目而相对容易实现。

根据定义，信号处理器件中的固有噪声是由信号处理器件本身引入的不期望的信号。固有噪声可以例如源于不适当的工作条件、较差的设计或者部件值的改变。这些情况不得不在设计信号处理器件时考虑。在A/D转换器中，可以观察到若干不同类型的噪声。这些噪声包括转换噪声、量化噪声、热噪声、闪烁噪声、复合噪声和由于增益产生元件中各种物理限制而导致的噪声。为了提供这些不同噪声类型源之间的区别，大部分重要的噪声类型将在以下简要讨论。

量化噪声源于将连续的输入电压跨度量化为可以由离散的、二元电平表示的一组有限的电压电平的过程，其根据表达式：

L_N＝2^N

其中，L_N是可能的离散电平的数目并且n是用来表示数字域中单个采样值的位数。量化噪声可以被认为是单个采样值的实际输入电压和用来表示它的离散电压之间的差值。因此，这种类型的噪声可以通过例如任意增加表示信号的位数而被最小化，并且因此不再进一步讨论。

热噪声源于阻性介质中电子的随机布朗运动。在给出阻值、带宽和温度的情况下，均方根热噪声V_nt由以下等式给出：

Vnt=4kbTΔfR]]>

其中k_b是波尔兹曼常数，1,38065*10^-23J/K，T是以开尔文为单位的绝对温度，Δf是以Hz为单位的感兴趣的带宽，R是以Ω为单位的所考虑的电路元件的阻值。

闪烁噪声或者1/f噪声是低频噪声频谱中的主要噪声。自真空管时代就已经在电子器件中观察到它，并且它还存在于现在的半导体器件中。

散粒噪声是由穿过势垒(例如在半导体元件中P掺杂材料和N掺杂材料之间发现的势垒)的电流导致的随机现象的结果。电流散粒噪声I_n是与温度无关的量，并且可以通过以下表达式描述：

In=2qI]]>

其中q是电子电荷，1,602*10^-19库伦，I是半导体元件的偏置电流。散粒噪声的谱密度的单位是

为了提供能够不间断工作几天而不需更换电池的助听器，助听器的一个设计目标是尽可能减小电子电路从电池中吸取的电流，优选低于1mA的值。将其输入处的信号放大在一百倍至也许一千倍之间的量级的半导体元件使用该电流的较大百分比作为其偏置电流，以便在其工作极限内处理较大的增益。从上述可以明显看出，散粒噪声依赖于流过半导体元件的电流，该事实提供了尽可能减小A/D转换器中用于放大器的偏置电流的进一步动机。