DE69021220T2

DE69021220T2 - Drei-draht-system für cochlearimplantatprozessor.

Info

Publication number: DE69021220T2
Application number: DE69021220T
Authority: DE
Inventors: Christopher Newton Bilgola Plateau Nsw 2107 Daly
Original assignee: Cochlear Ltd
Current assignee: Cochlear Ltd
Priority date: 1989-09-07
Filing date: 1990-09-07
Publication date: 1995-12-07
Anticipated expiration: 2010-09-08
Also published as: JPH05500441A; EP0572382A4; EP0572382B1; CA2022237A1; DE69021220D1; WO1991003887A1; US5042084A; EP0572382A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Übertragungssystem für einen Cochlearimplantatsprachprozessor, umfassend einen Hochfrequenzsender, der einen ersten abgestimmten Kreis hat; eine Hochfrequenzsenderspule, welche Teil eines zweiten abgestimmten Kreises ist, und Kopplungsmittel zum Koppeln von Hochfrequenzenergie von dem ersten abgestimmten Kreis zu dem zweiten abgestimmten Kreis.
Ein Übertragungssystem dieser Art ist aus WO 83/01006 bekannt.
Generell betrifft diese Erfindung das Gebiet der Signalübertragung für Cochlearimplantatsysteme. Mehr im besonderen betrifft sie ein System zum Übertragen von sowohl Audio- als auch Hochfrequenzenergie in einem Mehrleiterkabel.
Der Sprachprozessor für das Cochlearimplantat ist eine körpergetragene Einrichtung, welche Audiosignale von einem Ohrniveaumikrophon empfängt und ein kodiertes Hochfrequenzsignal zu der implantierten Einrichtung über eine Spule überträgt, die sich über der Implantatstelle befindet. Demgemäß ist ein Erfordernis vorhanden, ein Niedrigniveau-Audiosignal (typischerweise 1 Millivolt Effektivwert) von dem Mikrophon zu dem Sprachprozessor und ein Hochniveausignal (angenähert 10 Volt Effektivwert) zurück zu der Spule zu übertragen. Dies stellt eine Amplitudendifferenz von 80 dB dar.
Das Hochniveausignal ist allgemein ein modulierter Hochfrequenzträger, welcher typischerweise Frequenzkomponenten in dem Audiofrequenzbereich enthält. Das Niedrigniveausignal und ein Audiosignal mit einer interessierenden Bandbreite von 100 Hz bis 10 kHz. Das Hochniveau-Hochfrequenzsignal hat, wenn es impulsbreitenmoduliert ist, signifikante Frequenzkomponenten innerhalb des Audiospektrums. Es ist daher notwendig, spezielle Vorkehrungen zu treffen, um Übersprechen zwischen den beiden Signalen zu minimieren. In der Vergangenheit ist dieses durch die Verwendung eines auf Bestellung hergestellten mehradrigen abgeschirmten Kabels erreicht worden, welches unabhängig abgeschirmte Leiter für die Mikrophonverbindungen und Leiter niedriger Kapazität für die Senderspulenverbindungen vorsah. Obwohl dieses die notwendige Isolation zwischen den beiden Signalen bewerkstelligt, erfordert es ein spezielles Kabel, welches schwerer als wünschenswert und sehr teuer herzustellen und mit Verbindern abzuschließen ist.
Körpergetragene Hörhilfen haben Gebrauch von einem leichtgewichtigen verdrillten 3-Draht-Kabel gemacht, welches sowohl leicht erhältlich als auch nicht teuer ist. Mehrere Hersteller liefern Standardlängenkabel, die mit standardisierten 3-Stift- IEC-Steckern abgeschlossen sind. Diese Kabel sind relativ niedrig in der Kapazität, aber sind nicht abgeschirmt. Wegen der obenerwähnten Übersprechschwierigkeiten können jedoch die Audio- und Hochfrequenzkreise, die in den Cochlearimplantatsystemen nach dem Stande der Technik verwendet werden, nicht nur drei unabgeschirmte Leiter verwenden.
Figur 1 veranschaulicht ein 5-Draht-System nach dem Stande der Technik zur Verbindung eines Prozessors 10, der eine Audiosignalbearbeitungsschaltung 10A hat, mit einem Kopfgerät 11. Ein Hochfrequenzsender 12 innerhalb des Prozessors 10 arbeitet in einem Klasse-E-Modus, d.h. der Treibertransistor 13, welcher in Reihe mit einer Diode 14 und einem Dämpfungstransistor 16 geschaltet ist, leitet während angenahert 50 % eines gesamten Zyklus' und schaltet, wenn die Spannung über ihm nahe an Null ist. Eine Senderspule 18 und ein Kondensator 20 bilden einen abgestimmten Kreis, welcher mit dem Sender 12 durch Leiter 22A und 22B des 5-Draht-Kabels 23 verbunden ist.
Ein Mikrophon 22 ist mit der Audiosignalverarbeitungsschaltung 10A des Prozessors 10 über einen unabhängig abgeschirmten 3- Draht-Teil 28 des Kabels 23 verbunden. Das Kabel 23 umfaßt einen Energieleiter 29A und einen Audioleiter 29B, abgeschirmt mittels einer Umflechtung 29C, die mit einem Erdleiter 29D verbunden ist. Eine Gleichspannungsvorspannungsversorgung wird mittels eines Widerstands 30 und eines Kondensators 31 gefiltert, um Rauschen, das seinen Ursprung in der Energiezuführung hat, zu minimieren. Ein 5-Draht-Verbinder 32, der allgemein ziemlich teuer ist, wird dazu verwendet, das Kabel 23 mit dem Prozessor 10 zu verbinden.
Die mit der Schaltung der Figur 1 verbundenen Wellenformen sind in den Figuren 2A bis 2D veranschaulicht. Die IMPULS-Wellenform der Figur 2A wird auf das Tor des Transistors 13 gegeben. Die N-DAMPFUNGS-Wellenform der Figur 2B (das logisch Entgegengesetzte einer Dämpfungswellenform) wird an das Tor des Transistors 16 angelegt.
Wie in Figur 2C veranschaulicht ist, ändert sich während des Zyklus' der Strom in der Spule 18 angenähert linear von einem Spitzen-Negativwert zu einem Spitzen-Positivwert. Während des Halbzyklus', in welchem der Transistor 13 ausgeschaltet ist, geht der Strom zyklisch sinusförmig von einem Spitzen-Positivwert zurück zu einem Spitzen-Negativwert. Wie in Figur 2D veranschaulicht ist, ist die Spannungswellenform über den Drähten 22A und 22B und der Spule 18 asymmetrisch, und zwar schwingt sie von -5 Volt zu +25 Volt, um die + 5-Volt-Versorgung während der Ein- bzw. Aus-Zeiten des Treibertransistors 13. Diese extreme Asymmetrie in der Spulenaussteuerungswellenform führt zu signifikanten Niedrigfrequenzkomponenten, welche leicht in die Audiosignalverarbeitungsschaltung 10A eingekoppelt werden.
Die gegenseitige Kopplung zwischen der Senderspule 18 und einer Empfängerspule (in Figur 1 nicht gezeigt) nimmt zu, wenn der Abstand zwischen ihnen abnimmt. Die Last über der Senderspule 18 nimmt entsprechend zu, und dieses führt zu einer erhöhten Leistung zu dem Sender. Idealerweise sollte der Leistungsverbrauch abnehmen, wenn die Kopplung zunimmt.
Wie in Figur 3 veranschaulicht ist, weist das 5-Draht-System der Figur 1, welches die Senderspule als den Induktor in der Klasse-E-Stufe verwendet, Charakteristika auf, die entgegengesetzt dem Ideal sind, wodurch sich eine engere Kopplung in einer niedrigeren Impedanz über der Spule auswirkt. Dieses führt dazu, daß von dem abgestimmten Kreis mehr Energie genommen wird und infolgedessen der Sender mehr Leistung zieht.
Ein anderer Nachteil des in Figur 1 veranschaulichten 5-Draht- Systems besteht darin, daß es notwendig ist, eine +/-5-Volt- Stromversorgung zu haben. Eine solche Dualspannungs-Stromversorgung fügt beträchtliche Kosten zu dem System hinzu.
Bei früheren Versuchen, eine bessere Leistungsfähigkeit zu erreichen, sind eine versetzte Abstimmung des Senders verwendet worden, und ein Empfänger, der eine feste Übertragungsfrequenz verwendet, oder eine selbstschwingende Senderschaltung, welche sich verstimmt, wenn der Kopplungskoeffizient zunimmt. Diese letztere Lösung ist bei einem Sender mit fester Frequenz nicht brauchbar, welcher für die Strategie der kodierten pulsierenden Erregung bevorzugt wird.
Das eingangs erwähnte Dokument WO 83/01006 offenbart ein transkutanes Signalübertragungssystem, das eine AM-Funksenderanordnung für das Übertragen eines Funksignals durch die Haut zu einem innerhalb des Körpers eingebetteten Empfänger umfaßt. Diese Einrichtung ist ein Einwegübertragungssystem im Gegensatz zu jenem der vorliegenden Erfindung.
Schließlich offenbart das Dokument "THE RADIO AMATEUR'S HANDBOOK", ARRL von 1980 Verfahren und Mittel für die Impedanzanpassung zur optimalen Leistungsübertragung. Im besonderen offenbart es verschiedene Kopplungen, z.B. kapazitive Kopplung an entweder der "heißen" Seite unter Verwendung eines kleinen Kondensators oder durch einen großen Kondensator am unteren Ende, weiterhin induktive Kopplungen mit Verbindungsspulen oder variabler Entfernung, z.B. eine solche Schaltung für Sender in dem Kapitel HF-Übertragung.
Es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein verdrilltes 3-Draht-Kabel der Art, wie es bei Hörhilfen verwendet wird, zum Übertragen von sowohl Niedrigniveau-Audiosignalen als auch modulierten Hochniveau-Hochfrequenzsignalen bei minimalem Übersprechen zu verwenden.
Es ist ein anderes Ziel dieser Erfindung, die Leistungsfähigkeit bzw. den Wirkungsgrad der Energieübertragung von dem externen Sendersystem zu dem implantierten Empfängererreger zu verbessern.
Es ist noch ein anderes Ziel dieser Erfindung, den Betrieb der Sender- bzw. Übertragerschaltung aus einer Versorgung mit einer einzigen Spannung zu bewerkstelligen.
Gemäß der Erfindung wird ein Übertragungssystem der eingangs erwähnten Art zur Verfügung gestellt, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das System folgendes umfaßt:
ein unabgeschirmtes 3-Draht-Kabel, welches das Kopplungsmittel umfaßt und ein erstes Ende und ein zweites Ende hat;
den Hochfrequenzsender, der mit einem ersten Draht und einem zweiten Draht des 3-Draht-Kabels an einem ersten Ende desselben verbunden ist;
die Hochfrequenzsenderspule, die an den ersten Draht und den zweiten Draht des 3-Draht-Kabels an dem zweiten Ende desselben angekoppelt ist;
eine Audiofrequenzquelle, die an den zweiten Draht und einen dritten Draht des 3-Draht-Kabels an dem zweiten Ende angekoppelt ist;
ein Audiofrequenzverarbeitungsmittel zum Verarbeiten von Audio von der Audiofrequenzquelle, das an den zweiten Draht und den dritten Draht an dem ersten Ende des Kabels angekoppelt ist; und
ein Filtermittel zum Filtern des Audios so, daß es im wesentlichen frei von Energie von dem Hochfrequenzsenderkreis bzw. der Hochfrequenzsenderschaltung ist.
Demgemäß stellt die Erfindung ein Übertragungssystem zum Übertragen von Audio- und Hochfrequenzenergie zur Verfügung, umfassend ein unabgeschirmtes 3-Draht-Kabel; eine Hochfrequenzquelle, die mit einem ersten Draht und zweiten Draht des 3- Draht-Kabels verbunden ist; eine Audiofrequenzquelle, die mit dem zweiten Draht und einem dritten Draht des 3-Draht-Kabels verbunden ist; und ein Hochfrequenzfiltermittel zum Filtern des Audios von der Audioquelle, um Interferenz von der Hochfrequenzquelle zu vermindern. Das Filtermittel ist an wenigstens einem Ende des Kabels angeordnet, und ist vorzugsweise ein Pi-Netzwerk an jedem Ende. Die Hochfrequenzenergie von der Hochfrequenzquelle ist auf einem Spannungsniveau, das mehrere Größenordnungen leichter als die Spannung von der Audiofrequenzquelle ist. Die Hochfrequenzquelle ist vorzugsweise ein gepulster und gedämpfter Sender. Der Sender umfaßt vorzugsweise einen Klasse-E-Verstärker, um die Leistungsfähigkeit zu erhöhen.
Das Übertragungssystem der Erfindung findet Anwendung in einem Cochlearimplantatsprachprozessor, worin die Audioquelle ein Mikrophon zum Empfangen von Umgebungsaudio ist. Das Mikrophon und eine mit dem Sender verbundene Senderspule befinden sich benachbart einander. Das unabgeschirmte 3-Draht-Kabel hat ein erstes Ende und ein zweites Ende. Eine Hochfrequenzsenderschaltung ist mit einem ersten Draht und einem zweiten Draht des 3-Draht-Kabels an einem ersten Ende desselben verbunden. Eine Hochfrequenzsenderspule ist an den ersten Draht und den zweiten Draht des 3-Draht-Kabels an dem zweiten Ende desselben angekoppelt. Die Audiofrequenzquelle, welche ein Mikrophon ist, ist an den zweiten und dritten Draht des 3-Draht-Kabels an dem zweiten Ende desselben angekoppelt. Ein Audiofrequenzverarbeitungsmittel zum Verarbeiten von Audio von der Audiofrequenzquelle ist an den zweiten Draht und den dritten Draht des Kabels an dem ersten Ende desselben angekoppelt. Ein Filtermittel zum Filtern der Audiofrequenzenergie von dem Mikrophon so, daß sie im wesentlichen frei von Hochfrequenzenergie von der Hochfrequenzsenderschaltung ist, ist vorgesehen.
Das Hochfrequenzübertragungssystem kann einen Sender mit einem ersten abgestimmten Kreis, eine Senderspule, welche Teil eines zweiten abgestimmten Kreises ist, und ein Kopplungsmittel zum Koppeln von Hochfrequenzenergie von dem ersten abgestimmten Kreis zu dem zweiten abgestimmten Kreis umfassen. Das Kopplungsmittel kann einen Kondensator umfassen. Der erste abgestimmte Kreis umfaßt eine Spule, welche einen Abgriff haben kann. Der Hochfrequenztreiber, welcher wenigstens eine aktive Einrichtung umfaßt, ist mit der Spule an ihrem Ende oder an einem Abgriff, was von dem erforderlichen Leistungsniveau und der Versorgungsspannung abhängt, verbunden. Eine Seite eines Kondensatorkopplungsmittels ist mit einer Seite der Spule verbunden, und die andere Seite ist mit dem zweiten abgestimmten Kreis verbunden.
Die Erfindung beabsichtigt außerdem das Einstellen der Leistung, die zu einer Empfangsspule in einem solchen Hochfrequenzübertragungssystem übertragen wird, das einen Sender mit einem ersten Resonanzkreis, eine Senderspule, welche Teil eines zweiten Resonanzkreises, der separat und gesondert von dem ersten Resonanzkreis ist, und ein Kopplungsmittel zum Koppeln von Energie zwischen dem ersten Resonanzkreis und dem zweiten Resonanzkreis hat. Diese Einstellung umfaßt die Schritte des Plazierens der Senderspule in einer minimalen Trennung von der Empfangsspule; des Einstellens der Resonanz in dem ersten Resonanzkreis so, daß der Sender minimale Leistung zieht; des Trennens der Senderspule und der Empfangsspule auf eine maximale Trennung; und des Einstellens des Kopplungsmittels zum Koppeln von genügend Energie dafür, daß eine zuverlässige Übertragung bei der maximalen Trennung auftritt. Dieser Vorgang kann iterativ benutzt werden, um optimale Leistungsfähigkeit zu erreichen.
Vorzugsweise wird der Schritt des Einstellens der Resonanz in dem ersten Resonanzkreis durch Einstellen eines Werts eines Kondensators bewerkstelligt. Das Kopplungsmittel ist auch ein Kondensator, und der Schritt des Einstellens des Kopplungsmittels umfaßt das Ändern eines Werts jenes Kondensators. Der Schritt des Trennens der Senderspule und der Empfängerspule auf eine maximale Trennung umfaßt die Trennung bis zu einem maximalen Abstand oder bis zu einer maximalen Fehlanpassung bzw. Fehlausrichtung.
Die Empfängerspule ist mit einem Cochlearimplantat verbunden, während die Senderspule mit einem Cochlearsprachprozessor verbunden ist. In dem Schritt des Plazierens der Empfängerspule ist der minimale Abstand durch Plazieren der Senderspule koaxial über der Empfängerspule definiert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden bei der Betrachtung der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen ersichtlich, in welchen:
Figur 1 ein schematisches Diagramm eines 5-Draht-Übertragungssystems des Standes der Technik ist;
Figuren 2A bis 2D Zeitsteuerungsdiagramme von Wellenformen sind, die mit der Schaltung der Figur 1 verbunden sind;
Figur 3 eine Kurvendarstellung der Kopplungsleistungsfähigkeit eines 5-Draht-Übertragungssystems nach dem Stande der Technik ist;
Figur 4 eine schematische Darstellung eines 3-Draht-Übertragungssystems gemäß der Erfindung ist; und
Figur 5 eine Kurvendarstellung der Kopplungsleistungsfähigkeit eines Systems gemäß der Erfindung ist, wie es in Figur 4 veranschaulicht ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Es sei auf Figur 4 Bezug genommen, wonach ein Übertragungssystem gemäß der Erfindung einen Sprachprozessor 10' und ein Kopfgerät 11' umfaßt. Der Sprachprozessor 10' umfaßt eine Senderschaltung 33 und eine Audiosignalverarbeitungsschaltung 10A'. Die Senderschaltung 33 umfaßt einen Treibertransistor 34, eine Diode 35 und einen Dämpfungstransistor 36. Der Transistor 34 ist ein N-Kanal-Anreicherungsbetriebs-MOSFET mit einem Durchlaßwiderstand von vorzugsweise weniger als 5 Ohm für einen leistungsfähigen Betrieb des Senders. Der Transistor 36 ist ein P-Kanal-Anreicherungsbetriebs-MOSFET mit einem Durchlaßwiderstand von weniger als 10 Ohm. Beide Transistoren haben Einsatzspannungen von weniger als 2,5 Volt und können direkt von typischen Ausgangstreibern von integrierten CMOS- Schaltungen gesteuert werden. Sie sollten eine Nennspannung von wenigstens 60 Volt haben. Typische Industrieteile für die Transistoren 34 und 36 sind VN0610L bzw. VP0610L.
Die Senderschaltung 33 ist von Klasse-E-Ausbildung und arbeitet mit ihrem eigenen abgestimmten Kreis, der einen Kondensator 38 und eine Induktionsspule 40 aufweist, dessen Ausgang kapazitiv mittels des Kondensators 42 an ein 3-Draht-Kabel 43 (durch einen elektrischen 3-Stift-Verbinder 44) und einen abgestimmten Senderkreis, der einen Kondensator 45 und eine Spule 46 aufweist, angekoppelt ist. Der Kondensator 45 muß ein Dielektrikum hoher alität haben, wie jenes eines Kondensators vom NPO-Typ. Die abgestimmten Kreise sind bei der Sendefrequenz, welche bei der bevorzugten Ausführungsform bei 2,5 MHz ist, nahe an Resonanz.
Die Spannungs- und Stromwellenformen an dem Treiber- bzw. Aussteuerungstransistor 34 sind von der gleichen Form wie jene für das vorher beschriebene 5-Draht-System, die in den Figuren 2A bis 2D veranschaulicht sind. Die abgestimmten Induktionsspule 40 ist mit einem Abgriff versehen, um die notwendige Spannungsverstärkung und Impedanztransformation zum Aussteuern der Senderspule 46 vorzusehen. Dieses ist kein wesentliches Merkmal der Ausbildung, aber es ist notwendig, um einen adäquaten Leistungsausgang zu einer vorher vorhandenen Senderspule zu erreichen, wenn man aus einer einzigen + 5-Volt-Versorgung anstelle der früheren +/-5-Volt-Versorgung heraus betreibt. Wenn eine +/-5-Volt-Versorgung oder eine 10-Volt-Versorgung verfügbar ist, mag es nicht notwendig sein, einen Abgriff auf der Induktionsspule vorzusehen.
Ein Widerstand 48 erfüllt zwei Funktionen:
a) er fügt eine +5-Volt-Gleichstrom-Vorspannung zu dem Hochfrequenzsignal hinzu, welche es ermöglicht, einen Vorspannungsstrom für das Mikrophon abzuleiten, wie unten vollständiger beschrieben ist, und
b) er erhöht die effektive Dämpfung, um die gedämpfte Schwingung bzw. das unkontrollierte Schwingen der Senderschaltung bzw. des Senderkreises zu steuern bzw. zu kontrollieren.
Die Wirksamkeit der Diode 35 und des Transistors 36 auf das bzw. beim Dämpfen ist aufgrund dessen, daß die Induktionsspule 42 abgegriffen ist, vermindert. Wenn Daten kodiert werden, wie die Anzahl von Zyklen in einem Impuls, kann eine übermäßige gedämpfte Schwingung bzw. ein übermäßiges unkontrolliertes Schwingen Fehler verursachen.
Das Kabel 43 sollte eine Kapazität von angenähert 120 pF (typischerweise +/- 40 pF) haben, gemessen von einem Leiter zu den anderen beiden miteinander verbundenen Leitern. Es ist wünschenswert, daß die Kabelkapazität nur einen kleinen Anteil der gesamten Abstimmungskapazität darstellt. Diese muß innerhalb des angegebenen Bereichs kontrolliert werden, da sie einen Teil der Abstimmungskapazität für die Senderspule 46 bildet.
Das Kabel 43 ist vorzugsweise angenähert 80 cm lang, um den meisten Individuen zu entsprechen und um es zu ermöglichen, den Sprachprozessor auf bzw. an einem Gurt zu tragen, während sich das Mikrophon auf Ohrniveau befindet. Es kann notwendig sein, den Wert des Kondensators 45 einzustellen, um Änderungen in der Kapazität zu kompensieren, wenn kürzere oder längere Kabel verwendet werden.
Der Widerstandswert von jedem Leiter des Kabels 43 sollte so niedrig wie tunlich und typischerweise weniger als 2 Ohm sein. Verluste werden signifikant für Längen über 1,5 Meter, und zwar aufgrund der nichtidealen Natur des Kabels.
Die Spannung an der Stelle A besteht aus einer Hochfrequenzkomponente und einer Vorspannung. Sie ist ein symmetrisches Sinussignal mit einer 5-Volt-Gleichstrom-Versetzung. Die Gleichstrom-Vorspannung geht durch die Spule 46 und wird durch die kombinierte Wirkung des Widerstands 48, eines Kondensators 50, eines Widerstands 52 und eines zusätzlichen Kondensators 54 geglättet. Das Mikrophon 56, welches vorzugsweise eine empfindliche Elektreteinrichtung der Art ist, wie sie in Hörhilfen verwendet wird, erfordert eine Vorspannung von zwischen 0,9 und 20 Volt und zieht zwischen 25 und 50 Mikroampere. Wenn eine andere Art von Mikrophon verwendet wird, kann es notwendig sein, die Werte des Widerstands 48 und des Widerstands 52 einzustellen.
Die Stromversorgungsverwerfung des Mikrophons ist ziemlich niedrig (in der Größenordnung von angenähert 5:1). Das Vorspannungsrauschen muß daher auf weniger als 10 Mikrovolt Effektivwert über dem Audioband reduziert werden, um ein akzeptables Eingangsrauschniveau zu erreichen. Es ist außerdem notwendig, ein Einschleusen von Hochfrequenzenergie in den Mikrophonausgang zu verhindern, da diese demoduliert werden und als Audiorauschen erscheinen könnte.
Ein Kondensator 58, eine Induktionsspule 60 und ein Kondensator 62 bilden ein Pi-Filternetzwerk, welches ein Einschleusen von Hochfrequenz in den Ausgangsanschluß des Mikrophons verhindert. Ein identisches Pi-Filternetzwerk, das einen Kondensator 64, eine Induktionsspule 66 und einen Kondensator 68 umfaßt, wird an dem anderen Ende des Kabels 43 verwendet, um ein Einschleusen von Hochfrequenz in die Audiosignalverarbeitungsschaltung 10A' zu verhindern. Auf diese Weise wird das relativ hohe Niveau des Hochfrequenzsignals, das auf die Audioleitung des 3-Draht-Kabels gekoppelt ist, auf ein nichtsignifikantes Niveau an dem Mikrophon und an dem Eingang der Verarbeitungsschaltung gedämpft.
Das Elektretmikrophon 56 hat eine Ausgangsimpedanz von angenähert 3000 Ohm. Daher muß die gesamte kapazitive Belastung beschränkt sein, um eine Verschlechterung des hochfrequenten Ansprechens des Mikrophons zu vermeiden. Nur Frequenzen von bis zu 6 kHz sind von Interesse.
Die Wirkung der Induktionsspulen 60 und 66 kann bei Audiofrequenzen ignoriert werden. Wenn die Kabelkapazität angenähert 100 pF ist, ist die Gesamtkapizität des Kabels und der Kondensatoren 58, 62, 64 und 68 angenähert 2,82 nF, was den Audioausgang des Mikrophons um weniger als 2,5 dB bei 6 kHz reduziert.
Die Induktionsspulen 60 und 66 sind so gewählt, daß sie vom höchsten in Miniaturchipinduktionsspulen verfügbaren Wert sind, und zwar mit der zusätzlichen Beschränkung, daß die Eigenresonanzfrequenz oberhalb von 2,5 MHz ist. Die Impedanz der Induktionsspulen 60 und 66 bei 2,5 MHz ist 7,38 kOhm. Die Impedanz eines 680 pF-Kondensators bei 2,5 MHz ist 93,7 Ohm.
Die auf die Audioleitung des 3-Draht-Kabels 43 gekoppelte Hochfrequenzspannung wird minimiert durch die niedrige Impedanz der Parallelkombination der Kondensatoren 58 und 62 und die Kapazität zwischen dem Erddraht 70 und dem Audiosignaldraht 72, und zwar verglichen mit der Zwischenkabelkapazität zur Hochfrequenzleitung 74. Die Rest-Hochfrequenzspannung wird dann gedämpft, sowohl in das Mikrophon durch die Induktionsspule 60 und den Kondensator 62, als auch in die Sprachverarbeitungsschaltung 10A durch die Induktionsspule 66 und den Kondensator 64, und zwar um einen Gesamtwert von angenähert 38 dB.
Typische Werte für die Komponenten, die in der schematischen Darstellung der Figur 4 verwendet sind, sind:
Kondensator 68 68 pf
Kondensator 42 56 pf
Kondensator 45 680 pf
Kondensator 50 0,1 uf
Kondensator 54 6,8 uf
Kondensatoren 58, 62 64 und 68 680 pf
Induktionsspulen 60 und 66 470 uH
Widerstand 48 4,7 kOhm
Widerstand 52 4,7 kOhm
Das Hochfrequenzsignal an der Stelle A steuert den Senderresonanzkreis aus, der den Kondensator 45 und die Induktionsspule 46 aufweist. Der Kondensator 50 hat eine niedrige Impedanz bei 2,5 MHz und sieht demgemäß eine Erdrückführung für den Senderresonanzkreis vor. Der Reihenschaltungskondensator 42 koppelt den Ausgang der Klasse-E-Stufe an die parallel abgestimmte Senderspule 46 an. Wenn die Senderspule 46 von einer Empfängerspule 80 abgekoppelt ist, welche elektrisch mit einem Elektronikbaustein 82 verbunden ist, der mit einem Cochlearimplantat unter der Haut 84 eines Patienten verbunden ist, weist der parallel abgestimmte Kreis eine hohe Impedanz in Reihe mit dem Kondensator 42 auf, so daß demgemäß die Verstimmungswirkung auf die Klasse-E-Stufe minimiert wird. Obwohl eine komplizierte Beziehung zum Bestimmen der optimalen Wahl der Werte für den Kondensator 38 und den Kondensator 42 abgeleitet werden kann, wird als eine praktische Sache der Kondensator 38 für eine minimale Senderleistung bei maximaler Kopplung (d.h. Minimumbereich) abgestimmt, und der Wert des Kondensator 42 wird so gewählt, daß genügend Leistungsübertragung bei minimaler Kopplung (d.h. Maximumbereich) vorgesehen wird. Dieses bedeutet, daß der Klasse-E-Kreis optimal abgestimmt ist, d.h. am leistungsfähigsten arbeitet, wenn die über dem Senderkreis sich auswirkende Last ein Maximum ist. Wenn die sich auswirkende Impedanz zunimmt, nimmt die über der Senderspule entwikkelte Spannung zu, so daß demgemäß die Verminderung des Kopplungskoeffizienten kompensiert wird und es dazu führt, daß eine konstantere Spannung an dem Empfänger aufrechterhalten wird, wie in Figur 5 veranschaulicht ist. Dieses ist eine ideale Leistung-gegen-Betriebsabstand-Charakteristik, wodurch die Senderleistung reduziert wird, wenn der Empfänger gekoppelt wird.
Es ist zu erkennen, daß die Kopplung zwischen der Sender- und Empfängerspule nicht nur durch Erhöhen des Abstands zwischen denselben vermindert werden kann, sondern auch durch axiale Fehlausrichtung der Spulen. Demgemäß kann "Maximumbereich" aufgrund eines größeren Abstands zwischen den Spulen oder einer Fehlausrichtung auftreten. "Minimumbereich" tritt auf, wenn die Spulen koaxial ausgerichtet und in dem engstmöglichen Abstand voneinander sind. Der Abstand wird durch die Tiefe der Empfangsspule unter der Haut, die Hautdicke und die Kopfgerätausbildung bestimmt. Für die letztere ist dieses der Abstand zwischen der Ebene der Senderspule und der Haut.

Claims

1. Übertragungssystem für einen Cochlearimplantatsprachprozessor, umfassend einen Hochfrequenzsender (33), der einen ersten abgestimmten Kreis hat; eine Hochfrequenzsenderspule (46), welche Teil eines zweiten abgestimmten Kreises ist, und Kopplungsmittel zum Koppeln von Hochfrequenzenergie von dem ersten abgestimmten Kreis zu dem zweiten abgestimmten Kreis, dadurch gekennzeichnet , daß das System folgendes umfaßt:

ein unabgeschirmtes 3-Draht-Kabel (43), welches das Kopplungsmittel umfaßt und ein erstes Ende und ein zweites Ende hat;

den Hochfrequenzsender (33), der mit einem ersten Draht (74) und einem zweiten Draht (70) des 3-Draht-Kabels (43) an einem ersten Ende desselben verbunden ist;

die Hochfrequenzsenderspule (46), die an den ersten Draht und den zweiten Draht des 3-Draht-Kabels an dem zweiten Ende desselben angekoppelt ist;

eine Audiofrequenzquelle (56), die an den zweiten Draht und einen dritten Draht des 3-Draht-Kabels an dem zweiten Ende angekoppelt ist;

ein Audiofrequenzverarbeitungsmittel (10A') zum Verarbeiten von Audio von der Audiofrequenzquelle, das an den zweiten Draht und den dritten Draht an dem ersten Ende des Kabels angekoppelt ist; und

ein Filtermittel (64, 66, 68) zum Filtern des Audios so, daß es im wesentlichen frei von Energie von dem Hochfrequenzsenderkreis bzw. der Hochfrequenzsenderschaltung ist.

2. Übertragungssystem nach Anspruch 1, weiter umfassend ein Mittel zum Modulieren der Hochfrequenzquelle, wodurch die Hochfrequenzquelle Signalkomponenten in dem Audiofrequenzbereich erzeugt.

3. Übertragungssystem nach Anspruch 1, worin Hochfrequenzenergie von der Hochfrequenzquelle auf einem Spannungsniveau ist, das mehrere Größenordnungen höher als die Spannung der Audiofrequenzquelle ist.

4. Übertragungssystem nach Anspruch 1, worin Hochfrequenzenergie von der Hochfrequenzquelle auf einem Spannungsniveau ist, das im wesentlichen vier Größenordnungen höher als die Spannung der Audiofrequenzquelle ist.

5. Übertragungssystem nach Anspruch 1, worin das Filtermittel mit dem zweiten Draht und dem dritten Draht verbunden ist.

6. Übertragungssystem nach Anspruch 5, worin das Filtermittel wenigstens ein Pi-Netzwerk umfaßt.

7. Übertragungssystem nach Anspruch 1, worin das Filtermittel an das Kabel an wenigstens einem Ende desselben angekoppelt ist.

8. Übertragungssystem nach Anspruch 1, worin die Audioquelle ein Mikrophon (56) zum Empfangen von Umgebungsaudio ist, und die Senderspule und das Mikrophon sich einander benachbart befinden.

9. Übertragungssystem nach Anspruch 1, weiter umfassend ein Impulsbetriebsmittel (34) zum Impulsbetrieb des Hochfrequenzsenderkreises bzw. der Hochfrequenzsenderschaltung zum Erzeugen eines pulsierenden Hochfrequenzausgangs.

10. Übertragungssystem nach Anspruch 1, worin das Filtermittel ein Filter an wenigstens einem Ende des Kabels umfaßt.

11. Übertragungssystem nach Anspruch 10, worin das Filter ein Pi-Netzwerk ist.

12. Übertragungssystem nach Anspruch 1, worin das Filtermittel mit dem zweiten Draht (70) und dem dritten Draht (72) verbunden ist.

13. Übertragungssystem nach Anspruch (12), worin das Filtermittel ein Pi-Netzwerk ist.

14. Hochfrequenzübertragungssystem nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Empfangsspule, die an die Senderspule angekoppelt ist; worin der erste abgestimmte Kreis Komponentenwerte hat, die zur Resonanz bei einer Minimumtrennung zwischen der Senderspule und der Empfangsspule eingestellt sind, und das Kopplungsmittel einen Wert hat, welcher genügend Energieübertragung zwischen der Senderspule und der Empfangsspule für das Auftreten einer zuverlässigen Übertragung bei einer Maximumtrennung sicherstellt.

15. Hochfrequenzübertragungssystem nach Anspruch 14, worin das Kopplungsmittel einen Kondensator umfaßt, der mit dem ersten abgestimmten Kreis und dem zweiten abgestimmten Kreis verbunden ist.

16. Hochfrequenzübertragungssystem nach Anspruch 14, worin der erste abgestimmte Kreis eine Spule umfaßt, die einen Abgriff hat, wobei der Abgriff und die Spule mit einem Hochfrequenztreiber, der wenigstens eine aktive Einrichtung umfaßt, verbunden sind; und worin das Kopplungsmittel einen Kondensator umfaßt, wobei eine Seite des Kondensators mit einer Seite der Spule verbunden ist und die andere Seite des Kondensators mit dem zweiten abgestimmten Kreis verbunden ist.

17. Verfahren zum Einstellen der Leistung, die zu der Empfangsspule des Anspruchs 14 übertragen wird, umfassend die folgenden Schritte:

a) Plazieren der Senderspule in einer Minimumtrennung von der Empfangsspule;

b) Einstellen der Resonanz in dem ersten Resonanzkreis so, daß der Sender minimale Leistung zieht;

c) Trennen der Senderspule und der Empfangsspule auf eine Maximumtrennung, und

d) Einstellen des Kopplungsmittels zur Kopplung von genügend Energie für das Auftreten einer zuverlässigen Übertragung bei der Maximumtrennung.

18. Verfahren nach Anspruch 17, worin der Schritt des Einstellens der Resonanz in dem ersten Resonanzkreis das Einstellen eines Werts eines Kondensators umfaßt.

19. Verfahren nach Anspruch 17, worin das Kopplungsmittel ein Kondensator ist und der Schritt des Einstellens des Kopplungsmittels das Ändern eines Werts des Kondensators umfaßt.

20. Verfahren nach Anspruch 17, worin der Schritt des Trennens der Senderspule und des Empfängers auf eine Maximumtrennung das Trennen auf wenigstens eines von Maximumabstand und Maximumfehlausrichtung bzw. -anpassung umfaßt.

21. Verfahren nach Anspruch 17, worin die Empfängerspule mit einem Cochlearimplantat verbunden ist; wobei die Senderspule mit einem Cochlearsprachprozessor verbunden ist; und worin in dem Schritt des Plazierens der Empfängerspule die Minimumtrennung durch Plazieren der Senderspule koaxial über der Empfängerspule und in einem Minimumabstand davon definiert ist.