Eine effektive Hardware-Plattform für Hörgeräte

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Der Halbleiterprozess und Integration auf Chipebene

Stromverbrauch, Chipgröße und Leistungsfähigkeit werden durch den verwendeten Halbeiterprozess beeinflusst. Die Nachfrage nach kleineren, schnelleren, günstigeren und zuverlässigeren ICs mit geringerem Stromverbrauch treibt die Entwicklung komplizierter Prozessgeometrien weiter voran. Immer fortschrittlichere Signalverarbeitungs-Algorithmen für Hörgeräte erhöhen zudem die Nachfrage nach mehr Rechenleistung. Der Übergang auf kleinere Prozesse kann dies erfüllen und die starren Stromverbrauchs- und Größenbeschränkungen dieser Art von Anwendung erfüllen.

Entwickler sollten dabei aber auf einige Dinge achten: Erstens, die Design- und Fertigungskomplexität nimmt bei kleineren Prozessknoten erheblich zu. Es gibt Layout-abhängige Auswirkungen und strenge Designregeln, die erfüllt werden müssen, und die Anzahl dieser Regeln steigt, je kleiner die Geometrie wird. Zweitens, die Kosten für Design, Verifikation, Layout, Maskensatz und Entwicklungstools müssen mit berücksichtigt werden. Diese steigen erheblich, je kleiner der Prozessknoten ist und machen neueste Halbleitertechnologie nur dann praktikabel, wenn sehr hohe Stückzahlen gefertigt werden.

Die Auswahl, welche Funktionen auf dem Chip integriert werden, sollte sehr sorgfältig erfolgen. Flexibilität ist ein entscheidender Faktor bei der Designpartitionierung. Werden Funktionsblöcke auf einem einzigen Chip zusammen integriert, geht die Möglichkeit verloren, einen dieser Blöcke unabhängig von den anderen zu ändern. Sobald Änderungen erforderlich sind, muss der gesamte Chip überarbeitet werden. Dies kann sowohl zeitaufwändig als auch kostspielig sein.

Standard-Prozessoren in Multi-Core-Architekturen

Für mehr Leistungsfähigkeit und einen geringeren Stromverbrauch wählen viele Entwickler heute Hörgeräte-Plattformen, die auf mehreren Prozessor-Cores basieren. Mehrere Cores bedeuten, das verschiedene Recheneinheiten gleichzeitig verschiedene Befehle ausführen können, was die Gesamtverarbeitungsgeschwindigkeit erhöht. Damit lassen sich fortschrittlichere Algorithmen verarbeiten, die neue Audiologie-Konzepte beinhalten.

Auch die Integration von Funktechnik in die Plattform vereinfacht sich, um einen Datenaustausch zwischen Hörgeräten, Fernsteuerungen und die Anbindung an andere Elektronikgeräte zu ermöglichen. Dass Standard-Prozessor-Cores zu ineffizient für den Einsatz in Hörgeräten seien, ist ein Missverständnis. Dies ist vor allem auf die strengen Verlustleistungsvorgaben zurückzuführen und hat zu kundenspezifischen Cores geführt, die fast ausschließlich exklusiv verbaut werden.

Proprietäre Cores haben zwar ihre Vorteile hinsichtlich Größe und Stromverbrauch, sie verlieren jedoch an Bedeutung, da der Markt zu Deeper-Sub-Micron-Technologien übergeht. Standard-Cores mit programmierbarer Flexibilität haben sich weiterentwickelt und können zusammen mit speziellen Cores für bestimmte Verarbeitungsaufgaben verwendet werden, wie zum Beispiel für den Betrieb einer proprietären Funk-Basisbandfunktion zur Optimierung des Stromverbrauchs.

Die verschiedenen Funktechniken im Hörgerät

Verschiedene analoge Funktechniken in Form von Telefonspulen oder FM-Systemen kommt seit Jahrzehnten in Hörgeräten zum Einsatz. Seit kurzem stehen auch NFMI- (Near-Field Magnetic Induction) und Funktechniken zur Verfügung. NFMI erlaubt den Datenaustausch von einem Ohr zum anderen, um eine binaurale Verarbeitung zu ermöglichen. Dies erhöht die Sprachverständlichkeit und hilft dem Nutzer zu erkennen, woher das Geräusch kommt. Die Reichweite von NFMI beträgt weniger als ein Meter, sodass Hörgeräte mit dieser Technik auch ein intermediäres Relais verwenden, das meist um den Hals getragen wird, um über größere Distanzen zu kommunizieren. Bluetooth dient dabei heute als Kommunikationsverbindung zwischen der Relaisvorrichtung und einer Bluetooth-kompatiblen Audioquelle.

Die neuesten Generationen von Hörgeräten bieten Funktechnik und erlauben die Datenübertragung über eine Reichweite von bis zu 9 m, womit sich die Relaisvorrichtung erübrigt.

* Christophe Waelchli ist bei ON Semiconductor in der Audiologie für die Hörgeräteakustik medizinischer und drahtloser Produkte zuständig.

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