Onsemi EZAIRO 7111：高性能数字助听器音频处理器的卓越之选

在当今的科技领域，数字助听器的发展日新月异，而音频处理器作为其中的核心部件，其性能的优劣直接影响着助听器的效果。今天，我们就来深入了解一下 Onsemi 公司推出的 EZAIRO 7111 混合音频处理器，看看它为数字助听器和听力植入设备带来了哪些独特的优势。

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一、EZAIRO 7111 概述

EZAIRO 7111 是一款基于开放可编程 DSP 的混合音频处理器，专为高性能助听器和听力植入设备量身定制。它搭载了 Ezairo 7100 片上系统（SoC），采用高精度四核架构，在不牺牲功耗的前提下，能够提供高达 375 MIPS 的处理能力。这种强大的处理性能为复杂的音频处理算法提供了坚实的基础，能够满足不同用户的个性化需求。

二、核心特性

（一）可编程灵活性

该处理器的开放可编程 DSP 系统具有极高的灵活性，制造商可以根据特定的信号处理需求对其进行定制。无需修改芯片，就能轻松修改算法和功能，甚至实现全新的概念。这种灵活性使得助听器能够更好地适应不同用户的听力状况和使用场景，为用户提供更加个性化的听力解决方案。

（二）全集成混合设计

EZAIRO 7111 集成了 Ezairo 7100 SoC、2 Mbit EEPROM 存储以及必要的无源组件，能够直接与助听器所需的换能器接口。这种全集成的设计不仅简化了电路布局，还提高了系统的稳定性和可靠性，降低了设计成本和开发周期。

（三）四核架构

1. CFX DSP：采用高度循环高效的 24 位定点、双 MAC、双哈佛架构，每周期能够执行两次 MAC 运算、两次内存操作和两次指针更新，非常适合处理计算密集型算法。它可以用于配置系统和其他核心，协调信号数据在系统中的流动，同时也能处理一些 HEAR 或 Filter Engine 无法处理的自定义信号处理应用。
2. HEAR 可配置加速器：这是一个高度优化的信号处理引擎，通过 CFX 进行配置。它能够执行常见的信号处理操作和复杂的标准滤波器组，如 WOLA 滤波器组，大大减轻了 CFX DSP 核心的负担。该加速器支持块浮点处理，提高了计算精度，并且针对先进的助听器算法进行了优化，包括动态范围压缩、定向处理、反馈消除和降噪等。
3. Arm Cortex - M3 处理器子系统：为无线收发器的数据传输提供支持，包含硬连线编解码器（G.722、CVSD）、纠错支持（Reed - Solomon、Hamming）、接口（SPI、I²C、PCM、GPIOs）以及一个开放可编程的 Arm Cortex - M3 处理器。这个处理器具有低功耗、低中断延迟和低成本调试的特点，适用于需要快速中断响应的深度嵌入式应用。
4. 可编程滤波器引擎：为 Ezairo 7100 系统提供低延迟路径和基本滤波功能，能够实现多达 160 个系数的滤波器（FIR 或 IIR）。FIR 滤波器采用直接形式结构实现，IIR 滤波器则通过级联二阶部分（双二阶）实现，每个部分都采用直接形式 I 滤波器。该引擎支持超低延迟音频路径，仅为 0.044 ms（44 μs），有助于实现卓越的耳堵管理等功能。

   （四）其他特性

5. 可配置系统时钟速度：提供多种时钟速度选项，如 1.28 MHz 至 15.36 MHz 等，用户可以根据计算性能与功耗的比例需求进行优化。这些时钟速度的校准数据存储在 EEPROM 的制造区域中。
6. 超低延迟和超高保真：超低延迟音频路径确保了声音的实时处理，而 85 dB 的系统动态范围和高达 110 dB 的输入信号动态范围，以及极低的系统噪声和低群延迟，保证了声音的高质量还原。
7. 超低功耗：在 10.24 MHz 系统时钟下，功耗小于 0.7 mA，延长了电池的使用寿命，提高了设备的便携性。
8. 高输出水平：使用低阻抗接收器时，输出水平可达约 139 dB SPL，能够满足不同听力损失程度用户的需求。
9. 多样化内存架构：总共拥有 40 kwords 的程序内存和 44 kwords 的数据内存，由 Ezairo 7100 芯片上的四个核心共享，确保了数据的高效存储和处理。
10. 数据安全：敏感的程序数据可以加密存储在 EEPROM 中，防止未经授权的访问，保护制造商的专有算法知识产权。
11. 信号检测单元：超低功耗的信号检测系统，能够检测任何模拟输入上的信号，为后续的音频处理提供准确的信息。
12. 高吞吐量通信接口：基于快速 I²C 的接口，便于快速下载、调试和进行一般通信。
13. 高度可配置接口：包括两个 PCM 接口、两个 I²C 接口、两个 SPI 接口、一个 UART 接口以及多个 GPIO，可用于流式传输配置、控制或信号数据。
14. 片上 PLL：支持与无线收发器的通信同步。
15. 无缝 MMI：可连接各种模拟和数字用户界面，如模拟或数字音量控制电位器、程序选择按钮以及麦克风/电磁感应线圈开关等。
16. 适配支持：支持多种适配方式，如 Microcard、HI - PRO 2、HI - PRO USB、QuickCom 和 NOAHlink 等，包括 NOAHlink 的音频流功能。

三、电气性能

文档中详细列出了 EZAIRO 7111 的电气性能规格，包括电源电压、电流消耗、调节器性能、输入输出特性等。例如，在 20°C 环境下，使用 1.25 V 电源电压和 4.7 Ω 串联电阻模拟标称助听器电池，系统时钟设置为 5.12 MHz，音频输入采样频率为 16 kHz 时的各项参数。这些电气性能指标为工程师在设计电路时提供了重要的参考依据，确保系统能够稳定可靠地运行。

四、开发工具

（一）Ezairo 预配置套件（Pre Suite）

该套件提供了一个完整的框架，便于开发基于 Ezairo 的助听器和适配软件。套件中包含固件包、配置软件以及跨平台软件开发工具包（SDK），帮助开发者快速构建自己的适配软件。

（二）开放可编程评估和开发套件（EDK）

如果开发者想在 EZAIRO 7111 上开发自己的固件，Ezairo 7100 评估和开发套件（EDK）是一个不错的选择。它包括优化的硬件、编程接口以及全面的集成开发环境（IDE），为开发者提供了一个便捷的开发平台。

五、封装和制造

（一）超小型外形

EZAIRO 7111 采用超小型外形设计，适用于各种助听器样式，如 CIC、ITE、RITE、BTE 和 mini - BTE 等。这种小巧的设计使得助听器更加隐蔽，佩戴更加舒适。

（二）易焊接性

该处理器可以轻松手工焊接，并且能够通过回流焊工艺安装到 FR4 等基板上。其焊球金属化采用 SAC305（Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5），符合 RoHS 指令，环保且可靠。

六、系统和接口设计

（一）系统框图

文档中提供了 EZAIRO 7111 混合系统的简化框图，展示了主要的内部功能块和可能的外部外设。通过这个框图，工程师可以清晰地了解系统的整体架构和信号流程，有助于进行系统设计和优化。

（二）接口规格

EZAIRO 7111 共有 19 个焊盘，这些焊盘是混合处理器与助听器其他组件之间的接口。文档详细列出了每个焊盘的名称和描述，如模拟输入、数字输入输出、电源供应、调试端口等。了解这些接口规格对于正确连接和配置系统至关重要。

七、总结

Onsemi 的 EZAIRO 7111 混合音频处理器以其卓越的性能、高度的灵活性和丰富的功能，为数字助听器和听力植入设备的设计提供了一个强大的解决方案。其四核架构、超低延迟、超高保真、超低功耗等特性，能够满足不同用户的个性化需求，提高助听器的使用效果和用户体验。同时，丰富的开发工具和易焊接的封装设计，也为工程师的开发工作提供了便利。如果你正在从事数字助听器或听力植入设备的设计工作，不妨考虑一下 EZAIRO 7111，它或许会给你带来意想不到的惊喜。你在实际设计中有没有遇到过类似高性能处理器的应用难题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。