[論文]助聽器上的低功耗迴音消除器之設計與實現

研究生: 石博文
研究生(英文姓名): bo-wen shi
論文名稱: 助聽器上的低功耗迴音消除器之設計與實現
英文論文名稱: Ultra low power design for acoustic feedback cancellation in hearing aids
指導教授: 張添烜
指導教授(英文姓名): T. S. Chang
學位類別: 碩士
校院名稱: 國立交通大學　
系所名稱: 電機學院IC設計產業專班
學號: 9495523
學年度: 96
語文別: 英文
論文頁數: 88
關鍵詞: 低功耗設計 ; 迴音消除 ; 助聽器
英文關鍵詞: low power design; acoustic feedback cancellation; hearing aids

摘要
對助聽器的使用者而言，助聽器本身會有惱人的迴音干擾出現，且具有電池容量不大和使用者長時間使用的需求。而一般研製在助聽器上的低功耗迴音消除器的設計，都是採用基本的LMS或DLMS演算法去實現。而主要的低功耗設計方法都還是著重於架構或是電路之上。

基於上述的LMS based演算法，我們將會在更新係數值和濾波行為上使用了乘法運算而導致結構體複雜度始終無法降低。有鑑於此，本論文發展一新式演算法，P2SPT (Partial & Progressive Signed Power-of-Two)演算法，同時也調整了設計上的結構，而得到遠比目前所知方法還低的功耗情況。P2SPT演算法的發展是為了大幅降低使用上的運算複雜度。所以我們利用了人耳對噪音干擾的適應性，以降低迴音到人耳可接受的程度，而不追求完全消除迴音的情況下，來達到超低功耗的目的。此演算法運用了 sign-sign演算法和有條件下的periodic partial update演算法作為更新的觸發，再將更新係數做Progressive的編碼後去驅動濾波器係數。同時針對濾波器運算，我們採用三個2的冪次組合成係數。所以功耗自然會比以乘法器為元件的傳統LMS-based演算法要來的低得多。對應的架構設計上，配合我們製程條件為漏電情形嚴重的90奈米製程和我們本身運用了P2SPT演算法之後而簡化結構，再加上希望用register file來取代資料大量移動的shifter register。本論文針對助聽器的低速運轉設計，搭配功耗分析結果，動用了最大折疊架構來更精簡面積及功耗。總結而言，由本論文發展的P2SPT演算法和不同於一般迴音消除器的結構設計，我們將可達到所得單一運算功耗為先前最好設計的 1.7%，整體只需22.26u watt、8.1 K (gate count)，並且消除迴音效果良好的低功耗迴音消除器。