An 800 nW Switched-Capacitor Feature Extraction Filterbank for Sound Classification

可重构性 开关电容器 计算机科学 特征提取 电容器 过滤器组 信号处理 频道(广播) 电子工程 数字信号处理 拓扑(电路) 人工智能 模式识别(心理学) 电气工程 计算机硬件 工程类 电信 电压
作者
Daniel Augusto Villamizar,Dante G. Muratore,Jim Wieser,Boris Murmann
出处
期刊:IEEE Transactions on Circuits and Systems I-regular Papers [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:68 (4): 1578-1588 被引量:29
标识
DOI:10.1109/tcsi.2020.3047035
摘要

This paper presents a 32-channel analog filterbank for front-end signal processing in sound classification systems. It employs a passive N-path switched capacitor topology to achieve high power efficiency and reconfigurability. The circuit's unwanted harmonic mixing products are absorbed by the machine learning model during training. To enable a systematic pre-silicon study of this effect, we develop a computationally efficient circuit model that can process large machine learning datasets on practical time scales. Measured results using a 130 nm CMOS prototype IC indicate competitive classification accuracy on datasets for baby cry detection (93.7% AUC) and voice commands (92.4% average precision), while lowering the feature extraction energy compared to digital realizations by approximately 2× and 10×, respectively. The 1.44 mm 2 chip consumes 800 nW, which corresponds to the lowest normalized power per simultaneously sampled channel in recent literature.
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