Engenharia Elétrica
URI permanente desta comunidadehttps://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/21
Navegar
3 resultados
Resultados da Pesquisa
Dissertação Um estudo sobre otimização evolucionária e extração de conhecimento de fronteiras de pareto aplicado a um amplificador operacional de transcondutância(2012) Leme, Antônio Paulo de MoraesA otimização de múltiplos objetivos do amplificador operacional de transcondutância é um dos problemas mais estudados em microeletrônica. Dentro da área de Automação do Projeto Eletrônico encontra-se um grande número de ferramentas para a automação de projetos de circuitos integrados digitais, com grandes possibilidades de abstração, capazes de realizar otimização de parâmetros até síntese de sistemas completos. Para circuitos integrados analógicos, por outro lado, não encontra-se ferramentas com as mesmas características. O principal fator para esta divergência ´e a falta de um fluxo estruturado no projeto de circuitos integrados analógicos. O objetivo desta dissertação e investigar o processo de otimização para Amplificadores Operacionais de Transcondutância utilizando Algoritmos Evolucionários de Múltiplos Objetivos na tentativa de descoberta de regras de projeto para a configuração automática de parâmetros de transistores na tecnologia CMOS. O desdobramento deste objetivo permite a elaboração de um arcabouço computacional que inclui a obtenção de aproximações da Fronteira de Pareto e a utilização de um modelo preciso para a simulação dos amplificadores operacionais de transcondutância, respeitando as restrições impostas pela topologia de interesse. Apesar do alto custo computacional, a obtenção de aproximações da fronteira de Pareto, através do conhecido algoritmo evolucionário Nondominated Sorting Genetic Algorithm II, integrado ao simulador SPICE, revela relações de compromisso entre os objetivos conhecidas muitas vezes somente intuitivamente pelos projetistas de circuitos integrados analógicos. Os resultados obtidos neste trabalho sugerem que a Análise Multivariada das aproximações Pareto é um guia importante para a obtenção de projetos de amplificadores operacionais de transcondutância mais aprimorados- Uma nova abordagem de projeto de amplificadores integrados para biopotenciais, baseados em pseudo-resistores não lineares(2016) Benko, Pedro LuizBiopotenciais aparecem como resultado de atividades eletroquímicas de certos tipos de células, conhecidas como células excitáveis, existentes em tecidos nervosos, musculares e glandulares. Essas células possuem um potencial de repouso e quando estimuladas geram potenciais transitórios eletroquímicos de ação. A transformação desses potenciais eletroquímicos para sinais eletrônicos mensuráveis é realizada por dispositivos chamados eletrodos-eletrólitos, que realizam a interface entre a pele e sistemas de medição. De forma geral, os biopotenciais captados apresentam níveis contínuos (CC) intrínsecos muito altos em relação ao sinal de interesse, bem como alto nível de ruído, alta impedância de saída e baixa frequência. Amplificadores utilizados para formatarem esses sinais, devem possuir: largura de banda limitada, alta estabilidade de ganho; frequência de corte inferior adequada; baixa distorção; baixo ruído intrínseco (“flicker” e térmico); remoção dos níveis CC intrínsecos dos sinais; alta impedância de entrada e baixa de saída; alta rejeição de ruídos de modo comum; rápida recuperação do sinal de saída após transitório CC e amplificação adequada. Essa pesquisa estudou e analisou o estado da arte em topologias de implementações de circuitos integrados, ponderando vantagens e desvantagens das opções pesquisadas e propõe uma metodologia para novos projetos e sua avaliação. Isso foi executado através de análises de métodos de projeto de circuitos analógicos, simulações e medidas experimentais. Particularmente é apresentada, como estudo de caso, uma nova solução de pré-amplificador em BiCMOS SiGe tecnologia 0,13µm, a ser instalado diretamente em eletrodos, constituindo eletrodos ativos. Ponderando sobre a instalação direta nos eletrodos, destaca-se a aplicação da estrutura MOS conectada de modo a constituir um resistor de valor ôhmico muito elevado (1011 a 1013 O), conhecido nas publicações como pseudo-resistor. Essa estrutura permite a obtenção de constantes de tempo RC muito elevadas (segundos) com capacitâncias implementadas diretamente na estrutura MOS (alguns pFs). Esse trabalho utiliza essa estrutura e exibe um método pioneiro de caracterização e modelagem para sua aplicação em simulações SPICE. Também é apresentado o projeto e simulação em CMOS tecnologia AMIS 0,50µm para efeito de comparações.
- Otimização de amplificadores operacionais de transcondutância por meio de algoritmos evolucionários(2016) Moreto, R. A. L.Os amplificadores operacionais de transcondutância (OTAs) são empregados em diversos blocos básicos da eletrônica, tais como conversores digitais-analógicos, comparadores, amplificadores, entre outros. No entanto, o projeto desses circuitos integrados (CIs) metal-óxido-semicondutor complementar (CMOS) analógicos é uma atividade complexa, pois são sistemas de múltiplas variáveis de entrada e múltiplos objetivos, apresentando muitas combinações das variáveis de entrada a serem investigadas para atender as especificações de projeto requeridas. As variáveis de entrada são tipicamente as dimensões dos transistores e as condições de polarização do CI. As especificações de projeto são geralmente o ganho de tensão, a frequência de ganho de tensão unitário, a margem de fase, o consumo de potência, entre outros. Embora as ferramentas de projeto de CIs CMOS digitais estejam bem desenvolvidas e existam diversas opções disponíveis comercialmente, há poucas ferramentas de CIs CMOS analógicos disponíveis para auxiliar os projetistas. Os objetivos iniciais desta tese são aprimorar o operador de elitismo do algoritmo genético (GA) de um sistema evolucionário, desenvolvido pelo autor, que é integrado computacionalmente ao simulador SPICE, intitulado de AGSPICE e verificar na prática a sua efetividade. Esse sistema computacional é usado no processo de otimização de amplificadores operacionais de transcondutância para posteriormente serem realizados os respectivos leiautes, fabricação e caracterização elétrica experimental. Os resultados desse estudo demonstraram que o AGSPICE é capaz de aumentar a tolerância do desempenho elétrico dos OTAs em relação às variações ambientais e do processo de fabricação CMOS de CIs, permitindo o desenvolvimento de soluções práticas com precisão e baixo tempo de projeto (inferior a uma hora). O GA não foi o único algoritmo de otimização implementado no AGSPICE. Devido à grande importância de se avaliar sua capacidade em relação a diversos algoritmos de otimização existentes na literatura, outros algoritmos de otimização da área de inteligência artificial (IA) foram adicionados ao sistema, tais como o arrefecimento simulado (SA), o algoritmo competitivo imperialista (ICA) e o algoritmo do “sapo pulando embaralhado” (SFLA). Assim, o AGSPICE proposto inicialmente foi transformado em uma plataforma mais flexível e eficiente, renomeada para MTGSPICE, permitindo ao projetista escolher o algoritmo de otimização mais adequado para um determinado processo de otimização. Neste contexto, abordagens “a posteriori” têm sido amplamente utilizadas para realizar os processos de otimização de CIs CMOS analógicos, que incorporam métodos de Pareto. Porém, essas técnicas não são totalmente capazes de explorar soluções potenciais em regiões específicas da fronteira de Pareto. Além disso, os projetistas têm grande dificuldade para escolher uma solução capaz de alcançar todas as especificações desejadas simultaneamente dentre muitas soluções diferentes encontradas. Abordagens “a priori”, tal como a implementada no MTGSPICE, se tornam um método alternativo importante para superar essas dificuldades. Os estudos nesse trabalho têm também por objetivo comparar diferentes perfis de funções de aptidão usados nos processos de otimização “a priori” para aumentar a efetividade dos processos de busca em relação à tolerância, precisão e rendimento. Outro objetivo importante é analisar a relação entre os valores da função de aptidão das melhores soluções encontradas e a tolerância do desempenho elétrico, levando em conta as variações ambientais e do processo de fabricação (análises de Monte Carlo). Conclui-se que o perfil Gaussiano proposto nessa tese é capaz de melhorar todas as técnicas “a priori” estudadas. Além disso, o processo de otimização do MTGSPICE usando o perfil de função de aptidão Gaussiano proposto nesse trabalho foi qualificado usando a ferramenta profissional WiCkeD da MunEDA como referência, onde os resultados obtidos para as especificações desejadas no projeto de dois OTAs apresentaram diferenças menores que 5%.