sobre el dimensionamiento de amplificadores operacionales CMOS mediante la aplicación de algoritmos de optimización multiobjetivo
Autores: Valencia-Ponce, Martín Alejandro; Tlelo-Cuautle, Esteban; de la Fraga, Luis Gerardo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
sobre el dimensionamiento de amplificadores operacionales CMOS mediante la aplicación de algoritmos de optimización multiobjetivo
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Cmos
Amplificadores operacionales
Métodos de optimización
Algoritmos de múltiples objetivos
NSGA-III
MOMBI-II
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 31
Citaciones: Sin citaciones
En el diseño de circuitos integrados (IC) CMOS, los amplificadores operacionales son uno de los dispositivos activos más útiles para mejorar aplicaciones en procesamiento de señales analógicas, acondicionamiento de señales, y demás. Sin embargo, debido a la reducción de escala de la tecnología CMOS, junto con el gran número de variables de diseño y sus compensaciones, resulta difícil alcanzar las especificaciones deseadas sin la aplicación de métodos de optimización. Por esta razón, este trabajo muestra las ventajas de realizar una optimización de múltiples objetivos y compara este algoritmo con las metaheurísticas mono- y multi-objetivo bien conocidas, que han demostrado su utilidad en el dimensionamiento de ICs CMOS. Tres amplificadores operacionales CMOS son el estudio de caso en este trabajo; fueron dimensionados aplicando algoritmos mono-, multi- y de muchos objetivos. El conocido algoritmo genético de clasificación no dominada versión 3 (NSGA-III) y la metaheurística de muchos objetivos basada en el indicador R2 (MOMBI-II) se aplicaron para dimensionar amplificadores CMOS y sus soluciones dimensionadas se compararon con algoritmos mono- y multi-objetivo. Los amplificadores CMOS se optimizaron considerando cinco objetivos, asociados a una figura de mérito (FoM), ganancia diferencial, consumo de potencia, relación de rechazo en modo común y área total de silicio. Los diseños se realizaron utilizando la tecnología CMOS UMC de 180 nm. Para mostrar la ventaja de aplicar algoritmos de optimización de muchos objetivos para dimensionar amplificadores CMOS, el amplificador con el mejor rendimiento se utilizó para diseñar un integrador de orden fraccionario basado en filtros OTA-C. Se realizó un análisis de variación considerando el proceso, el voltaje y la temperatura (PVT) y se realizó un análisis de Monte Carlo para verificar la robustez del diseño. Finalmente, el integrador de orden fraccionario basado en OTA se utilizó para diseñar un oscilador caótico de orden fraccionario, mostrando una buena concordancia entre las simulaciones numéricas y de SPICE.
Descripción
En el diseño de circuitos integrados (IC) CMOS, los amplificadores operacionales son uno de los dispositivos activos más útiles para mejorar aplicaciones en procesamiento de señales analógicas, acondicionamiento de señales, y demás. Sin embargo, debido a la reducción de escala de la tecnología CMOS, junto con el gran número de variables de diseño y sus compensaciones, resulta difícil alcanzar las especificaciones deseadas sin la aplicación de métodos de optimización. Por esta razón, este trabajo muestra las ventajas de realizar una optimización de múltiples objetivos y compara este algoritmo con las metaheurísticas mono- y multi-objetivo bien conocidas, que han demostrado su utilidad en el dimensionamiento de ICs CMOS. Tres amplificadores operacionales CMOS son el estudio de caso en este trabajo; fueron dimensionados aplicando algoritmos mono-, multi- y de muchos objetivos. El conocido algoritmo genético de clasificación no dominada versión 3 (NSGA-III) y la metaheurística de muchos objetivos basada en el indicador R2 (MOMBI-II) se aplicaron para dimensionar amplificadores CMOS y sus soluciones dimensionadas se compararon con algoritmos mono- y multi-objetivo. Los amplificadores CMOS se optimizaron considerando cinco objetivos, asociados a una figura de mérito (FoM), ganancia diferencial, consumo de potencia, relación de rechazo en modo común y área total de silicio. Los diseños se realizaron utilizando la tecnología CMOS UMC de 180 nm. Para mostrar la ventaja de aplicar algoritmos de optimización de muchos objetivos para dimensionar amplificadores CMOS, el amplificador con el mejor rendimiento se utilizó para diseñar un integrador de orden fraccionario basado en filtros OTA-C. Se realizó un análisis de variación considerando el proceso, el voltaje y la temperatura (PVT) y se realizó un análisis de Monte Carlo para verificar la robustez del diseño. Finalmente, el integrador de orden fraccionario basado en OTA se utilizó para diseñar un oscilador caótico de orden fraccionario, mostrando una buena concordancia entre las simulaciones numéricas y de SPICE.