Otimização de osciladores CMOS por algoritmos meta-heurísticos.

No presente trabalho é feita a implementação de uma ferramenta para projeto de circuitos osciladores CMOS, através da utilização de algoritmos meta-heurísticos e simulações computacionais na plataforma Spice. Os algoritmos meta-heurísticos implementados em MatLab e aplicados foram os seguintes: Otimização por Enxame de Partículas (particle swarm optimization), Arrefecimento Simulado (simulated annealling) e Busca Padrão (pattern search). Testes foram realizados com osciladores em anel com três e cinco inversores, osciladores a cristal de 1,0 MHz e de 32768 Hz, além de osciladores controlados por tensão. A tecnologia aplicada foi a tecnologia CMOS 0,35 μm da AMS (Austria Micro Systems). No projeto foram analisados a frequência de oscilação, amplitude do sinal de saída, ruído de fase, potência consumida, e as distorções harmônicas. Um dos osciladores obtidos para 32768 Hz apresentou amplitude de saída superior a 2,0 V e potência consumida inferior a 3,0 W para tensão de alimentação de 3,0 V. O circuito VCO (voltage controlled oscillator) projetado apresentou uma faixa de frequência de 0,8 GHz a 1,1GHz. Esses e outros resultados comprovaram a eficácia da utilização de algoritmos meta-heurísticos no projeto e na otimização de circuitos osciladores CMOS, porém estudos mais aprofundados para a criação de um método robusto para o projeto automatizado ainda são necessários.

Palavras-chave em Inglês

CMOS circuits
Metaheuritics algorithm
Optimization
Project
Oscillators

Resumo em Inglês

In this work, the implementation of a tool for design of CMOS oscillator circuits through metaheuristic algorithms and computational simulations on Spice platform is developed. The metaheuristic algorithms implemented in MATLAB and applied were: the particle swarm optimization, simulated annealing, and pattern search. Tests were performed in ring oscillators with three and five inverters, crystal oscillators of 1.0 MHz and 32768 Hz, and voltage-controlled oscillators. The applied technology was the AMS (Austria Micro Systems) CMOS 0.35 m. In the design were analyzed the oscillation frequency, the output signal amplitude, the phase noise, the power consumption, and the harmonic distortions. One of the designs obtained for a 32768 Hz oscillator presented output amplitude greater than 2.0 V and power consumption less than 3.0W for a 3.0 V supply voltage. The VCO (voltage controlled oscillator) circuit designed obtained a frequency range from 0.8 GHz to 1.1 GHz. These and other results have confirmed the effectiveness of using metaheuristic algorithms in the design and optimization of CMOS oscillator circuits, however further studies to the creation of a robust method for the automated design are still needed.

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Data de Publicação

2014-09-05

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