Projeto de amplificadores de baixo ruído usando algoritmos meta-heurísticos.

Amplificadores de baixo ruído, LNAs, são circuitos que amplificam sinais introduzindo pouco ruído e são utili-zados em diversas aplicações modernas, como celulares e computadores móveis. O projeto de um LNA aparenta ser simples, pelos poucos componentes que o compõe, contudo a alta correlação entre os seus parâmetros intro-duz consideráveis dificuldades. Para contornar essas dificuldades, o presente trabalho faz uso dos algoritmos meta-heurísticos, Particle Swarm Optimization e Simulated Annealing, para projeto e otimização de LNAs. Es-ses algoritmos necessitam avaliar milhares de indivíduos, o que no presente trabalho é feito por simulações elé-tricas. Com isso, o tempo gasto para cada análise se torna um gargalo. Um dos elementos mais importante dos LNAs operando em RF é o indutor. A obtenção do seu modelo elétrico pode ser demorada quando se aplicam softwares extratores. Para acelerar a obtenção do modelo do indutor foi utilizado um conjunto de equações. Para analisar a viabilidade do uso de meta-heurísticas e equações para extração de modelos de indutores foram usadas quatro topologias para projeto de amplificadores de baixo ruído operando em 1,8 GHz, com tensão de alimenta-ção de 2,0 e 3,0 V e uma tecnologia CMOS de 0,35 ?m. Para LNAs sem casamento de impedância na saída fo-ram obtidos resultados, por simulação, tão bons quanto ganho de tensão de 23,5 dB, figura de ruído de 3,2 dB, ponto de intersecção de terceira ordem de 15,0 dBm e consumo de potência de 5,5 mW. Para LNAs com casa-mento de impedância na saída se atingiu resultados como ganho de potência de 23,5 dB, figura de ruído de 3,0 dB, ponto de intersecção de terceira ordem de -8,4 dBm e consumo de potência de 22,8 mW. Os resultados obti-dos foram comparados com resultados da literatura mostrando que a utilização de algoritmos meta-heurísticos e equações para modelar indutores é eficaz no projeto de amplificadores de baixo ruído.

Palavras-chave em Inglês

Low-noise amplifier
LNA
Metaheuristic algorithms
Inductor

Resumo em Inglês

Low-noise amplifiers, LNAs, are circuits that amplify signals introducing small quantity of noise and are used in many modern applications, such as mobile phones and computers. The design of an LNA appears to be simple, because of the few components that compose it, however the high correlation among its parameters introduces considerable difficulties. To circumvent these difficulties, this paper makes use of metaheuristic algorithms, Par-ticle Swarm Optimization and Simulated Annealing, for the design and optimization of LNAs. These algorithms need to evaluate thousands of individuals, which in this work is done by electrical simulations. With this, the time spent for each analysis becomes a bottleneck. One of the most important elements of LNAs, when they operate in RF, is the inductor. Obtaining your electric model can be time consuming when softwares of extrac-tion were applied. To accelerate the attainment of the inductor model a set of equations was used. To analyze the feasibility of the use of metaheuristics and equations to modeling the inductors, four topologies were employed to design low-noise amplifiers operating at 1.8 GHz, with voltage of 2.0 and 3.0 V and a CMOS technology 0.35 um. For LNAs, without impedance matching, the output results reached, simulation, are gain of 23.5 dB, noise figure of 3.2 dB, the intersection point of the third order of 15.0 dBm and power consumption of 5.5 mW. For LNAs with impedance matching, the results reached are gain of 23.5 dB, noise figure of 3.0 dB, the intersection point of the third order of -8.4 dBm and power consumption of 22.8 mW. The results were compared with results from the literature showing that the use of metaheuristic algorithms and equations for inductor model is effective for the design of low-noise amplifiers.

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Data de Publicação

2015-02-23

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