تحسين أداء أجهزة معالجة الإشارة التماثلية لأشباه الموصلات من أكسيد المعدن التكميلي بالاعتماد على خوارزميات تحسين الأمثل

الباحث

إسراء محمد رشيد عبد

المشرف

حسن جاسم مطلك

الجامعة

جامعة بابل

الكلية / القسم

كلية الهندسة / الهندسة الكهربائية

الشهادة

دكتوراه

السنة

2024

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

CMOS ; Analog Signal Processing ; Optimization Algorithms ; Circuit Design

في الآونة الأخيرة، تم إيلاء اهتمام كبير لفحص وإنشاء مكبرات التشغيل التكميلية ثنائية المرحلة من أوكسيد أشباه الموصلات المعدنية (CMOS Op-Amp) ، ومكبرات التشغيل المتحولة من أوكسيد أشباه الموصلات المعدنية (OTA) ، ودوائر التيار المتكاملة من الجيل الثاني من CMOS (CCID ويرجع هذا في المقام الأول إلى أن هذه الدوائر تظهر أداءً cli sitio خاصة في السرع العالية وعرض النطاق الترددي المحسنء مقارنة بمكبر التشغيل التقليدي في وضع الجهد. يتكون مكبر التشغيل CMOS المقترح من مجموعة Metal Oxide Silicon Field Effect Transistors (MOSFET) ، وبالتالي لبناء مكبر تشغيلي عالي cela! يجب اختيار تقنية لتنسيق الخصائص العملية لهذه الترانزستورات. علاوة على ذلكء يتم استخدام خوارزميات التحسين مثل خوارزمية (BA) LMA ، وخوارزمية دورة الماء(7704) ، وخوارزمية الأعشاب الضارة للتحسين (TWO) لهذا الغرض. تقدم هذه الأطروحة تصميم مكبر تشغيلي CMOS باستخدام تقنية 8 ميكرومتر من Taiwan Semiconductor Manufacturing Company 4S) age (TSMC) إمداد 1.84 فولت. يتم استخدام برنامج MATLAB (الإصدار62021) لخوارزميات التحسين في تحسين التصاميم المقترحة باستخدام برنامج المحاكاة PSPICE (الإصدار 17.4). فالتصميم الأول هو تصميم مكبر تشغيلي CMOS ثنائي المرحلة بترددات عالية، من خلال الحساب النظريء فإن نتائج محاكاة عناصرالأداء fie عرض النطاق الترددي لكسب الوحدة GAS (UGB) الجهد واستهلاك الطاقة تساوي 42.1 ميجا هرتز و88.56 ديسيبل و493.92 ميكرو واط على التوالي. لتحسين هذه العناصرء يعطي Gost BA في كسب الجهد بنسبة 20/، ويصل عرض النطاق الترددي لكسب الوحدة (UGB) إلى 86 ميجا هرتزء وينخفض تبديد الطاقة بنسبة 239.1. بالإضافة إلى هذه التحسينات، زادت مساحة الترانزستورات بمقدار خمسة أضعاف ما كانت عليه قبل استخدام الخوارزمية وانخفض هامش الطور قليلاً عن الحالة السابقة. والتصميم الثاني folded cascode CMOS OTA ، ونتائج محاكاة عناصر الأداء مثل عرض النطاق الترددي للكسب واستهلاك الطاقة وكسب الجهدء تساوي 47.8 ميجا هرتز و255.6 ميكرو bls و79.27 ديسيبل على التوالي. لتحسين هذه العناصرء تقدم خوارزمية WCA تحسين في UGB بأكثر من dived أضعاف قيمته قبل استخدام الخوارزمية، بالإضافة إلى ذلك، تم تحسين كسب الجهد بنسبة 24.4/، وانخفض استهلاك الطاقة بنسبة 15.5/. بالإضافة إلى هذه التحسينات، انخفض هامش الطور بمقدار صغيرء وزادت المساحة بمقدار ثلاثة أضعاف مساحتها دون استخدام الخوارزمية. اما التصميم الثالث فهو تصميم 6011© CMOS في الترددات العالية، وكانت نتائج محاكاة عناصر الأداء مثل عرض النطاق الترددي لوضع الجهدء ومقاومة الإدخال عند منفذكا ، وعرض النطاق الترددي لوضع التيار تساوي 2.28 جيجاهرتزء و3 كيلو أوم؛ و3.36 جيجاهرتز على التوالي. لتحسين هذه العناصرء يتم استخدام 58 )5 TWO4p ، والتي تعطي تحسنًا في عرض النطاق الترددي لوضع الجهد بأكثر من ثلاثة أضعاف القيمة السابقة، مما يقلل من مقاومة الإدخال عند منفذ K بنسبة 173.35، ويتحسن عرض النطاق الترددي لوضع التيار بنسبة 93.45/. Biquad filters Universal Active filter Jie تم استخدام التطبيقات المناسبة، لاختبار تشغيل التصاميم المقترحة. Quadrature filters

Recently, significant attention has been given to the examination and creation of Two-Stage Complementary Metal Oxide Semiconductor Operational Amplifiers (CMOS Op-Amp), Folded Cascode CMOS Operation Transconductance Amplifiers (OTA), and CMOS second generation Current Conveyor (CCII) Integrated Circuits (ICs). This is primarily because these circuits demonstrate superior performance, specifically in higher speed and improved bandwidth, compared to the traditional voltage-mode operational amplifier. The suggested CMOS Op-Amp comprises a group of Metal Oxide Silicon Field Effect Transistors (MOSFET), therefore to construct a high- performance Op-Amp, a current technology that harmonizes the process characteristics of these transistors needs to be chosen. Furthermore, optimization algorithms such as the Bat Algorithm (BA), Water Cycle Algorithm (WCA), and Invasive Weed Optimization (IWO) algorithm are used for this purpose. This thesis presents the design of a CMOS Op-Amp using 0.18μm Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) technology and a supply voltage of ±1.8V. The MATLAB(version 2021b) program is used for optimization algorithms in the proposed design optimization with the PSPICE software simulator (version 17.4). The first design is a Two-Stage CMOS Op-Amp design in high frequencies, through the theoretical calculation, the simulation results of the performance parameters as Unit Gain Bandwidth (UGB), voltage gain, and power consumption are equal to 42.1 MHz, 88.56dB, and 493.92 μW respectively. To optimize these parameters, the BA gives the improvement in the Voltage gain by 20%, the UGB reaches 86 MHz, and the power dissipation is reduced by 39.1%. In addition to these optimizations, the area of transistors has increased by five times what it was before using the algorithm and phase margin has decreased slightly from the previous case. The second design is folded cascode CMOS OTA, the simulation results of the performance parameters as gain bandwidth, power consumption, and voltage gain, are equal to 47.8MHz, 255.6μW, and 79.27dB respectively. To optimize these parameters, the WCA algorithm gives the improvement in the UGB by more than five times its value without using the algorithm, Additionally, The voltage gain is improved by 24.4%, and the power consumption was reduced by 15.5%. In addition to these optimizations, the phase margin decreases by a small amount, and the area increases by three times its area without using the algorithm. The third design is CMOS CCII design in high frequencies, the simulation results of the performance parameters as voltage mode bandwidth, input resistance at X port, and current mode bandwidth are equal to 2.28GHz, 3KΩ, and 3.36GHz respectively. To optimize these parameters, the IWO algorithm is used, which gives the improvement in the voltage mode Bandwidth by more than three times the previous value, reducing the input impedance at the X port by 73.35%, and the current mode bandwidth is improved by 93.45%. Appropriate implementations, such as Universal Active filter, Biquad filter, and Quadrature filter were used to test the operation of the proposed design.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب