Otimização de amplificadores classes E/F em tecnologia CMOS utilizando-se algoritmo genético e técnica de equilíbrio harmônico

Abstract

Neste trabalho é apresentado um otimizador de circuitos amplificadores de potência Classes E e F baseado no NSGA-II, um Algoritmo Genético (AG) muito considerado na literatura. Além disso, este otimizador funciona paralelamente ao GoldenGate, um software de simulação especializado no tratamento de circuitos RF e microondas, o qual utiliza o método do Equilíbrio Harmônico. Com isso, são apresentadas diversas Classes de amplificadores de potência, justificando a escolha das Classes E e F. Para o correto entendimento do processo de otimização, também é apresentado o método do Equilíbrio Harmônico, bem como o Algoritmo Genético, em especial o NSGA-II. Na seqüência, é mostrada a implementação do otimizador para funcionar em paralelo com o GoldenGate, além de como é realizada a troca de informações entre estes. Por fim, são apresentados os resultados da otimização de um amplificador de potência já proposto por Assunção (Assunção, Leandro Santana (2004); "Amplificador de potência de RF comcontrole digital em tecnologia CMOS para aplicação em telemetria". Dissertação de Mestrado - UnB), o qual possui em sua topologia tanto o Classe E quanto o Classe F em tecnologia CMOS e que apresentava uma eficiência de 15%. É realizada, ainda, comparação dos resultados obtidos pelo otimizador implementado e o Gradiente, o qual é um otimizador comercial existente no GoldenGate. Com a otimização com o AG, o circuito passou a apresentar uma eficiência superior a 50%. É notável, após as análises, que o otimizador Algoritmo Genético possui ótimo desempenho nas otimizações de qualquer circuito com problemas multi-objetivo. _________________________________________________________________________________________ ABSTRACT

On this work we show an optimizer of power amplifiers circuits on class E and F based in NSGA-II, an important Genetic Algorithm in literature. Moreover, this optimizer works parallel to GoldenGate, a software of simulation specialized in the treatment of RF and Microwave circuits by using Harmonic Balance method. Thus, several RF power amplifiers types are presented, showing the reason for the choice of the Class E and Class F. To understand the optimization process, the Harmonic Balance method and the Genetic Algorithm is shown, with emphasis to NSGA-II. After that, the implementation of the optimizer is presented and how it works with the GoldenGate and the communication with each other. Finally, it’s shown the results of the optimization process of a RF power amplifier [1] which has in its topology the Class E and the Class F in CMOS. It’s done a comparison with the results of the optimization with the proposed optimizer and the optimizer of the GoldenGate, the Gradient. In the analyses, it’s concluded the optimizer based on Genetic Algorithm is able to optimizer any circuit with multi-objective problems.