Author: MIGUEL AURELIO DUARTE VILLASEÑOR

Síntesis automática de bloques de ganancia unitaria utilizando algorithmos genéticos

MIGUEL AURELIO DUARTE VILLASEÑOR (2007)

A new genetic representation method is introduced to synthesize unity-gain blocks such as: voltage followers (VF), current followers (CF), voltage mirrors (VM), and current mirrors (CM). The synthesis method was implemented using genetic algorithms (GAs), which are search techniques based in the mechanisms of natural selection and the biological genetics.

It is shown the guidelines to automatically realize the netlist of integrated circuits through a code called „chromosome‟, that is separated in four genes: gene of small signal (genSS), gene of synthesis of the MOSFET (genSMos), gene of bias (genBias), and gene of synthesis of current mirrors (genCM). The last one is used to synthesize the ideal current sources used in the biasing of the circuits by CMOS current mirrors. The genes grow according to the number of elements nullor used to model the behavior of the circuits.

The proposed synthesis method has been programmed in MatLab, and it uses T-SPICE to evaluate the behavior of the topologies in the transistor level of abstraction. In this way, the method selects the most appropriate circuits by elitism.

Finally, it is shown the application of the method to synthesize unity-gain circuit topologies. Also, the evolution of the unity-gain blocks is described to synthesize more complex circuits such as current conveyors.

Se presenta un nuevo método de representación genética para sintetizar bloques de ganancia unitaria tales como: seguidores de voltaje (VF), seguidores de corriente (CF), espejos de voltaje (VM) y espejos de corriente (CM). El método de síntesis se realizó utilizando algoritmos genéticos (GAs), los cuales son técnicas de búsqueda basadas en los mecanismos de selección natural y en la genética biológica.

Se muestra la base para realizar automáticamente el netlist de circuitos integrados mediante un código llamado „cromosoma‟ que es dividido en cuatro genes: gen de pequeña señal (genSS), gen de síntesis del MOSFET (genSMos), gen de polarización (genBias) y gen de síntesis de espejos de corriente (genCM). Este último para sintetizar las fuentes de corriente ideales, utilizadas en la polarización de los circuitos por espejos de corriente CMOS. Los genes crecen según el número de elementos nullor usados para modelar el comportamiento de los circuitos.

El método de síntesis propuesto se ha programado en MatLab; y este utiliza T-SPICE para evaluar el comportamiento de las topologías en el nivel de abstracción de transistor. De esta manera, el método selecciona los circuitos más apropiados por elitismo.

Finalmente, se muestra la aplicación del método descrito para sintetizar topologías de circuitos de ganancia unitaria. Asimismo, se describe la evolución de los bloques de ganancia unitaria para sintetizar circuitos más complejos como los current conveyors.

Master thesis

Electronic design automation Genetic algorithms Current conveyors CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA MICROELECTRÓNICA. DISEÑO

Síntesis automática de circuitos analógicos utilizando algoritmos evolutivos

MIGUEL AURELIO DUARTE VILLASEÑOR (2010)

Se presenta una metodología de codificación binaria, la cual ha sido implementada

como un sistema automático para sintetizar circuitos analógicos,

tales como: seguidores de voltaje (VF), espejos de voltaje (VM), seguidores

de corriente (CF) y espejos de corriente (CM); estas cuatro celdas de ganancia

unitaria se combinan para realizar la síntesis de current conveyors (CC), CCinversos

(ICC) y amplificadores operacionales retroalimentados en corriente

(CFOA). El método de síntesis se programó utilizando algoritmos evolutivos

(EA), los cuales son técnicas de búsqueda basadas en los mecanismos de la

selección natural de Darwin y en la genética biológica de Mendel.

Se comparan algunas herramientas de síntesis con el método realizado en

este trabajo. Además se describe brevemente el EA, resaltando las operaciones

genéticas y los tres tipos de EAs: algoritmos genéticos (GA), estrategias

evolutivas (ES) y programación genética (GP). Las operaciones genéticas

aplicadas son selección, cruza, mutación y elitismo.

Para realizar los algoritmos evolutivos se utilizo MatLab. Se muestra el esquema

del algoritmo propuesto y como fue realizada la comprobación de

funcionamiento de éste. Se recurre a SPICE para evaluar el comportamiento

de las topologías obtenidas con tecnología de circuitos integrados CMOS.

De esta manera, el método selecciona sólo los circuitos más apropiados. El

parámetro de evaluación para la selección de los circuitos es calculado según

la respuesta de los circuitos en las simulaciones en SPICE.

Como resultado, la principal aportación de esta tesis es la propuesta del

nuevo método de codificación genética para circuitos analógicos y la síntesis

de nuevas topologías para el diseño de VFs, VMs, CFs, CMs. Finalmente

se muestra que la combinanción de estas celdas analógicas genera el código

genético de circuitos con más terminales, tales como los CCs, ICCs y CFOAs.

Doctoral thesis

Evolutionary computation Genetic algorithms Analogue circuits Circuit simulation Topology CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

Designing Chua’s circuit from the behavioral to the transistor level of abstraction

ESTEBAN TLELO CUAUTLE MIGUEL AURELIO DUARTE VILLASEÑOR (2007)

A MATLAB program is presented to design Chua’s circuit by applying state-variables at the behavioral level of

abstraction. The user can interact with the program to calculate state trajectories by modifying the values of five

circuit-elements: a resistor, two capacitors, an inductor and a nonlinear resistor, i.e. Chua’s diode (NR). NR is modeled

by a piecewise-linear i–v characteristic which is synthesized further by analog building blocks at the transistor level of

abstraction. Finally, Chua’s circuit is simulated by using SPICE and standard CMOS integrated-circuit technology, whose

results are in good agreement with MATLAB.

Article

Modeling and simulation State-variables Chaotic oscillator Chua’s circuit CMOS integrated-circuit design CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

Modelado y simulación de un oscilador caótico usando MatLab

ESTEBAN TLELO CUAUTLE MIGUEL AURELIO DUARTE VILLASEÑOR (2007)

Se presenta un sistema basado en MatLab para

modelar y simular un oscilador caótico al nivel de abstracción de

sistema. Se selecciona el circuito de Chua para describir los

fenómenos caóticos. De esta manera, el resistor no-lineal (Diodo

de Chua) se modela por una característica I-V lineal a tramos

cuya corriente y rangos de voltaje pueden variarse por el

usuario. Se muestra como generar una secuencia de

comportamientos caóticos variando el valor del resistor lineal.

Los resultados de simulación se grafícan en dos y tres

dimensiones. Finalmente, se describen brevemente algunas

consideraciones para la síntesis del oscilador caótico usando

tecnología CMOS estándar de circuitos integrados.

Article

Modelado y simulación Oscilador caótico Diodo de Chua Diseño de circuitos integrados CMOS CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

Designing SRCOs by combining SPICE and Verilog-A

ESTEBAN TLELO CUAUTLE MIGUEL AURELIO DUARTE VILLASEÑOR (2007)

The design of single-resistance-controlled oscillators (SRCOs) is presented by

using current followers (CF) and voltage followers (VF). First, the design of the

followers is described by using SPICE and standard CMOS technology of

0.35 µm. Second, a SRCO is simulated in SPICE by using the designed CF and

VF. Third, the SRCO is simulated in Verilog-A by using ideal and real

behavioural models for the followers. Finally, the good agreement on the

simulation results leads us to conclude on the usefulness to combine SPICE and

Verilog-A to enhance analogue integrated circuit design.

Article

Modelling and simulation Single-resistance-controlled oscillator Current and voltage follower Analogue integrated circuit design CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

Automatic synthesis of VFs and VMs by applying genetic algorithms

ESTEBAN TLELO CUAUTLE MIGUEL AURELIO DUARTE VILLASEÑOR IVICK GUERRA GOMEZ (2008)

An automatic synthesis method is introduced to design voltage followers (VFs) and voltage mirrors (VMs) by performing evolutionary operations. It is shown that the nullor element is useful to introduce a new genetic representation to codify the behavior of the VF by a chromosome divided by four genes: small-signal (genSS), synthesis of the nullor by MOSFET (genSMos), bias (genBias), and synthesis of current mirrors (genCM). Further, it is shown that the behavior of the VMcan be codified by evolving the chromosome of the VF. The proposed synthesis method uses SPICE to evaluate the fitness of the VF and VM. Finally, we show the synthesis of several VFs and VMs which are designed using standard CMOS technology of 0.35 μm. The applications and evolution of the VF and VM to synthesize more complex devices such as current conveyors (CCs) and inverting CCs are briefly discussed.

Article

Evolutionary electronics Genetic algorithms Circuit synthesis VF VM Nullor CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

Synthesis of CCII-s by superimposing VFs and CFs through genetic operations

ESTEBAN TLELO CUAUTLE DAVID MORO FRIAS CARLOS SANCHEZ LOPEZ MIGUEL AURELIO DUARTE VILLASEÑOR (2008)

It is introduced a new genetic algorithm to synthesize the negative-type second generation current conveyor (CCII-) by superimposing a voltage follower (VF) with a current follower (CF). First, the VF and CF are described by binary genes. Second, the gene CF is inverted, rigth-shifted and multiplied (AND operation) with the gene VF to verify that both genes can be superimposed to synthesize the CCII-. Finally, some synthesized CCII-s are presented which electrical characteristics are measured using HSPICE and standard CMOS technology of 0.35 μm.

Article

Evolutionary electronics Circuit synthesis Current conveyor Nullor CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA CIRCUITOS INTEGRADOS

Automatic synthesis of electronic circuits using genetic algorithms

Síntesis automática de circuitos electrónicos usando algoritmos genéticos

ESTEBAN TLELO CUAUTLE MIGUEL AURELIO DUARTE VILLASEÑOR CARLOS ALBERTO REYES GARCIA GERARDO REYES SALGADO (2007)

An automatic synthesis method based on the application of genetic algorithms (GAs) is described for the synthesis of voltage followers (VFs), which are designed using CMOS integrated circuit technology of 0.35μm. It is shown the usefulness of the nullor element to model the ideal behavior of the VF, and to codify its topology using a chromosome which is divided into four genes: gene of small-signal (genSS), gene of synthesis of the MOSFET (genSMos), gene of bias (genBias), and gene of synthesis of current mirrors (genCM); this last one to synthesize ideal current sources used in the biasing of the circuits with CMOS current mirrors.

The proposed synthesis method has been programmed in MatLab, and it uses T-SPICE to evaluate the fitness of the VFs at the transistor level of abstraction. In this manner, the method selects the more appropriated VFs by elitism. Finally, it is shown the behavior of the GA to synthesize practical VFs. As a result, it is shown the synthesis of eight CMOS compatible VFs, and their applications are briefly discussed.

Se describe un método de síntesis automática basado en la aplicación de algoritmos genéticos (GAs) para la síntesis de seguidores de voltaje (VFs), los cuales son diseñados usando tecnología CMOS de circuitos integrados de 0.35μm. Se demuestra la utilidad del elemento anulador para modelar el comportamiento ideal del VF, y para codificar su topología usando un cromosoma que es dividido en cuatro genes: gen de pequeña señal (genSS), gen de síntesis del MOSFET (genSMos), gen de polarización (genBias), y gen de síntesis de espejos de corriente (genCM); este último para sintetizar las fuentes de corriente ideales utilizadas en la polarización de los circuitos por espejos de corriente CMOS.

El método de síntesis propuesto se ha programado en MatLab, y usa T-SPICE para evaluar la aptitud de los VFs en el nivel de abstracción de transistor. De esta manera, el método selecciona los VFs más apropiados por elitismo. Finalmente, se muestra el comportamiento del GA para sintetizar VFs prácticos. Como resultado, se muestra la síntesis de ocho VFs compatibles con CMOS, y sus aplicaciones se discuten brevemente.

Article

Evolutionary electronics Circuit synthesis Voltage follower Nullor Electrónica evolutiva Síntesis de circuitos Seguidor de voltaje Anulador CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

Applications of evolutionary algorithms in the design automation of analog integrated circuits

ESTEBAN TLELO CUAUTLE IVICK GUERRA GOMEZ MIGUEL AURELIO DUARTE VILLASEÑOR LUIS GERARDO DE LA FRAGA GEORGINA FLORES BECERRA GERARDO REYES SALGADO CARLOS ALBERTO REYES GARCIA GUSTAVO RODRIGUEZ GOMEZ (2010)

During the last decade, evolutionary algorithms (EAs) have shown its usefulness for solving multi-objective optimization problems. In the field of analog Integrated Circuits (ICs), they provide a set of feasible solutions for the optimal synthesis and sizing of different kinds of linear and nonlinear circuits, namely: amplifiers, filters and oscillators. The optimization of these circuits can enhance the performance for signal processing applications in electronics. In this study we present the state of the art in applying EAs for the synthesis and sizing of analog ICs. A survey of the main people working in this field and recent major advances and discoveries are summarized. Some insights on the behavior of EAs in the optimal design automation of analog ICs are given. Finally, several open research problems are listed mainly devoted to improve the electronic design automation tools for analog ICs by applying EAs.

Article

Electronic design automation Evolucionary electronics Evolucionary algorithms Circuit synthesis Circuit sizing Genetic algorithm Non-sorting genetic algorithm Multi-objective evolutionary algorithm Unity-gain cell Current conveyor CMOS integrated circuits CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA ELECTRÓNICA