1,720,970 research outputs found
UMA FERRAMENTA PARA AUTOMAÇÃO DE DESIGN DE TRANSISTORES CMOS BASEADO EM PYTHON E SIMULADOR SPECTRE
No full textTransistores são dispositivos semicondutores usados em circuitos eletrônicos, tendo como funções principais amplificar e chavear sinais elétricos. Estes dispositivos, considerados como uma das maiores invenções do século 20, revolucionaram a eletrônica, permitindo a miniaturização de circuitos e uma revolução tecnológica em todo o mundo. No ramo da microeletrônica, o transistor é um componente indispensável em projetos de circuitos integrados, estes que se baseiam na tecnologia CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), comumente sendo usada para a construção de circuitos integrados, se baseia no uso de pares de MOSFETs do tipo N e tipo P para realizar funções lógicas que podem ser usadas para projetos de dispositivos eletrônicos como microcontroladores, processadores, memórias, etc. Por sua vez, MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) são dispositivos fabricados a partir do silício, e dependendo de sua dopagem eletrônica, que consiste na adição de impurezas químicas no material utilizado na fabricação do dispositivo semicondutor, podem ser categorizados como NMOS ou PMOS, também chamados de transistor tipo N ou transistor tipo P. As dimensões e tensões de operação alteram as características elétricas dos transistores, e consequentemente as especificações dos circuitos analógicos. Os parâmetros de dimensionamento destes transistores dependem principalmente da largura (W) e do comprimento (L) do canal do substrato, essas dimensões afetam diretamente as regiões de operação do transistor, que controlam o fluxo de corrente elétrica de passa pelo mesmo. Desta forma, é necessário obter o dimensionamento adequado para que o circuito alcance as especificações do projeto de forma precisa. A proposta deste trabalho consiste em apresentar uma ferramenta capaz de automatizar o dimensionamento de transistores NMOS e PMOS para o processo de fabricação de 180 nm a partir de parâmetros inicialmente inseridos pelo usuário, de modo a facilitar projetos no ramo da microeletrônica e aumentar a produtividade do projetista. Utilizando métodos iterativos, é possível simular os transistores de forma repetida, calculando os parâmetros na iteração atual a partir dos dados inseridos pelo usuário, até que o valor objetivo do parâmetro desejado seja alcançado. O software foi desenvolvido a partir da linguagem de programação Python, e do simulador Spectre Simulation Platform da empresa Cadence Design Systems, usando diferentes modelos de transistores PMOS e NMOS com seus terminais conectados a fontes de tensão criados no software Virtuoso Layout Suite, que podem ser simulados diretamente pelo simulador Spectre. Para a utilização da ferramenta, é necessário que haja um fluxo de projeto bem definido, de modo a facilitar sua compreensão e seu uso adequado. Foi projetado o circuito de um transdutor negativo, circuito muito usado em diversas aplicações como amplificadores e filtros de ultra baixa tensão, de transcondutância equivalente a 10 uS, 0.5 V, comprimento do canal de 1 um e erro máximo de 1%, e simulado no software Virtuoso Layout Suite, em que os resultados obtidos foram satisfatórios, com a largura do canal dos transistores PMOS sendo definido como 707,675 um, e dos transistores NMOS de 221,2 um, assim, validando o fluxo de projetos da ferramenta. Para trabalhos futuros a ferramenta será aplicada em outros projetos de circuitos integrados de modo a adicionar mais funcionalidades à ferramenta, e desenvolver uma interface gráfica, facilitando seu uso e atendendo as necessidades do projetista
DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR MAGNÉTICO DE ESTADO SÓLIDO PARA SEGURANÇA ELETRÔNICA
No full textO projeto tem como objetivo trocar o sensor eletromagnético usado em sistemas de segurança, por um totalmente eletrônico.
Os sistemas de segurança são equipamentos eletrônicos que detectam a violação no circuito e manda a informação para a central de alarme, que além de comandar os dispositivos de detecção está o banco de bateria que mantem funcionando o sistema de alarme caso falte energia.
Os sensores que são utilizados nos sistemas de segurança são: Sensores infravermelhos, sensores ópticos e sensores magnéticos. O escolhido para a pesquisa foi o sensor magnético, onde é uma ampola de vidro com um contado de metal onde é fechado na presença de um campo magnético, ou seja, na presença de um imã.
O objetivo do projeto é melhorar e retirar os pequenos defeitos que a ampola tem, o sensor eletromagnético apresenta problemas que podem acarretar em perdas de equipamentos com o preço muito elevado. Os problemas detectados são: disparos falsos, oxidação do metal, e se fica muito fechado pode ficar magnetizado e não abrir quando perde o contado do imã. Disparos falsos, ocorrem por causa da trepidação da porta ou janela, e pela distância. Oxidação do metal, ocorre por causa do tempo que a ampola é deixada na umidade, assim o metal fica grudado não disparando o alarme quando o imã é afastado.
Com isso relacionado a presença do campo magnético com os sensores de efeito Hall, onde conseguimos o sensor onmipolar que é acionado na presença do imã, assim deixando passar a corrente pelo circuito de acionamento.
Com esse circuito conseguimos melhorar e retirar os defeitos, não há disparos falsos, ao pegar umidade pode oxidar alguma trilha ou componente, mas o circuito de acionamento não permite que a corrente continue passando assim o alarme será disparado onde pode-se saber que é o sensor ou algum componente estragou no circuito.
O circuito é acionado em 12V e funciona até 20V, também pode ser acionado em tensões diferentes
Uma Ferramenta Computacional para o Dimensionamento Automático de Circuitos Amplificadores Operacionais em Tecnologia CMOS de 35µm
No full textSíntese automática de circuitos integrados analógicos pode ser muito utilizada em projetos de microeletrônica, pois ela provê uma eficiente busca para as variáveis do circuito dentre um conjunto de características de projeto, de forma a fazer este o mais eficiente possível.Inúmeros trabalhos têm sido feitos neste tema, visando o desenvolvimento de ferramentas para reduzir o consumo de tempo no desempenho de tarefas e em pesquisas complexas em espaços altamente não-lineares.Desta forma este trabalho propõe uma ferramenta para a automação do projeto de circuitos integrados analógicos em nível de circuito, usando para isso a heurística de otimização evolucionária dos algoritmos genéticos. Onde a análise elétrica do circuito é obtida através de um simulador elétrico externo. A simulação elétrica utiliza o modelo ACM com parâmetros da tecnologia AMS 0.35µm.Para dimensionar e otimizar o tamanho dos transistores de um bloco analógico básico está ferramenta usa a otimização de uma função custo. Esta otimização baseia-se em um conjunto de restrições as quais são as especificações requeridas no projeto do circuito.Devido ao grande espaço de busca de soluções, são necessárias técnicas de inteligência artificial para encontrar, dentro do espaço de projeto, valores mínimos da função custo que satisfaçam as restrições impostas para o circuito analisado, desta forma foi utilizado neste projeto à técnica de otimização dos Algoritmos Genéticos.A avaliação do circuito é feita por um simulador elétrico externo utilizando o modelo ACM com parâmetros da tecnologia AMS 0.35µm. A utilização do modelo ACM garante a busca em todas as regiões de operação dos transistores MOSFETs.Como exemplo de projeto adotou-se o projeto de um amplificador operacional de dois estágios do tipo Miller e a potência dissipada como função custo. Este amplificador tem a função básica de amplificar a diferença de tensão entre suas entradas. Como especificações para o amplificador foram utilizadas o ganho para baixas freqüências (AV0), Slew Rate (SR), GBW e a faixa de tensão no modo comum de entrada (ICMR). Como variáveis livres de projeto foram adotadas o tamanho dos transistores e o valor da corrente de referência, totalizando assim 13 variáveis livres de projeto.A otimização foi executada utilizando para os algoritmos genéticos uma população de 1000 indivíduos. Nesta otimização os algoritmos genéticos apresentaram bons resultados, pois partiu de um valor inicial aleatório, encontrou uma solução que atende as restrições impostas e através da análise de evolução da função custo verifica-se a otimização na potência dissipada pelo circuito.A ferramenta proposto dimensionou automaticamente o amplificador operacional tipo Miller, onde a potência dissipada pelo circuito foi reduzida e todas as restrições impostas forma satisfeitas.Como trabalhos futuros espera-se testar outras heurísticas de otimização, adicionar outros circuitos analógicos e usar um modelo de sensibilidade nas otimizaçõe
DESENVOLVIMENTO DE UMA FERRAMENTA PARA O DIMENSIONAMENTO DE TRANSISTORES CMOS.
No full textOs circuitos eletrônicos estão cada vez mais presentes no dia a dia da
sociedade moderna. Para permitir a crescente demanda por maior
processamento e demais funcionalidades obtidas através deste aparato, é necessário que os circuitos integrados contenham um maior número de blocos funcionais. Para isso, é necessário reduzir cada vez mais as dimensões dos
dispositivos semicondutores como os transistores CMOS (Metal Óxido
Semicondutor Complementar). Esta miniaturização faz com que o
comportamento do transistor seja cada vez mais não-linear, exigindo
modelos matemáticos de alta complexidade compostos por vários
parâmetros físicos. Com isso, modelos mais simples não podem ser
utilizados no dimensionamento manual de transistores, pois estes não
representam o comportamento real. Desta forma, este trabalho tem como
objetivo desenvolver uma ferramenta para o dimensionamento de
transistores baseados em simulação elétrica. Esta ferramenta foi
implementada em Matlab® e faz a interface com o simulador elétrico
HSPICE®. Este simulador utiliza modelos de alta complexidade para
aproximar o comportamento físico dos dispositivos. A primeira versão
da ferramenta utiliza métodos numéricos e de otimização para calcular
uma das dimensões do canal de transistores CMOS a partir de
especificações de tensão e corrente elétrica. A segunda versão permite
a otimização de amplificadores básicos de forma a dimensionar os
transistores para obter um ganho de tensão igual ou superior ao valor
desejado. A ferramenta foi executada com alguns casos de testes, onde
a sua funcionalidade foi validada. Um amplificador comum source foi
projetado e apresentou ganho acima do valor desejado. Como trabalhos
futuros espera-se inserir outras funcionalidades às ferramentas de
forma a ampliar a faixa de aplicação das metodologias implementadas e
tornar os algoritmos mais eficientes
UM AMPLIFICADOR 0,4 V DE RESISTÊNCIA NEGATIVA BASEADO EM PEQUENOS SINAIS
No full textO avanço na Internet das Coisas (IoT) permite uma gama de possibilidades
na área de projetos de circuitos otimizados de energia de modo a prolongar a vida
útil desses circuitos alimentados por bateria. A proposta consiste na implementação
de amplificadores de baixa potência e baixa tensão utilizando o efeito de resistência
negativa. Inicialmente, foi definido que a análise seria feita por meio da amplificação
de sinal fornecida pela resistência negativa através de um circuito divisor de tensão
simples e para produzir a resistência negativa foi escolhido um transcondutor
negativo de acoplamento cruzado. O circuito foi implementado no processo CMOS
180 nm para operar com uma tensão de alimentação de 0,4 V e com dissipação na
escala de nW. Com um divisor de tensão composto por duas resistências, a qual
uma delas é denominada Rn representando a resistência negativa e a outra
resistência chamada R1, a função de transferência mostrou que ao utilizarmos
resistências positivas, essa função opera como atenuador de tensão, por outro lado,
se, Rn for negativo o circuito comporta-se com um amplificador de tensão. O nível de
ganho de tensão é positivo quando Rn for inferior que a -R1, podendo ter um ganho
infinito quando Rn tender a -R1. Também vimos que a impedância de entrada do
circuito é proporcional a diferença entre essas duas resistências, assim valores
mais elevados de impedância são obtidos apenas para valores mais baixos de
ganho de tensão. A este circuito foi adicionado um capacitor em paralelo com Rn a
fim de representar as capacitâncias parasitas e alguma carga impulsionada pelo
circuito. A topologia do transcondutor negativo de acoplamento cruzado foi estudada
e projetada com o auxílio do software Virtuoso Analog Design Environment da
Cadence. Para produzir a resistência negativa, essa topologia foi implementada com
dois transistores PMOS, ambos com mesma relação W/L que atuam como
transcondutores cruzados e dois transistores NMOS funcionando como cargas de
corrente. O circuito possui também uma corrente Iref que é espelhada por um terceiro
transistor NMOS. Foi feito modelo de pequenos sinais deste circuito onde foi
possível obter a equação que modela a resistência negativa, a qual pode ser
ajustada de acordo com os níveis de tensão DC, os tamanhos dos transistores e
também pelo nível de corrente Iref. Nas simulações, foi utilizado um circuito
diferencial composto por baluns, um na entrada e outro na saída, com um nível de
tensão DC de entrada de 0,2 V para polarizar o circuito e uma fonte de alimentação de 0,4 V para o circuito de resistência negativa. O consumo de energia do
amplificador medido no ponto de polarização da operação para o ganho máximo foi
de cerca de 557 nW. O ganho de tensão em função da frequência do amplificador
apresentou uma queda na frequência unitária ao ser adicionado uma capacitância
de 1 pF em paralelo, onde essa frequência unitária foi de cerca de 20 MHz para
aproximadamente 900 kHz. Realizando uma análise paramétrica, onde o resistor R1
foi variado de 90 kΩ para 100 kΩ, obtivemos uma variação do ganho de tensão de 0
a 250 V/V devido a diferença (R1 - Rn). Analisando também a resposta em frequência
para diferentes valores de R1 verificou-se que o ganho é alterado conforme a
resistência é aumentada, tendo uma variação do ganho de 22 dB para cerca de 42
dB. O layout do circuito foi desenhado e fabricado e as medições preliminares
mostraram uma resposta em frequência semelhante à obtida em simulações, assim
como uma dissipação de cerca de 470 nW
A Versatile and Easy-to-use Python-Based EDA Tool for Analog and RF Schematic Level IC Design
No full textInternational audienceEDA tools are required by analog and RF designers to assist the circuit sizing stage, thereby reducing work effort and time to market. Several optimisation-based tools have been proposed in the literature since the 1980s, and their use has presented important improvements due to efficient design space exploration. However, these tools often require extended knowledge about the tool's algorithm implementation, making them hard to use for IC designers. Precisely controlling their configuration is mandatory for good design flow tuning. As a result, these tools are not well-received by designers. In this way, this work proposes a Python-based optimization tool that presents an Easy-to-Use user interface, integrated with a widely available commercial EDA. With a simplified three-step setup, the proposed tool can be configured in less than 2 minutes. The proposed tool is presented and applied to the design of a 915 MHz RF to DC converter implemented in a CMOS 65nm process. Different design optimisation scenarios illustrate the flexibility of the tool to requirements
Projeto de um Amplificador Operacional de Transcondutância Miller de Baixa Potência para a tecnologia CNTFET
No full textCom a evolução dos circuitos integrados, existe a necessidade de reduzir o tamanho dos transistores para responder à procura crescente de equipamentos com maior velocidade e menor tamanho dos circuitos. Atualmente, a tecnologia CMOS é dominante sobre outras tecnologias de fabricação. No entanto, a tecnologia CMOS chegará a um ponto em que as condições físicas serão os limites para a evolução do processo de fabricação de transistores. Dessa forma, é necessário constantemente buscar novas alternativas para a substituição da tecnologia CMOS, a fim de obter circuitos com menor consumo de energia, maior velocidade e menor tamanho. Neste intuito, um forte substituto da tecnologia CMOS, ou aditivo a esta tecnologia, são os transistores da tecnologia CNTFET, os quais utilizam nanotubos de carbono para compor o canal. Nessa nova tecnologia, a velocidade dos transistores tende a ser de 10 a 100 vezes mais rápidos que a tecnologia CMOS.Para o projeto de circuitos analógicos em tecnologia CMOS existem inúmeras metodologias que auxiliam o projetista no dimensionamento dos transistores, porém devido ao estágio inicial dos transistores CNTFET ainda não existem metodologias de projeto para circuitos integrados analógicos. Assim, uma maneira de dimensionar os transistores é realizada uma exploração do espaço de projeto, com o objetivo de encontrar soluções que atendam as especificações impostas ao circuito e otimizem a potência dissipada. Para isso foi utilizada a ferramenta UCAF. Esta ferramenta foi desenvolvida inicialmente para o projeto de blocos analógicos CMOS, porém devido a sua versatilidade é possível utilizar a ferramenta com outros tipos de transistores.Este trabalho tem como objetivo realizar o projeto de um amplificador operacional de transcondutância (OTA) Miller, de dois estágios. A ferramenta foi executada utilizando a heurística de Simulated Annealing e quanto ao simulador elétrico utilizado foi o HSPICE. Após a execução, foram obtidos resultados otimizados que atingiram as especificações impostas ao projeto. Para o amplificador operacional de transcondutância composto por CNTFETs com base nos resultados foi possível observar que em termos de consumo de energia ele apresentou resultados satisfatórios quando comparados com a versão CMOS equivalente
Caracterização de Amplificadores Operacionais CMOS através de Simulação Elétrica para utilização em Ferramentas de Automação do Projeto
No full textOs circuitos integrados são circuitos eletrônicos construídos em escalas micrométricas e nanométricas e são divididos em circuitos analógicos, digitais e mistos (analógicos e digitais). Os circuitos digitais possuem ferramentas de automação de projeto bem desenvolvidas, possibilitando o projeto de circuitos com centenas de milhares de transistores de maneira totalmente automática. Já para os circuitos analógicos, até o que se sabe, não existem ferramentas que automatizam totalmente o projeto, fazendo com que circuitos analógicos não passem de algumas centenas de transistores.As ferramentas de dimensionamento de transistores de circuitos analógicos em geral utilizam técnicas de inteligência artificial para prover valores para as variáveis do circuito (Largura e Comprimento do Canal). Para a avaliação de cada uma das soluções geradas pela heurística é utilizada uma função custo (ou função objetivo) que por sua vez depende das especificações elétricas da solução gerada para o circuito e também dos valores requeridos por estas especificações.Como é necessário avaliar as especificações do circuito, duas formas são possíveis: analisar através de equações analíticas que modelam o circuito ou através de simulação elétrica com simuladores elétricos tipo SPICE.Na primeira alternativa devido a complexidade de modelagem muitas simplificações são feitas de forma que muitas vezes o valor da especificação calculada é muito diferente do valor real da especificação. Na segunda alternativa, como os simuladores utilizam modelos de alta complexidade com inúmeros parâmetros tecnológicos, os resultados tendem a ser mais próximos do valor real.Assim, este trabalho visa implementar técnicas de simulação elétrica de circuitos amplificadores operacionais de forma que com a análise e processamento numérico dos resultados da simulação elétrica as especificações do circuito são obtidas.Nestas implementações o foco foi medir as especificações de Ganho em Baixas Frequências (Av0), Produto Ganho Largura de Faixa (GBW), Margem de Fase (PM), Faixa de Tensão de Entrada em Modo Comum (ICMR), Faixa de Tensão de Saída (OS), Velocidade de Resposta - Slew Rate (SR) e Potência Dissipada.Como resultados, as implementações foram inseridas na ferramenta UCAF, que foi desenvolvida com o intuito de servir de framework para a automação do projeto de circuito integrados analógicos onde inúmeras comparações podem serem feitas.Analisando os valores medidos com as técnicas implementadas e comparando estes valores com a análise manual dos resultados de simulação as implementações se mostraram satisfatórias de maneira que a ferramenta, baseada nestes resultados, encontrou soluções que satisfazem todas as especificações impostas ao projeto.Como trabalhos futuros espera-se analisar outras especificações do circuito bem como deixar as técnicas implementadas adaptáveis para utilização em outras topologias de circuitos amplificadores operacionais
Monitoria de Cálculo em Alegrete
No full textEste trabalho relata as atividades desenvolvidas durante a monitoria da disciplina de Cálculo1 vinculada à Universidade Federal do Pampa, campus Alegrete.Devido ao fato das disciplinas de Cálculo possuírem alto nível de reprovação, este representa um enorme problema no ensino básico dos cursos de engenharia e computação. Outro fator importante é o desestímulo do aluno em aprender a disciplina, mas não ter aonde aplicá-la. Neste conceito, a monitoria foi empregada através de utilização de softwares (Winplot e Microsoft Mathematics) e atendimento individual e de pequenos grupos de alunos. Como resultados este trabalho utiliza o feedback dos alunos que participaram da monitoria.Os objetivos do projeto de monitoria foram nivelar o conhecimento sobre matemática básica dos alunos ingressantes, aumentar o interesse para a prática do estudo contínuo de cálculo, auxiliar alunos reprovados em semestres anteriores, motivar o aprendizado de cálculo valendo-se de suas aplicações e de softwares matemáticos.O atendimento aos alunos era realizado no hall de entrada da universidade, tendo como base a ajuda na resolução das listas de exercícios propostas pelo professor da disciplina. O local e forma escolhidos foram tais para que a monitoria tivesse caráter informal, de forma a desinibir os alunos que possuem receio em falar diretamente com o professor.Visando maior participação do aluno, houve a preparação de material didático como apostilas, manuais de utilização de software, listas de exercícios com aplicações simples do conteúdo visto em Cálculo1. Dessa forma os alunos precisavam utilizar o conhecimento adquirido juntamente com os softwares apresentados, para assim analisar os problemas e verificar as suas soluções. Os problemas possuíam relação com taxas de variação de volume, custos e desempenhos, fazendo com que o aluno pudesse utilizar de derivação e análise gráfica para encontrar uma solução.Para auxílio deste trabalho e verificação de metas foi realizada uma pesquisa para obter o conhecimento acerca da opinião dos alunos quanto à monitoria em si e para saber quais pontos o projeto poderia melhorar. A maioria dos alunos apontou que a monitoria é muito importante no desenvolvimento do aprendizado e que aplicações ajudam a aprender cálculo.Como resultado de curto prazo observou-se a melhoria significativa dos alunos que procuraram frequentemente o monitor para sanar dúvidas. A monitoria ajudou os alunos que tinham maior dificuldade de aprendizado envolvendo a lógica e o raciocínio matemático, proporcionando uma alternativa de aprendizado fora da sala de aula. Assim, demonstrando a enorme importância do investimento em programas de monitoria, principalmente em disciplinas ligadas ao ciclo básico dos cursos de engenharia. Como ponto negativo observou-se que a maioria dos alunos com dificuldades não procuraram auxílio do monitor, ou procuraram apenas no período das avaliações.Como trabalho futuro será feita a comparação da aprovação dos alunos que cursaram semestres anteriores sem monitoria com os alunos que fizeram parte deste trabalho procurando frequentemente a monitoria e com os alunos que não procuraram a monitoria. Essa análise será estatística comparando-se as notas das primeiras avaliações com as finais, para tal será usado dados da plataforma de gestão de alunos da UNIPAMPA
- …
