electronica

Diseño de un amplificador operacional
de transconductancia aplicando técnicas
de optimización multiobjetivo
Design of an operational transconductance amplifier
applying multiobjective optimization techniques

Roberto Pereira-Arroyo1
Roberto Molina-Robles2
Alfonso Chacón-Rodríguez3

Fecha de recepción: 19 de abril del 2013
Fecha de aprobación: 28 de junio del 2013

Pereira-Arroyo, R;Molina-Robles, R; ChacónRodríguez, A. Diseño de un amplificador
operacional de transconductancia aplicando
técnicas de optimización multiobjetivo.Tecnología en
Marcha. Vol. 27, Nº 1. Pág 3-12

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3

Escuela de Ingeniería en Electrónica, Instituto Tecnológico de Costa Rica,
Cartago, Costa Rica. Correo electrónico: rpereira@itcr.ac.cr.
Escuela de Ingeniería en Electrónica, InstitutoTecnológico de Costa Rica,
Cartago, Costa Rica. Correo electrónico: alchacon@itcr.ac.cr.
Escuela de Ingeniería en Electrónica, Instituto Tecnológico de Costa Rica,
Cartago, Costa Rica. Correo electrónico: roberc_25@hotmail.com.

Tecnología en Marcha,

4 Vol. 27, N° 1, Enero-Marzo 2014

Palabras clave

Keywords

Optimización multiobjetivo; amplificador operacional
detransconductancia; algoritmos genéticos; CMOS.

Multiobjective optimization; operational transconductance amplifier; genetic algorithms; CMOS.

Resumen

Abstract

En este trabajo, el problema en cuestión consiste en el dimensionamiento de un Amplificador
Operacional de Transconductancia (OTA). El frente
de Pareto se introduce como un concepto útil de
análisis con el fin de explorar el espacio de diseñode este tipo de circuitos analógicos. Se emplea un
algoritmo genético (GA) para detectar automáticamente este frente, en un proceso que de manera
eficiente encuentra parametrizaciones óptimas y
sus valores correspondientes en un espacio agregado de aptitudes. Ya que el problema es tratado
como una tarea de optimización multiobjetivo, las
diferentes medidas del amplificador como latransconductancia, razón de cambio de salida, el rango
lineal y la capacitancia de entrada se utilizan como
funciones de aptitud. Por último, se presentan los
resultados de simulación, utilizando una tecnología
CMOS estándar de 0,5μm.

In this paper, the problem at hand consists in the
sizing of an Operational Transconductance Amplifier
(OTA). The Pareto front is introduced as a useful
analysisconcept in order to explore the design space
of such analog circuit. A genetic algorithm (GA) is
employed to automatically detect this front in a
process that efficiently finds optimal parameterizations and their corresponding values in an aggregate
fitness space. Since the problem is treated as a multiobjective optimization task, different measures of the
amplifier like the transconductance,the slew rate,
the linear range and the input capacitance are used
as fitness functions. Finally, simulation results are presented, using a standard 0,5μm CMOS technology.

Introducción

parámetros del circuito tales como el consumo de
energía, área de silicio o su velocidad de respuesta.
El optimizador propuesto utiliza el algoritmo genético llamado PESA (Algoritmo de selección porenvolvente de Pareto), y se basa en un simulador
de circuitos estándar (por ejemplo, Eldo, Spectre
u otra versión de Spice) para hacer frente a la
complejidad de los parámetros físicos del transistor
MOS y la topología del circuito (Corne & Knowles,
2000). Parámetros del circuito, como tensiones de
alimentación, las corrientes de polarización, anchura
y longitud de transistores, son generados porel
algoritmo genético y se pasan al simulador, donde se
lleva a cabo el cálculo de los valores de aptitud. Por
lo tanto, el diseñador puede cambiar ya sea el algoritmo de optimización o los modelos de simulación
sin mucho esfuerzo.

Este documento presenta una estrategia de optimización automatizada aplicada al proceso de diseño de
un Amplificador Operacional de Transconductancia
(OTA),...