طراحی تقویت کننده هوشمند کم مصرف با استفاده از ترانزیستورهای مبتنی بر فناوری FINFET و الگوریتم های بهینه سازی هوشمند ترکیبی

طراحی تقویت کننده های کم نویز با کارایی بالا و مصرف توان پایین، از ارکان اصلی سیستم های ارتباطی فرکانس بالا، به ویژه در نسل های پنجم ارتباطات بی سیم و فراتر از آن، محسوب می شود. چالش اصلی در این حوزه، دستیابی همزمان به بهره بالا، ضریب نویز پایین و مصرف توان بهینه در فرکانس های کاری گیگاهرتزی است. مقاله پیش رو به معرفی یک رویکرد نوین برای طراحی تقویت کننده هوشمند کم مصرف با استفاده از ترانزیستورهای مبتنی بر فناوری ترانزیستورهای اثر میدانی با فین گیت و الگوریتم های بهینه سازی هوشمند ترکیبی می پردازد. با بهره گیری از مزایای ترانزیستورهای اثر میدانی با فین گیت در کنترل بهتر کانال و کاهش جریان نشتی، چالش های ذاتی نیمه رسانا های سنتی در فرکانس های بالا تا حد زیادی مرتفع شده است. با این حال، به دلیل وجود پارامترهای طراحی متعدد، بهینه سازی دستی یا الگوریتم های سنتی برای دستیابی به شرایط چندهدفه کارآمد نیستند. در این مقاله، از یک الگوریتم بهینه سازی هوشمند ترکسبی برای جستجوی فضای پارامترهای طراحی استفاده شده است. این الگوریتم ترکیبی، نقاط قوت الگوریتم ژنتیک در اکتشاف گسترده فضای جستجو و الگوریتم ازدحام ذرات در همگرایی سریع به سمت بهینه های محلی را ترکیب می کند. تابع هدف به گونه ای تعریف شده است که بهره ولتاژ را در فرکانس مرکزی ۵ گیگا هرتز را ماکزیمم کرده، ضریب نویز را مینیمم نموده و مصرف توان را در سطح پایین نگه دارد. نتایج شبیه سازی های انجام شده در محیطSPICE با استفاده از مدل های دقیق ترانزیستورهای اثر میدانی با فین گیت ۱۴ نانومتر نشان می دهد که معماری تقویت کننده های کم نویز طراحی شده به بهره ۱۷.۸ دسی بل، ضریب نویز ۰.۹۱ دسی بل و توان مصرفی تنها ۲.۴ میلی وات در فرکانس ۵ گیگاهرتز دست یافته است. این دستاوردها، برتری رویکرد ترکیبی بهینه سازی را در طراحی مدارهای کم فرکانس کم مصرف مبتنی بر فناوری های نوین تایید می کند.

کلیدواژه ها:

تقویت کننده کم نویز ، ترانزیستورهای اثر میدانی با فین گیت (FINFET) ، الگوریتم بهینه سازی هوشمند ترکیبی ، کم مصرف