A New approach to analog integrated circuit optimization

Abstract

ÖZET TÜMLEŞİK ANALOG DEVRE OPTİMİZASYONUNA YENİ BİR YAKLAŞIM Bu tezde, analog Tümleşik Devrelerin (TD) sentezlenmesi için yeni bir optimizasyon yöntemi sunulmaktadır. Önerilen sistem, kullanıcının betimlemeleri ve sınırlamaları doğrultusunda parametrik optimizasyona olanak tanıyan güçlü bir optimizasyon algoritması içermektedir. Optimizasyon stratejisi, evrim stratejisi ile taklit edilmiş yavaş- soğuma algoritmalarının birleştirilmesiyle oluşturulan yeni bir algoritmayı temel almaktadır. Optimizasyonun değer bulma aşaması, betimlemelere ve sınırlamalara cevap verebilen, SPICE tipi benzetim, bulanık sinir ağlan ile oluşturulmuş performans modellerinin ve bilgi temelli yaklaşımın avantajlarını birleştirmektedir. Yapım aşamasındaki hata etkilerinin, TD performansı üzerindeki sapmaları bulanık sinir ağlan ile modellenmiştir. Bu performans sapmalan optimizasyonun hata fonksiyonuna ilave edilmiştir. Böylece beklenen performans arttınlırken, yapım esnasındaki parametre değişimlerinin optimize edilmiş bir analog TD üzerindeki etkisi en alt seviyeye indirgenmiştir. Bu uygulamayı ispatlamak için, bir akım taşıyıcısını, çok katlı bir işlemsel kuvvetlendiriciyi ve iki adet iki katlı işlemsel kuvvetlendiriciyi içeren bir tümdevre dizayn edilmiştir. Optimizsyon sisteminin algoritması detaylı bir şekilde irdelenmiş ve yaklaşımın gerçekliliğini betimleyen ilgili örnekler sunulmuştur. Çok katlı optimizasyon yaklaşımı ile, anahtarlamalı kapasiteli filtre tasannu gerçekleştirilerek, optimizasyon sisteminin analog sentezlemeye uyarlanabilirliği ispatlanmıştır.

IV ABSTRACT A NEW APPROACH TO ANALOG INTEGRATED CIRCUIT OPTIMIZATION In this thesis, a new optimization approach to analog Integrated Circuit (IC) synthesis is presented. The proposed system contains a powerful optimization algorithm, which enables parametric circuit optimization satisfying the user defined specifications and constraints. The optimization strategy is based on a novel algorithm that combines evolutionary strategies (ES) with simulated annealing. The evaluation cycle of the optimizer combines the advantages of SPICE type simulations, fuzzy neural-network performance models and knowledge-based approach in satisfying the constraints and specifications. The effects of manufacturing process disturbances on IC performance variations are modeled with a fuzzy neural-network. These performance variations are adapted to the cost function of tiie optimizer. So the effects of process parameter variations on an optimized analog IC is minimized while the expected performance is improved. To prove the validity, a test chip has been generated containing a current conveyor, a novel folded cascode opamp, and two basic two stage opamps. The algorithmic aspects of the optimization system are discussed in detail, and illustrative examples that demonstrate the validity of the approach are presented. The applicability of the optimization system to the analog synthesis is proved by adaptation to a multi-level optimization approach to switched capacitor filter synthesis.