A carregar...
Publicação
Solving differential equations in analog domain
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 3.73 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
A growth in the use of analog computers has been seen in the last few years despite of
the dominance of digital computers, this is due to the fact that it was noticed that analog
computers could solve differential equations not only faster but also in a more efficient way,
which means drawing less power. This lead to the interest in studying how a computer
can solve this type of equations and what it takes to do so.
With this in mind a circuit that describes a variation of the law of exponential decay is
proposed, this implicated the design of an folded cascode operational amplifier, which was
implemented using 130nm MOS technology. This then led to the study of this amplifier
in an integrator configuration as well as the proposed circuit, which in a later stage was
made configurable by adding a logic controller to control the resistors that establish the
coefficients of the equation.
With the obtained results it was possible to validate the objective specifications for the
amplifier as well as observe that the circuit was able to come to successful results within
the known constraints of the components used for this circuit. This circuit was able to
reach solutions much faster than a digital computer facing the same problem, 30𝜇s versus
0.3s, while consuming considerably less power, 40mW versus 72W.
Nos últimos anos tem se verificado um aumento no uso de computadores analógicos apesar do contínuo domínio por parte dos computadores digitais, isto deve-se principalmente ao facto de que foi observado que os computadores analógicos conseguem não só resolver equações diferenciais muito mais rápidos, mas também que estes conseguem fazê-lo de uma maneira muito mais eficiente, ou seja, gastando menos potência. Isto levou ao interesse em estudar como estes computadores resolvem estas equações e também o que é necessário para o fazer. Devido as estes fatores, um circuito que representa uma variante da lei de decaimento exponencial foi proposto para ser resolvido, isto implicou o dimensionamento de um amplificador operacional de topologia "folded-cascode", que foi implementado usando tecnologia MOS de 130nm. Isto levou ao estudo deste amplificador na sua montagem integradora para além do circuito proposto, por fim este circuito foi tornado configurável por meio de um controlador lógico adicional a controlar as resistências que determinam os valores dos coeficientes desta equação. Com os resultados obtidos, foi não só possível validar que as características definidas para o amplificador foram cumpridas como também observar que o circuito conseguiu obter resultados bem sucedidos dentro das limitações dos componentes do circuito. Assim este circuito conseguiu chegar ao resultado destas equações num tempo muito inferior ao de um computador digital, 30𝜇s contra 0.3s, enquanto consumia uma potência estimada consideravelmente mais baixa, 40mW contra 72W.
Nos últimos anos tem se verificado um aumento no uso de computadores analógicos apesar do contínuo domínio por parte dos computadores digitais, isto deve-se principalmente ao facto de que foi observado que os computadores analógicos conseguem não só resolver equações diferenciais muito mais rápidos, mas também que estes conseguem fazê-lo de uma maneira muito mais eficiente, ou seja, gastando menos potência. Isto levou ao interesse em estudar como estes computadores resolvem estas equações e também o que é necessário para o fazer. Devido as estes fatores, um circuito que representa uma variante da lei de decaimento exponencial foi proposto para ser resolvido, isto implicou o dimensionamento de um amplificador operacional de topologia "folded-cascode", que foi implementado usando tecnologia MOS de 130nm. Isto levou ao estudo deste amplificador na sua montagem integradora para além do circuito proposto, por fim este circuito foi tornado configurável por meio de um controlador lógico adicional a controlar as resistências que determinam os valores dos coeficientes desta equação. Com os resultados obtidos, foi não só possível validar que as características definidas para o amplificador foram cumpridas como também observar que o circuito conseguiu obter resultados bem sucedidos dentro das limitações dos componentes do circuito. Assim este circuito conseguiu chegar ao resultado destas equações num tempo muito inferior ao de um computador digital, 30𝜇s contra 0.3s, enquanto consumia uma potência estimada consideravelmente mais baixa, 40mW contra 72W.
Descrição
Palavras-chave
Analog computing Differential equation solver CMOS Folded-Cascode Integrator