Circuito digital baseado em algoritmo de seleção multicritério para reconfiguração de amplificador de potência

Abstract

Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um circuito digital baseado em um m'etodo de selec¸ ˜ao multicrit ' erio (MCDM). A atribuic¸ ˜ao deste circuito 'e alterar os modos de operac¸ ˜ao de um amplificador de potˆencia (PA) de radiofrequˆencia (RF) reconfigur 'avel. O uso de PAs reconfigur'aveis, com modos de operac¸ ˜ao que os tornam flex'?veis, 'e uma maneira de minimizar o consumo de energia. Assim, o circuito desenvolvido nesse projeto 'e capaz de selecionar o modo de operac¸ ˜ao que melhor se adapta a uma determinada situac¸ ˜ao. Decidir qual o modo de operac¸ ˜ao escolher em um determinado momento, pode trazer uma significativa economia de energia, uma vez que cada um dos modos possuem caracter'?sticas espec'?ficas. Os m'etodos de decis ˜ao multicrit ' erio, s˜ao algoritmos que decidem a melhor alternativa mediante alguns crit ' erios. Esse tipo de abordagem geralmente 'e desenvolvida em software. Entretanto, neste trabalho 'e desenvolvido um circuito digital, implementado em hardware e simulado em FPGA. Dentre as caracter'?sticas do PA foram escolhidas a potˆencia de sa'?da (PSAT ) e o consumo de potˆencia DC (PDC) como crit ' erios de decis˜ao. A implementac¸ ˜ao 'e uma adaptac¸ ˜ao da t 'ecnica TOPSIS (T'ecnica de Ordem de Prefer ˆencia por Similaridade para a Soluc¸ ˜ao Ideal) de tomada de decis˜ao, cujo seu principal conceito 'e a similaridade com a soluc¸ ˜ao ideal. O circuito, que pode ser adicionado ao mesmo chip do PA, 'e capaz de decidir qual melhor modo de operac¸ ˜ao mediante alguns crit ' erios, entregando uma palavra de 4 bits para a reconfigurabilidade do mesmo. Usando as c' elulas padr˜ao da tecnologia BiCMOS 8HP 130 nm foi feita a s'?ntese do circuito. Foi poss'?vel obter resultados de consumo est ' atico de potˆencia 4,481 uW e din ˆamico 7,494 mW do circuito, valores estes que s˜ao desprez'?veis quando comparados aos valores de consumo do PA. Palavras-chave: VHDL, TOPSIS, FPGA, custo-benef'?cio, PA, MCDM.

Abstract: This work presents the development of a digital circuit based on a multicriteria selection method (MCDM). The function of this circuit is to change the operating modes of a reconfigurable radio frequency (RF) power amplifier (PA). The use of reconfigurable PAs, with modes of operation that make them flexible, is an approach to minimize energy consumption. Therefore, the circuit developed in this project selects the mode of operation that best fits specific situations. The decision making in relation to which mode of operation should be applied at a certain moment represents significant energy savings, since each mode has specific characteristics. The multicriteria decision methods are algorithms that decide the best alternative among a number of criteria. This type of approach is usually developed in software. However, in this work a digital circuit is developed, implemented in hardware and simulated in FPGA. Among the PA characteristics, output power (PSAT ) and DC power consumption (PDC) were chosen as decision criteria. The implementation is an adaptation of the decisionmaking TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution) technique, whose main concept is the similarity with the ideal solution. The circuit, which can be added to the same chip as the PA, is able to decide which is the best mode to operation based on established criteria, delivering a 4-bit word for its reconfigurability. The circuit synthesis was performed by using the standard cells of the 130 nm BiCMOS 8HP technology. It was possible to obtain results of static power consumption 4.481 uW and dynamic 7.494 mW of the circuit, values that are negligible when compared to the consumption values of the PA. Key words: VHDL, TOPSIS, FPGA, cost, benefit, PA.