بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق ما به طراحی و شبیه سازی یک مدار پاور هاروستر می پردازیم و تاثیر پارامترهای آن بر عملکرد این مدار بویژه زمان نشست مورد بررسی قرار می گیرد. در نهایت با استفاده از الگوریتم تجمع ذرات یا PSO المان های مداری شامل خازن ها و اندازه ی ترانزیستورها بهینه می گردد تا حداقل زمان نشست حاصل شود.
.1مقدمه
استخراج انرژی از محیط پیرامونی - Power Harvesting - به فرآیندی اطلاق می شود که در آن از محیط پیرامونی انرژی مفید به دست آید. به عنوان مثال برخی از منابع انرژی های موجود در محیط عبارتند از : حرارت و نور خورشید ، وزش باد ، حرکت امواج دریاها و اقیانوس ها ، جزر و مد ، حرارت درونی زمین ، پدیده های پیزو الکتریسیته و ترمو الکتریسیته ، اکوستیک ، رعد و برق ، تفاوت درجه حرارت بین مناطق گرم و سرد در محیط - تبادل انرژی حرارتی مابین سطح و عمق اقیانوس ها Ocean Thermal Energy Conversion - OTEC - ، تفاوت حرارتی در مناطق قطبی و یا تفاوت درجه حرارت در مناطق کویری در شبانه روز - ، گردبادها و طوفان ها ، لرزش های مکانیکی و ساختمانی ، حرکات فیزیکی ، فرکانس های رادیویی ، الکترومغناطیس و غیره. در دو دهه اخیر، توجه کشورهای صنعتی و در چند سال گذشته، کشورهای توسعه یافته به انرژیهای نو بیش از پیش متمرکز شده است .
یکی از منابع انرژی در طبیعت، باد است که انرژی نهفته درآن، حدوداً 15برابر کل انرژی فسیلی موجود در دنیا است .[7] امروزه برای دریافت انرژی باد و تبدیل آن به برق، از مزارع بزرگ شامل توربینهای بادی متعدد استفاده میشود .[8-10] یکی از ویژگیهای مهم این شیوه از تولید برق، وابستگی شدید آن به سرعت و جهت وزش باد به عنوان عامل تولید انرژی می باشد.
در واقع، استحصال انرژی این امکان را می دهد که وسایل الکترونیکی در جاهایی که منابع تغذیه ی معمولی وجود ندارد عمل کنند بنابراین نیاز به سیم یا باتری را حذف می کند. در این تحقیق یک مدار استحصال انرژی رادیویی طراحی می کنیم و آن را با استفاده از الگوریتم PSO بهینه می نماییم. در واقع، طراحی مدارات آنالوگ در مقایسه با قسمت های دیجیتال از پیچیدگی بالاتری برخوردار بوده، علاوه بر هزینه بالا و زمان بر بودن، به مهارت بالایی نیز در طراحی نیاز دارد.
از اینرو، طراحی بهینه مدارات مجتمع آنالوگ را گلوگاه طراحی مدارات مجتمع الکترونیک می نامند. طراحی مدارات آنالوگ فقط شامل طراحی توپولوژی و طرح اولیه نیست، بلکه سایزبندی و مقداردهی المانها را نیز شامل می شود. از این جهت، آن را فرایندی پیچیده و چالش برانگیز میدانند. روش سایزبندی المانها اغلب فرایندی کند، خسته کننده و تکرار شونده است که میزان موفقیت آن به دانش، فراست و تجربه طراح بستگی دارد.
به همین علت روشهای متفاوتی در طراحی خودکار مدارات مجتمع آنالوگ از سوی محققین مطرح شده است. روشهای طراحی خودکار مدارات مجتمع آنالوگ دارای دو جنبه مهم هستند: از دیدگاه جنبه اول با به کارگیری این روشها دیگر به روشهایمکررِ دستی، کند و خسته کننده گذشته نیازی نیست و به راحتی میتوان از آنها در طراحی مدارات آنالوگ در مقیاس بزرگ استفاده نمود. همچنین دقت بالا، استفاده آسان، عمومیت، انعطاف پذیری و زمان قابل قبول طراحی از دیگر مزایای آن است.
اما از دیدگاه جنبه دوم میزان پیشرفت به کارگیری روشهای طراحی خودکار مدارات آنالوگ و ابزارهای CAD موجود در این زمینه در مقایسه با مدارات دیجیتال عقبتر است و تعداد بسیار کمی از این روشها تجاری شده اند. از این رو توسعه ابزارها و ابزارهای CAD جدید برای افزایش بهره وری طراحی، کاهش زمان عرضه به بازار و کنترل هزینه های طراحی مدارات مجتمع آنالوگ و سیگنال مختلط امری ضروری می باشد.
ابزارهای جدید طراحی خودکار مدارات آنالوگ از دو بخش اساسی تشکیل شده اند: بخش سنتز و بخش بهینه سازی. در بخش سنتز پاسخ یا پاسخهایی به عنوان خروجی معرفی میشود، اما معمولا پاسخ ارائه شده بهترین پاسخ ممکن نبوده، ممکن است با اندکی تغییرات در آن، نتایج بهتری به دست آید. از اینرو، در بخش بهینه سازی، پاسخ های به دست آمده از بخش قبل تا حد امکان به بهترین پاسخ ممکن نزدیک می شوند. امروزه محققان از روشهای بهینه سازی متفاوتی در ابزارهای طراحی خودکار مدارات مجتمع آنالوگ استفاده می کنند.
رویکرد جدید محققین در سال های اخیر استفاده از الگوریتم های ابتکاری، بویژه الگوریتم های هوش جمعی است. بارزترین مشخصه الگوریتمهای هوش جمعی رفتارهای اجتماعی آنهاست. این الگوریتم ها از اعضایی تشکیل شده اند که رفتارهای ساده ای از خود بروز می دهند، اما اثر جمعی این رفتارها به گونه ای است که هوشمندی جمعی را نتیجه می دهد.
در الگوریتم های هوش جمعی اعضای گروه برای رسیدن به یک هدف نهایی با یکدیگر همکاری می کنند. به طور قطع، این روش مؤثرتر از زمانی است که اعضا به صورت جداگانه عمل میکنند. به تازگی روش های بهینه سازی هوش جمعی، به دلیل مشخصات عملکردی کارامد ودارا بودن زمینه های بکر فراوان در کاربردهای طراحی مدار با استقبال فزاینده ای مواجه شده اند.
هدف این تحقیق استفاده از الگوریتم نروفازی برای بهینه کردن عملکرد مدار استحصال انرژی می باشد. در ابتدا یک مدار استحصال انرژی در نظر گرفته می شود. در [5] یک مدار پیشنهادی برای این مدار پیشنهاد شده است که در شکل 1 رسم شده است. در این مقاله ابتدا با تکنولوژی 0.18 um CMOS و با استفاده از نرم افزار HSPICE این مدار را طراحی و شبیه سازی می کنیم. در مرحله ی بعدی، با استفاده از الگوریتم PSO با نرم افزار متلب این مدار را بهینه می کینم.
.2نتایج و بحث
شکل 2 شکل موجهای خروجی این مدار را نشان می دهد. در این مدار یک ولتاژ ثابت 5 V به ورودی low و یک پالس با دامنه ی 5 V بعنوان Vrf اعمال کرده ایم. می توان دید که سطح خروجی افزایش یافته است و به 8 V رسیده است.
