Electronic circuit design by pole and zero distribution optimization via the semi-symbolic transimpedance method

• Autorzy: Balik F.

Warianty tytułu

PL

Projektowanie układów elektronicznych poprzez optymalizację rozkładu biegunów i zer z wykorzystaniem semisymbolicznej metody transimpedancyjnej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this work a new method of linear circuit design in frequency domain by poles (zeros) distribution optimization is presented. The method, which uses the relationship between poles and appropriate sums of circuit time-constants, does not need the poles determination explicitly. New relationships, allowing us to calculate the time-constants matrix for circuits having capacitors and inductors as reactive elements, have been derived. Thanks to this, the elements of this matrix can be counted in a uniform manner by the transimpedance method. In the first stage of the method the criterion function is generated in semi-symbolic form, while in the second stage the optimization process is performed. The optimization loop does not include circuit equations formulation and solution. Thanks to this fact the method proposed appears to be very efficient. The examples of optimal capacitors and inductors chosen in such a way as to reach the required transfer characteristics have also been included.

PL

W artykule została przedstawiona nowa metoda projektowania elektronicznych układów liniowych w dziedzinie częstotliwości poprzez optymalizację rozkładu biegunów i zer. Metoda, w której wykorzystano związek pomiędzy biegunami (zerami) a stałymi czasowymi obwodu nie wymaga wyznaczania biegunów explicite. W pracy zostały wyprowadzone nowe zależności pozwalające na wyznaczenie macierzy stałych czasowych układu zawierającego zarówno kondensatory jak i cewki. Dzięki temu elementy tej macierzy są obliczane w jednakowy sposób metodą transimpedancyjną. W pierwszym etapie prezentowanej metody jest wyprowadzana funkcja kryterialna w postaci semisymbolicznej, podczas, gdy w etapie drugim jest przeprowadzany proces optymalizacyjny. Tak więc, pętla optymalizacji nie obejmuje formułowania równań układu i ich rozwiązywania. Dzięki czemu proponowana metoda okazała się bardzo efektywną pod względem wymaganego czasu obliczeń. Zostały załączone przykłady optymalnego doboru pojemności i indukcyjności w taki sposób, aby układy posiadały wymagane charakterystyki częstotliwościowe.

Słowa kluczowe

EN

computer aided design; electronic circuit optimization; pole and zero approximation; symbolic methods

PL

projektowanie wspomagane komputerowo; optymalizacja układów elektronicznych; aproksymacja biegunów i zer; metody symboliczne

• Wydawca: Wydawnictwo Uczelni Jana Wyżykowskiego
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Uczelni Jana Wyżykowskiego. Studia z Nauk Technicznych
• Rocznik: 2016
• Tom: Nr 5
• Strony: 9--26
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Balik F.

• Uczelnia Jana Wyżykowskiego

Bibliografia

• 1. Calahan D. A., Computer-Aided Network Design, McGraw-Hill, Inc., 1972
• 2. Haley S.B. and Hurst P.J., Pole and Zero Estimation in Linear Circuits, IEEE Trans. on Circuits and Systems, vol.36, No. 6, June 1989, pp. 838-845
• 3. Haley S.B., The generalized eigenproblem: Pole-Zero Computation, Proceedings IEEE vol.76, No. 2, Feb. 1988, pp. 103-120
• 4. Rump S. M., Computational Error Bounds for Multiple or Nearly Multiple Eigenvalues, Linear Algebra and its Application, 2001, vol. 324, pp. 209-226
• 5. Vlach J., Singhal K., Computer Methods for Circuit Analysis and Design, 2nd ed., New York, Van Norstand Reinhold, 1994
• 6. Brockett R. W. Poles, zeros, and feedback: state space interpretation, IEEE Trans. Automat. Contr., vol. AC-10, 1965, pp. 129-135
• 7. Wilkinson J, H., The Algebraic Eigenvalue Problem, Oxford Univ. Press, London 1965
• 8. Hennig E., Symbolic Approximation and Modeling Techniques for Analysis and Design of Analog Circuits, Shaker Verlag, Aachen 2000.
• 9. Cutteridge O. P. D. and Krzeczkowska A. J., Improved Methods of Syntesizing Linear Networks by Coefficient Matching, IEEE Trans. on Circuits and Systems, vol. CAS-22,No. 6, June 1975, pp. 486-489
• 10. Fidler J. K. and Sewell J. I., Symbolic Analysis for Computer Aided Circuit Design - The Interpolative Approach, IEEE Trans. on Circuits Theory, vol. CAS-20,No. 6, Nov. 1973, pp. 738-741
• 11. Balik F., A Semi-Symbolic Method of Electronic Circuit Design by Pole and Zero Distribution Optimization using Time-Constants Approximation, ICECS 2009, Hammamet, Tunisia, Dec.13-16
• 12. Balik F., Rodanski B., Calculation of symbolic sensitivities for large-scale circuits in the sequence of expressions form via the transimpedance method, Analog Integrated Circuits and Signal Processing, vol. 40, 2004, No:3, pp. 265-276
• 13. Belegundu A. D. and Chandrupatla T. R., Optimization Concepts and Applications in Engineering, Prentice Hall, New Jersey 1999
• 14. Balik F., A semi-symbolic method of electronic circuit design by pole and zero distribution optimization using time-constants approximation including inductors, XI-th International Workshop on Symbolic and Numerical Methods, Modeling and Applications to Circuit Design, SM2ACD’2010, Gammarth, Tunisia, October 4-6, 2010, IEEE cop. 2010,6
• 15. Press W.H., Teukolsky S.A., Wetterling W.T., Flannery B.P., Numerical Recipes, Boston, 3rd Ed., Cambridge University Press, 2007
• 16. MicroSim PSpice A/D, Circuit Analysis Reference Manual, MicroSim Co. 1995
• 17. Ho chung-wen., Ruehli A.E., Brennan P.A., The Modified Nodal Approach to Network Analysis, IEEE Trans. on Circuits and Systems, vol. CAS-22, No. 6, June 1975, 504-509

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).