面向进化的可编程模拟电路技术研究

论文摘要

进化硬件是指硬件能够通过与环境的交互作用自适应地和动态地改变和调整自身的结构和行为,其研究思路是在可重配置的硬件平台上模拟自然进化的过程。进化硬件具有自适应、自组织、自修复的特点,在航空航天、工业自动化、智能传感器、机器人控制等领域有广阔的应用前景。模拟进化硬件是进化硬件研究的一个重要领域。本文旨在研究面向进化的可编程模拟电路技术,研究目标是设计一种新型可编程模拟电路,它具有良好的可重构特性,适用于模拟进化硬件设计。首先介绍了模拟进化硬件的基本原理和实现技术,然后主要在以下两个方面展开了研究:(1)研究了基于FPTA的模拟进化硬件容错性能。基于简化的FPTA2模型,采用单染色体自适应遗传算法作为电路设计优化算法,构建了模拟电路进化设计实验系统,以典型电压放大电路为实例,分析了FPTA电路进化设计与容错特性,实验结果表明FPTA用于模拟电路进化设计与故障恢复是可行的。(2)研究了基于运算跨导放大器的FPAA电路设计。通过分析现有FPAA电路结构和实现技术,给出了以运算跨导放大器和电容为核心模拟元件的可编程模拟单元设计方案。介绍了所设计的FPAA电路结构及其特点,详细设计了可编程模拟单元和可编程互连网络。分析了FPAA可以实现的模拟电路功能和电路结构,给出了FPAA测试电路,并以放大器和滤波器电路为实例进行了仿真分析,实验结果证明FPAA电路设计方案是可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 进化硬件的概念及特点
• 1.2 进化硬件的发展与研究现状
• 1.3 进化硬件的研究意义
• 1.4 本文的研究内容和结构
• 第二章 模拟进化硬件的技术基础
• 2.1 进化算法
• 2.2 可编程模拟器件
• 2.2.1 可编程模拟器件的组成与原理
• 2.2.2 可编程模拟器件的主要类型
• 2.2.3 可编程模拟器件的实现技术
• 2.3 模拟进化硬件的实现方法
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于FPTA 的模拟进化硬件容错研究
• 3.1 现场可编程模拟细胞阵列结构
• 3.2 进化设计
• 3.2.1 编码方法
• 3.2.2 适应度函数
• 3.2.3 运行参数设置
• 3.3 容错实验结果与结论
• 3.3.1 容错实验结果
• 3.3.2 结论
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于运算跨导放大器的FPAA 电路设计
• 4.1 引言
• 4.1.1 电压模式FPAA 研究
• 4.1.2 电流模式FPAA 研究
• 4.2 基于OTA 的FPAA 电路设计
• 4.2.1 FPAA 设计基础
• 4.2.2 基于OTA 的FPAA 电路结构
• 4.2.3 可编程模拟单元设计
• 4.2.4 可编程互连网络设计
• 4.3 FPAA 测试电路
• 4.3.1 PCB 硬件设计
• 4.3.2 硬件测试平台
• 4.4 本章小结
• 第五章 FPAA 应用设计实例分析
• 5.1 引言
• 5.2 应用实例
• 5.2.1 电压放大器设计
• 5.2.2 二阶滤波器电路设计
• 5.3 实验结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 研究总结与建议
• 6.1 本文总结
• 6.2 课题建议
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文
• 附录 实验 PCB 板