Evolution of Transistor Circuits

Der Entwurf von analogen Schaltungen ist ein Bereich der Elektronikentwicklung, der dem Entwickler ein hohes Maß an Wissen und Kreativität beim Lösen von Problemen abverlangt. Bis heute gibt es nur rudimentäre analytische Lösungen um die Bauteile von Schaltungen zu dimensionieren. Motiviert durch diese Herausforderungen, konzentriert sich diese Arbeit auf die automatische Synthese analoger Schaltungen mit Hilfe von Evolutionären Algorithmen. Als analoges Substrat wird ein FPTA benutzt, das ein Feld von konfigurierbaren Transistoren zur Verfügung stellt. Der Einsatz von echter Hardware bietet zwei Vorteile: erstens können entstehende Schaltungen schneller getestet werden als mit einem Simulator und zweitens funktionieren die gefundenen Schaltungen garantiert auf einem echten Chip. Softwareseitig eignen sich Evolutionäre Algorithmen besonders gut für die Synthese analoger Schaltungen, da sie keinerlei Vorwissen über das Optimierungsproblem benötigen. In dieser Arbeit werden neue genetische Operatoren entwickelt, die das Verständnis von auf dem FPTA evolutionierten Schaltungen erleichtern und außerdem Lösungen finden sollen, die auch außerhalb des Substrates funktionieren. Dies ist mit der Hoffnung verbunden, möglicherweise neue und ungewöhnliche Schaltungsprinzipien zu entdecken. Weiterhin wird ein mehrzieliger Optimierungsalgorithmus implementiert und verfeinert, um die Vielzahl von Variablen berücksichtigen zu können, die für die gleichzeitige Optimierung von Topologie und Bauteiledimensionierung notwendig sind. Die vorgeschlagenen genetischen Operatoren, sowie die mehrzielige Optimierung werden für die Evolution von logischen Gattern, Komparatoren, Oszillatoren und Operationsverstärkern eingesetzt. Der Ressourcenverbrauch der durch Evolution gefundenen Schaltungen wird damit vermindert und es ist möglich in einigen Fällen einen übersichtlichen Schaltplan zu erstellen. Ein modulares System für die Evolution von Schaltungen auf konfigurierbaren Substraten wurde entwickelt. Es wird gezeigt, dass mit diesem System FPTA-Architekturen modelliert und direkt für Evolutionsexperimente verwendet werden können