فهرست مطالب
نشریه مهندسی برق
سال پنجاه و چهارم شماره 3 (پیاپی 109، پاییز 1403)
- تاریخ انتشار: 1403/09/01
- تعداد عناوین: 12
-
-
صفحات 261-268
سهم عمده ای از تاخیر و توان مصرفی در رجیستر فایل ها، مربوط به مسیرهای خواندن است. مسیرهای خواندن با استفاده از مدارهای پویا پیاده سازی می شوند تا عملکرد رجیستر فایل ها را بهبود ببخشند. بنابراین طراحی یک مدار پویای سرعت - بالا و توان- پایین برای رسیدن به رجیستر فایل هایی که از نظر انرژی کارایی داشته باشند برای ریزپردازنده های جدید ضروری است. در این مقاله، یک مدار پویای جدید برای کاهش تاخیر و توان مصرفی رجیستر فایل ها بدون کاهش قابل توجه در مصونیت در برابر نویز ارائه می شود. در مدار پویای پیشنهادی، ولتاژ تغذیه شبکه پایین بر (PDN) نسبت به ولتاژ اصلی مدار کمتر است تا توان مصرفی کاهش یابد. همچنین، شبکه های پایین بر با تعداد ورودی زیاد با استفاده از شبکه های کوچک تر پیاده سازی می شوند تا ظرفیت خازنی گره پویا کم شده و عملکرد مدار افزایش یابد. یک رجیستر فایل با 64 کلمه 32 بیتی، دو درگاه برای خواندن و یک درگاه برای نوشتن با استفاده از مدار پیشنهادی پیاده سازی می شود. شبیه سازی ها با استفاده از شبیه ساز HSPICE در فناوری 90 نانومتر CMOS انجام می شود. نتایج شبیه سازی ها به ازای مصونیت در برابر نویز یکسان، نشان دهنده کاهش 45 و 31 درصدی به ترتیب در تاخیر و توان مصرفی رجیستر فایل پیشنهادی در مقایسه با رجیستر فایل متداول است.
کلیدواژگان: رجیستر فایل، منطق پویا، طراحی سرعت- بالا، طراحی توان- پایین، مصونیت در برابر نویز -
صفحات 269-279لزوم افزایش استفاده از آزمون ترکیبی در نرم افزارهای امروزی به امری ضروری در توسعه نرم افزار تبدیل شده است. آزمون ترکیبی یا آزمون t-way راهکاری کارآمد در کاهش حجم مجموعه آزمون است به نحوی که می توان نرم افزار را با نمونه آزمون های کمتری مورد آزمون قرار داد. پوشش آرایه یکی از شاخه های مهم در آزمون ترکیبی است که انواع مختلفی دارد . راهکار های فراوانی برای تولید آن ارائه شده است که کارایی (سرعت) و بهره وری (اندازه آرایه) مناسبی را دارند. اما خلاء راهکار ای که هر دو خصوصیت کارایی و بهره وری را توامان داشته باشد به چشم می خورد. در این پژوهش سعی شده است با استفاده از الگوریتم جستجوی گرانشی و تغییر در نحوه انتخاب همسایه ها، موفق به تولید مجموعه آزمون بهینه شده ایم و هچنین با تغییر در ساختمان داده ها و وزن دهی به پارامترهای پوشش داده نشده سرعت تولید مجموعه آزمون را افزایش داده ایم. وزن دهی به پارامترهای پوشش داده نشده و تغییر در رفتار الگورتیم گرانشی سبب جستجوی هوشمندانه جهت یافتن نمونه آزمون های پوشش داده نشده، شده است. افزایش سرعت باعث شده است که راهکار پیشنهادی توان تولید مجموعه آزمون برای پیکربندی های بزرگ را داشته باشد و همچنین نتایج آزمون نشان می دهد که راهکار پیشنهادی از الگوریتم های مطرح مانند الگوریتم ژنتیک، الگوریتم جستجوی توده ذرات و حتی خود الگوریتم جستجوی گرانشی نتایج بسیار بهتری را دارد.کلیدواژگان: آزمون ترکیبی، آزمون نرم افزار، الگوریتم جستجوی گرانشی
-
صفحات 281-290
منابع انرژی تجدیدپذیر طبیعی، فراوان هستند و با انتشار کربن صفر یا بسیار کم از نظر اقتصادی جذاب هستند. از سوی دیگر، شرایط سخت محیطی و آب و هوایی مانند تجمع خاک و گرد و غبار بر کارایی منابع و سیستم های انرژی تجدیدپذیر تاثیر می گذارد. بر این اساس، نیاز به بازرسی خودکار صفحه های فتوولتائیک با افزایش تقاضا برای تولید و نصب سیستم های جدید انرژی خورشیدی در سراسر جهان حیاتی تر می شود. در این مطالعه، مجموعه داده جدیدی از تصاویر صفحه های غبارآلود و تمیز معرفی شده است. پس از آن، یک معماری شبکه عصبی کانولوشنال جدید جهت تشخیص ولتاژ تولید شده توسط صفحه فتوولتائیک معرفی شده است. در ادامه، پارامترهای برداشت شده از محیط و ولتاژ تخمین زده شده توسط شبکه عصبی پیشنهادی، با استفاده از الگوریتم رگرسیون جنگل تصادفی مورد بررسی قرار گرفته و راندمان صفحه محاسبه شده است. مجموعه فرآیند پیشنهادی به طور خاص با تشخیص تجمع گرد و غبار صفحه های فتوولتائیک سروکار دارد. نتایج به دست آمده در این کار به طور تجربی نشان داده اند که سیستم پیشنهادی نرخ های تشخیص بالایی را تولید می کند. روش جدید پیشنهادی منجربه پیاده سازی یک تکنیک تمیز کردن خودکار موثرتر و کارآمدتر برای صفحه های فتوولتائیک می شود.
کلیدواژگان: بازده الکتریکی، صفحه های فتوولتائیک، یادگیری عمیق، رگرسیون، شبکه کانولوشن -
صفحات 291-299توسعه جاذب های فراسطحی راه حل بالقوه ای برای دستیابی به وزن کم، ضخامت نازک، نرخ جذب مطلوب و ویژگی های قابل قبول جذب امواج تراهرتز ، ارائه می دهد. به منظور بهینه سازی خواص جذب فراسطح ها، معمولا از طیف جذب به عنوان یک معیار ارزیابی مهم استفاده میشود که می تواند بسیاری از ویژگی های مهم مانند مقدار جذب در فرکانس های مختلف را نشان دهد. اما، تحلیل طیف های جذب، به تعداد زیادی پارامترهای ساختاری وابسته است که منابع و زمان زیادی را مصرف می کند، زیرا جذب موج الکترومغناطیسی شامل فرآیندهای تطبیق امپدانس مختلط و تحریک میدان الکتریکی است. برای پرداختن به این موضوع، این تحقیق یک رویکرد یادگیری ماشین مبتنی بر الگوریتم جنگل تصادفی را برای پیش بینی نرخ جذب بر اساس پارامترهای ساختاری پیشنهاد می کند و نیاز به شبیه سازی عددی و زمان تجزیه و تحلیل طیف را کاهش می دهد. با مدل جنگل تصادفی، نرخ جذب با امتیاز R2 بیش از 99/0پیش بینی می شود. علاوه بر این، طرح جاذب پیشنهادی دارای مزایای نازک بودن، غیرحساس بودن به پلاریزاسیون و با زاویه برخورد نسبتا پایدار به واسطه تقارن ساختار است. این مطالعه یک رویکرد عملی و موثر برای طراحی سیستم های پیچیده مرتبط با انتشار موج الکترومغناطیسی جاذب، بازتاب و انتقال ارائه می کند.کلیدواژگان: جاذب، طراحی فراسطح، تراهرتز، یادگیری ماشین، الگوریتم جنگل تصادفی
-
صفحات 301-311ریزشبکه های DC به دلیل ویژگی های قابل توجهی از جمله حذف توان راکتیو، تلفات کمتر توان و قابلیت اطمینان بالا، پایداری، کنترل پذیری و بهره وری انرژی، جذابیت بیشتری در شبکه های هوشمند دارا می باشند. یک بازار برق محلی مناسب به صورت نظیر به نظیر (P2P) برای اطمینان از پیشرفت ریزشبکه های DC چندگانه به هم پیوسته در حفظ نفوذ فزاینده منابع انرژی تجدیدپذیر بسیار ضروری می باشد. اشتراک انرژی P2P زیرساخت سودمندی را برای همتایان، از جمله ژنراتورهای تولید پراکنده، مصرف کنندگان نهایی و پروزیومرها فراهم می کند که بتوانند به طور مستقیم با یکدیگر به تبادل انرژی الکتریکی بپردازند. این مقاله یک مدل بهینه سازی تجارت انرژی P2P برای ریزشبکه های DC چندگانه به هم پیوسته، که به وسیله یک سیستم مدیریت انرژی (EMS) هماهنگ شده اند تا سود کل شرکت کنندگان را به حداکثر برساند، ارائه می کند. هر ریزشبکه DC شامل چندین آرایه فتوولتائیک، توربین بادی، بارهای مسکونی و خودروی الکتریکی (EV) می باشد. در چارچوب پیشنهادی، مقدار مجاز تلفات توان در نظر گرفته شده است که منعکس کننده محدودیت تبادل توان بین همتایان است که می تواند بر مقدار تابع هدف تاثیرگذار باشد. نتایج نشان می دهد که اگر تلفات توان مجاز 10% افزایش یابد، سود کل حدود 20% افزایش خواهد یافت.کلیدواژگان: ریزشبکه Dc، سیستم مدیریت انرژی، تجارت انرژی نظیر به نظیر، تلفات مجاز توان، شبکه هوشمند
-
صفحات 313-322در بین منابع انرژی تجدیدپذیر، سلول های خورشیدی جایگاه خاصی به دلیل همگانی بودن انرژی خورشیدی و تولید انرژی با استفاده از صنایع فوتوولتائیک پیدا کرده اند. سلول های خورشیدی پروسکایتی نسل جدیدی از سلول های خورشیدی هستند که به دلیل راندمان بالا، طول عمر حامل بالا و هزینه ساخت پایین در دهه های اخیر موردتوجه محققین قرار گرفته اند. سلول های خورشیدی دو وجهی پروسکایتی نسل جدیدی از سلول های پروسکایتی هستند که قابلیت جذب فوتون هم از سمت پشت و هم از سمت جلو را دارا هستند که این امر، امکان غلبه بر محدودیت های بازدهی برای سلول های تک وجهی را فراهم می سازد. در این مقاله، یک ساختار کامل سه بعدی سلول خورشیدی پروسکایتی دو وجهی با استفاده از روش المان محدود برای به دست آوردن نتایج دقیق تر و شفاف تر مورد بررسی قرار گرفت و از الکترود شفاف به عنوان الکترود پشتی استفاده شد. در ابتدا چند ساختار متفاوت مورد بررسی قرار گرفت و از بین آن ها یک ساختار با راندمان و پایداری بالا و ضریب دو وجهی 34/95 درصد انتخاب گردید. سپس اثر تغییرات ضخامت لایه های مختلف بر روی پارامترهای مختلف بررسی شد و راندمان این سلول تا 009/18 درصد برای تابش از سمت جلو و 227/17 از سمت پشت بهبود یافت. سپس اثر انعکاس از سمت پشت بر روی نرخ تولید الکترون-حفره در لایه جاذب بررسی شد و مشاهده گردید که با دریافت نور از پشت سلول، نرخ تولید الکترون حفره افزایش می یابد. سپس نمودارهای مربوط به پارامترهای الکتریکی سلول ارائه گردید و مشاهده شد که جریان اتصال کوتاه در ضرایب albedo بالاتر تا 24/27 mA/cm2 افزایش می یابد.کلیدواژگان: سلول خورشیدی، پروسکایت، سلول دووجهی
-
صفحات 323-334
در این مقاله روش مدولاسیون عرض پالس (PWM) نامتقارن بر روی یک مبدل DC-DC کاهنده Interleaved با خازن سری اصلاح شده استفاده شده است. مبدل-های کاهنده Interleaved در کاربردهای مختلفی از جمله شارژر باتری ها، سیستم جانبی خودروهای برقی، منابع تغذیه و هر کاربردی که سطح ولتاژ پائین و ریپل جریان خروجی پائین مورد نیاز باشد مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از مشکلات مبدل های Interleaved عدم تعادل جریان سلف ها می باشد. در روش مدولاسون عرض پالس متقارن Duty cycle کلیدها باهم برابراست و عدم تعادل در جریان سلف ها وجود دارد. برای رفع این مشکل در این مقاله از روش مدولاسیون عرض پالس (PWM) نامتقارن استفاده شده است. در روش PWM نامتقارن Duty Cycle کلیدها یکسان نمی باشد، Duty Cycle یک کلید ثابت و برابر 5/0 و Duty Cycle کلید دیگر بزرگتر از 5/0 می باشد. با استفاده از روش PWM نامتقارن مبدل Buck خازن سری اصلاح شده دارای جریان سلف متعادل و بهره ولتاژ خطی با نسبت تبدیل کاهندگی بالا می باشد. عملکرد مبدل در محیط نرم افزار MATLAB/Simulink شبیه سازی شده و نتایج آن ارائه گردیده است. همچنین جهت بررسی عملکرد مبدل در محیط آزمایشگاهی، یک نمونه ساخته شده است، و تطابق نتایج حاصل از آن با نتایج شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفته است.
کلیدواژگان: مبدلDC-DC کاهنده Interleaved با خارن سری، مدولاسیون پهنای پالس(PWM) نامتقارن، نسبت تبدیل کاهش ولتاژ بالا -
صفحات 335-346شناسایی و ارزیابی لکوسیت ها برای ارزیابی کیفیت سیستم ایمنی انسان مهم است. با این حال، تجزیه و تحلیل اسمیر خون به تخصص پاتولوژیست بستگی دارد. روش دستی برای تجزیه و تحلیل و طبقه بندی گلوبولهای سفید ها پرهزینه و زمان بر است و می تواند منجر به خطا در تشخیص شود. اکثر روش های یادگیری عمیق از مدل های مبتنی بر CNN برای طبقه بندی گلبول های سفید استفاده می کنند. این مقاله استفاده از یک شبکه مبتنی بر ViT را برای طبقه بندی لکوسیت ها در نمونه خون مورد بحث قرار می دهد. مجموعه داده مورد استفاده در این مقاله شامل 352 تصویر با اندازه 320 در 240 است که از طریق روش هایی برای ایجاد یک مجموعه داده متعادل از 12444 تصویر داده افزایی شده است. سپس داده های افزایش یافته برای آموزش معماری مبتنی بر ViT برای طبقه بندی انواع مختلف گلبول های سفید مورد استفاده قرار گرفته است. دراولین مرحله از روش پیشنهادی، یک توکنایزر کانولوشن برای استخراج پچ تصاویر اعمال شده است. این پچ ها فلت شده و به عنوان ورودی برای ساختار مبتنی بر ViT برای شناسایی زیر کلاس ها در مرحله دوم استفاده شده اند. نتایج به دست آمده با استفاده از لوکوویت نشان می دهد صحت شبکه پیشنهادی 99.04 درصد است که نسبت به شبکه های پیشرفته برتری دارد.کلیدواژگان: گلبول های سفید، طبقه بندی تصویر، یادگیری عمیق، شبکه عصبی کانولوشن، ترانسفورمر بینایی
-
صفحات 355-362الگوریتم های محاسباتی نرم مانند منطق فازی، شبکه های عصبی و الگوریتم های تکاملی به طور گسترده در بسیاری از زمینه ها استفاده می شوند. به ویژه منطق فازی، به دلیل توانایی قابل توجهی که در مدل سازی دارد، محبوبیت قابل توجهی به دست آورده است. تاکنون روش های مختلفی برای مدل سازی فازی ارائه شده است که هر یک از این روش ها مزایا و معایب خود را دارند. در حالی که اکثر روش ها تجزیه و تحلیل را از ورودی دارند ولی روش SY از بخش خروجی به تجزیه و تحلیل سیستم می پردازد. محبوبیت روش SY را می توان به الگوریتم استخراج قانون موثر آن نسبت داد، که از یک فرآیند خوشه بندی برای تعیین توابع عضویت ورودی استفاده می کند. در این مقاله، یک الگوریتم جستجوی خوشه ای و یک روش تقسیم بندی فازی جدید پیشنهاد شده است که نگاشت فضای خروجی به فضای ورودی را با توزیع توابع گاوسی برای هر نقطه داده در یک خوشه و محاسبه مقادیر عضویت آن ها افزایش می دهد. با این روش جدید جستجوی خوشه بندی پیشنهادی، عملکرد روش SY بهبود یافته است. با توجه به شبیه سازی ها، روش پیشنهادی معیار میانگین مربعات خطا (MSE) را 0.001 و معیار دقت را 1.5 درصد بهبود بخشیده است.کلیدواژگان: سیستم استنتاج فازی (FIS)، مدل سازی فازی، روش Sugeno-Yasukawa (SY)، تقریب تابع عضویت، خوشه بندی
-
Pages 261-268
The main portion of the delay and power in register files is related to read-out paths. The read-out paths are implemented using dynamic circuits to improve the performance of register files. Therefore, design of a high-speed and low-power dynamic circuit is necessary to achieve energy efficient register files for modern microprocessors. In this paper, a new dynamic circuit is presented to decrease the delay and power consumption of register files without considerable noise immunity degradation. In the proposed dynamic circuit, the supply voltage of the pull-down network (PDN) is lower than the main supply voltage to decrease the switching power consumption. In addition, the wide fan-in pull-down networks are implemented using the narrower networks to decrease the switching capacitance on the dynamic node and increase the circuit performance. A 64-word 32-bit 2-read, 1-write ported register file is implemented using the proposed circuit technique. Simulations are performed using HSPICE simulator in a 90-nm CMOS technology model. Simulation results demonstrate 45% and 31% reduction in delay and power consumption of the proposed register file respectively at the same noise immunity compared to the conventional register file.
Keywords: Register File, Dynamic Logic, High-Speed Design, Low-Power Design, Noise Immunity -
Pages 269-279The need to increase the use of Combinatorial Testing (CT) in software testing has become a necessity in software development. CT is an efficient approach to reduce the size of the test suite so that the software can be tested with fewer test cases. Covering Array (CA) is one of the important branches in CT, which has different types. Many solutions have been provided for its production, which have appropriate efficiency (array size) and performance (speed). But there is a lack of a solution that has both efficiency and performance. In this research, we have tried to produce an optimized test suite(with the minimum number of test cases) by using the gravitational search algorithm(GSA) and changing the neighbor selection method. Also, by changing the structure of the data and giving weight to the parameters not covered, we have increased the speed of producing the test suite. The weighting of non-covered parameters and the change in the behavior of the gravity algorithm have caused a smart search to find non-covered test cases. This increase in speed has made the proposed solution capable of producing test suites for high-power configurations. Also, the evaluation results show that the proposed solution outperforms other popular algorithms such as the genetic algorithm, the particle mass search algorithm, and even the gravity search algorithm itself.Keywords: Software Testing, Combinatorial Testing (CT), Covering Array (CA), Gravitational Search Algorithm (GSA)
-
Pages 281-290
Natural renewable energy sources are abundant and economically attractive, with zero or very low carbon emissions. On the other hand, harsh environmental and weather conditions, such as soil and dust accumulation, affect the efficiency of renewable energy sources and systems. Accordingly, the need for automated inspection of photovoltaic panels is becoming more critical as the demand for new solar energy system manufacturing and installation increases worldwide. This study introduces a new dataset of images of dusty and clean plates. Furthermore, a new convolutional neural network architecture is proposed to detect the voltage generated by the panel. In the following, the parameters taken from the environment and the voltage estimated by the proposed neural network are analyzed using the random forest regression algorithm, and the panel's efficiency is calculated. The proposed process deals explicitly with detecting dust accumulation in photovoltaic panels. The results obtained in this work have experimentally shown that the proposed system produces high detection rates. The proposed new method leads to the implementing of a more effective and efficient automatic cleaning technique for photovoltaic panels.
Keywords: Electrical Efficiency, Deep Learning, Photovoltaic Panels, Convolutional Network -
Pages 291-299The development of metasurface absorbers offers a potential solution to achieve low weight, thin thickness, favorable absorption rate, and acceptable terahertz absorption characteristics. In order to optimize the absorption properties of metasurfaces, the absorption spectrum is usually used as an important evaluation criterion, which can show many important characteristics such as the rate of absorption at different frequencies. However, the analysis of absorption spectra related to a large number of variable structural parameters is required when designing the structure, which consumes a lot of resources and time, because electromagnetic wave absorption involves the processes of complex impedance matching and electric field excitation. To address this issue, this study proposes a machine learning approach based on a random forest algorithm to predict absorption rates based on structural parameters, reducing the need for numerical simulation and spectrum analysis time. With the random forest model, the absorption rate is predicted with the R2 score of more than 0.99. In addition, the proposed absorber design has the advantages of being thin, insensitive to polarization and with a relatively stable incident angle, due to the symmetry of the structure. This study presents a practical and effective approach for the design of complex systems related to absorbing, reflecting and transmitting electromagnetic wave propagation.Keywords: Absorber, Metasurface Design, Terahertz, Machine Learning, Random Forest Algorithm
-
Pages 301-311DC microgrids are attaining more attraction in the smart grids on account of major characteristics such as reactive power removal, low power losses and high reliability, stability, controllability and energy efficiency. A suitable peer-to-peer (P2P) local electricity market is very essential to ensure the prosperity of networked DC microgrids in the sustainment of increasing penetration of renewable energy resources. The P2P energy trading provides a beneficial platform so that the peers including the distributed generators, end-use consumers and prosumers can buy or sell electrical energy directly with each other. This paper presents an optimization model of P2P energy trading for interconnected multiple DC microgrids coordinated via an energy management system (EMS) to maximize the total profit of participants. Each DC microgrid includes several photovoltaic arrays and wind turbines, residential loads, and electric vehicles (EVs). In the proposed framework, the permissible value of power losses is considered that reflects the limitation of power exchange between the peers and significantly influences the objective value.Keywords: DC Microgrid, Energy Management System, Peer-To-Peer Energy Trading, Permissible Power Losses, Smart Grid
-
Pages 313-322In this article, a full 3D structure of bifacial perovskite solar cell has been investigated using finite element method (FEM) to get accurate and complete results.Transparent conductive oxide (TCO) has been used instead of metal for back contact for absorbing photon both from front and rear of solar cell.First ,several structures with different ETLs and HTLs have been investigated to get the best structure with the higest efficiency and stability and then, Absorber thickness, ETL thickness and HTL thickness have been sweeped to find out the effect of thickness increment.The efficiency of cell increased to 18.009% for front irradiation and 17.227% for rear irradiation based on AM1.5G irradiation.At last, the I-V and P-V spectrums have been shown for different albedo constants.Keywords: Perovskite, Albedo, Bifacial Solar Cell, TCO
-
Pages 323-334
In this paper an asymmetrical pulse width modulation (PWM) method is used for a modified series capacitor interleaved buck converter. One of the problems of the interleaved converter is unbalance in the inductors current. In symmetrical pulse width modulation (PWM) method the duty cycles of switches are equal to each other and there are unbalance in the inductors current. To solve this problem, in this paper asymmetrical pulse width modulation (PWM) method is used. In asymmetrical PWM, duty cycle of switches are not equal. By using of asymmetrical PWM method, the modified series capacitor interleaved buck converter not only has linear voltage gain with high step down conversion ratio, but also the inductors currents are balanced. The proposed converter is simulated by MATLAB/Simulink software and the results are presented. Moreover, a laboratory prototype is tested to validate the simulation and the theoretical analysis.
Keywords: Asymmetrical Pulse Width Modulation, Modified Series Capacitor Interleaved Buck Converter, High Step Down -
Pages 335-346The identification and evaluation of leukocytes are important to assess the quality of the human immune system; however, the analysis of blood smears depends on the pathologist’s expertise. The manual method for analyzing and classifying WBCs is costly and time-consuming and can result in errors in detection. Most deep learning methods use CNN-based models for white blood cell classification. This paper discusses the use of a ViT-based network, for the classification of leukocytes (WBCs) in a blood sample. The Dataset used in this paper consists of 352 images with a size of 320x240, which was augmented through techniques to create a balanced dataset of 12444 images. The augmented data was then used to train a ViT-based architecture to classify the different types of WBCs. As the first step of the proposed algorithm, a convolutional tokenizer has been applied for patch extraction of images. These patches have been flattened and have been used as input for a ViT-based structure to recognize the subclasses in the second step. The results obtained using Leukovit show that the accuracy of the proposed network is 99.04% which is outperforming the state-of-the-art networks.Keywords: White Blood Cells, Image Classification, Deep Learning, Convolutional Neural Network, Vision Transformer
-
Pages 347-353
This paper presents a low-power and low-noise chopper amplifier for biopotential signals. A two-stage structure is presented to achieve a high CMRR and SNR. These stages contain a folded cascode topology to obtain a low input noise and large input impedance; and a stage of two stacked cross-coupled folded cascode for CMRR and SNR intents. The structure consumes 1.27 µW from a 0.6 V power supply. The CMRR, SNR, Gain, and input-referred noise RMS respectively are 133 dB, 121.4 dB, 38 dB and 930nV/Hz in the Bandwidth of 0.01 kHz to 1 kHz. The NEF and PEF are 1.8 and 1.9 and input impedance is 2.5 GΩ with chopping frequency of 2kHz.
Keywords: Chopper Amplifier, Low Noise, Low Power -
Pages 355-362Soft computing algorithm such as fuzzy logic, neural networks, and evolutionary algorithms are widely used in many fields. Fuzzy logic, in particular, has gained significant popularity due to its significant ability in modelling. So far, various methods of fuzzy modelling have been presented; each of these methods has its advantages and disadvantages. While all methods start from the input, Sugeno-Yasukawa (SY) differs by initiating the analysis from the output. The popularity of the SY method can be attributed to its effective rule extraction algorithm, which employs a clustering process to determine input membership functions. In this paper, we propose a cluster search algorithm and a new fuzzy partitioning method that enhance the mapping of the output space to the input space by distributing Gaussian functions for each data point within a cluster and calculating their membership values. With this proposed new clustering search method, the performance of the SY method is improved. Through simulations, the proposed method has improved the mean square errors (MSE) criterion by 0.001, and improved the accuracy criterion by 1.5 percent.Keywords: Fuzzy Inference System (FIS), Fuzzy Modelling, Sugeno-Yasukawa (SY) Method, Membership Function Approximation, Clustering
-
Pages 363-372
Smart grid is a cyber-physical system, a combination of physical devices and computational processes. Enhancing interaction between the cyber and physical layers is crucial for optimizing system operation, management, and security. Motivated by this, in this paper, a framework for solving the optimal scheduling of an AC-microgrid (ACMG) system, is presented. The optimal scheduling of the system is modelled as an optimization problem. Also, the dragonfly is utilized as a powerful optimization technique to solve the proposed optimization problem. On the other side, considering cyber-attacks as a great threat to the system which can cause disruption and outage in smart grids, a deep-learning-based method, long short-term memory (LSTM), along with the concept of prediction interval is utilized to develop a cyber-attack detection model for false data injection attacks on smart meters. In this structure, the optimization is carried out using dragonfly optimization. Also, the LSTM, which is a subset of recurrent neural networks, is designed. With an accuracy of 97%, this model can ensure the cyber-security of the structure. Furthermore, to demonstrate the excellence of the proposed method, it is compared to an Artificial Neural Network (ANN). As the results show, the deep learning LSTM approach outperforms the ANN method in terms of accuracy and cyber-security. The proposed cyber-attack detection model is first trained using historical data and then is used in real-time conditions. For investigating the effectiveness of the proposed approach, the modified IEEE 33-bus test system is utilized. The results significantly show the effectiveness of the proposed methodologies
Keywords: Optimal Scheduling, False Data Injection Attacks, AC Microgrids, Dragonfly Optimization Technique, Practical Swarm Optimization -
Pages 373-382
This paper deals with the design of a low power, high-gain, low noise and high-dynamic range receiver dedicated for photoplethysmography (PPG) signal sensing. A current measurement system utilizing a large DC cancelation block, implemented in 180nm CMOS technology. The shunt feedback trans-impedance amplifier (TIA) is designed to detect and sense low currents, producing a voltage output. It exhibits a noise floor of 39.7 pArms within the frequency range of 0.5-10Hz. The receiver gain is 147.6dBΩ. The receiver incorporates a fine and coarse steps gain control block (FaCGC) and a DC cancelation block capable of handling up to 100µA, thereby enabling a wide dynamic range. The proposed system exhibits characteristics such as low noise and wide dynamic range, rendering it well-suited for the precise measurement of ultra-low current. Consequently, this system holds significant potential for application in biosensor technology. The chip has a footprint of 0.121mm2 area and operates with a power consumption of 40.14 micro-watts, drawing power from supply voltages of ±0.9 volts. The post-layout simulation reveals a lower frequency limit below 1mHz, while the upper limits of its application band can be extended up to 100 Hz.
Keywords: Photoplethysmography, PPG Signal Receiver, Current To Voltage Convertor, Transimpedance, Automatic Gain Control, Background Light Rejection Loop