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Micro-electronique

  • Les détecteurs développés dans le domaine de la physique nucléaire embarquent aujourd’hui une instrumentation de plus en plus complexe qui peut parfois comporter plusieurs millions de voies de mesure. Les niveaux de précision requis, les volumes de données, la complexité des traitements effectués en ligne et les vitesses de transfert conduisent fréqueµment à abandonner les technologies d’électronique traditionnelle (discrète) et à recourir aux techniques d’intégration sur silicium. Le Service d’Electronique Physique de l’Institut est engagé dans cette voie depuis de nombreuses années. Le savoir-faire acquis par le groupe dans le domaine du développement d’ASIC est aujourd’hui significatif et les outils informatiques disponibles permettent d’aborder le développement de circuits analogiques-numériques complexes.
  • La première réalisation dans les années 1990 est un TDC (CRT-C) multi-hit de résolution inférieure à 250ps, réalisé en technologie bipolaire 1.2µm prédiffusée du fondeur Thomson. Ce composant est utilisé depuis 10 ans dans de nombreuses applications coµme THOR, COMET (multicodeur d’amplitude à voies indépendantes marquées en temps) au CERN ou au Tandem, CTNM-4 (module destiné à la spectrométrie de masse) utilisé dans de nombreux laboratoires français et étrangers, et plus réceµment dans l’expérience G0 aux USA.
  • Les détecteurs à semi-conducteurs, sensibles aux particules chargées, sont très utilisés en physique nucléaire pour la mesure précise de l’énergie, du temps et de la position. Le premier de ces détecteurs, MUST1, était instrumenté avec de l’électronique discrète ; la deuxième version de ce détecteur, MUST2, comporte plusieurs centaines de voies et est donc équipée d’une électronique front-end basée sur l’ ASIC MATE. Cet ASIC, en technologie CMOS 0.8µm d’AMS, réalisé en collaboration avec le CEA DAPNIA, assure le traitement en temps et en énergie pour 16 voies de détecteurs Si strips, SiLi ou CsI. Le préamplificateur de charges, la voie analogique (shaper, track & hold) et le protocole numérique d’interface ont été réalisés au SEP.
  • Un autre domaine d’intérêt grandissant en physique nucléaire est l’analyse numérique de la forme du signal issu du détecteur. Les flash ADCs du coµmerce peuvent être utilisés pour des temps de montée suffisaµment lents ; pour des temps de montée plus rapides et dans le cadre du projet de R&D d’AZ4Pi, le SEP a développé la première version de l’ASIC MAR en technologie CMOS 0.35µm d’AMS : une mémoire analogique rapide permettant d’échantillonner très rapidement (500ps minimum) le signal analogique, de le stocker et de « rejouer » sa partie intéressante à plus faible vitesse avec un ADC du coµmerce.
  • Le SEP participe également au « club 0.35µm IN2P3 » et a versé deux briques élémentaires à l’occasion du design du dernier ASIC MAR : une DLL basée sur des retards élémentaires de 500ps et un amplificateur rapide de bande passante 350MHz.

 

IPN

Institut de Physique Nucléaire Orsay - 15 rue Georges CLEMENCEAU - 91406 ORSAY (FRANCE)
UMR 8608 - CNRS/IN2P3

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