2 sujets IRFU

Dernière mise à jour : 27-11-2020


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• Electronique et microélectronique - Optoélectronique

 

Conception d’un nouveau Convertisseur Analogique Numérique auto-calibré par Machine Learning

SL-DRF-21-0349

Domaine de recherche : Electronique et microélectronique - Optoélectronique
Laboratoire d'accueil :

Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique (DEDIP)

Systèmes Temps Réel, Electronique d’Acquisition et Microélectronique (STREAM)

Saclay

Contact :

Fabrice Guilloux

Philippe Schwemling

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Fabrice Guilloux
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/STREAM

33 1 69 08 67 31

Directeur de thèse :

Philippe Schwemling
CEA - DRF/IRFU/DPHP/Atlas

33 1 69 08 85 85

Labo : http://irfu.cea.fr/dedip/index.php

Dans les expériences de physique des hautes énergies actuelles et futures (tel le LHC au CERN), les grands détecteurs de particules utilisent des circuits intégrés sub-microniques dont les signaux sont numérisés très en amont de la chaine de traitement et véhiculés loin de l’expérience par des liens ultra-rapides. Le développement de nouveaux convertisseurs analogique numérique (ADC) performants dans des environnements souvent extrêmes, en particulier en termes de radiations est un défi. La tendance a été jusqu’ici d’essayer de rendre les réponses de ces circuits les plus stables et indépendantes des variations de paramètres environnementaux et technologiques. Une autre piste consiste à établir des tables de calibration précises « téléchargeables » dans l’ASIC au cours de l’évolution des conditions ou générées automatiquement par l’ASIC.



Cette génération des paramètres de calibration, dans ou hors ASIC, est envisageable dans le cadre de l’apprentissage automatique ou Machine Learning (ML).



L’approche innovante pour cette thèse est d’appréhender à la fois la complexité matérielle d’un ADC et l’analyse logicielle en réalisant les algorithmes de ML aboutissant à la calibration de l’ADC. Finalement, avec une calibration efficace, il sera même possible d'envisager améliorer les performances de l’ADC en utilisant de multiples voies d’ADC inter-calibrées et ainsi d’atteindre des performances (vitesse de conversion et/ou résolution) inaccessibles à un ADC unique.
Conception d’un nouveau circuit de lecture pour des détecteurs hybrides fortement pixélisés destinés à des applications spatiales de spectro-imagerie et polarimétrie dans la bande des rayons X durs.

SL-DRF-21-0346

Domaine de recherche : Electronique et microélectronique - Optoélectronique
Laboratoire d'accueil :

Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique (DEDIP)

Systèmes Temps Réel, Electronique d’Acquisition et Microélectronique (STREAM)

Saclay

Contact :

Olivier GEVIN

Olivier LIMOUSIN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Olivier GEVIN
CEA - DSM/IRFU/SEDI

0169081716

Directeur de thèse :

Olivier LIMOUSIN
CEA - DRF/IRFU/DAP/LSIS

01 64 50 15 03

Cette thèse d’instrumentation spatiale consiste à concevoir un circuit microélectronique matriciel intégrant de nombreuses fonctions analogiques et numériques dans des pixels de 250 µm de côté pour la lecture de détecteurs semi-conducteurs en CdTe ou en silicium.

Notre équipe de recherche développe depuis 2011 un nouveau concept de détecteurs hybrides appelés MC2 (Mini CdTe on Chip) s’appuyant sur des technologies 3D de type WDoD (TM) (wireless die on die) et devant supporter l’environnement thermomécanique et radiatif d’une mission spatiale. L’ambition est de réaliser des grands plans focaux aux performances inégalées en spectro-imagerie résolue en temps et en polarimétrie, au service des prochaines découvertes de l’astrophysique X et gamma et de la physique des éruptions solaires.

La technologie microélectronique visée est la technologie XFAB 180 nm, particulièrement attractive pour des applications spatiales du fait de sa disponibilité commerciale pérenne et abordable et de sa bonne tenue aux radiations. Elle constitue un choix crédible comme alternative à la technologie AMS 0.35 µm, massivement exploitée jusqu’à présent par notre groupe, notamment pour les projets spatiaux SVOM (gamma caméra ECLAIRs) et Solar Orbiter (télescope X STIX). Les futures générations de nos détecteurs pourront bénéficier de cette technologie avantageuse en R&D autant qu’en production même dans les cas où la tenue à la dose est importante.

Deux générations de circuits matriciels réalisés dans la technologie XFAB 180 nm ont montré des résultats très prometteurs pour intégrer des chaînes de spectroscopie autodéclenchées ultra bas bruit et basse consommation dans un pixel de 250 µm de côté. Ces circuits ont montré également la nécessité de concevoir, de caractériser et d’optimiser plusieurs fonctions critiques au niveau du pixel, des blocs communs et des opérateurs inter-pixels afin d’obtenir une meilleure uniformité de réponse et le niveau de bruit ultime recherché. L’objectif de la thèse est d’apporter des solutions innovantes et performantes pour un nouveau circuit de 32 x 32 pixels au pas de 250 µm, aboutable sur 2 côtés, avec une interface optimisée et une architecture modulaire pour être intégré dans un module de détection spatialisable.

Des retombées de ces développements sont également envisagées dans le domaine médical, notamment pour la tomographie du cancer du sein ainsi que dans le domaine de la surveillance environnementale dans le domaine nucléaire.

 

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