Le laboratoire d'électronique instrumentale a la charge de développer des systèmes électroniques destinés à asservir, contrôler/commander ou sécuriser des équipements pour la recherche en physique.
Le LEI est structuré pour répondre aux différentes étapes d'un projet électronique, dans le cadre de travaux internationaux de recherche :
- Phase d'avant-projet avec les études de faisabilité et de coût pour évaluer la viabilité des futurs dispositifs.
- Spécifications et architectures pour définir les ensembles à développer
- Conception des dispositifs électroniques.
- Sous-traitance des réalisations, intégration, tests et recettes.
- Installation et mise au point sur site en France ou l'étranger.
Les ressources et les moyens du LEI
Activités principales :
- Conception de dispositifs et de cartes électroniques analogiques et numériques composés par :
- Des ensembles spécifiques développés en fonction des besoins scientifiques.
- Des matériels commerciaux pour les parties répondant à des standards industriels.
- Conception de systèmes numériques à base de FPGA (Field Programmable Gate Array) mixant :
- De la logique.
- Des microprocesseurs avec ou sans « operating system ».
- Des fonctions de traitements du signal.
- La programmation est réalisée dans les langages VHDL et C ou LabView (RT et FPGA)
- Étude et réalisation de systèmes pour la protection des aimants supraconducteurs (Magnetic Safety System – MSS) pour les stations de tests des aimants ou les expériences de physique.
- Un programme de R&D est en cours afin d’utiliser des composants FPGA.
- Conception mécanique appliqué au conditionnement des ensembles électroniques, étude du placement/routage en 3D.
Exemples de réalisations
Station de test des aimants JT60-SA CTF. Système de protection MSS et acquisition ASnet.
Magnet Safety System
Le LEI est un laboratoire spécialisé dans la conception de MSS pour la protection des aimants supraconducteurs. Voici un bref historique des conceptions les plus récentes :
- 1999: Réalisation d’un MSS de 1ière génération pour la station d’essais des bobines W7X.
- 200x: Développement de la 2ième génération de MSS pour les stations de tests du projet ISEULT, l’arc d’accélérateur T2K du projet J-PARC implanté sur l’accélérateur KEK au Japon et l’aimant R3B de l’expérience FAIR (DESY–Allemagne).
Aujourd’hui, les développements des MSS de dernières générations sont caractérisés par des spécifications dont les exigences augmentent. Le MSS pour l’aimant de l’IRM médical ISEULT nécessite des isolations à 4 kV et un haut niveau de fiabilité pour garantir la sureté de fonctionnement. Le MSS pour la station d’essais JT60SA est également isolé à plusieurs kV, de plus c’est un système générique utilisable pour différents types d’aimants, comme l’aimant haut champ LNCMI. Il intègre les outils de supervision à distance Muscade® également déployés sur les installations.
Demain, les MSS seront numériques et intégreront des équipements à base de FPGA. Par exemple, les futurs projets comme la station d’essais STAARQ ou l’aimant MadMax utiliseront Un MSS composé par :
- un front end analogique isolé à plusieurs kV afin de numériser les signaux,
- et un châssis CompactRIO de National instruments pour la traitement numérique détectant le quench.
Spiral 2 LLRF
Le LEI a réalisé le Low level RF (LLRF) des 33 cavités du Linac Spiral 2 implanté au Ganil à Caen. La fréquence machine est égale à 88.0525 MHz. L’objectif principal est la régulation de l’amplitude et de la phase des champs accélérateurs dans les cavités avec des précisions de ± 1% et ± 0.5°.
Pour chaque cavité, le cœur du système est fondé sur deux cartes au format VME64x :
- Une carte numérique incluant un FPGA Virtex 5 destinée aux calculs intensifs comme la régulation du champ dans une cavité.
- Une carte analogique réalisant les traitements analogiques RF comme les conversions analogiques/numériques avec une gigue inférieure à 1 pS.
Vue d’une baie Low level RF du projet et des principaux sous-ensembles matériels et logiciels. Un total de 5 baies est déployé le long du LINAC
Projet ESA-LWIR & ESA-ALFA - Conception d’un préamplificateur froid fonctionnant à 4K pour la lecture de photodiodes calibrées.
Electronique Froide
En collaboration avec le DEDIP et le DAP, le DIS étudie et réalise des chaines d’amplification refroidies à base de transistors HEMT (CNRS – LPN), pour la lecture de photodiode, de détecteurs Ge ou des applications nécessitant la mesure de très faible bruit à très basse température (~1K).
