Présentation du Service Electronique et Microélectronique

1. @ Présentation du Service Electronique et Microélectronique le 4 décembre 2008 F. Boumard, J.-F. Cam, P. Laborie, J. Langlois, A. Leconte, L. Leterrier, J. Tillier, P. Vallerand.

2. Electronique analogique Electronique numérique Projets : SHIRaC, SuperNEMO, FAZIA, Spiral2… R&D avancée SEM RF/Electronique de puissance µélectronique

3. T G V Raz E1 E2 T G V E3 E4 E5 RAZ Trigger Générique VME ARM TM GATE OK FCLR DRDY MUX1 MUX2 dtack marche dec erp C F 1 C F 2 L P C Caen Architecture constituée de 2 FPGAs Fonctionnalité de Trigger par défaut : analyse de la configuration de 4 entrées (E1 à E4) pendant une fenêtre d’analyse pouvant atteindre 20µs programmable par pas de 20ns Générateur d’interruption lorsqu’un événement est validé Il peut être équipé de 2 cartes filles (CF1 et CF2) répondant à des fonctionnalités supplémentaires Exemple : carte fille réceptrice Centrum développée à Ganil pour les besoins de l’expérience Caviar Son architecture basée autour d’une mémoire « Flash » permet de stocker 2 configurations de fonctionnement différentes rechargeables par l’interface DAS à tout moment Valorisation de ce module dans différents laboratoires de l’IN2P3 et au CEA : Ganil, INSP Jussieu, IPNL Lyon, CENBG Bordeaux, CEA Bruyères le Châtel : construction de 15 cartes

4. avec le service instru trise~1,5ns Trigger de NEMO3 Filtre d’événements sur un « tracking » Geiger (6180 cellules) et un calorimètre (1940 PMs) pour la double désintégration β du Molybdène : expérience continue de 2003 à 2011 Multidétecteur INDRA Codeur double charge couronne Phoswich (NE102 – NE115) Carte fille codage en temps (convertisseur temps-amplitude) Résolution : 60ps Préamplis rapides (PRL)

5. La microélectronique au SEM • Activité initiée en 2005 : • Collaboration avec les labos experts de l’IN2P3 : LAL... • Outils CAO et technologie : • Equipe LPC : 3 ingénieurs R&D marqueur de temps à haute-résolution et à grande dynamique Partage de blocs Financement IN2P3 pour prototypage de circuit « Club 035 » Standards de l’IN2P3

6. Super Nemo Absolute Time Stamper (SNATS pour SuperNEMO) • Technologie AMS CMOS 0.35µm • Fréquence d’horloge : 160MHz • Pas de quantification : 200 ps • Résolution RMS ≈ 70ps • INL ≈ 0.63LSB et DNL ≈ 0.3LSB • Dynamique de codage : 53 bits  temps fin (D.L.L) sur 5 bits •  temps grossier sur 48 bits • Modularité : 16 voies / chip

7. R&D en microélectronique R&D Time Stamp : Résolution temporelle de 30ps RMS Discriminateur à fraction constante micro-intégré (SuperNEMO) R&D Front-End : Préamplificateur de charge à sortie courant (« PACI »)

8. Courant ON Courant OFF Courant ON I = 2 A 1 ms/div Courant dans la bobine Chronogramme du courant dans les bobines Schéma de principe Commutateur • Le LPC a construit un piège magnéto optique (MOT) sur lequel il était nécessaire de mettre en œuvre un dispositif pour alimenter 2 bobines créant un champ magnétique destiné au confinement des atomes. • Cahier des charges : • Établir en moins de 200µs un courant de 2 A dans deux bobines dont l’inductance résultante est de 1,4 H, maintenir ce courant pendant une durée de 3ms et l’interrompre le plus rapidement possible (de l’ordre de 400µs). • Solution retenue: • Pour établir le courant: • Appliquer une tension de 7KV aux bornes de la bobine afin d’atteindre rapidement un courant de 2A qui sera ensuite maintenu par une tension continue de 70V. • Pour interrompre le courant: • Ouverture du circuit et transfert de l’énergie stockée dans les bobines vers un circuit d’absorption composé de diodes transil de puissance. Dispositif d’alimentation pour bobines de forte inductance

9. Ampli RF Classe A 500 watts Signal d’entrée sinusoïdal Z Quadrupôle Capacité Variable Couplage inductif PERFORMANCES Fréquence ajustable de 2 à 9 MHz Amplitude ajustable 2 à 4 kVpp Dispositif Radio-Fréquence du RFQ SHIRaC 

10. Conception-simulation-routage-fabrication-test • Caractéristiques du circuit: • 14 couches • 7 boitiers de type Bga • Isolements classe 6 • Pistes 90 mm • Finition NiAu