Étude d’un convertisseur analogique-numérique à très grande dynamique à base de portes logiques supraconductrices PDF Download
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Author: Emanuele Baggetta
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Book Description
La logique supraconductrice RSFQ (Rapide Single Flux Quantum) est une solution très attractive pour le traitement des données à très haute fréquence avec une dissipation très faible et des performances nettement supérieures à ce que la technologie CMOS pourra offrir dans la prochaine décennie. La technologie RSFQ en nitrure de niobium (NbN) en cours de développement au CEA-G est basée sur des jonctions Josephson NbN/Ta_{X}N/NbN auto-shuntées qui présentent une fréquence d’oscillation maximum proche du THz jusqu’à 10 K. L’objectif de cette recherche a été d’appliquer cette technologie NbN 9K à un CAN (Convertisseur Analogique-Numérique) adaptable aux télécommunications spatiales. Une architecture de type CAN sigma-delta a été étudiée, sur-échantillonnant à 200 GHz de fréquence d’horloge un signal avec une bande de 500 MHz et modulé sur une porteuse de 30 GHz. En particulier une horloge, un comparateur et différents portes logiques ont été étudiés et conçus pour opérer à 200 GHz ainsi qu’un modulateur sigma-delta passe-bande du troisième ordre dont les performances SNR, SFDR, devraient après optimisation satisfaire les objectifs visés. La complexité de l’architecture du filtre de décimation a été analysée. Certains composants de base du filtre, des diviseurs de fréquence et des registres à décalage, ont été étudiés et dessinés, enfin quelques méthodes de test du modulateur sont proposées. Le travail d’implémentation de circuits NbN en technologie multi-niveaux a été traité conduisant à la réalisation complète de deux lots de circuits qui pour des raisons technologiques clarifiées ensuite n’ont pu aboutir au test des portes logique du CAN. Cependant, les marges de fonctionnement des portes logiques NbN ont été déterminées grâce à la caractérisation de jonctions, SQUIDs et de filtres (résonateurs) micro-ondes. Finalement, une étude comparative entre des circuits à jonctions NbN auto-shuntées opérant à 9K en réfrigération allégée et des circuits similaires obtenus en fonderie Nb basés sur des jonctions Nb/AlO_{X}/Nb shuntées en externe opérant à 4K, démontre tous les avantages qu’on peut espérer attendre de la technologie NbN
Author: Emanuele Baggetta
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La logique supraconductrice RSFQ (Rapide Single Flux Quantum) est une solution très attractive pour le traitement des données à très haute fréquence avec une dissipation très faible et des performances nettement supérieures à ce que la technologie CMOS pourra offrir dans la prochaine décennie. La technologie RSFQ en nitrure de niobium (NbN) en cours de développement au CEA-G est basée sur des jonctions Josephson NbN/Ta_{X}N/NbN auto-shuntées qui présentent une fréquence d’oscillation maximum proche du THz jusqu’à 10 K. L’objectif de cette recherche a été d’appliquer cette technologie NbN 9K à un CAN (Convertisseur Analogique-Numérique) adaptable aux télécommunications spatiales. Une architecture de type CAN sigma-delta a été étudiée, sur-échantillonnant à 200 GHz de fréquence d’horloge un signal avec une bande de 500 MHz et modulé sur une porteuse de 30 GHz. En particulier une horloge, un comparateur et différents portes logiques ont été étudiés et conçus pour opérer à 200 GHz ainsi qu’un modulateur sigma-delta passe-bande du troisième ordre dont les performances SNR, SFDR, devraient après optimisation satisfaire les objectifs visés. La complexité de l’architecture du filtre de décimation a été analysée. Certains composants de base du filtre, des diviseurs de fréquence et des registres à décalage, ont été étudiés et dessinés, enfin quelques méthodes de test du modulateur sont proposées. Le travail d’implémentation de circuits NbN en technologie multi-niveaux a été traité conduisant à la réalisation complète de deux lots de circuits qui pour des raisons technologiques clarifiées ensuite n’ont pu aboutir au test des portes logique du CAN. Cependant, les marges de fonctionnement des portes logiques NbN ont été déterminées grâce à la caractérisation de jonctions, SQUIDs et de filtres (résonateurs) micro-ondes. Finalement, une étude comparative entre des circuits à jonctions NbN auto-shuntées opérant à 9K en réfrigération allégée et des circuits similaires obtenus en fonderie Nb basés sur des jonctions Nb/AlO_{X}/Nb shuntées en externe opérant à 4K, démontre tous les avantages qu’on peut espérer attendre de la technologie NbN
Author: Jean-Luc MARTIN
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Author: Fatah-Ellah Rarbi
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Languages : fr
Pages : 196
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L'objectif de cette thèse est la conception de convertisseur analogique-numérique (CAN) de type pipeline pour le codage des signaux de détecteurs à forte granularité. Au cours de cette thèse, nous avons développé un modèle pour une étude approfondie des différentes sources d'erreurs et leurs conséquences sur les caractéristiques du convertisseur pipeline 12 bits à 25 MHz. Nous avons également finalisé un prototype aux limites de la technologie choisie par la collaboration CALICE dans le cadre du projet ILC. Une nouvelle architecture de CAN pipeline avec un premier étage MDAC multi-bits incluant une structure DEM a été conçue pour alles au-delà des limites de la technologie. Enfin, en parallèle avec les travaux de conception, un effort a été consacré au développement de programmes de test pour la caractérisation des différents prototypes de convertisseur A/N. Nous expliquons les résultats de tests de trois prototypes de CAN pipeline 12 bits réalisés au cours de ces trois années de thèse. Une comparaison est faite par rapport à d'autres études en cours pour le calorimètre électromagnétique d'ILD.
Author: Christine Marguet
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CETTE THESE EST CONSACREE A L'ETUDE ET A LA CONCEPTION D'UN CONVERTISSEUR ANALOGIQUE-NUMERIQUE DE 15 BITS DE DYNAMIQUE ET PRESENTANT UNE DUREE DE CONVERSION DE 200 NS. LE CAHIER DES CHARGES A ETE ETABLI EN FONCTION DES BESOINS CONJOINTS DU LABORATOIRE DE PHYSIQUE DES PARTICULES ET DE LA SOCIETE METRIX. LE PRESENT DOCUMENT DECRIT LE DEROULEMENT DE L'ETUDE DEPUIS L'ANALYSE DU MARCHE DES CONVERTISSEURS HAUT DE GAMME JUSQU'A L'INTEGRATION DE NOTRE CONVERTISSEUR AU CUR D'UN OSCILLOSCOPE NUMERIQUE EN PASSANT PAR: L'ETUDE DES PRINCIPES DE CONVERSION PARALLELE, PARALLELE-SERIE ET APPROXIMATIONS SUCCESSIVES ET DE L'ENSEMBLE DES SPECIFICATIONS PERMETTANT DE CHIFFRER LES PERFORMANCES D'UN CONVERTISSEUR A/N; LA MISE AU POINT D'UN NOUVEAU PRINCIPE BASE SUR LE POSITIONNEMENT DE GAMME AUTOMATIQUE; L'ETUDE DES DIVERSES METHODES DE TEST; LE TEST DU CONVERTISSEUR EN FONCTIONNEMENT DYNAMIQUE; LA REALISATION DES INTERFACES PERMETTANT L'INTEGRATION DU CONVERTISSEUR AU SEIN DE L'OSCOLLOSCOPE NUMERIQUE; L'ECRITURE DES LOGICIELS DE TRAITEMENT DES DONNEES ET D'EXPANSION VERS ZERO.
Author: Christine Marguet
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Author: YAN HUA.. DONG
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Languages : fr
Pages : 208
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LE CONVERTISSEUR AN A UNE RESOLUTION DE 8 BITS ET UN DEBIT DE CONVERSION DE 20 MHZ. L'UTILISATION DE LA TECHNOLOGIE CMOS PERMET UNE GRANDE DENSITE D'INTEGRATION POUR UN FAIBLE COUT DE FABRICATION. POUR SA REALISATION UN NOUVEAU COMPARATEUR A ETE ETUDIE ET MIS AU POINT, PEU SENSIBLE A LA VARIATION DE TENSION DE SEUIL DES TRANSISTORS. TOUS LES COMPARATEURS INTEGRES SUR UN MEME CIRCUIT ONT AINSI DES CARACTERISTIQUES IDENTIQUES; CECI PERMET D'OBTENIR UNE GRANDE PRECISION POUR LE CAN. POUR ELIMINER LE MAXIMUM D'ERREURS DE CONVERSION, ON INSERE DANS LE CAN DES ELEMENTS DE DETECTION ET DE CORRECTION D'ERREURS EVENTUELLES. LE CORRECTEUR EST BASE SUR UNE FONCTION A MAJORITE
Author: Joël Roméo Ngankio Njila
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Languages : fr
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L'objectif de ce travail était d'élaborer la brique de base d'un convertisseur analogique numérique supraconducteur à architecture pipeline, fonctionnant à 30GHz de fréquence d'échantillonnage. Ce convertisseur est constitué d'un bloc de N comparateurs disposés en cascade le long d'une ligne de transmission. Chaque étage de comparaison est constitué d'un SQUID rf mutuellement couplé à un tronçon de ligne de transmission. Lorsque le signal à convertir arrive à la hauteur d'un comparateur, il génère un champ magnétique qui induit un courant dans le SQUID rf. Ce courant pourra faire commuter la jonction Josephson du SQUID rf dans certains cas, en fonction des caractéristiques internes de la jonction Josephson du SQUID et de son environnement. La commutation, qui s'accompagne de l'apparition d'une impulsion de tension quantifiée SFQ, a été étudiée de manière théorique et expérimentale en fonction des différents paramètres du problème.
Author: David Deschans
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Languages : fr
Pages : 169
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Les travaux de cette thèse portent sur l'étude et la réalisation d'un ASIC convertiseur analogique-numérique très large bande (entre 2 et 4 GHz) fonctionnant à 4 GHz et présentant une résolution de 3 bits. Ce convertisseur est dédié aux applications radio-astronomiques et tout spécialement pour le projet d'interférométrie ALMA (Atacama Large Millimeter Array) qui sera implanté au Chili dès 2007. Le signal capté étant un bruit de statistique gaussienne, la résolution du convertisseur peut être limitée à quelques bits sans pour autant détériorer de manière importante l'information contenue dans le signal analogique. Compte tenu de la fréquence d'échantillonage très élevée, il est nécessaire d'utiliser des technologies d'intégration très performantes et des structures de conversion très rapides. Nous utilisons pour cela une architecture flash implémentée dans une technologie BiCMOS SiGe 0,25 [mu]m de la société STMicroelectronics. Ce système fait le lien entre le "FrontEnd" qui constitue la partie détection du radiotélescope et le corrélateur qui effectue la détection et le post-traitement numérique du signal. Le convertisseur est constitué d'un amplificateur adaptateur très large bande (2 à 4 GHZ), de 7 comparateurs-échantilloneurs utilisant des structures différentielles classiques à charges ohmiques de type CML. Ces comparateurs sont commandés par un amplificateur d'horloge 4 GHz. Le résultat de comparaison est codé sur un code Gray 3 bits par un encodeur FDL. Les signaux numériques sont transmis à l'extérieur de la puce par 3 buffers de sortie en logique LVDS présentant des temps de commutation de l'ordre de 50 ps. Une horloge de test intégrée permet de réaliser des tests de fonctionnalité et de fiabilité sans carte de test.
Author: FRANCOIS.. AGON
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Languages : fr
Pages : 420
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LES PERFORMANCES DES SYSTEMES ELECTRONIQUES SONT ACCRUES PAR L'UTILISATION DU TRAITEMENT NUMERIQUE DU SIGNAL. POUR CELA IL EST NECESSAIRE DE DEVELOPPER DES INTERFACES AVEC LES ACTIONNEURS OU LES CAPTEURS. LES CONVERTISSEURS ANALOGIQUES-NUMERIQUES (CAN) ET NUMERIQUES-ANALOGIQUES (CNA) SONT DES ELEMENTS CONSTITUTIFS DE CES INTERFACES. LA TECHNOLOGIE CMOS, TRES BIEN ADAPTEE A L'INTEGRATION DES FONCTIONS NUMERIQUES, SEMBLERAIT UNE TECHNOLOGIE DE FABRICATION PRIVILEGIEE ; CEPENDANT ELLE N'EST PAS LA PLUS APPROPRIEE POUR LA REALISATION DES FONCTIONS ANALOGIQUES. AINSI LES PERFORMANCES DES CIRCUITS MIXTES RESULTERONT ESSENTIELLEMENT DE CELLES DES FONCTIONS ANALOGIQUES INTEGREES ET, EN PARTICULIER, DE CELLES DES CONVERTISSEURS. L'OBJECTIF DE L'ETUDE CONCERNE LA REALISATION D'UN CAN, EN VUE DE FAIRE UNE CELLULE DE BIBLIOTHEQUE POUR CIRCUITS MIXTES EN TECHNOLOGIE CMOS. DESTINE A UNE UTILISATION GENERALE, CE CIRCUIT DOIT POSSEDER UNE RESOLUTION ELEVEE, UNE GRANDE DYNAMIQUE D'ENTREE, UNE FAIBLE CONSOMMATION ET UN ENCOMBREMENT REDUIT, TOUT EN SOUHAITANT PAR AILLEURS QUE SES PERFORMANCES SOIENT AUSSI INDEPENDANTES QUE POSSIBLE DES CARACTERISTIQUES TECHNOLOGIQUES DU FONDEUR. LA LINEARITE EST UNE CARACTERISTIQUE ESSENTIELLE D'UN TEL CONVERTISSEUR. AFIN D'OBTENIR UNE BONNE LINEARITE, NOUS AVONS DEVELOPPE, DANS UN PREMIER TEMPS, UN CONVERTISSEUR QUI POSSEDE UN ALGORITHME ORIGINAL DE LINEARISATION POUR S'AFFRANCHIR DE L'IMPERFECTION DES COMPOSANTS. DANS UN SECOND TEMPS, AFIN DE PRENDRE EN COMPTE D'AUTRES EFFETS PARASITES MIS EN EVIDENCE LORS DE LA CARACTERISATION DE CE PREMIER CIRCUIT, UNE ANALYSE THEORIQUE A ETE EFFECTUEE POUR ENVISAGER UNE AMELIORATION DE L'ARCHITECTURE PROPOSEE INITIALEMENT. LES TESTS DES CONVERTISSEURS DOIVENT ETRE EFFECTUES DANS DES CONDITIONS PROCHES DE CELLES DE LEUR UTILISATION. LA METHODE DE TEST STATISTIQUE SIMPLE ET FIABLE QUE NOUS AVONS MISE EN UVRE NOUS A PERMIS DE DETERMINER LES ORIGINES DES IMPRECISIONS DE LA CONVERSION, RESULTAT ESSENTIEL POUR EFFECTUER UNE OPTIMISATION DES PERFORMANCES. NOUS AVONS EN OUTRE PROPOSE UNE METHODE ORIGINALE DE MESURE DES TENSIONS D'OFFSET STATIQUE ET DYNAMIQUE DES COMPARATEURS
Author: Claude Bonnet
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Languages : fr
Pages : 118
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