M. Moynot, M. Bermond, D. Boget, G. Bohner, C. Boniface, J. Boniface, H. Bonnefon, B. Camberlin, F. Corrageoud,
G. Daguin, P.Y. David, J. Ditta, , G. Dromby, M. Forlen, N. Fouque, R. Hermel, , S. Janet, J.C. Lacotte, J. Lecoq,
J.L. Mocellin, G. Perrot, L. Pruja, X. Riccadonna, S. Sapène
Doctorants : J.M. Bussat, V. Hermel

A travers les projets expérimentaux auxquels il contribue, le service est amené à s'investir dans une variété de secteurs touchant aussi bien l'électronique impulsionnelle que les radiofréquences. Si certains projets font largement appel aux techniques traditionnelles, d'autres ne sont réalisables qu'en technologies ASIC (Application Specified Integrated Circuit) ou VLSI (Very Large Scale Integration). Les éléments sont le plus souvent mis en oeuvre dans des environnements hostiles: normes spatiales pour AMS, vide de 10^-6 mbar sur VIRGO, taux de radiation élevé sur ATLAS et CMS. Ces difficultés sont en général combinées avec l'exigence d'une faible consommation et un très grand nombre de voies.
 

L'ELECTRONIQUE DE DETECTION

1) LA CALORIMETRIE AUPRES DU LHC

Les signaux issus des futurs calorimètres, aussi bien à cristaux qu'à argon liquide, sont de faible amplitude et de couverture dynamique élevée (16 à 18 bits équivalents). La fréquence des croisements de 40 MHz impose une mémorisation temporaire et l'utilisation d'une technologie rapide. Le grand nombre de voies, plus de 200 000, impose la miniaturisation et limite la consommation par circuit à des valeurs minimales. Dans ces conditions, la conception des préamplificateurs et sutout des circuits de mise en forme et de codage pose de véritables défis aux électroniciens. Plusieurs développements ont été entrepris sur ce sujet:
 

• Une solution consiste à diviser la dynamique en plusieurs petites gammes qu'il est facile de traiter. Une collaboration ISN/LAPP étudie dans le cadre de l'expérience ATLAS un circuit intégré de commutation automatique de gamme en temps réel. Il permet de choisir l'une des sorties du circuit de mise en forme à quatre gains développé au LAL. Sa première version (mars 96) a démontré la faisabilité du projet. Afin de le caractériser, un système de lecture 16 bits 40MHz 12 bits pour le convertisseur analogique numérique associés à quatre bits décrivant le gain choisi a été mis au point. Les résultats encourageants du premier prototype ont motivé la réalisation d'une nouvelle version ayant une consommation plus réduite (avril 1997). Ce nouveau circuit est fonctionnel et il est actuellement en test. Ce travail fait l'objet d'une thèse d'électronique.
• Une autre étude sur un sujet proche concerne la conception d'un compresseur analogique couplé à un préamplificateur de faible gain mais de grande dynamique associé à un amplificateur de mise en forme. Un ASIC réunissant toutes ces fonctions a été réalisé dans la technologie BiCMOS. Il a été conçu avec les logiciels de CADENCE avec Spice+ de AWB et SPECTRE d'ARTIST. Le circuit réalisé est conforme aux spécifications du cahier des charges de l'expérience CMS.

2) LE SIGNAL DE L'INTERFEROMETRE VIRGO

L'électronique destinée à l'expérience VIRGO comporte, elle aussi, une partie analogique proche du détecteur. Ce dernier, constitué de photodiodes choisies avec soin en fonction de leur efficacité quantique, de leur puissance admissible et de leur courant d'obscurité, nécessite la conception et la réalisation d'un amplificateur de bruit inférieur au photocourant et de très grande dynamique 3.10⁸.

L'engagement du LAPP comprend la réalisation d'un banc de test pour les photodiodes, la réalisation de l'amplificateur et le choix du convertisseur.

Ces engagements ont conduit au développement de méthodes de mesure et de bancs de tests spécifiques dans le domaine radio fréquence: analyse spectrale, mesures d'impédance et de linéarité en hautes fréquences (6-20MHz)

3) LE CERENKOV AEROGEL D'AMS

L'équipe du LAPP engagée sur AMS a pris en charge la réalisation d'un compteur Cerenkov à aérogel. Le système Haute Tension et la chaîne de détection / traitement du signal associée aux 128 photo-multiplicateurs a été réalisée aux normes spatiales en moins d'un an .
 

L'ELECTRONIQUE DIGITALE

Ce domaine couvre un grand nombre de réalisations allant de la mise en oeuvre de caméras CCD aux systèmes de commutation ou de génération de signaux de calibration en passant par le traitement numérique et les chaînes de lecture.
 

• 30 caméras CCD seront mises en oeuvre autour de l'interféromètre VIRGO afin de localiser et visualiser le faisceau laser. Ces caméras ont été sélectionnées dans le commerce et interfacées au VME.
• L'acquisition de données de l'expérience VIRGO regroupe de façon synchrone les informations collectées sur plusieurs sites séparés par des distances importantes (3 km). Le LAPP est chargé de la réalisation des 40 cartes de synchronisation et des 40 cartes de transmission et de réception par fibre optique. Ces modules fonctionnent en bloc transfert à 15 Moctets/s sur 3,2 km.
• Pour calibrer les chaînes de détection de la calorimétrie LHC il a fallu réaliser un système capable de distribuer des signaux de référence spécifiques (amplitude et temps) aux centaines de milliers de canaux mis en oeuvre. Ce type de carte est développé pour les projets ATLAS (collaboration LAL/LAPP) et CMS.
• Une carte de traitement numérique du signal (carte MINI-ROD) a été développée pour filtrer l'information mesurée par la chaîne de détection du calorimetre électromagnétique d'ATLAS. Ce développement a été réalisé à partir d'outils de simulation de haut niveau VHDL et de synthèse Synergy dans l'environnement CADENCE.

L'ELECTRONIQUE ASSOCIEE AU CONTROLE COMMANDE

Chaque projet comporte sa part de contrôle commande. Pour ATLAS il s'agit de l'automatisation d'une machine à plier les électrodes de Kapton et d'un système de test des modules de calorimetre assemblés au laboratoire. Pour CMS il s'agit de l'automatisation du banc de caractérisation des cristaux (ACCOS). Ailleurs c'est l'asservissement d'un système d'alimentation de gaz (BABAR) ou encore l'asservissement et la modulation mécanique de la longueur d'une cavité optique optique (VIRGO).

LES ACTIVITES D'INTERET GENERAL

1) L'ACTIVITE ACHATS / DOCUMENTATION

Un service de trois personnes assure les achats des matériels, la gestion du stock de composants, le suivi des commandes. Ce service est également responsable des contacts avec les fournisseurs et de la bibliothèque technique propre à l'électronique. Toutes les informations utilisées par ce service sont gérées sous le logiciel 4D.

2) L'ACTIVITE IAO-CAO

Deux personnes à temps plein ont la charge de l'installation et de la maintenance des matériels et des logiciels. Elles assurent également le support aux utilisateurs. Un effort tout particulier a été apporté dans ce domaine, afin de mettre à la disposition des utilisateurs un équipement intégré complet.

Une quinzaine de postes de travail, (douze stations et cinq terminaux X) ont été mis en réseau. Un programmateur de type DATA I/O complète l'ensemble.

Côté logiciel, la quasi totalité des produits CADENCE est disponible et comprend:

•  la saisie de schéma unifié
• les simulateurs comportementaux VHDL et PROFILE.
• les simulateurs logique (VERILOG) et analogique AWB.
• le routeur ALLEGRO.
• le logiciel d'analyse de bruit SNA
• le logiciel de synthèse SYNERGY (synthese VHDL et Verilog)
• les logiciels liés aux circuits programmables PIC-DESIGNER, ALTERA, XILINX.
• les logiciels ARTIST et OPUS pour les circuits intégrés.

3) ENSEIGNEMENT ET FORMATION PERMANENTE

Un certain nombre d'électroniciens du laboratoire met ses connaissances au service des enseignements en IUT, en maîtrise, en école d'ingénieur. Ils participent également aux enseignements du DEA "méthodes physiques expérimentales". Une dizaine de stagiaires de ces formations sont accueillis chaque année. Un flux de doctorants, réduit mais régulier, est prévu pour les activités de recherche en électronique-microélectronique liées aux expériences.

Enfin le service est impliqué dans les actions de formation permanente de l'IN2P3 en tant que responsable de l'un de ses centres experts ( Electronique analogique à La Londe les Maures en juin 97), de stages de formation à XILINX et ALTERA.