Étude de fonctions électroniques en technologie ASIC pour instruments dédiés à l’étude des plasmas spatiaux

Development of electronic functions in ASIC technology for instruments dedicated to space plasmas study

• Auteur / Autrice : Amine Rhouni
• Direction : Gérard Sou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : électronique
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Amplificateurs faible bruit

Électronique en astronautique

Circuits intégrés à la demande

Résumé

Le développement des instruments destinés à être embarqués à bord de satellites et de sondes spatiales permet d’étudier, in situ, les relations soleil Terre et plus généralement le vent solaire et les environnements ionisés planétaires. L’étude de ces phénomènes nécessite la combinaison d’instruments permettant de caractériser à la fois les ondes et leurs particules. Nous nous sommes intéressés à l’intégration de l’électronique des instruments spatiaux, et notamment la chaine d’amplification analogique de magnétomètres à induction et la chaîne d’amplification / discrimination de détecteurs de particules, en technologie standard CMOS 0. 35μm. Un travail important sur les structures d’amplifications a été mené afin de réduire considérablement la consommation et augmenter la sensibilité de la chaine électronique de traitement du détecteur de particules. Ainsi, la faisabilité d’une électronique intégrée multivoie pour l’analyseur de particules à optique hémisphérique contenant jusqu’à 256 pixels a été prouvée. Réduire le niveau de bruit en basse fréquence (de quelques 100 mHz à quelque 10 kHz) des circuits à base de composants MOS a toujours été une tache fastidieuse, puisque ce type de composants n’est à la base, pas destiné à une telle gamme de fréquence. Il a été donc nécessaire de concevoir des structures d’amplification originales par la taille non habituelle, voir à la limite autorisée par les procédés de fabrication, de leur transistors d’entrée. Les résultats obtenus lors des tests de validations et en radiations sont très satisfaisants. Ils permettent d’ouvrir une éventuelle voie pour l’électronique intégrée au sein de l’instrumentation spatiale.

The development of instruments to be embedded on board satellites and space probes allows to study, in situ, the earth and sun relationships and more generally the solar wind and planetary ionized environments. The study of these phenomena requires a combination of instruments to characterize both waves and particles. We are interested in the integration, in a standard technology CMOS 0. 35 μm, of space instruments electronic, especially the analogue amplification chain of induction magnetometers and the amplification / discrimination chain of particle detectors. Important work on amplification structures was carried out in order to significantly reduce consumption and increase the sensitivity of the processing electronic chain for the particle detector. Thus, the feasibility of an integrated multichannel electronic for the particle analyser using a hemispherical electrostatic optical and containing up to 256 pixels, has been proven. Reducing the low frequency noise level in circuits based on MOS devices has always been a tedious task, since this type of components is the basis, not intended for such a range frequency. It was therefore necessary to design original amplification structures by the not usual size of their input transistors. This solution has significantly reduced the input equivalent noise of magnetometers amplification electronic. The advantage of using CMOS technology is the low current noise, the low power consumption and the overcrowding problem resolving. Obtained results in validation and radiation tests are very satisfactory. They can open the way for a possible integrated electronic in space instrumentation.