Etude et réalisation d`un circuit intégré spécifique de mise en forme

Etude et r´ealisation d’un circuit int´egr´e sp´ecifique de
mise en forme de signaux d´elivr´es par un d´etecteur pour
une exp´erience de physique des particules
Laurent Royer
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Laurent Royer. Etude et r´ealisation d’un circuit int´egr´e sp´ecifique de mise en forme de signaux
d´elivr´es par un d´etecteur pour une exp´erience de physique des particules. Physique des Hautes
Energies - Exp´erience [hep-ex]. Conservatoire national des arts et metiers - CNAM, 2001.
Fran¸cais.
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Submitted on 16 Apr 2002
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CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET METIERS
CENTRE REGIONAL ASSOCIE DE CLERMONT-FERRAND
_________
MEMOIRE
présenté en vue d’obtenir le
DIPLOME D’INGENIEUR C.N.A.M.
en
ELECTRONIQUE
par
Laurent ROYER
Etude et réalisation d’un circuit intégré spécifique
de mise en forme de signaux délivrés par un détecteur
pour une expérience de Physique des particules
Soutenu le 11 mai 2001
JURY :
Président : Monsieur H. VU THIEN
Membres : Monsieur A. BALDIT
Monsieur J.P. BLANC
Monsieur G. BOHNER
Monsieur J.P. CHAUSSE
Monsieur Y. CUMINAL
Monsieur M. SCHNEIDER
Monsieur R. VALLET

Les particules sont les graines du jardin qu'est notre Univers
Gordon Kane

Remerciements
Je voudrais tout d'abord remercier les membres du Jury, et notamment son
Président Monsieur Vu Thien, professeur au Conservatoire National des Arts et
Métiers de Paris, d'avoir accepté de bien vouloir juger le travail présenté dans ce
mémoire.
Je remercie Monsieur Jean-Pierre Chausse d'avoir accepté de suivre mon travail
en sa qualité de responsable de la filière électronique du Centre Régional Associé au
CNAM de Clermont-Ferrand.
Ce stage s'est déroulé au sein de l'équipe d'électronique du Laboratoire de
Physique Corpusculaire de Clermont-Ferrand, équipe à laquelle j'appartiens depuis
janvier 1998. Je remercie vivement Monsieur Bernard Michel, Directeur du LPC, et
Monsieur Michel Brossard, responsable de l'équipe d'électronique, d'avoir mis tous les
moyens nécessaires à ma disposition pour travailler dans les meilleures conditions
possibles. Qu'ils soient par la même occasion remerciés pour leur soutien à la formation
permanente de leurs personnels techniques.
J'exprime toute ma reconnaissance à Monsieur Gérard Bohner qui, durant toute
la durée du stage et de la rédaction de ce mémoire, m'a guidé et fait partagé ses
connaissances et son expérience de la micro-électronique dédiée aux expériences de
Physique des particules. Ces remerciements peuvent d'ailleurs être étendus à l'ensemble
du groupe de micro-électronique du LPC dirigé par Monsieur Jacques Lecoq.
Je tiens à remercier les membres de l'équipe clermontoise travaillant sur le projet
ALICE, et notamment leurs responsables, Monsieur Alain Baldit et Monsieur Pascal
Dupieux, qui m'ont fourni un sujet particulièrement intéressant et motivant.
D'une manière générale, je remercie tous ceux qui ont bien voulu porter un œil
critique à mon travail.
Enfin, je voudrais exprimer toute ma reconnaissance à ma femme qui n'a cessé
de m'encourager et de me soutenir durant ces dix années de formation suivie à Nice et
Clermont-Ferrand.

Table des matières
Introduction 1
1 Rôle du circuit frontal 3
1.1 La Physique de l'expérience ALICE..................... 3
1.1.1 L'expérience ALICE au CERN.................... 3
1.1.2 Le système de déclenchement du Spectromètre Dimuons.... 4
1.1.3 Les détecteurs RPC............................. 6
1.1.4 Les deux modes de fonctionnement................ 7
1.2 L'électronique frontale des détecteurs RPC............... 11
1.2.1 L'électronique frontale initiale.................... 12
1.2.2 Le système ADULT........................... 13
1.2.3 Autres fonctions requises....................... 16
2 Etude et conception du circuit intégré spécifique 17
2.1 Pré-étude....................................... 17
2.1.1 Le cahier des charges.......................... 17
2.1.2 Une solution à base de composants génériques ....... 18
2.1.3 Une solution basée sur un circuit intégré pour application
spécifique (ASIC)............................ 19
2.2 Conception du circuit intégré spécifique................. 21
2.2.1 Description générale .......................... 21
2.2.2 Les cellules "COMPARATEUR"..................... 23
2.2.3 La cellule "BLOQUEUR"..........................35
2.2.4 La cellule "COINCIDENCE"........................ 39
2.2.5 Les cellules "DELAI", "VERROUILLAGE", "MISE EN FORME" et
"DELAI_VAR"................................. 41
2.2.6 L'étage de sortie du circuit...................... 46
2.2.7 La saisie des masques.......................... 48
3 Résultats des tests du circuit intégré 52
3.1 Introduction..................................... 52
3.2 Tests en laboratoire................................ 52
3.2.1 Les comparateurs et la fonction ADULT............ 52
3.2.2 Le système de verrouillage ...................... 55