PHY581C - Conception Expérimentale Microélectronique ASIC (2023-2024)

PHY581C – Conception expérimentale Microélectronique ASIC

Cet enseignement de projets expérimentaux se propose d’aborder, avec une approche proche du métier d’ingénieur en projet de R&D, les technologies actuelles et futures mises en œuvre en électronique et microélectronique. Les projets seront réalisés en binôme et offre une grande liberté dans les problématiques abordées. Deux thématiques seront potentiellement proposées au choix des élèves : une thématique sur la conception d’ASIC (application-specific integrated circuit) et une autre sur la réalisation de systèmes électronique autour de la RMN (résonance magnétique nucléaire).


Conception de circuits microélectroniques « front-end »
L'objectif de ce module à caractère expérimental est de vous familiariser avec les techniques de conception de circuits intégrés VLSI CMOS, en menant à bien la conception et le layout d’un circuit « front-end » destiné à lire des photodétecteurs et mesurer très précisément leur temps d’arrivée. De tels circuits sont utilisés dans la lecture des LIDARs et dans l’imagerie médicale par émission de positron TEP. Le projet utilisera le logiciel industriel CADENCE et ira de la conception de l’architecture jusqu’au dessin des masques de fabrication en passant par les simulations électriques de la performance.


Conception instrumentale : développements RMN et Imagerie 1D, 2D et 3D
Au cours de cet enseignement expérimental, les étudiants vont partir du principe physique de la Résonance Magnétique Nucléaire pour construire, par approche schéma blocs, un petit spectromètre RMN élémentaire mais fonctionnel. Les élèves aborderont ainsi les multiples concepts de l'électronique d'instrumentation (adaptions, réflexions, préampli faible bruit, électronique Radio Fréquence, démodulation ...) mais aussi de la mesure physique autour de ce spectromètre de caractérisation de molécules des plus simple (l’eau) par Résonance Magnétique Nucléaire. L’étudiant peut personnaliser son projet en développant un des nombreux thèmes autour de l’instrumentation RMN : réalisation de cartes électroniques analogiques ou numériques ; développements à base de microprocesseurs ARM et/ou de FPGA (les travaux sont réalisés sur des cartes de développements Mbed, Arduino, Redpitaya, Altera) ; effectuer des mesures physiques (déplacement chimique, temps de relaxation, diffusion…) ; réaliser des simulations numériques ou du traitement du signal. Les étudiant(e)s démarrent les travaux avec des réalisations/expériences simples et pédagogiques leurs permettant de découvrir les principes de bases de la physique RMN et tous les aspects nécessaires propre à la RMN. Une approche de l’imagerie 1D, 2D, 3D est aussi proposée.

 

Numerus clausus : 20
Modalités d'évaluation : Présentation orale et rapport écrit
Langue du cours : Français ou Anglais
Pas de prérequis



PHY581C – Microelectronics Experimental ASIC Design

This experimental project proposes to address education, with a close approach to the profession of engineer in R & D project, current and future technologies used in electronics and microelectronics. The projects will be carried out in pairs and offer great freedom in the issues addressed. Two themes will potentially be offered to the students' choice: one on the design of ASIC (application-specific integrated circuit) and another on the creation of electronic systems around NMR (nuclear magnetic resonance).


Design of a « front-end » micro-electronics ASIC
The goal of this experimental module is to design an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) for single-photon photodetector readout. The circuit will perform high speed, low noise amplification and discrimination to allow pico-second timing measurement. Such circuits can be used commercially for LIDAR operation or PET medical imaging. The project will use the CADENCE industrial simulation software and will cover from architectural choice to the drawing of fabrication masks. The circuit will also be simulated to evaluate its performance.


Instrumental Design: NMR Developments and 1D, 2D and 3D Imaging

During this experimental teaching, the students will start from the physical principle of Nuclear Magnetic Resonance and build, by a block diagrams approach, a small but functional NMR spectrometer. Students will thus approach the multiple concepts of electronics (matching, reflections, low noise preamplifier, Radio Frequency, demodulation ...). They(she) will also see the physical measurements around this spectrometer for characterization of molecules (water) by Nuclear Magnetic Resonance. The student can customize his(her) project by developing one of the many themes around NMR instrumentation : production of analog or digital electronic boards; developments based on microprocessor ARM and/or FPGA devices (works are done on Mbed, Arduino, Redpitaya,  Altera…  development boards); perform physical measurements (chemical shift, relaxation time, diffusion ...); compute numerical simulations or signal processing. The students start the work with simple and pedagogical achievements/experiments allowing them to discover the basic principles of NMR physics and all the necessary aspects specific to NMR.  An approach of 1D, 2D, 3D imaging is also proposed.

 

Numerus clausus: 20
Assessment methods: Oral presentation and written report
Course language: French or English
no prerequisites