2.4.1 Description de la chaˆıne
Les signaux ´electriques aux bornes des 52 bolom`etres d’HFI sont lus par une ´electronique d´edi´ee constitu´ee de 52 canaux de lecture en parall`ele. La lecture des 52 canaux n’est donc
CHAPITRE 2. L’INSTRUMENT PLANCK-HFI
pas multiplex´ee ce qui permet d’avoir une ´electronique tr`es bas bruit. Le bruit de mesure li´e `
a l’´electronique de lecture d’HFI a ainsi pu ˆetre minimis´e afin d’avoir un bruit de mesure ´
electrique n´egligeable devant le bruit intrins`eque des bolom`etres pour les 52 canaux d’HFI. La chaˆıne ´electronique d’HFI est ´egalement en charge de la lecture de 16 thermom`etres, 2 bolom`etres aveugles, une r´esistance de r´ef´erence de 10 MΩ et une capacit´e. Au final, 72 voies sont lues en parall`ele par l’´electronique d’HFI `a une fr´equence de 172 Hz environ.
Les 72 voies sont r´eparties en douze modules appel´es ”ceinture”. Chaque ceinture contient six voies de lecture en parall`ele. Chacun de ces six canaux est con¸cu suivant le sch´ema ´electronique de la Figure 2.18.
Fig. 2.18 – Sch´ema ´electronique d’un canal de la chaˆıne de lecture d’HFI.
La boˆıte JFET
La boˆıte JFET r´ealise l’adaptation d’imp´edance entre les thermom`etres froids (dizaine de MΩ) et l’´electronique chaude de lecture (quelques KΩ). La boˆıte JFET est ´egalement constitu´ee de 12 boˆıtiers avec 6 voies de lecture pour chaque boˆıtier.
Le PAU
Le PAU (”Pre-Amplifier Unit”) est le pr´e-amplificateur froid d’HFI. C’est un boˆıtier constitu´e de 12 cartes ´electroniques avec six voies analogiques destin´ees `a amplifier le signal en sortie de la boˆıte JFET.
Le REU
Le REU (”Readout Electronic Unit”) est le boˆıtier ´electronique qui contrˆole la polarisation en courant des bolom`etres ainsi que la num´erisation du signal en sortie du PAU. Le REU
2.4. LA CHAˆINE ´ELECTRONIQUE DE LECTURE
est ´egalement organis´e en 12 boˆıtiers de 6 voies. Le REU r´ealise aussi l’asservissement des temp´eratures des ´etages cryog´eniques mesur´es par les thermom`etres fins dont il est charg´e de la lecture. Les corrections PID sont alors calcul´ees en temps r´eel `a la fr´equence de 7 Hz environ dans le REU.
R´epartition des voies de l’´electronique de lecture
La r´epartition des 72 capteurs dans les 72 voies de la chaˆıne de lecture est pr´esent´ee sur le tableau 2.4. Les douze ceintures sont num´erot´ees de 0 `a 11. Chaque ceinture contient six canaux num´erot´es de 0 `a 5.
Tab. 2.4 – Affectation des 72 voies de l’´electronique de lecture d’HFI.
Principe de mesure
L’´electronique de lecture d’HFI envoie sur les bolom`etres un signal de polarisation C1 en cr´eneau avec une fr´equence de modulation fmod comprise entre 70 et 112 Hz. De plus, on ´
echantillonne ce signal de polarisation avec 72 `a 90 points par p´eriode de modulation du cr´eneau. On note Nsample le nombre de points par demi-p´eriode de modulation. On a alors :
fmod = 4.10
7
2×(128 +fdiv)×22×Nsample (2.21)
avec Nsample= 45, 40 ou 35 etfdiv comprise entre 96 `a 160. D’o`u fmod comprise entre 70 et 112 Hz.
CHAPITRE 2. L’INSTRUMENT PLANCK-HFI
Fig. 2.19 – Signal aux bornes d’un bolom`etres d’HFI polaris´e avec un courant en cr´eneau par le REU. Le signal est repr´esent´e ici pour une p´eriode de modulation de valeur fmod.
Le signal aux bornes d’un bolom`etre polaris´e par ce cr´eneau C1 est rer´esent´e Figure 2.19. On additionne au signal de sortie des bolom`etres un cr´eneau de compensation C2 en op-position de phase ajust´e `a l’amplitude moyenne des Nsample points de mesure du cr´eneau de sortie. On effectue pour cela une phase ”d’autobalance” lanc´e par le DPU (”Data Processing Unit”). L’autobalance choisit alors les valeurs de DAC21 et DAC1 de la Figure 2.18 afin que l’amplitude de C2 soit `a peu pr`es ´egale `a l’amplitude de C1. Le r´esultat de la soustraction est ensuite amplifi´e et envoy´e vers un FPGA. Les Nsample premiers points ont une valeur posi-tive, les Nsample suivants ont une valeur n´egative. Entre les deux s´eries de Nsample points, il y a un offset ´egale au maximum `a un pas codeur de l’´electronique. Cet offset correspond `
a l’incertitude maximum sur le choix du cr´eneau de compensation. Les Nsample ´echantillons de chaque demi-p´eriode sont ensuite somm´es par le FPGA. En sortie du FPGA, on obtient deux points de mesure correspondants au resultat de la somme des echantillons sur le cr´eneau. Le FPGA est ensuite connect´e `a un DSP qui envoie les TOIs vers le DPU. Au final, on ob-tient des TOIs avec 140 `a 228 points de mesure par seconde (car 2×fmod=140 `a 228 Hz). Ces TOIs en ADU fluctuent suivant les variations d’imp´edance en bout de chaˆıne. Un point sur deux poss`ede une valeur n´egative. Pour exploiter ces TOIs, il faut alors, dans le traitement de donn´ees, convertir les ADU en mV en divisant par le nombre d’´echantillons Nsample et en tenant compte entre autre des diff´erents gains de la chaˆıne de mesure. Puis il faut redresser le signal modul´e (d´emodulation). Au final, on obtient pour chaque ´echantillon, la variation de flux incident par rapport au flux de r´ef´erence au moment de l’autobalance sur le canal.