Circuit de lecture d'un magnétomètre à induction pour l'étude de plasmas atmosphériques sur la mission JUICE

par Laurent Varizat

Thèse de doctorat en Électronique

Sous la direction de Gérard Sou et de Malik Mansour.

Soutenue le 11-12-2017

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Informatique, télécommunications et électronique (Paris) , en partenariat avec Laboratoire d'Electronique et Electromagnétisme (laboratoire) .

Le président du jury était Stéphane Holé.

Le jury était composé de Olivier Gevin, Damien Prêle, Hélène Roussel.

Les rapporteurs étaient Sébastien Saez, Patrick Pittet.


  • Résumé

    Les magnétomètres à induction sont utilisés dans de nombreux domaines d'exploration scientifique de la géophysique à l'astrophysique. Dans ces deux domaines l'étude des composantes magnétiques des ondes électromagnétiques naturelles requiert des instruments particulièrement performants: sensibles et présentant de faibles bruits intrinsèques pour accéder à des champs magnétiques de quelques fT/ . Dans le cas d'instruments scientifiques embarqués à bord de satellites, des contraintes en température, consommation, encombrement et de tenue en radiation s'ajoutent aux autres contraintes. Les technologies de circuits intégrés permettent une rupture technologique qui se traduit par une réduction de la taille des circuits électroniques embarqués d'un facteur supérieur à 1000 tout en améliorant les performances électriques et instrumentales (réduction de la consommation, des sources de bruit, augmentation de la bande passante et durcissement de l'électronique). Une première thèse au L2E (A. Rhouni) a montré la pertinence d'une technologie CMOS pour ce type d'instrumentation. Dans la présente thèse est décrite l'étude menée sur les circuits intégrés soumis à des environnements contraignants liés aux futures missions dans lesquelles ce type d'instrument doit être embarqué (Mission JUICE de l'ESA). Ces contraintes devenant de plus en plus sévères (dose de radiations supérieure à 300krad, température inférieure à 100 Kelvin ...), leur prise en compte dans tout le processus de conception est nécessaire. Une modélisation des effets de ces contraintes sur les composants de la technologie cible de circuits intégrés a été réalisée afin de pouvoir prendre en compte ces effets dès la conception. Enfin, ces modèles ont servi à la conception d'un circuit de lecture d'un magnétomètre à induction pour l'astrophysique.

  • Titre traduit

    Readout circuit of an induction magnétometer for the study of the jovian magnetosphere on JUICE mission


  • Résumé

    Induction magnetometers are used in many fields of scientific exploration from geophysics to astrophysics. In these two fields, the study of the magnetic components of natural electromagnetic waves requires particularly powerful instruments: sensitive and with low intrinsic noises to access magnetic fields of some fT/ . In the case of scientific instruments carried on satellites, constraints on temperature, consumption, congestion and radiation resistance are added to the other constraints. Integrated circuit technologies allow technological breakthrough, which results in a reduction in the size of embedded electronic circuits by a factor greater than 1000, while improving electrical and instrumental performances (reduction in consumption, noise sources, bandwidth and hardening of the electronics). A first thesis at the L2E (A. Rhouni) showed the relevance of a CMOS technology for this type of instrumentation. In this thesis, we describe the study conducted on integrated circuits subject to environmental constraints related to the future missions in which this type of instrument must be embarked (Mission JUICE of ESA). These constraints are becoming more and more severe (radiation dose > 300krad, temperature less than 100 Kelvin ...), taking into account throughout the design process is necessary. A modeling of the effects of these constraints on the components of the integrated circuits technology has been carried out in order to be able to take these effects into account from the design stage. Finally, these models were used to design an induction magnetometer readout circuit for space instrumentation.


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