Electronique
Une matrice de détecteurs à inductance cinétique ou Kinetic Inductance Detector (KID) se comporte d'un point de vue
électronique comme une ligne de transmission couplée à un ensemble de résonateurs RLC (voir image ci-dessous).
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Le principe de détection des KID expliqué à ce lien (lien vers détecteurs), se traduit d'un point de
vue électrique par la modification de l'inductance du circuit résonnant du ou des KID illuminés,
ce qui revient donc à faire varier la fréquence de résonance du ou des KID en fonction de la lumière.
Dans le cas de NIKA et de part les fréquences optiques d'intérêt qui imposent la taille des résonateurs,
les fréquences électriques des résonateurs se situent entre 1.3 et 2.5 GHz. Par ailleurs, les contraintes de
fabrications impliquent une séparation moyenne des fréquences de résonance de 1 à 2 MHz. Cette donnée est importante,
car elle lie la limite supérieure de multiplexage à la bande passante de l'électronique de lecture (par exemple
avec 500 MHz de bande passante et 2 MHz de séparation moyenne, la limite est un facteur de 250 par ligne).
La caméra NIKA est composée de 3 matrices de KID (comportant respectivement 2 fois 1140 et 616 détecteurs) et 20 lignes de transmission ont été
prévues pour la lecture des matrices de KID (soit 40 traversées dans le cryostat).
Avec ces contraintes, le LPSC a mené une étude sur plusieurs années et développé une électronique spécifique dédiée
à l'instrument NIKA2. Celle-ci est composée de 20 cartes de lecture réparties dans 3 châssis différents (un par matrice).
Chaque carte de lecture a largeur de bande de 500 MHz qui peut être positionnée dans l'intervalle 1.3-2.5 GHz en utilisant
les techniques électroniques de décalage fréquentiel.
Sur chaque carte de lecture, la fabrication des peignes de fréquences (jusqu'à 300 fréquences simultanées) et leur
analyse est réalisée en bande de base grâce à des FPGA et des convertisseurs analogique-numérique et numérique-analogique.
Une partie des manipulations fréquentielles ainsi que l'ensemble des calculs permettant de détecter
les variations des fréquences de résonances des KID requiert une très grande puissance de calcul.
Cela se traduit par le besoin d'un fonctionnement parallèle d'une grande quantité de processeurs
de signaux numériques (DSP) (de l'ordre de 850). Or seul l'utilisation de FPGA permet d'atteindre
cette puissance de calcul. La photo annotée d'une carte de lecture est disponible ci-dessous.
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Pour plus d'information voir les publications suivantes :
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