Thèse Traitement des Signaux d'Un Imageur Squid à l'Aide de Fpga H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Savoie Mont-Blanc École doctorale : EEATS - Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal Laboratoire de recherche : Centre de Radiofréquences, Optique et Micro-nanoélectronique des Alpes Direction de la thèse : Pascal FEBVRE ORCID 0000000293020419 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-07-01T23:59:59 La mesure de signaux extrêmement faibles de SQUIDs et d'autres circuits électroniques supraconducteurs à températures cryogénique impose des contraintes strictes à l'électronique de lecture, en particulier en termes de bruit et de bande passante [1]. Les SQUIDs fonctionnent intrinsèquement comme des transducteurs ultra-sensibles [2], capables de détecter les variations de flux magnétique correspondant aux fluctuations de tension ou de courant de l'ordre ou inférieur au nV/Hz , ce qui fait de la préservation de l'intégrité du signal tout au long de la chaîne d'acquisition un défi critique. Dans ce contexte, les circuits reconfigurables (FPGA) sont apparus [3] comme une solution très avantageuse pour le back-end numérique des systèmes de mesure cryogéniques, en particulier pour des signaux de SQUID multiplexés ou pour des configurations complexes de modulation.

L'un des principaux intérêts de l'utilisation des FPGA réside dans leur capacité à mettre en oeuvre des architectures de traitement de signaux numériques à haut débit et parallèles. Dans les schémas de lecture SQUID récents, les informations du détecteur sont codées sur plusieurs porteuses et nécessitent une démodulation, un filtrage et une reconstruction en temps réel.

Les FPGA jouent également un rôle central dans l'atténuation du bruit et par préserver la fidélité du signal. Parce que les signaux issus des SQUIDs sont extrêmement faibles, tout bruit électronique supplémentaire introduit au stade de la lecture peut dominer la mesure. En mettant en oeuvre le filtrage numérique adéquat, la détection synchrone et la décimation directement dans le matériel, les FPGA réduisent la dépendance aux composants analogiques, qui sont généralement plus sensibles au bruit thermique et aux interférences électromagnétiques.

Sur la base de ces principes, le travail de doctorat proposé se concentrera sur le développement d'un système de lecture à haute fréquence basé sur FPGA fonctionnant autour de 1 GHz, ciblant un système d'imagerie magnétique compact à base de SQUIDs. Le travail consistera à concevoir et à mettre en oeuvre une architecture numérique à quatre canaux capable d'acquérir, de convertir et de traiter des signaux portant la réponse SQUID codée. À de telles fréquences, la lecture repose généralement sur des techniques hétérodynes ou homodynes, où chaque canal doit générer des oscillateurs locaux précis, effectuer un mélange numérique et appliquer des étapes de filtrage et de décimation à faible bruit.

Un aspect central du projet sera l'optimisation de la chaîne de réception pour préserver la sensibilité limitée quantique de l'imageur. Cela comprend une gestion minutieuse du bruit de quantification, de la gigue d'horloge et de la précision numérique par leFPGA, ainsi que la mise en oeuvre de stratégies efficaces.

Les tests et la validation seront effectués au laboratoire à l'aide de signaux simulés ainsi qu'avec des données expérimentales provenant de capteurs SQUID existants et de circuits électroniques numériques. Ce travail de doctorat fournira une expérience pratique dans la conception numérique à grande vitesse et l'instrumentation cryogénique pour l'avancement des technologies de détection quantique.

REFERENCES

[1] J. A. B. Mates, D. A. Bennett, B. J. Dober, J. D. Gard, J. P. Hays-Wehle, L. R. Vale, and J. N. Ullom, Demonstration of a multiplexer of dissipationless superconducting quantum interference devices, J. Appl. Phys., vol. 111, p. 054510, 2012.

[2] K. D. Irwin and K. W. Lehnert, Microwave SQUID multiplexer, Appl. Phys. Lett., vol. 85, pp. 2107-2109, 2004.

[3] M. E. Garcia Redondo, J. D. Bonilla Neira, N. A. Müller, L. P. Ferreyro, J. M. Geria, T. Muscheid, R. Gartmann, A. Almela, M. R. Hampel, L. Ardila-Perez, M. Wegner, M. Platino, O. Sander, S. Kempf and M. Weber, Microwave SQUID Multiplexer Readout Performance Using a Direct-RF RFSoC-Based Software-Defined Radio, arXiv:2509.23569, 2025.
The global context is described by these two publications:

https://cnrs.hal.science/hal-04873791v1

https://hal.science/hal-02018022v1

École d'ingénieur, master en physique ou electical engineering. Bonne connaissance des techniques numériques et analogiques. Bonne expertise dans les techniques expérimentales. La connaissance des supraconducteurs et des techniques cryogéniques est un plus, mais pas nécessaire.

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