Compensation numérique pour convertisseur large bande hautement parallélisé.

Time-interleaved analog-to-digital converters (TIADC) seem to be the holy grail of analog-to-digital conversion. Theoretically, their sampling speed can be increased, very simply, by duplicating the sub-converters. The real world is different because mismatches between the converters strongly reduce the TIADC performance, especially when trying to push forward the sampling speed, or the resolution of the converter. Using background digital mismatch calibration can alleviate this limitation. The first part of the thesis is dedicated to studying the sources and effects of mismatches in a TIADC. Performance metrics such as the SNDR and the SFDR are derived as a function of the mismatch levels. In the second part, new background digital mismatch calibration techniques are presented. They are able to reduce the offset, gain, skew and bandwidth mismatch errors. The mismatches are estimated by using the statistical properties of the input signal and digital filters are used to reconstruct the correct output samples. In the third part, a 1.6 GS/s TIADC circuit, implementing offset, gain and skew mismatch calibration, demonstrates a reduction of the mismatch spurs down to a level of -70 dBFS, up to an input frequency of 750 MHz. The circuit achieves the lowest level of mismatches among TIADCs in the same frequency range, with a reasonable power and area, in spite of the overhead caused by the calibration.Les convertisseurs analogique-numérique à entrelacement temporel (TIADC) semblent être une solution prometteuse dans le monde de la conversion analogique-numérique. Leur fréquence d’échantillonnage peut théoriquement être augmentée en augmentant le nombre de convertisseurs en parallèle. En réalité, des désappariements entre les convertisseurs peuvent fortement dégrader les performances, particulièrement à haute fréquence d’échantillonnage ou à haute résolution. Ces défauts d’appariement peuvent être réduits en utilisant des techniques de calibration en arrière-plan. La première partie de cette thèse est consacrée à l’étude des sources et effets des différents types de désappariements dans un TIADC. Des indicateurs de performance tels que le SNDR ou la SFDR sont exprimés en fonction du niveau des désappariements. Dans la deuxième partie, des nouvelles techniques de calibration sont proposées. Ces techniques permettent de réduire les effets des désappariements d’offset, de gain, d’instant d’échantillonnage et de bande passante. Les désappariements sont estimés en se basant sur des propriétés statistiques du signal et la reconstruction des échantillons de sortie se fait en utilisant des filtres numériques. La troisième partie démontre les performance d’un TIADC fonctionnant a une fréquence d’échantillonnage de 1.6 GE/s et comprenant les calibration d’offset, de gain et d’instant d’échantillonnage proposées. Les raies fréquentielles dues aux désappariements sont réduites à un niveau de -70dBc jusqu’à une fréquence d’entrée de 750 MHz. Ce circuit démontre une meilleure correction de désappariements que des circuits similaires récemment publiés, et ce avec une augmentation de puissance consommée et de surface relativement faible

BICEP2. II. Experiment and three-year Data Set

We report on the design and performance of the BICEP2 instrument and on its three-year data set. BICEP2 was designed to measure the polarization of the cosmic microwave background (CMB) on angular scales of 1°-5°(ℓ = 40-200), near the expected peak of the B-mode polarization signature of primordial gravitational waves from cosmic inflation. Measuring B-modes requires dramatic improvements in sensitivity combined with exquisite control of systematics. The BICEP2 telescope observed from the South Pole with a 26 cm aperture and cold, on-axis, refractive optics. BICEP2 also adopted a new detector design in which beam-defining slot antenna arrays couple to transition-edge sensor (TES) bolometers, all fabricated on a common substrate. The antenna-coupled TES detectors supported scalable fabrication and multiplexed readout that allowed BICEP2 to achieve a high detector count of 500 bolometers at 150 GHz, giving unprecedented sensitivity to B-modes at degree angular scales. After optimization of detector and readout parameters, BICEP2 achieved an instrument noise-equivalent temperature of 15.8 µK√s. The full data set reached Stokes Q and U map depths of 87.2 nK in square-degree pixels (5.'2 μK) over an effective area of 384 deg^2 within a 1000 deg^2 field. These are the deepest CMB polarization maps at degree angular scales to date. The power spectrum analysis presented in a companion paper has resulted in a significant detection of B-mode polarization at degree scales