JPH01314011A - 超電導スレーブフリップフロップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超電導フリップフロップ回路に係り、特に交流
電源駆動ジョセフソン回路に好適なフリップフロップ回
路に関する。

〔従来の技術〕

交流電源電流ジョセフソン回路では電源電流の周期間に
情報を受渡すマスタースレーブフリップフロップ回路が
必要となる。ジョセフソン回路を１免動するための電源
電流はゼロの値付近の過渡部分とその間の定常部分とか
らなる。組合せ回路の論理の進行は定常部分の間に行な
われるがその保持情報は過渡部分にリセットされる。従
って過渡部分の間、データを保持しているマスタースレ
ーブフリップフロップが必要になる。マスタースレーブ
フリップフロップ回路としては、ニー・ダビッドソンが
、“ア　ジョセフソン　ラッチ″アイ・イー・イー・イ
ー、ジャーナル　オブ　ソリッドステート　サーキッツ
、１３巻５号、１９７８年１０月　第５８３〜５９０頁
（Ａ　、Ｄ　ａｖｉｄｓｏｎ　。

“Ａ　　Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ　　Ｌａｔｃｈ”　Ｉ　Ｅ
　Ｅ　Ｅ　　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＳｏｌｉｄ−５ｔａ
ｔｅ　　Ｃ１ｒｃｕｉｔｓ、Ｖｏｌ、Ｓ　Ｃ−１３。

Ｎｏ、５．　０ｃｔｏｂｅｒ　　　１９　７８．　　ｐ
ｐ、５８３−５９０）にて詳細に論じているように、交
流電源の前の定常部分で確定したデータ入力の値を次の
過渡部分が終るまで保持するマスターブリップフロップ
と。

定常部分の開始部で該マスターフリップフロップの出力
を読み出し、その出力の値に対応した出力値を定常部分
の間保持するスレーブフリップフロップとで構成するの
が一般的である。

ここで、同文献に記載のスレーブフリップフロップでは
、磁束量子干渉型回路（ＪｏｓｅρｈｓｏｎＩ　ｎｔｅ
ｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ　；以下ＪＩと略記する。）２個
を用い、第１のＪＩの出力電流を第２のＪＩの恥動電流
（電源電流）とし、第１及び第２のＪＩの両方に制御線
入力が加えられた時に第２のＪＩの出力電流が得られる
ワイアド・アンド型のゲート構造が採用されている。

このワイアド・アンド型ゲートの詳細な構造と問題点を
第２図を用いて説明する。

ここではＪＩとして第１の端子から第２の端子に駆動電
流（電源電流）を流している時に第３の端子から第４の
端子に向けて制御線入力を与えた時に第１の端子と第２
の端子の間が超電導状態から電圧状態に遷移する方式の
ものが使用されている。

第２図で第１のＪＩ（以下入力段ＪＩとする）２１１の
第１の端子には電源母線２０１から抵抗２０４と２０５
を介して交流電源電流が給電されている。第２のＪＩ（
以下出力段ＪＩとする）２１３の第１の端子には同じく
抵抗２０４と２０６を介して交流電源電流が給電されて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ここで問題となるのは第２図のワイアド・アンド型ゲー
トにおいて、入力段ＪＩ２１１または２１３が零電圧状
態から電圧状態にスイッチしても出力段ＪＩ２１４また
は２１３への制御線入力が必ずしも充分に低く遮断され
ないことである。

入力段ＪＩ２１１，２１２のスイッチ後のそれ自身の等
価抵抗値は抵抗２０６に比べて無限に太きいわけではな
い。特に入力段ＪＩ２１１がスイッチした後、出力段Ｊ
Ｉ２１３もスイッチした状態では入力段ＪＩからみた負
荷抵抗は抵抗２０６と２０７の和となり、入力段ＪＩ２
１１自身の中をある程度の電源電流が流れ、出力段ＪＩ
２１４の制御線に至るようになる。そしてこの状態で他
方の入力段ＪＩ２１２に制御線入力が加えられてスイッ
チし、出力段ＪＩ２１４に電源電流が転送されると、出
力段ＪＩ２１４が誤スイッチしやすい状態になる。

本発明の目的は入力段ＪＩがスイッチした後で出力段Ｊ
Ｉの制御線電流を充分に小さくまで遮断できるようなス
レーブフリップフロップを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は入力段ＪＩ２１１と出力段ＪＩ２１３の間に
緩衝段ＪＩを挿入することにより達成される。

〔作用〕

スレーブフリップフロップにおける緩衝段ＪＩの作用を
第３図を用いて説明する。緩衝段ＪＩ３０１の第１の端
子には電源母線２０１から抵抗３０４と３０５を介して
交流電源電流が給電されている。緩衝段ＪＩ３０１の第
２の端子は接地されている。入力段ＪＩ２１１の出力信
号１＠３０６は緩衝段ＪＩ３０１の制御線を経由して負
荷抵抗３０３で終端されている。抵抗３０４と３０５の
接続点３１０からは抵抗２０６を介して出力段ＪＴ２１
３にも交流電源電流が給電されている。

交流電源立上り時に端子２０２にセット入力が加わって
いると入力段ＪＩ２１１が零電圧状態から電圧状態にス
イッチし、出力信号線３０６に出力電流が流れ緩衝段Ｊ
Ｉ３０１も零電圧状態から電圧状態にスイッチする。す
ると緩衝段、Ｊ　ｌ３０１に給電されていた電源電流が
出力段Ｊ１２１３に転送される。この時、端子２０３に
リセット入力が存在せず、入力段ＪＩ２１２が零電圧状
態にあると、出力段ＪＩ２１３の制御線には電流が流れ
ている。このため出力段ＪＩ２１３も零電圧状態から電
圧状態にスイッチし負荷抵抗２０７に出力電流が流れる
。

ここで入力段ＪＩ２１１からみた負荷は抵抗３０３だけ
であり、出力段ＪＩ２１３がスイッチしてもその影響が
入力段ＪＩ２１１にもどってくることはない。このため
入力段ＪＩ２１１がスイッチした後の出力段ＪＩ２１４
の制御線電流は常に低く保たれる。

出力段ＪＩ２１３の出力電流振幅を大きくとる流が残留
するが、これは他に影響を与えることはない。このため
に出力段ＪＩ２１３の出力電流振幅を充分に大きくとる
ことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。入力
段ＪＩ２１１，２１２．緩衝段ＪＩ３０１．３０２及び
出力段ＪＩ２１３，２１４はそれぞれ第４図に構造を示
すところの３接合型ＪＩである。同ＪＩは第１の端子４
０２から第２の端子４０３に向って電源電流を供給した
状態で第３の端子４０４と第４の端子４０５の間に制御
線電流を印加するとこにより第５の端子４０１と第２の
端子４０３の間が零電圧状態から電圧状態に変化する。

このＪＩの制御線電流印加時の閾値電流値（零電圧状態
を保ったままで流せる最大の電源電流の値）を低く抑え
るために、デバイスインダクタンス４０６〜４０９はで
きるだけ小さい値が選ばれ、これを補償するために緩衝
段ＪＩ３０１．３０２及び出力段ＪＩ２１３，２１４で
は制御線電流が２重巻に結合されている。

第１図のスレーブＦＦでは入力段ＪＩ２１１の第２の端
子１１１と接地点の間にダンピング抵抗１２１が挿入さ
れている。このダンピング抵抗は出力段ＪＩ２１４の制
御線インダクタンスと入力段ＪＩ２１１の寄生容量とで
スイッチング時に共振が起きるのを防ぎ、出力信号線３
０６に乱れのない出力電流を伝える働きを有する。

第５図には本発明の別の実施例を示す。同図でジョセフ
ソン接合５０１は抵抗１２１，５０２とともに、ジョセ
フソン接合５０１の閾値電流値以下の電流を接地点にバ
イパスし、出力段ＪＩ２１４の制御線電流を完全にゼロ
にする働きを有する。入力段Ｊｌスイッチ後は大部分の
電源電流は負荷抵抗３０３に転送されるが若干量はその
まま残留して節点１１１から接地点へと向う。第１図の
構成ではこの電流がそのまま出力段ＪＩ２１４の制御線
に流れていた。しかし第５図の構成ではこの残留制御線
電流をＯに抑えられ出力段ＪＩ２１４の誤動作を防止で
きる。

第６図には本発明のさらに別の実施例を示す。

同図では出力段ＪＩ２１３，２１４としてデバイスイン
ダクタンスの値が大きいものが選ばれており、１重巻の
制御線電流によってでも素子がスイッチ可能である。そ
して入力段ＪＩ２１１の第２の端子１１１から接地点６
１４に向う電流路６１１は出力段ＪＩ２１３，２１４の
制御線をそれぞれ１重巻ずつ経由している。また入力段
ＪＩ２１２の第２の端子１１２から接地点６１３に向う
電流路６１２は、電流路６１１とは逆向きに。

出力段ＪＩ２１３，２１４の制御線をそれぞれやはり１
重巻ずつ経由している。

同図で交流電源立上り時に入力段ＪＩ２１１がスイッチ
したとする。すると電流路６１１に流れていた電源電流
は入力段ＪＩ２１１の出力電流路３０６に転送される。

すると緩衝段ＪＩ３０１の制御線にその出力電流が流れ
、同ＪＩがスイッチする。すると出力段ＪＩ２１３に電
源電流が転送されてくる。ここで入力段ＪＩ２１２がま
だスイッチしていないとすると電流路６１２には電１ｌ
Ｗｆｆｌ流が流れ続けている。このため出力段ＪＩ２１
３がスイッチする。その後で他方の入力段ＪＴ２１２が
スイッチしたとすると、同様の順序で出力段ＪＩ２１４
に電源電流が転送されてくるが、すでに電流路６１１，
６１２の両方の電流は遮断されているので出力段ＪＩ２
１４はスイッチすることはない。ここで実際には電流路
６１１゜６１２に残留している電流が僅かながら存在す
る。

しかしそれらの大きさは等しく、出力段ＪＩ２１４の制
御線内では打消し合って完全にゼロにする方向で働くの
で、出力段ＪＩ２１４の誤動作を完全に防止できるので
ある。なお緩衝段Ｊ１３０１．３０２の制御線に並列に
挿入されている抵抗６０１，６０２は入力段ＪＩ２１１
，２１２から緩衝段ＪＩ３０１，３０２へのスイッチン
グの伝搬を遅らせ出力段ＪＩの制御線電流が消失するよ
りも早く電源電流が転送されてくるのを防ぐ働きがある
。

第７図には以上述べてきたスレーブＦＦの出力電流振幅
のさらなる増幅法を示す。出力段ＪＩ２１３の出力は抵
抗７０１を介してジョセフソン接合７０３に挿入される
。一方ジョセフソン接合７０３には給電抵抗７０５を介
しても電源電流が供給されており、両者を併せて増幅さ
れた出力電流が負荷抵抗２０７に流れていく。

〔発明の効果〕

以上説明した如く１本発明によれば、誤動作を起すこと
なく出力電流振幅の大きいスレーブフリップフロップを
提供できるので、フリップフロップを含むジ１セフソン
集積回路の動作マージンを大きく向上させる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は従来
技術を示す図、第３図は本発明の原理構成を示す図、第
４図は第１図で用いている３接合型ＪＩの回路図、第５
図及び第６図はそれぞれ本発明の別の実施例を示す回路
図、第７図は本発明のさらに他の実施例を示す図である
。 ２１１．２１２・・・入力段ＪＩ、 ２１３．２１４・・・出力段ＪＩ、 ３０１．３０２・・・緩衝段Ｊｌ、 ２０４．２０６，３０４・・・給電抵抗。 ３０３．２０７・・・負荷抵抗、 ２０１・・・交流電源母線、 １２１．１２２・・・ダンピング抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　第１の端子から第２の端子に駆動電流を流した状態で
   第３の端子から第４の端子に向けて制御電流を流すこと
   により第２の端子と第５の端子との間を零電圧状態から
   電圧状態にスイッチせしめる第１乃至第６の６個の磁束
   量子干渉型回路を含み、第１、第２、第３、第４の磁束
   量子干渉型回路の各第１の端子に交流電源電流が供給さ
   れ、第１の磁束量子干渉型回路の第２の端子が第６の磁
   束量子干渉型回路の第３の端子に接続され、第２の磁束
   量子干渉型回路の第２の端子が第５の磁束量子干渉型回
   路の第３の端子に接続され、第１の磁束量子干渉型回路
   の第５の端子が第３の磁束量子干渉型回路の第３の端子
   に接続され、第２の磁束量子干渉型回路の第５の端子が
   第４の磁束量子干渉型回路の第３の端子に接続され、第
   ３の磁束量子干渉型回路の第４の端子が抵抗を介して接
   地され、第４の磁束量子干渉型回路の第４の端子が抵抗
   を介して接地され、第３の磁束量子干渉型回路の第１の
   端子が抵抗を介して第５の磁束量子干渉型回路の第１の
   端子に接続され、第４の磁束量子干渉型回路の第１の端
   子が抵抗を介して第６の磁束量子干渉型回路の第１の端
   子に接続され、第３の磁束量子干渉型回路の第２の端子
   、第４の磁束量子干渉型回路の第２の端子、第５の磁束
   量子干渉型回路の第２と第４の端子、第６の磁束量子干
   渉型回路の第２と第４の端子が接地されており、第１の
   磁束量子干渉型回路の第３の端子から第４の端子に至る
   電流路にセット入力を加え、第２の磁束量子干渉型回路
   の第３の端子から第４の端子に至る電流路にリセット入
   力を加え、第５の磁束量子干渉型回路の第５の端子から
   真値出力を取り出し、第６の磁束量子干渉型回路の第５
   の端子から補値出力を取り出すことを特徴とする超電導
   スレーブフリップフロップ。