JPH0213397B2 - - Google Patents
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- JPH0213397B2 JPH0213397B2 JP58069146A JP6914683A JPH0213397B2 JP H0213397 B2 JPH0213397 B2 JP H0213397B2 JP 58069146 A JP58069146 A JP 58069146A JP 6914683 A JP6914683 A JP 6914683A JP H0213397 B2 JPH0213397 B2 JP H0213397B2
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- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/21—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
- G11C11/44—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using super-conductive elements, e.g. cryotron
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Description
〔発明の利用分野〕
本発明は、AC駆動型ジヨセフソン論理回路中
のラツチ回路で使用されるセルフ・ゲート・アン
ド回路(以下SGAと称す)回路に関するもので
ある。
〔従来技術〕
AC駆動型ジヨセフソン論理回路においては、
1つの電源サイクルでの計算結果を次のサイクル
に引き継ぐために、ラツチ回路が必要である。ラ
ツチ回路は、AC電源の遷移状態部分においてデ
ータを保持するマスターフリツプフロツプと、
AC電源の定常状態部分においてデータを保持す
るスレーブフリツプフロツプとからなる。このう
ち、マスターフリツプフロツプとしては、DC駆
動フリツプフロツプ回路またはジヨセフソン磁気
量子干渉計(Josephson Interferometer、以下JI
と称す)とインダクタンスとからなる超伝導ルー
プであるストーレージループが用いられる。ま
た、スレーブフリツプフロツプは、AC電源サイ
クルの開始部においてマスターフリツプフロツプ
のデータを読み出し、そのデータに対応したデユ
アルレイルの論理出力を次の1サイクルの間保持
するとともに、次段以下の論理出力網にその出力
を供給する。この1サイクルの間、マスターフリ
ツプフロツプのデータが変化しても、スレーブフ
リツプフロツプのデータは変化しない。文献、
A.Davidson、“A Josephson Latch”、IEEE
Journal of Solid State Circuits、vol.、SC−
13、No.5、October 1978、pp583〜590(以下文献
1と称す)には、このようなラツチ回路が詳細に
説明されている。文献1においては、スレーブフ
リツプフロツプとして、2個のANDゲートを第
1図のように交差結合したセルフ・ゲート・アン
ド(SGA)とよばれる回路が開示されている。
第1図において、11および12はADNゲート、
15,16はこれらのゲートの肯定出力、17,
18は否定出力(NAND)である。13,14
はそれぞれのSGA回路への真(Truth;T)入力
および補(Complementary;C)入力である。
15,16はそれぞれ真出力T*および補出力C*
である。ANDゲート11,12は、AC駆動論理
回路系ではラツチング性を有するので、一度11
がスイツチしてT*出力が発生すれば、12は動
作を抑制され、以後C入力が生起しても12はス
イツチできない。従つて、AC電源サイクル開始
部においてTまたはCの入力をSGAが読み出せ
ば、SGAはそのサイクル中一定のT*またはC*を
保持することになる。ただし、SGAがTまたは
Cのデータを読み出し始めてからT*またはC*の
出力を確定する(ロツキングと称される)までに
は有限の時間が必要であり、この時間中にはマス
ターフリツプフロツプの状態は変化してはならな
い。従つて、ロツキング時間が短いことが、
SGAの性能の重要な指標の1つである。文献1
においてSGA中のANDゲートとして用いられて
いる回路の構造を第2図a,bに示す。第2図a
において、ANDゲート11は入力13および1
9を受け、肯定出力15、否定出力17を発生す
る。具体的には、第2図bに示すように、電源母
線20から抵抗23を経て給電されるJI31と、
JI31の出力から抵抗21を経て給電されるJI3
2とからなる。JI31と32とは、それぞれ入力
13および19を受ける。JI32から抵抗22へ
流れる出力電流がANDゲート11の肯定出力1
5、JI31からグランドに流れる電流が否定出力
17である。上記したJI31および32の構造を
第2図cに示す。図において、33はジヨセフソ
ン接合、29は分流抵抗、27→28の配線は入
力信号線、30は相互インダクタンスである。1
7は、ANDゲート11単独で使用する場合には
NAND出力とはならないが、SGAとして第1図
のように使用し、入力13と14が常に排反事象
になつていれば、NAND出力となる。
上記したSGAの全体の回路構成は第3図に示
すようなものである。図において、JIのQ144
とQ346とが11つのANDゲート11を構成して
おり、13と18を入力とし、肯定出力15、否
定出力17を有する。また、JIのQ245とQ44
7が別のANDゲート12を構成しており、14
と17を入力とし、肯定出力16、否定出力18
を有する。同図で、40は電源母線、41は分流
抵抗、42,43は負荷抵抗である。上記Q14
4とQ346はマスターフリツプフロツプのデー
タを読み出すゲートであり、以後説明のため一括
して検出段ゲートと称する。一方、Q245とQ4
47はデータを以後の論理回路網に出力するゲー
トであるので、以後説明のため出力段ゲートと称
する。
第3図のSGAはマスターフリツプフロツプか
らTrueとComplementaryの相補信号を受け取る
形式のものであつたが、Storage Loop中の電流
の有無を“1”、“0”のsingle−railデータとし
て受取る形式のものもある。このようなSGAと
しては、第4図aのような論理に基づくものと、
第4図bのような参照出力ref52を用いるもの
とがある。いずれも識別すべきData入力51を
受け、True53、Complementary54の出力を
発生する。第4図aの方式の例としては、F.
Tsui and C.P.Wang、“SGA with Single−Rail
Data Input”、IBM Technical Disclosure
Bulletin、vol.21、No.12、May 1979、pp5055〜
5057(文献2)に第5図に示す回路が開示されて
いる。一方、第4図bの方式としては、A.
Davidson and H.C Jones、“Josephson
Comparator SGA for Use with Data
Latches”、IBM Technical Disclosure
Bulletin、vol.23No.4、September 1980、pp1690
〜1693(文献3)に第6図に示す回路が開示され
ている。第5図において、60は電源母線、61
は分流抵抗、64〜67はJIである。また、第6
図において、70は電源母線、71は分流抵抗、
72は負荷抵抗、73はJI、74〜76は単一の
ジヨセフソン接合である。また、第4図bの方式
の別の例として、H.C.Jones、“Self−Resetting
AC Powerd Latch”、IBM Technical
Disclosure Bulletin、vol.23、No.9、February
1981、p4348(文献4)に第7図に示す回路が開
示されている。同図中、80は電源母線、81は
分流抵抗、82は負荷抵抗、83はJI、84は
CIL(Current Injection Logic)、85はジヨセフ
ソン接合である。CILは、出力53,54を増幅
するために用いられている。
SGAの次段論理回路網の駆動能力も、重要な
性質の1つであり、出力を大きくとれるようにす
ることは重要である。一般にSGAにおいて、出
力段を磁束結合型でなく注入型のゲートで構成す
ることは、高速ロツキングを実現し出力を大きく
とるために有効である。。文献、A.Davidson、
“Self−Gating And for Current Injection
Logic”、IBM Technical Disclosure Bulletin、
vol.21、No.1、June 1978、pp421〜422(文献5)
には、第3図の回路の出力段JI46,47をCIL
で置き換えた第8図のような回路が示されてい
る。同図において、100は電源母線、101は
分流抵抗、102は負荷抵抗、103,104は
JI、105,106はCILである。この回路の出
力電流は確さに第3図のものより大きいが、重大
な難点がある。すなわち、一度Q1103,10
5がスイツチしたとし、その後にQ2104がス
イツチしてもQ4106はオンしてはならない。
つまり、T*出力確定後はC*出力はデイスエーブ
ルされなくてはならない。しかし、CILのような
注入型ゲートは入出力分離がとれておらず、Q3
105がスイツチしたときQ4106のゲート電
流が増加してしまい。誤動作が起きやすくなる。
また、4個のJIで構成されている第3図のSGA
に2個のCILを付加し、第9図または第10図の
ようなSGAを構成することは、第7図の例など
から容易に考え及ぶことであるが、これらも同様
に、出力電流は大きいものの、T(C)出力オン
後におけるC(T)出力動作デイスエーブル機構
が不確実であるという欠点がある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、T(C)出力オン後のC(T)
動作デイスエーブル機構を不確実にすることなく
出力電流振幅を増加せしめたSGA回路を提供す
るにある。
〔発明の概要〕
本発明は、従来のCILのような入出力分離のと
れていない注入型論理ゲートを用いることなく、
出力電流振幅の大きいゲートを用いることによ
り、T(C)出力オン後のC(T)動作デイスエー
ブル機構の確実性を保持しようとするものであ
る。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明す
る。なお、以下の説明では、ジヨセフソン接合は
臨界電流密度1000A/cm2を有し、構成の基本とな
る第2図cに示したジヨセフソン接合33の接合
面積は5μmφであるとして定量的な論述を行う
が、もちろん本発明はその数値に限定されるもの
ではない。また、第2図cおよび第7図b中の他
の数値は以下のようにする。すなわち、34はジ
ヨセフソン接合33を2個並べたもの、95は同
じく3個並べたものとし、35は1.5PHのインダ
クタンス、96は2.4PH、97は0.8PHのそれぞれ
インダクタンス、36,98は2Ωのダンピング
抵抗とする。また、第8図に示した61は20Ω、
62は3Ω、第8図に示した101は20Ω、10
2は2.5Ωとする。これらの回路は、H.C.Ward
Huang et al.、“High−Reliability Pb−Alloy
Josephson Junction for Integrated Circuits”、
IEEE Trans.on Electron Devices、vol.ED−
27、No.10、October 1980、pp1979〜1987(文献
6)と同一のプロセスにより作製されたものであ
る。
実施例 1:
第11図aに本発明の一実施形態であるところ
のSGAを示す。図において、130は電源母線
であり、131は20Ωの分流抵抗、132は100
Ωの分流抵抗、133は3Ωの負荷抵抗、Q11
34,Q2135,Q3136,Q4137は第2図
cに示したところのJIである。T入力13が
“1”(電流値0.4mA)であり、C入力14が
“0”(電流値0mA)の状態で、電源電圧を立上
り時間100psで0mVから11.2mVまで増加せた後、
11.2mV一定に保つことにする。まず、Q1がスイ
ツチし、続いてQ3がスイツチする。出力電流*1
5の定常値は0.38mAであり、その90%の値に時
刻201psに達することがシミユレーシヨンにより
示される。ここで、回路中の配線の寄生インダク
タンスは文献6の技術で作製した場合の値を用い
た。第3図の回路における対応した数値は
0.31mAと206psである。このように出力段ゲート
Q3,Q4に分流抵抗132で補助的に給電を行う
ことにより、速度と出力振幅を共に向上すること
ができている。
第11図aの回路は、第1図のようにDoube−
Railの信号入力を受けて動作する方式のSGAで
あつたが、Q2135の部分の結線(図中Aで示
す)を変えて、第11図b,cまたはdのように
することにより、第4図のようなSingle−Railの
入力で動作するSGAを構成することができる。
前述のように13の入力を設定し、130に印加
する電圧を立ち上げた場合、Q1,Q3がスイツチ
した直後にQ2がスイツチすることになるが、Q4
に対するデイスエーブル機構が完全に働くため、
動作上十分なマージンが保証される。後述する第
12図〜第17図のSGAも、同様にSingle−
Rail入力としても動作するが、Single−Rail入力
に関する説明は省略する。また、SGAの速度は、
本実施例と同様に、電源電圧を立上り時間100ps
で0mVから11.2mVまで増加させた場合に出力が
定常値に達するまでの時間で一貫して議論するも
のとする。なお、この時間を以後、SGAのスイ
ツチング時間と称する。
実施例 2:
第12図には本発明の別の一実施形態であると
ころのSGAの結線図を示す。図において、14
0は電源母線であり、141は20Ωの分流抵抗、
142は3Ωの負荷抵抗、Q1143,Q2144,
Q3145,Q4146,Q5147,Q6148はJI
である。本回路の出力電流は0.43mA、スイツチ
ング時間は241psである。このように、出力段ゲ
ートの出力を、バツフアアンプとして動作するJI
のコントロールラインを2重にすることにより、
やはりある程度の速いスイツチング時間を維持し
つつ出力振幅を確保することができる。
実施例 3:
第13図aに本発明の別の一実施形態であると
ころのSGAの結線図を示す。これは、第12図
においてバツフアアンプとして用いているJIをジ
ヨセフソン・アツトー・ウエーバー・スイツチ
(Josephson Atto Weber Switch、以下JAWSと
称す)型のゲートで置き換えたものである。この
JAWS型のゲートについては、T.A.Fulton、S.S.
Pei and L.N.Dunkleberger、“A simple high
performance current switched Josephson
logic”、Appl.Phys.Lett.、vol.34、No.10、pp709
〜711、May15、1979(文献7)に開示されてい
る。同図において、150は電源母線であり、1
51は20Ωの分流抵抗、152は15Ωの分流抵
抗、153は3Ωの負荷抵抗、154は3Ωの負
荷抵抗である。Q1155,Q2156,Q3157,
Q4158はJIである。Q5159,Q6160は
JAWSゲートである。第12図bにはJAWSゲー
トの構成を示す。同図において、163は0.5Ω
の抵抗であり、161および162はジヨセフソ
ン接合33をそれぞれ2個および4個並べたもの
である。本回路の出力電流は0.53mA、スイツチ
ング時間は228psである。
実施例 4:
第13図の回路では、Q5,Q6としてJAWSゲ
ートという入出力分離のとれた注入型論理ゲート
を用いているが、同種のゲートとしてはダイレク
ト・カツプルド・ロジツク(Direct Coupled
Logic、以下DCLと称す)というゲートがある。
これは、T.Gheewale and A.Mukkeergee、
“Josephson direct coupled logic(DCL)”、in
IEDM Tech.Dig.、pp482−484(Washington
DC、Dec.3−5、1979)(文献8)において開示
されている。このDCLゲートを用いた一実施形
態を第14図aに示す。これは、第13図aの
Q5,Q6の部分を、第14図bに示すところの
DCLで置き換えたものである。第14図aにお
いて、170は電源母線、171は20Ωの分流抵
抗、172は15Ωの分流抵抗、173は3Ωの負
荷抵抗であり、Q1175,Q2176,Q3177,
Q4178はJIである。Q5179,Q6180は
DCLゲートである。また、第14図bにおいて、
181および182はジヨセフソン接合33をそ
れぞれ2個および4個並べたものである。183
は0.1Ωの、184は0.2Ωのそれぞれ抵抗であ
る。本回路の出力電流は0.54mA、スイツチング
時間は205psである。
以上のように、第13図、第14図の回路と
も、第3図の回路を上回る出力電流を発生するこ
とができる。なお、第13図のQ5,Q6のゲート
を2接合JIのような量子干渉計で置き換える、す
なわち、第13図bの部分を第15図のように置
き換えてもよい。なお、第15図において、19
1,192はジヨセフソン接合、193はインダ
クタンスである。
実施例 5:
以上第13図〜第15図による実施例では、入
出力分離のとれた注入論理ゲートをバツフアゲー
トとして用いるSGAについて記述したが、出力
段ゲート(第13図aのQ3,Q4に相当)をこの
ような注入型論理ゲートで置き換えたものも、良
好な特性を示す。
第16図aは出力段ゲートにJAWSゲートを用
いたSGAである。同図において、200は電源
母線、201は20Ωの分流抵抗、202は12Ωの
分流抵抗、203は3Ωの負荷抵抗であり、Q1
205,Q2206はJIであり、Q3207,Q42
08はJAWSゲートである。そのJAWSゲートの
構造を第16図bに示す。同図において、21
1,212はジヨセフソン接合33を2.5個、2
13は8個並べた接合である。214,215は
それぞれ0.5Ωの抵抗である。本SGAの出力電流
は0.56mA、スイツチング時間は140psである。
実施例 6:
第17図aは出力段ゲートにDCLゲートを用
いたSGAである。同図において、220は電源
母線、221は20Ωの分流抵抗、222は16Ωの
分流抵抗、223は3Ωの負荷抵抗であり、Q1
225,Q2226はJIである。Q3227,Q42
28はDCLゲートであり、その構造を第17図
bに示す。同図において、231,232はジヨ
セフソン接合33をそれぞれ2個および6個並べ
た接合である。本SGAの出力電流は0.72mA、ス
イツチング時間は142psである。
上記のように、出力段ゲートに入出力分離のと
れた注入型論理ゲートを用いることにより、大き
い出力電流振幅と非常に速いスイツチング時間を
確保することができる。また、出力段ゲートに第
15図のような2接合JIを用いてもよいことは論
をまたない。
表1に、第3図のSGAと、第11図ないし第
17図のSGAとの出力電流、スイツチング時間
について、上述した結果をまとめて示す。
[Field of Application of the Invention] The present invention relates to a self-gate AND circuit (hereinafter referred to as SGA) used in a latch circuit in an AC-driven Josephson logic circuit. [Prior art] In an AC-driven Josephson logic circuit,
A latch circuit is required to carry over the calculation results from one power cycle to the next cycle. The latch circuit includes a master flip-flop that holds data during transitions of the AC power supply;
It consists of a slave flip-flop that holds data during the steady state portion of the AC power supply. Among these, the master flip-flop is a DC-driven flip-flop circuit or a Josephson magnetic quantum interferometer (JI).
A storage loop, which is a superconducting loop consisting of an inductance and an inductance, is used. In addition, the slave flip-flop reads the data of the master flip-flop at the beginning of an AC power cycle, holds the logic output of the dual rail corresponding to that data for the next cycle, and provides its output to the logic output network of . During this one cycle, even if the data in the master flip-flop changes, the data in the slave flip-flop does not change. literature,
A. Davidson, “A Josephson Latch”, IEEE
Journal of Solid State Circuits, vol., SC−
13, No. 5, October 1978, pp. 583-590 (hereinafter referred to as Document 1), such a latch circuit is explained in detail. Document 1 discloses, as a slave flip-flop, a circuit called a self-gate AND (SGA) in which two AND gates are cross-coupled as shown in FIG.
In FIG. 1, 11 and 12 are ADN gates,
15, 16 are positive outputs of these gates, 17,
18 is a negative output (NAND). 13,14
are the truth (T) and complementary (C) inputs to each SGA circuit.
15 and 16 are true output T * and supplementary output C * respectively
It is. AND gates 11 and 12 have a latching property in an AC drive logic circuit system, so once the AND gates 11 and 12
If the switch is switched and the T * output is generated, the operation of the 12 is suppressed, and even if the C input occurs thereafter, the 12 cannot be switched. Therefore, if the SGA reads a T or C input at the beginning of an AC power cycle, the SGA will hold a constant T * or C * during that cycle. However, a finite amount of time is required from when the SGA starts reading data from T or C until it determines the output from T * or C * (referred to as locking), and during this time, the master flip-flop The state of the tap shall not change. Therefore, the locking time is short.
It is one of the important indicators of SGA performance. Literature 1
The structure of the circuit used as an AND gate in the SGA is shown in Figures 2a and 2b. Figure 2a
, AND gate 11 has inputs 13 and 1
9 and generates a positive output 15 and a negative output 17. Specifically, as shown in FIG. 2b, the JI 31 is supplied with power from the power supply bus 20 via the resistor 23,
JI3 is powered from the output of JI31 via resistor 21
It consists of 2. JIs 31 and 32 receive inputs 13 and 19, respectively. The output current flowing from JI32 to resistor 22 is positive output 1 of AND gate 11.
5. The current flowing from JI 31 to ground is negative output 17. The structures of JI31 and JI32 described above are shown in FIG. 2c. In the figure, 33 is a Josephson junction, 29 is a shunt resistor, the wiring from 27 to 28 is an input signal line, and 30 is a mutual inductance. 1
7 is when using AND gate 11 alone.
Although it will not be a NAND output, if it is used as an SGA as shown in Figure 1 and inputs 13 and 14 are always exclusive events, it will become a NAND output. The overall circuit configuration of the above-mentioned SGA is as shown in FIG. In the figure, JI's Q 1 44
and Q 3 46 constitute 11 AND gates 11, which have inputs 13 and 18, and a positive output 15 and a negative output 17. Also, JI's Q 2 45 and Q 4 4
7 constitutes another AND gate 12, and 14
and 17 as inputs, positive output 16, negative output 18
has. In the figure, 40 is a power supply bus, 41 is a shunt resistor, and 42 and 43 are load resistors. Above Q 1 4
4 and Q 3 46 are gates for reading out data from the master flip-flop, and will hereinafter be collectively referred to as detection stage gates for the sake of explanation. On the other hand, Q 2 45 and Q 4
Since 47 is a gate that outputs data to the subsequent logic circuit network, it is hereinafter referred to as an output stage gate for the sake of explanation. The SGA in Figure 3 is of a type that receives complementary signals of True and Complementary from the master flip-flop, but it receives the presence or absence of current in the storage loop as single-rail data of "1" and "0". There are also formats. Such SGAs include those based on the logic shown in Figure 4a, and
There is a method that uses a reference output ref52 as shown in FIG. 4b. Both receive data input 51 to be identified and generate outputs True 53 and Complementary 54. An example of the method shown in Figure 4a is F.
Tsui and CPWang, “SGA with Single−Rail
Data Input”, IBM Technical Disclosure
Bulletin, vol.21, No.12, May 1979, pp5055~
5057 (Document 2) discloses the circuit shown in FIG. On the other hand, the method shown in Figure 4b is A.
Davidson and H.C. Jones, “Josephson
Comparator SGA for Use with Data
“Latches”, IBM Technical Disclosure
Bulletin, vol.23No.4, September 1980, pp1690
1693 (Document 3) discloses the circuit shown in FIG. In FIG. 5, 60 is a power supply bus, 61
is a shunt resistance, and 64 to 67 are JI. Also, the 6th
In the figure, 70 is a power supply bus, 71 is a shunt resistor,
72 is a load resistor, 73 is JI, and 74 to 76 are single Josephson junctions. Also, as another example of the method shown in Figure 4b, HC Jones, “Self-Resetting
AC Powered Latch”, IBM Technical
Disclosure Bulletin, vol.23, No.9, February
1981, p4348 (Reference 4) discloses the circuit shown in FIG. In the figure, 80 is a power bus, 81 is a shunt resistor, 82 is a load resistor, 83 is JI, and 84 is
CIL (Current Injection Logic), 85 is a Josephson junction. CIL is used to amplify outputs 53 and 54. The driving ability of the next-stage logic circuit network of the SGA is also an important property, and it is important to be able to obtain a large output. In general, in an SGA, configuring the output stage with an injection type gate rather than a magnetic flux coupling type is effective in achieving high-speed locking and increasing output. . References, A. Davidson,
“Self-Gating And for Current Injection
Logic”, IBM Technical Disclosure Bulletin,
vol.21, No.1, June 1978, pp421-422 (Reference 5)
In this case, the output stages JI46 and 47 of the circuit shown in Fig. 3 are connected to CIL.
A circuit like that shown in FIG. 8 is shown in which . In the figure, 100 is a power supply bus, 101 is a shunt resistor, 102 is a load resistor, and 103 and 104 are
JI, 105, 106 are CIL. Although the output current of this circuit is certainly greater than that of FIG. 3, there are significant drawbacks. That is, once Q 1 103,10
Even if Q 2 104 switches after that, Q 4 106 must not turn on.
That is, after the T * output is established, the C * output must be disabled. However, injection gates such as CIL do not have input/output isolation, and Q 3
When 105 switches, the gate current of Q 4 106 increases. Malfunctions are more likely to occur.
Also, the SGA in Figure 3, which is composed of four JIs,
It is easy to think of adding two CILs to configuring an SGA as shown in Fig. 9 or 10 from the example shown in Fig. 7, but in the same way, the output current is Although large, there is a drawback that the C(T) output operation disable mechanism after the T(C) output is turned on is uncertain. [Object of the invention] The object of the invention is to
An object of the present invention is to provide an SGA circuit that increases the output current amplitude without making the operation disable mechanism unstable. [Summary of the Invention] The present invention does not use injection type logic gates that do not have input/output separation like conventional CIL.
By using a gate with a large output current amplitude, the reliability of the C(T) operation disable mechanism after the T(C) output is turned on is maintained. [Examples of the Invention] Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples. In the following explanation, a quantitative discussion will be made assuming that the Josephson junction has a critical current density of 1000 A/cm 2 and that the junction area of the Josephson junction 33 shown in Figure 2 c, which is the basis of the configuration, is 5 μmφ. However, the present invention is of course not limited to these values. Further, other numerical values in FIG. 2c and FIG. 7b are as follows. That is, 34 is two Josephson junctions 33 arranged in a row, 95 is three similarly arranged in a row, 35 is an inductance of 1.5 PH, 96 is an inductance of 2.4 PH, 97 is an inductance of 0.8 PH, and 36 and 98 are 2 Ω inductances. It is used as a damping resistance. Also, 61 shown in Figure 8 is 20Ω,
62 is 3Ω, 101 shown in Figure 8 is 20Ω, 10
2 is 2.5Ω. These circuits are HCWard
Huang et al., “High−Reliability Pb−Alloy
Josephson Junction for Integrated Circuits”
IEEE Trans.on Electron Devices, vol.ED−
27, No. 10, October 1980, pp 1979-1987 (Reference 6). Example 1: FIG. 11a shows an SGA that is an embodiment of the present invention. In the figure, 130 is a power supply bus, 131 is a 20Ω shunt resistor, and 132 is a 100Ω shunt resistor.
Ω shunt resistance, 133 is 3Ω load resistance, Q 1 1
34, Q 2 135, Q 3 136, and Q 4 137 are JI shown in FIG. 2c. When the T input 13 is "1" (current value 0.4 mA) and the C input 14 is "0" (current value 0 mA), after increasing the power supply voltage from 0 mV to 11.2 mV with a rise time of 100 ps,
Let's keep it constant at 11.2mV. First, Q 1 switches, then Q 3 switches. Output current * 1
The steady-state value of 5 is 0.38 mA, and the simulation shows that it reaches its 90% value at time 201 ps. Here, for the parasitic inductance of the wiring in the circuit, the value when fabricated using the technique of Document 6 was used. The corresponding values in the circuit of Figure 3 are
It is 0.31mA and 206ps. Output stage gate like this
By supplementarily supplying power to Q 3 and Q 4 using the shunt resistor 132, both speed and output amplitude can be improved. The circuit in Figure 11a is a Doube-
The SGA operated by receiving the Rail signal input, but by changing the connection of the Q 2 135 part (indicated by A in the figure) and making it as shown in Figure 11 b, c, or d, It is possible to configure an SGA that operates with Single-Rail input as shown in FIG.
If input 13 is set as described above and the voltage applied to 130 is raised, Q 2 will switch immediately after Q 1 and Q 3 switch, but Q 4
Since the disable mechanism for
Sufficient operational margin is guaranteed. The SGAs shown in Figures 12 to 17, which will be described later, are also Single-
Although it also works as Rail input, the explanation regarding Single-Rail input will be omitted. Also, the speed of SGA is
As in this example, the power supply voltage is set to rise time 100ps.
We shall consistently discuss the time it takes for the output to reach a steady value when increasing from 0 mV to 11.2 mV. Note that this time will hereinafter be referred to as the SGA switching time. Embodiment 2: FIG. 12 shows a wiring diagram of an SGA which is another embodiment of the present invention. In the figure, 14
0 is the power supply bus, 141 is the 20Ω shunt resistor,
142 is a 3Ω load resistance, Q 1 143, Q 2 144,
Q 3 145, Q 4 146, Q 5 147, Q 6 148 are JI
It is. The output current of this circuit is 0.43mA, and the switching time is 241ps. In this way, the output of the output stage gate is connected to the JI, which operates as a buffer amplifier.
By doubling the control line of
After all, it is possible to secure the output amplitude while maintaining a fairly fast switching time. Embodiment 3: FIG. 13a shows a wiring diagram of an SGA which is another embodiment of the present invention. In this case, the JI used as the buffer amplifier in FIG. 12 is replaced with a Josephson Atto Weber Switch (hereinafter referred to as JAWS) type gate. this
For JAWS type gates, TA Fulton, SS
Pei and LNDunkleberger, “A simple high
performance current switched Josephson
logic”, Appl.Phys.Lett., vol.34, No.10, pp709
~711, May 15, 1979 (Reference 7). In the figure, 150 is a power supply bus, and 1
51 is a 20Ω shunt resistance, 152 is a 15Ω shunt resistance, 153 is a 3Ω load resistance, and 154 is a 3Ω load resistance. Q 1 155, Q 2 156, Q 3 157,
Q 4 158 is JI. Q 5 159, Q 6 160 are
This is the JAWS gate. FIG. 12b shows the configuration of the JAWS gate. In the same figure, 163 is 0.5Ω
161 and 162 are two and four Josephson junctions 33, respectively. The output current of this circuit is 0.53mA, and the switching time is 228ps. Example 4: In the circuit shown in Fig. 13, injection type logic gates called JAWS gates with input/output separation are used as Q 5 and Q 6 , but direct coupled logic gates of the same type are used.
There is a gate called Logic (hereinafter referred to as DCL).
This is T.Gheewale and A.Mukkeergee,
“Josephson direct coupled logic (DCL)”, in
IEDM Tech.Dig., pp482−484 (Washington
DC, Dec. 3-5, 1979) (Reference 8). An embodiment using this DCL gate is shown in FIG. 14a. This is shown in Figure 13a.
Q 5 and Q 6 are shown in Figure 14b.
It was replaced with DCL. In Fig. 14a, 170 is a power supply bus, 171 is a 20Ω shunt resistor, 172 is a 15Ω shunt resistor, 173 is a 3Ω load resistor, Q 1 175, Q 2 176, Q 3 177,
Q 4 178 is JI. Q 5 179, Q 6 180 are
It is a DCL gate. Also, in Figure 14b,
181 and 182 are two and four Josephson junctions 33, respectively. 183
is a resistance of 0.1Ω, and 184 is a resistance of 0.2Ω. The output current of this circuit is 0.54mA, and the switching time is 205ps. As described above, both the circuits shown in FIGS. 13 and 14 can generate an output current exceeding that of the circuit shown in FIG. 3. Note that the gates Q 5 and Q 6 in FIG. 13 may be replaced with a quantum interferometer such as a two-junction JI, that is, the portion b in FIG. 13 may be replaced as shown in FIG. 15. In addition, in Fig. 15, 19
1,192 is a Josephson junction, and 193 is an inductance. Embodiment 5: In the embodiments shown in FIGS. 13 to 15 above, SGAs using injection logic gates with input/output separation as buffer gates have been described . ) replaced with such an injection type logic gate also shows good characteristics. Figure 16a shows an SGA using a JAWS gate as an output stage gate. In the figure, 200 is a power supply bus, 201 is a 20Ω shunt resistor, 202 is a 12Ω shunt resistor, 203 is a 3Ω load resistor, and Q 1
205, Q 2 206 is JI, Q 3 207, Q 4 2
08 is JAWS gate. The structure of the JAWS gate is shown in FIG. 16b. In the same figure, 21
1,212 has 2.5 Josephson junctions 33, 2
13 is a joint in which eight pieces are lined up. 214 and 215 are resistances of 0.5Ω each. The output current of this SGA is 0.56mA, and the switching time is 140ps. Embodiment 6: FIG. 17a shows an SGA using a DCL gate as an output stage gate. In the figure, 220 is a power bus, 221 is a 20Ω shunt resistor, 222 is a 16Ω shunt resistor, 223 is a 3Ω load resistor, and Q 1
225, Q 2 226 is JI. Q 3 227, Q 4 2
28 is a DCL gate, the structure of which is shown in FIG. 17b. In the figure, 231 and 232 are junctions in which two and six Josephson junctions 33 are lined up, respectively. The output current of this SGA is 0.72mA, and the switching time is 142ps. As mentioned above, by using an injection logic gate with input/output separation for the output stage gate, it is possible to ensure a large output current amplitude and a very fast switching time. Moreover, it goes without saying that a two-junction JI as shown in FIG. 15 may be used for the output stage gate. Table 1 summarizes the results described above regarding the output current and switching time of the SGA of FIG. 3 and the SGA of FIGS. 11 to 17.
以上説明したように、本発明によれば、安定な
動作余裕を確保しつつ高い出力電流振幅を有する
SGA回路が得られる。
As explained above, according to the present invention, a high output current amplitude is achieved while ensuring a stable operating margin.
An SGA circuit is obtained.
第1図はSGAの基本構成を示す説明図、第2
図はSGAに用いられるANDゲートの基本構成を
示す説明図、第3図はSGAの回路構成を示す説
明図、第4図はストレージループのデータを読み
出すためのSGAの2形式を示す説明図、第5,
6,7図は単一データを入力とするSGAの回路
構成を示す説明図、第8図は従来技術による出力
段ゲートにCILを用いたSGAの構成を示す説明
図、第9,10図は従来技術によるCIL2個とJI4
個とによるSGAの構成を示す説明図である。第
11図ないし第17図は本発明によるSGAに関
する説明図で、第11図は出力段のJIゲートに電
源母線から補助的に給電する方式のSGA、第1
2図は出力段のJIゲート出力をバツフアアンプと
して動作するJIのコントロールラインを2重に通
す方式のSGA、第13図は出力段のJIゲート出
力をバツフアアンプとして動作するJAWSへの入
力として使用する方式のSGA、第14図は出力
段のJIゲート出力をバツフアアンプとして動作す
るDCLへの入力として使用する方式のSGA、第
15図はSGAのバツフアゲートに用いる2接合
JI、第16図は出力段ゲートにJAWSゲートを用
いたSGA、第17図は出力段ゲートにDCLゲー
トを用いたSGA、をそれぞれ示す。
33,34,74,75,76,85,94,
95,161,162,181,182,19
1,192,211、212,213,231,
232…ジヨセフソン接合、44,45,46,
47,64,65,66,67,73,83,1
03,104,114,115,118,11
9,124,125,126,127,134,
135,136,137,143,144,14
5,146,147,148,155,156,
157,158,176,177,178,20
5,206,207,208,225,226,
227,228…ジヨセフソン磁気量子干渉計
(JI)、84,105,106,116,117,
128,129…CILゲート、159,160,
207,208…JAWSゲート、179,18
0,227,228…DCIゲート。
Figure 1 is an explanatory diagram showing the basic configuration of SGA, Figure 2
Figure 3 is an explanatory diagram showing the basic configuration of an AND gate used in SGA, Figure 3 is an explanatory diagram showing the circuit configuration of SGA, Figure 4 is an explanatory diagram showing two types of SGA for reading data from a storage loop, Fifth,
Figures 6 and 7 are explanatory diagrams showing the circuit configuration of an SGA that inputs single data, Figure 8 is an explanatory diagram showing the configuration of an SGA using CIL for the output stage gate according to the conventional technology, and Figures 9 and 10 are 2 CILs and 4 JIs by conventional technology
FIG. Figures 11 to 17 are explanatory diagrams regarding the SGA according to the present invention.
Figure 2 shows an SGA in which the output stage JI gate output is passed through the JI control line twice, which operates as a buffer amplifier. Figure 13 shows a system in which the output stage JI gate output is used as an input to JAWS, which operates as a buffer amplifier. Figure 14 shows an SGA that uses the JI gate output of the output stage as an input to the DCL that operates as a buffer amplifier, and Figure 15 shows a two-junction SGA used for the buffer gate of the SGA.
JI, FIG. 16 shows an SGA using a JAWS gate as an output stage gate, and FIG. 17 shows an SGA using a DCL gate as an output stage gate. 33, 34, 74, 75, 76, 85, 94,
95, 161, 162, 181, 182, 19
1,192,211, 212,213,231,
232... Josephson junction, 44, 45, 46,
47, 64, 65, 66, 67, 73, 83, 1
03,104,114,115,118,11
9,124,125,126,127,134,
135, 136, 137, 143, 144, 14
5,146,147,148,155,156,
157, 158, 176, 177, 178, 20
5,206,207,208,225,226,
227, 228... Josephson magnetic quantum interferometer (JI), 84, 105, 106, 116, 117,
128, 129...CIL gate, 159, 160,
207,208...JAWS gate, 179,18
0,227,228...DCI gate.
Claims (1)
検出段ゲートと、該検出段ゲートの出力を受けて
次段以降の論理回路網への駆動出力を発生する出
力段ゲートからなるフリツプフロツプを構成し、
該出力段ゲートが該検出段ゲートとは独立に給電
される磁束結合型のジヨセフソン磁気量子干渉計
であることを特徴とするAC電源駆動ジヨセフソ
ン論理回路のマスターフリツプフロツプとスレー
ブフリツプフロツプとからなるラツチ回路のセル
フ・ゲート・アンド回路。 2 特許請求の範囲第1項において、該出力段ゲ
ートは補助的にゲート電流を加えたジヨセフソン
磁気量子干渉計であることを特徴とするセルフ・
ゲート・アンド回路。 3 特許請求の範囲第1項において、該出力段ゲ
ート本体は第1のジヨセフソン磁気量子干渉計で
あり、その後段は電源ラインから直接給電され、
該出力段ゲートの出力電流がそのコントロールラ
インを2本以上直列に通る第2のジヨセフソン磁
気量子干渉計であることを特徴とするセルフ・ゲ
ート・アンド回路。 4 マスタフリツプフロツプのデータを読み出す
検出段ゲートと、該検出段ゲートの出力を受けて
次段以降の論理回路網への駆動出力を発生する出
力段ゲートからなるフリツプフロツプを構成し、
該出力段ゲートは少なくとも2個のジヨセフソン
接合を抵抗またはインダクタンスで接続され、入
力信号端子と出力信号端子の間にジヨセフソン素
子を含む注入型論理ゲートであることを特徴とす
るAC電源駆動ジヨセフソン論理回路のマスター
フリツプフロツプとスレーブフリツプフロツプと
からなるラツチ回路のセルフ・ゲート・アンド回
路。 5 特許請求の範囲第4項において、該出力段ゲ
ート本体はジヨセフソン磁気量子干渉計であり、
その後段はジヨセフソン・アツトー・ウエーバ
ー・スイツチ型論理ゲート、ダイレクト・カツプ
ルド・ロジツク型論理ゲート、および電源ライン
から直接給電され、該出力段ゲートの出力電流を
入力とする注入型論理回路であることを特徴とす
るセルフ・ゲート・アンド回路。[Claims] 1. A flip-flop consisting of a detection stage gate that reads data from a master flip-flop, and an output stage gate that receives the output of the detection stage gate and generates a drive output to the logic circuit network at the next stage and thereafter. constitutes,
A master flip-flop and a slave flip-flop of an AC power-driven Josephson logic circuit, characterized in that the output stage gate is a flux-coupled Josephson magnetic quantum interferometer to which power is supplied independently from the detection stage gate. A self-gate AND circuit of a latch circuit consisting of. 2. In claim 1, the output stage gate is a self-contained magnetic quantum interferometer with an auxiliary gate current applied thereto.
Gate and circuit. 3. In claim 1, the output stage gate body is a first Josephson magnetic quantum interferometer, the subsequent stage is directly powered from a power supply line,
A self-gate AND circuit characterized in that it is a second Josephson magnetic quantum interferometer in which the output current of the output stage gate passes through two or more control lines in series. 4 Constructing a flip-flop consisting of a detection stage gate that reads data from a master flip-flop, and an output stage gate that receives the output of the detection stage gate and generates a drive output to the logic circuit network at the next stage,
An AC power-driven Josephson logic circuit, characterized in that the output stage gate is an injection type logic gate in which at least two Josephson junctions are connected through a resistance or inductance, and includes a Josephson element between an input signal terminal and an output signal terminal. A self-gate AND circuit of a latch circuit consisting of a master flip-flop and a slave flip-flop. 5. In claim 4, the output stage gate body is a Josephson magnetic quantum interferometer,
The subsequent stage is a Josephson Atto Weber switch type logic gate, a direct coupled logic type logic gate, and an injection type logic circuit that is powered directly from the power supply line and receives the output current of the output stage gate as input. Features a self-gate AND circuit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58069146A JPS59195398A (en) | 1983-04-21 | 1983-04-21 | Self-gate and circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58069146A JPS59195398A (en) | 1983-04-21 | 1983-04-21 | Self-gate and circuit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59195398A JPS59195398A (en) | 1984-11-06 |
| JPH0213397B2 true JPH0213397B2 (en) | 1990-04-04 |
Family
ID=13394223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58069146A Granted JPS59195398A (en) | 1983-04-21 | 1983-04-21 | Self-gate and circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59195398A (en) |
-
1983
- 1983-04-21 JP JP58069146A patent/JPS59195398A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59195398A (en) | 1984-11-06 |
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