JPH04204278A

JPH04204278A - マルチチャンネルｓｑｕｉｄ磁束計

Info

Publication number: JPH04204278A
Application number: JP2336401A
Authority: JP
Inventors: Takao Goto; 隆男後藤; Takehiko Hayashi; 武彦林; Yoshiyasu Nakajima; 善康中島; Norio Fujimaki; 藤巻　則夫; Osamu Hayashi; 治林; Kotaro Goto; 公太郎後藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-24
Anticipated expiration: 2012-09-17
Also published as: JP2653916B2

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】〔概　要〕ＳＱＵＩＤを用いた磁束センサを複数個用い。

−度に多数の異なる領域からの磁界を検出するマルチチ
ャンネルＳＱＵＩＤ磁束計に関し。

バイアス周波数が低くとも、各チャンネルの応答を正確
に行うことを目的とし。

複数の磁束センサにバイアス電流を供給するバイアス手
段と、前記複数の磁束センサの各々の出力をシリアルデ
ータに変換する第１変換手段と。

前記複数の磁束センサの各々に対応して設けられ前記磁
束信号を出力する信号処理手段と、前記シリアルデータ
をパラレルデータに変換した上で。

その各々を前記信号処理手段の対応するものに供給する
第２変換手段と、前記バイアス電流に同期した信号を前
記第１及び第２変換手段に供給する制御手段とを備え、
前記バイアス手段からの前記バイアス電流によって前記
磁束センサの各々がパルスを出力する間に、前記制御手
段からの信号によって前記第１変換手段が前記パルスを
前記シリアルデータに変換するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、ＳＱＵＩＤを用いた磁束センサを複数個用い
、−度に多数の異なる領域からの磁界を検出するマルチ
チャンネルＳＱＵＩＤ磁束計に関する。

近年、生体などから発生する微小磁界の測定にＳ　Ｑ　
Ｕ　Ｉ　Ｄ　（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　Ｑｕ
ａｎｔｕｍ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　Ｄｅｖｉｃｅ
　　：超伝導量子干渉デバイス）を利用した高感度な磁
束計が利用されている。特に３脳及び心臓の磁界分布を
測定することにより、磁界を発生させている電流源の推
定が可能であり、これは診断上、非常に有意義な情報を
提供すると共に生体内の神経活動の解明に役立つことが
指摘されている。このような磁界分布の測定は、１チャ
ンネルのＳＱＵＩＤ磁束計を使用し、各部位ごとの時系
列データを順番に測定することで可能である。しかし、
この方法では、測定に時間がかかり被験者が疲労してし
まうこと、異なる場所の磁界を同時に測定できないため
高い精度で電流源の推定ができないこと、などの問題点
がある。このため、磁束センサを複数個並べ、同時に各
部位の磁界を測定できるマルチチャンネルＳＱＵＩＤ磁
束計が必要とされる。

〔従来の技術］従来のマルチチャンネルＳＱＵＩＤ磁束計としては、１
チャンネルの磁束センサに対応させて。

得られる検出信号を磁界信号に変換する処理回路も１チ
ャンネル分設け、マルチチャンネル化を計ったものが提
寓されている（Ｈ，Ｅ、Ｈｏｅｎｉｇ　ｅｔ　ａｌ、＋
Ｂｉｏｍａｇｎｅｔｉｃ　＋＊ｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ
　５ｙｓｔｅ＋ｗ　ｗｉｔｈ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　
ＳＱＵＩＤｓ　ａｎｄ　ｆｉｒｓｔ　ｏｒｄｅｒ　ｇｒ
ａｄｉｏｍｅｔｅｒｓ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｉｎ　ａ
　５ｈｉｅｌｄｅｄ　ｒｏｏｍ＋ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ
、ｖｏｌ、２９゜＾ｕｇｕｓｔ、ｐｐ８０９−８１３．
１９８９）、また、各々の５ＱｔＪＩＤを異なる周波数
でドライブし、多重化して複数のＳＱＵＩＤ出力線を１
本にすることによりシステムを簡略化する方法も提寓さ
れている（Ｆｕｒｕｋａｗａ　ｅｔ　ａｌ、、Ｊａｐａ
ｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｙ　Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ。

ｖｏｌ、２Ｂ、Ｎｏ、３．Ｍａｒｃｂ、１９８９，１Ｌ
４５６−Ｌ４５Ｂ）　、これらの方法では、ＳＱＵＩＤ
としては３いずれもＳＱＵＩＤ出力が微小なアナログ信
号となるアナログ動作のＳＱＵＩＤを用いている。一方
、パルス出力の得られるディジタルＳＱＵＩＤとしては
、２接合量子干渉素子からなるＳＱＵＩＤを交流バイア
スし、パルス出力するＳＱＵＩＤ（特開昭６３−２９０
９７９号公報）が知られている。アナログ動作するｄｃ
　　ＳＱＵＩＤの電圧出力を１趙伝導コンパレータもし
くは１ビットＡ／Ｄ変換器に加え、パルス出力を得るも
の（Ｄ、Ｄｒｕｎｇ、　Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ、　ｖｏ
ｌ、２６＋ｐｐ６２３−６２７．１９８６）が知られて
いる。ディジタルＳＱＵ　Ｉ　Ｄは、出力Ｓ／Ｎ比を高
くできるという特徴がある。

ディジタルＳＱＵＩＤを用いたマルチチャンネル化の方
法としては９本願出願人の出願に係わる。

各チャンネルのディジタルＳＱＵＩＤの出力を。

一定期間毎にマルチプレクサで切り換え、単一の゛　処
理回路で磁束信号に変換していく方法（特願平１−１７
８８５１号）がある、また、同じく本願出願人の出願に
係わる１趙伝導フイードパ・７り回路を用い。

磁束から電気信号への変換に必要な機能すべてをワンチ
ップ上に集積化したワンチップＳＱＵＩＤ（Ｎ、Ｆｕｊ
ｉｍａｋｉ　ｅｔ　ａｌ、、−Ａ　Ｓｉｎｇｌｅ−Ｃｈ
ｉｐ　ＳＱＵＩＤ　Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ”、ＩＨ
ＥＥ　Ｔｒａｎｓ、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅ、
ｖｏｌ、３５゜Ｎｏ、１２　ｐｐ２４１２−２４１８．
１９８８）を用いて、複数のワンチップＳＱＵＩＤを一
定期間毎に選択回路により切り換え、磁束信号を得るも
の（特願平１−３４０９６４号）がある、しかし、この
両者の方法では１選択されていないＳＱＵＩＤは動作が
止まっている（パルスを出力していない）、このため、
すべてのチャンネルをスキャンした後、あるチャンネル
が再び選択された場合、新たな磁束信号に追いつく時間
が必要となる。これを具体的に説明すると。

次のようになる。

例えば、生体磁気計測で必要な周波数帯域は。

これまでの例から考えると、数百Ｈｚである。そこで仮
に、　３（１１）Ｈｚの周波数帯域をもたせようとする
と、サンプリング定理から、　１／６（１１）Ｈｚ即ち
１．７■Ｓ毎に全チャンネルをスキャンしなければなら
ない。

今チャンネル数が１（１１）チヤンネルとすると、１チ
ヤンネル当たり１割り当てられる時間は１．７ｓｓ／１
（１１）−１７μｓとなる。一方、磁束信号を得るため
。

ディジタルＳＱＵＩＤをフィードバック動作させる場合
、生体磁気のような微小信号に対して、磁束計は１次の
低域フィルタと同じ形の伝達関数をもち（Ｆｕｊｉｍａ
ｋｉ　ｅｔ　ａｌ、＋Ｊ、＾ｐｐ１．Ｐｈｙｓ、　、　
６５（４）、ｐｐ１６２６−１６３０．１９８９）　、
遮断周波数ω。は次式で与えられる。

ω。＝２ｆ、・ΔΦ・ｄ　Ｐ／ｄΦ ｆ、・・・ＳＱＵＩＤに与えるバイアス周波数°ΔΦ・
・・１パルス当たりのフィードバック量Ｐ　・・・スイ
ッチ確率 Φ　・・・信号磁束゛仮に、バイアス周波数がＩＭＨ２，ΔΦが１×１０４
Φ。、ｄＰ／ｄΦが１（１１）／Φ。とすると、　ｆ。

は約３２０Ｈｚとなる。しかし、１チヤンネル当たりの
割りあて時間１７μｓの間に入力磁束に追いつ（には、
少なくとも、２０ＫＨｚ　　（９０％）以上の帯域が必
要であり、従って、バイアス周波数を更に２桁以上あげ
なくてはならない、また、磁束計の感度を上げるには、
量子化雑音の影響を避けるためにΔΦを小さくしなけれ
ばならないが、そうするとその分を補うため更にバイア
ス周波数を上げる必要がある。

ところで、マルチチャンネル化に際して重要なことのひ
とつに、ＳＱＵＩＤとの信号線の数をいかに減らすか、
ということが挙げられる。これは。

通常ＳＱＵＩＤセンサは液体ヘリウムなどの低温環境下
に置かれるため、チャンネル数が増える結果、室温側の
回路とを繋ぐケーブルの数が増えると、それに伴い高価
な液体ヘリウムなど寒剤の消費量も増すからである。従
来のアナログ動作のＳＱＵＩＤでは、前述したようにＳ
ＱＵＩＤセンサ各々に対し、処理回路（室温）が設けら
れるので。

チャンネル数分の出力線とフィードバック線が必要にな
る。また１周波数多重化の方法でも、出力線は一つにな
るものの、フィードバック線はチャンネル数分必要にな
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

１（１１）チャンネル以上のマルチチャンネルＳＱＵＩ
Ｄ磁束計を実現させる場合、上述したように。

数百ＭＨｚ以上のバイアス周波数での動作が必要となる
。しかし、このような周波数領域での動作は。

マルチチャンネルの場合、チャンネル間でのクロストー
クが起こり易くなるといった問題を生しさせる。また、
従来方式によるマルチチャンネル５ＱＵＩ’Ｄ磁束計で
は、チャンネル数を増やすほど。

液体ヘリウムなど寒剤の消費量も増すといった問題が生
しる。

本発明は、バイアス周波数が低くとも、各チャンネルの
応答を正確に行うことができるマルチチャンネルＳＱＵ
ＩＤ磁束計を提供することを目的とする。

また１本発明は、チャンネル数が増えても、液体ヘリウ
ムなどのＳＱＵＩＤの寒剤の消費量が少ない、マルチチ
ャンネルＳＱＵＩＤＩＩＰＬ束計を提供することを目的
とする。

更に１本発明は、各チャンネルの応答が正確で。

かつ、寒剤の消費量が少ないマルチチャンネルＳＱＵＩ
Ｄ磁束計を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は１本発明の原理構成図であり１本発明によるマ
ルチチャンネルＳＱＵＩＤ磁束計を示している。

１はＳＱＵＩＤを用いた磁束センサであり、生体からの
磁界を電気信号に変換するものであり。

複数個設けられている。２は発振器であり、ＳＱＵＩＤ
をパルス動作させるため、複数の磁束センサｌに対して
バイアス電流を供給するもの、３は制御回路であり、マ
ルチプレクサ４及び５に対しそのスイッチを切り換える
信号を与えるもの、４はマルチプレクサであり、各磁束
センサ１の出力を切り換えることにより、複数の磁束セ
ンサ１の出力をシリアルデータに変換するもの、５もマ
ルチプレクサであり、シリアルデータをパラレルデータ
に変換するもので、その機能から゛デマルチプレクサと
呼ばれることもある。６は信号処理回路であり、電気信
号（検出信号）から磁束信号を抽出するものであり、複
数の磁束センサ１の各々に対応して設けられる。

（作　用〕第２図は１本発明の作用説明図であり、第１図図示のマ
ルチチャンネルＳＱＵＩＤ［束計におけるタイムシーケ
ンスを示している。

発振器２は、比較的低い周波数（例えばＩ　ＭＨｚ）の
バイアス電流（ａ）を、複数の磁束センサ１の各々に供
給する。生体の磁界測定領域の各部位に対応する磁束セ
ンサ１の各々（１−Ｎ）からのパルス出力（ｂｌ〜ｂＮ
）は、制御回路３の制御信号（Ｃ）によって、バイアス
電流（ａ）の半周期（実際は１７４周期）中にすべてマ
ルチプレクサ４によって、切り換えられ、シリアルデー
タ（ｄ）に変換される。その後、１本の出カケープルで
シリアルデータ（ｄ）は。

室温側に設けられたマルチプレクサ５へ転送される。そ
して１マルチプレクサ４の制御信号に同期した制御回路
３の信号（Ｃ′）を用いてマルチプレクサ５を切り換え
ることにより、シリアルデータ（ｄ）は、パラレルデー
タに変換され、各磁束センサｌに対応した信号処理回路
６に送られる。これをバイアス電流の加わっている間、
繰り返し行えば。

各信号処理回路には各磁束センサ１毎の時系列データが
得られるので、ｍ束信号に変換することができ、測定部
位に対応した磁束信号１〜Ｎのデータが得られる。

本発明では以上の如く、各々の磁束センサｌはバイアス
電流（ａ）の加わっている間は絶えず動作している（パ
ルス信号のオンオフ測定をバイアス電ｍ（ａ）の半周期
Ｔ／２毎に毎回行っている）ので７等価的に各磁束セン
サ１は１チヤンネルで動作している。したがって５応答
上の問題は生じない、また、マルチプレクサ４及び５を
使って、出力線を１本にまとめているので、液体ヘリウ
ムなどのＳＱＵＩＤの寒剤の消費量も少なくすることが
可能である。

〔実施例〕

第３図は本発明の一実施例構成図である。

この実施例は、バイアス電流（ａ）を複数の磁束センサ
ｌに同一のタイミングで供給すると共に、磁束センサ１
の各々に超伝導フィードバック回路を内蔵した例である
。

なお、この実施例では、磁束センサ１及びマルチプレク
サ４が低温槽７内に設けられ、液体ヘリウムなどの寒剤
で冷却される。この点は、後述の他の実施例も同様であ
る。

また、この実施例では５本発明に従って磁束センサｌを
測定中は連続して動作させるために、測定中、バイアス
ｌ＠（ａ）は連続して供給され、フィードバック入力は
選択回路等により切断されることなく常に入力され、１
束センサｌの出力は常にマルチプレクサ４に供給される
。この点は、後述の他の実施例も同様である。

低温槽から室温側へ延びるケーブルについてみると、マ
ルチプレクサ４を設けたことにより、信−号出力につい
ては、出力線８は１本である。バイアス電流（ａ）につ
いては、供給タイミングを１つ（共通）にしたことによ
り、バイアス線９は１本である。制御回路３からの制御
信号（Ｃ）線１０については、ｆｌｉ束センサ１の数を
Ｎとすると、その本数はｌｏｇ、Ｎ本である。フィード
バック入力については、フィードバック回路を内蔵した
ことにより。

本数は０本である。これにより、液体ヘリウムの消費を
少なくできる。

以下、低温側に設けられる磁束センサ１及びマルチプレ
クサ４について、まず説明する。

フィードバック回路を内蔵するために、磁束センサ１は
、第４Ａ図乃至第４Ｃ図に図示のいずれかの構成を有す
る。即ち、磁束センサｌは、　　ＳＱＵＩＤを用いたセ
ンサの部分（以下、スクイドセンサという）２１と、こ
れとワンチップ化された超伝導フィードバック回路２２
とからなる。

第４Ａ図は、ワンチップ磁束センサの構成を示す、第４
Ａ図において、３１ａ、３１ｂは超伝導ループからなり
測定したい磁束（被測定磁束）をビックアンプするため
にループ内に鎖交する磁束を取り出す一対のピックアッ
プコイル、３２は入力コイルでピンクアップコイル３１
ａ、３１ｂと共に超伝導ループ３３を構成している。入
力コイル３２はスクイドセンサ２１の一部を構成し、超
伝導ループ３３に生じた磁束をスクイドセンサ２１に付
与する。

スクイドセンサ２１は２接合量子干渉素子を交流バイア
スするものが用いられ、超伝導ループ３４にジョセフソ
ン接合Ｊ、、Ｊ、および超伝導インダクタンス３５を含
んで構成され、入力コイル３２から付与された被測定信
号磁束Φ３　（結合係数はＭ、）とフィードバック磁束
Φ２．の差を受け、これを交流バイアス電流（ａ）によ
りパルス化して入力磁束（Φ、−Φ１．）に応じた電流
パルスをフィードバック回路２２に出力する。

一フィードバシク回路２２としては９例えば超伝導ルー
プ３７にジョセフソン接合Ｊ、、Ｊ、および第１のイン
ダクタンス３８を含むとともに、第１のインダクタンス
３８と磁界結合（結合係数はＭｚ）する第２のインダク
タンス３９を有し、スクイドセンサ２１から送られるパ
ルスを磁束量子に変換する書込みゲート４０と、書込み
ゲー）４０を通過したパルスを磁束量子に変換して蓄え
る超伝導インダクタ４１からなる超伝導の蓄積ループ４
２を用いたものが使用される。また、超伝導インダクタ
４１の磁束量子は磁界結合しているフィードバックルー
プ４３を通してフィードバック磁束としてスクイドセン
サ２１０入力側に戻される。

したがって、フィードバック回路２２はスクイドセンサ
２１から出力されるパルスを計測し、この計測結果に応
じた磁束量子をフィードバックループ４３による磁界結
合を通してスクイドセンサ２１の入力側にフィードバッ
クする。

以上の構成において、スクイドセンサ２１は加えられた
磁束に依存するパルス列を生じ、このパルス列はそれぞ
れマルチプレクサ４に送られる。

スクイドセンサ２１の出力がフィードバック回路２２に
送られる。そしてスクイドセンサ２１の出力パルスはフ
ィードバック回路２２によってカウントされ、その結果
に比例した磁束はスクイドセンサ２１にフィードバック
される。したがって。

フィードバックループ４３はピックアップコイル３１ａ
、３１ｂが拾う被測定磁束を、常にフィードバック磁束
で打ち消すように動作し、フィードバック量を見ると、
被測定磁束の大きさがわかる。

次に、第４Ｂ図は従来型のｄｃ−ＳＱＵＩＤセンサのア
ナログ出力を超伝導コンパレータに入力し、パルスを得
る例である。

第４Ａ図図示の例と共通部分には同一符号を付している
。スクイドセンサ５１にはｄｃ−ＳＱＵＩＤが用いられ
、スクイドセンサ５１は超伝導ループ３４にジョセフソ
ン接合ＪｘＪｔ、抵抗５２゜５３および超伝導インダク
タンス３５を含んで構成され、入力コイル３２から付与
された被測定信号磁束Φ、（結合係数はＭ、）とフィー
ドバック磁束゛Φ、１の差を受け、これを直流バイアス
５４により電圧出力に変え抵抗５５を介して超伝導コン
パレータ５６に送る。超伝導コンパレータ５６は超伝導
ループ５７にジョセフソン接合Ｊｓ、Ｊｈおよび第１の
インダクタンス５８を含むとともに。

第１のインダクタンス５８と磁界結合（結合係数はＭｓ
）する第２のインダクタンス５９を有し。

スクイドセンサ５１の出力を交流バイアス電流（ａ）に
応答して比較し、ディジタルの電流パルスを超伝導ディ
ジタルフィードバック回路６１に出力する。超伝導ディ
ジタルフィードバック回路６１は超伝導コンパレータ５
６から出力されるパルスを計測し、この計測結果に応じ
た磁束量子をフィードバックループ６２による磁界結合
を通してスクイドセンサ５１の入力側にフィードバンク
するもので１例えば、ジョセフソン回路などにより構成
したアップダウンカウンタやＤ／Ａ変換器を含むもので
あり、さらに必要に応じてフィルタなどの回路を含むこ
とも可能である。

第４Ｃ図はパルス動作するスクイドセンサ２１に前記と
同様の超伝導ディジタルフィードバック回路６１を付け
た例である。

超伝導ディジタルフィードバック回路６１は室温側に置
いてもよいが、超伝導ディジタルフィードバック回路６
１を内蔵する内部フィードバック方式ではフィードバッ
ク線の数を減らせる。

第５図は、スクイドセンサ（ディジタルＳＱＵ＋Ｄ）２
１の動作説明図である。

この図は、ＳＱＵＩＤの入力磁束Φ、に対するＳＱＵＩ
Ｄの磁界電流ｉ、の特性（閾値特性）を示す。Φ。は、
′＆！１束量子２．０７　Ｘ　ｌ　Ｏ−”　ｗ　ｂであ
る。曲線Ａは、閾値特性を示すものであり、その内側の
領域（ハツチングを付しである）において、５ＱｔＪＩ
Ｄは、超伝導状態である。また、その外側のｓＩ域にお
いて、ＳＱＵＩＤは、電圧状態であり、パルスを出力す
る。

ここで、バイアス電流（ａ）の大きさは、入力磁束Φ、
＝０の場合における臨界電流ｉ（の大きさと等しくされ
る。このようなバイアス条件により。

入力磁束の正負に対応して、正パルス及び負パルスが出
力される。また、闇値特性が非対称とされているので、
バイアスを流の１周期Ｔ内において。

１個の正又は負のパルスを出力する。

なお、入力磁束Φ、の大きさは４例えば７図において、
−点鎖線で示す程度である。また、出力されるパルスの
パルス幅は９人力磁束Φ、の大きさに依存するが、少な
くともＴ／４以上のパルス幅を有する。

マルチプレクサ４は１液体ヘリウム等の冷媒中で動作さ
せるために、ジョセフソン論理回路を用いて構成される
。

第６Ａ図乃至第６Ｃ図は１マルチプレクサ４の構成を示
す。

第６Ａ図に図示の如く、複数の磁束上ンサｌの出力ｂｌ
乃至す、は５並列に、各々対応するジョセフソン論理積
ゲート７１に入力される。また論理積ゲート７１には１
選択回路７０がらの選択信号が入力される。これにより
、出力す、乃至す。

が、この順に選択的にＡＮＤゲート７１がら出力され、
シリアルデータからなるマルチプレクサ出力とされる。

ここで２選択回路７０の詳細は、第６Ｂ図のように示さ
れる０選択回路７０は２５６個の選択ゲートＱ、〜Ｑ！
２．を有しており、各選択ゲートＱｌ〜Ｑ□。にはＡ１
〜Ａ、からなる８ビツトの信号が入力され、これらの８
ビット信号Ａ１〜Ａカから２５６個を選択可能な制御信
号１〜ｎ　（Ａ、〜Ａ１の論理積）が生成される。

一例トシて、１つの選択ゲートＱ１の構成は第６Ｃ図の
ように示され１選択ゲートＱ１は４ビツトの信号Ａ１〜
Ａ、（本来は８ビットであるが。

４ビツトのみ示すもの）をそれぞれジョセフソン論理和
ゲート７２〜７５で受けるとともに、内部にジョセフソ
ン論理和ゲート７９〜８工・・・・・・およびジョセフ
ソン論理積ゲート７６〜７８・・・・・・を有し、Ａ＋
〜Ａ、の論理積からなる制御信号を生成する。この制御
信号が、第６Ａ図図示の論理積ゲート７１に供給される
。

マルチプレクサ４は、第７Ａ図又は第７Ｂｌ］図示の構
成とすることもできる。

第７Ａ図において、マルチプレクサ４は、３相クロック
Φ１．Φ、及びΦ、で駆動されるシフトレジスタからな
る。ロード信号り及びシフト信号Ｓが共に“１″とされ
ると、Φ１駆動の論理和ゲ−）８２，８３及び論理積ゲ
ート８４により°１”が出力される。次に、Φ、駆動の
論理和ゲート８５が信号りをシフトし、また３Ｊ論理和
ゲート８６が“１”を出力し、また、３Ｊ論理和ゲート
８７が信号ｂ１を出力する。そして、更にΦ、駆動の論
理積ゲート８８が、信号ｂ１を０ＵＴＰＵＴ端子に出力
する０次に、Φ、駆動の論理和ゲート８９が信号りを次
段（第２段）ヘシフトする。ここで。

ソフト信号Ｓが入力されると、同一の動作が行われ、信
号ｂ８が出力される。また、ここで３Ｊ論理和ゲートは
”ＳＱＵＩＤからの頁パルスを正極性の正パルスに変換
し後の処理手段を容易にしている。

第７Ｂ図は、第７Ａ図において、シフト信号Ｓの入力を
省略し、ロード信号をクロックΦ１乃至Φ、に同期して
シフトすることによって、出力パルス列す、、ｂオ、・
・・ｂ、ｌを得るシフトレジスタを示している。

第７Ｃ図は、第７Ｂ図において、第１段の前段（以下、
第０段という）に、各々が３相クロックΦ１．Φ２及び
Φ３で駆動される３つの論理和ゲートを直列に接続した
例を示している。この場合。

出力パルスｂ１に先立って、必ず“１”の出力パルス（
以下、ＭＡＲＫ信号）が得られる。そこで。

マルチプレクサ５又はその前段で、ＭＡＲＫ信号を抽出
し、これを利用して制御信号Ｃ′にトリガをかけること
により、容易にタイミングをとることができる。これに
より、シリアルデータｄがケーブルを介して送られてき
たことによる時間遅れに対応して、その分制御信号Ｃ′
を簡単に遅らせることができる。

なお、第０段に相当する回路（出力抵抗を含む）は、必
ずしも第１段の前段に設ける必要はない。即ち、第１段
から第Ｎ段までの間の所定の段に１１又は複数設けても
よい、このようにして。

出力パルス列中に１又は２以上の“１”ハイレベルのビ
ットが含まれるようにすることにより、このビットの情
報に基づいてマルチプレクサ５の制御信号Ｃ′の動作タ
イミングを決めることができる。また、第０段に相当す
る回路を複数設け、その出力の各々の論理積を求め、こ
れをトリガとして用いてもよい。論理積をとることによ
り、更に。

タイミングの決定の点からマルチプレクサ５の動作の信
頼性を向上できる。

以上で第３図における低温側に設けられる磁束センサｌ
及びマルチプレクサ４の説明を終わり。

次に、室温側に設けられる各回路について説明する。な
お、以下の説明において、第８図が参照される。第８図
は、磁束センサ１及びマルチプレクサ４を含めた。各回
路の動作を示すタイムシーケンスである。

発振器２は１例えば周ＯＴの正弦波のバイアス電流ａを
供給すると共に、これと同相の同期パルスｅを９０”位
相シフタ１２に供給する。なお。

バイアス電流は、必ずしも正弦波である必要はなく、マ
ルチプレクサ４で切り換える間は、入力磁束Φ、によっ
て出力された全部の磁束センサ１の出力パルスが持続す
るような波形であればよい。

９０°位相シフタ１２は、同期パルスｅの位相を９０°
だけシフトして９０°同期パルスｆを形成する。このパ
ルスｆは、制御回路３及び正負判別回路１４に供給され
る。

制御回路３は、パルスｒを用いたバイアス電流ａに同期
して、マルチプレクサ４及び５に対して。

信号Ａ、乃至Ａ１等からなるマルチプレクサ制御信号Ｃ
及びＣ′を供給する。信号Ｃ′は、信号Ｃよりも、ケー
ブル等における伝送遅延時間τだけ遅いタイミングとさ
れる。

ここで、マルチプレクサ４の動作タイミングは。

必ず、バイアス電流ａに対して９０°だけ遅れたタイミ
ングとなる。即ち、マルチプレクサ４は。

全ての磁束センサｌのパルス出力が終わった時点から、
その動作が開始される。これにより、マルチプレクサ４
を高速でスインチング動作させても。

これによりＳＱＵＩＤがクロストーク等の影響を受けて
誤動作することを防止できる。

一方、磁束センサ１の出力パルスは、ｂｌ乃至す、の如
くになる。即ち、このパルスは、バイアス電流ａの１／
４周期以上のパルス幅を持つ、従って、このパルス幅の
期間内に、全磁束センサ１の出力パルスｂ１乃至す、を
、マルチプレクサ４により、高速にサンプリングする。

これにより、シリアルデータｄが得られる。このサンプ
リングは９０°同期パルスｒをトリガとして開始され、
Ｔ／４周期内に終了する。

ノリアルデータｄは、前置増幅器１３で増幅され、マル
チプレクサ５に送られる。これにより。

Ｓ／Ｎ比を改善できる。

マルチプレクサ５は、制御信号Ｃ′により、シリアルデ
ータｄからパラレルデータｇ、乃至ｇｓを形成し、対応
する信号処理回路６に入力する。このパラレルデータｇ
＋乃至ｇ８は、正負のパルス出力の混在したものである
。なお、制御信号Ｃ′は。

信号Ｃと同一タイミングのものであってもよい。

また制御回路３から得るのではなく、シリアルデータｄ
のパルス列の同期クロンクをＰ　Ｌ　Ｌ　（Ｐｈａｓｅ
　Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ　）等を用いて抽出して、こ
れを信号Ｃ′として用いてもよい。

信号処理回路６は、正負判別回路１４とアップダウンカ
ウンタ１５からなる。

正負判別回路１４は、９０°同期パルスｆを用いて、対
応する１つのパラレルデータｇの正負を判別する。即ち
、９０°同期パルスｆが“１″の期間のデータｇは正パ
ルスＰ゛とし、“０″の期間のデータｇは負パルスＰ−
とする。正パルスＰ゛及び負パルスＰ−は、各々１アツ
プダウンカウンタ１５のアンプ入力及びダウン入力とさ
れる。以上により、各磁束センサ１毎に、その磁束信号
をディジタルデータとして得ることができる。即ち。

パルス出力ｂ＋乃至ｂ１は磁束センサ１内でフィードバ
ックされた結果として得られたパルスであるので、これ
をカウントすることにより、直ちに磁束信号のディジタ
ルデータが得られる。

なお、正負判別回路１４とア・ノブダウンカウンタ１５
の代わりにアナログ的な積分器を用いてもよく、またア
ップダウンカウンタ１５の後にＤ／Ａコンバータを用い
ればアナログデータが直接得られるのは言うまでもない
。

第９図は１本発明の他の実施例構成図であり。

第１０図は、その動作を示すタイムシーケンスである。

この実施例は、複数（２Ｎ個）の磁束センサ１を２組に
分け、各々に異なるタイミングのバイアス電流ａ及びｄ
を供給する例である。

磁束センサ１と同様の数（Ｎ個）の磁束センサ１′が用
意される。即ち、磁束センサｌ及び１′は。

共に、Ｎ個の磁束センサからなる組である。磁束センサ
１には、前述の実施例と同様に、バイアス電流ａが供給
される。磁束センサ１′には、バイアスを流ａとは９０
°だけ位相の異なるバイアス電流ｄが供給される。この
ために９０°位相シフタ１２′が、新たに設けられる。

バイアス電流ａ及びｄにより、磁束センサ１及び１′の
出力す、乃至ｂ８及びｂ′１乃至ｂ′８は、第１Ｏ図図
示の如くになる。

制御回路３には、前述の実施例と同様の信号ｆの他、同
期パルスｅを反転して得た信号「が供給される。信号「
は、結果として、バイアス電流ｄに対応する９０°同期
パルスとなる。制御回路３は、信号ｆを用いて出力パル
スｂ、乃至ｂ８のサンプリングのための制御信号を形成
し、信号「を用いて出力パルスｂ′１乃至ｂｒ８のサン
プリングのための制御信号を形成する。

従って、マルチプレクサ４は、前述の実施例ニおいて動
作していなかった半周期の間も動作する。

これにより、第１０図図示のシリアルデータｄが得られ
る。

磁束センサ１′に対応する正負判別回路１４′には。

信号「が供給され、正負の判別に用いられる。

なお、この実施例では、マルチプレクサ５に対して制御
回路３から制御信号を供給せずに、シリアルデータｄか
らＰＬＬ等によって同期クロックを抽出し、これを用い
る。

以上によれば、マルチプレクサ４の動作周波数の限界が
あっても、その周波数を上げることなく。

磁束センサ１の数を２倍にすることができる。即ち、マ
ルチプレクサ４を効率的に動作させることができ、出力
１ｉ８は１本のままにできる。

第１１図は１本発明の更に他の実施例構成図であり、第
１２Ａ図は、その動作を示すタイムシーケンスである。

この実施例は、複数（Ｎ個）の磁束センサ１の各々に２
時系列的に異なるタイミングでバイアス電流ａ、乃至ａ
８を供給する例である。

バイアス電流ａ、乃至ａＮは、この順に１図示の如くタ
イミングをずらして供給され、そのくり返しの周期はＴ
（前述の実施例の周′＃Ｊ４Ｔに等しい）である。バイ
アス電流ａ、乃至ａＳの各々は。

パルス幅ｔの１周期分の正弦波である。従って。

動作可能な磁束センサ１の数は、Ｔ／ｌである。

１つの磁束センサ１の出力は、パルス幅を内において、
正の出力及び負の出力が連続して得られる。これを検出
するため、同期パルスｅは、バイアス電流ａ１乃至ａＭ
の各々に同期したパルスとされ（図示せず）、９０’同
期パルスｆは、バイアス電流ａ、乃至ａＳの各々の正負
のピークに同期して立上がり及び立下がるパルスとなる
。マルチプレクサ４は、９０°同期パルスｆの立上がり
に同期して９例えば出力ｂ１を選択出力し、９０°同期
パルスの立下がりに同期して、再び出力ｂ１を選択出力
する。なお、制御回路３及びマルチプレクサ４の動作時
間分の遅延が考慮される。

ここで、バイアス電流は、第１２Ｂ図の如きものであっ
てもよい。即ち、始めのＴ／２周期において、パルス幅
ｔ／２の正のパルスのみを各磁束センサに順次供給し、
後のＴ／２周期において。

同様に負パルスを供給する。換言すれば１周期Ｔにおい
て、各磁束センサ１に対して、正及び負のパルスを１時
相をずらして１個づつ与えればよい。

第１３図は１本発明の更に他の実施例構成図である。

この実施例は、フィードバック回路を室温側に設けた例
である。

アップダウンカウンタ１５のディジタル出力は。

対応するＤ／Ａコンバータ１１に入力され、アナログ信
号に変換される。この信号は、フィードバック抵抗９０
を介して、対応する磁束センサｌに入力される。

磁束センサ１は、第１４Ａｙ！Ｊ又は第１５Ｂ図の構成
とされる。第１４Ａ図及び第１４Ｂ図の磁束センサ１は
、各々、第４Ａ図のスクイドセンサ２１及び第４Ｂ図の
スクイドセンサ５１と同様の構成を有する。なお、第１
４Ａ図図示の如く、フィードバック信号ＦＢの入力のた
めにフィードバックコイル９１が付加される。第１４Ｂ
図の場合も。

図示省略しであるが□、同様である。

この実施例によれば、フィードバック線９２の本数（Ｎ
本）分だけ、冷却側と室温側とを接続する本数が増加す
る。しかし、フィードバック量をフィードバック抵抗９
０により容易に変更可能である。また、磁束計全体のダ
イナミックレンジが。

アップダウンカウンタ１５及びＤ／Ａコンバータ１１の
ダイナミックレンジによって決定されるので、その変更
が容易である。

以上１本発明を実施例により説明したが１本発明はこれ
らに限定されるものではなく、その主旨の範囲内で種々
の変形が可能である。

例えば、第１５図図示の如く、いずれの実施例において
も、磁束センサ１と他の回路との間で。

グランド（接地電位又は接地電位配線）を分離してもよ
い、これは、以下の理由による。通常、ジタセ〃ン回路
で構成したマルチプレクサ４には。

５ＱＵＩ　Ｄのバイアス電流の数十倍のバイアス電流が
流れる。このバイアス電流は、いわゆるＴＴＬにおける
直流電流に相当し、ジ社フソン回路では交流電流である
。今、ＳＱＵＩＤのグランドが他の回路のグランドと共
通であるとする。この場合５グランドがインピータンス
を持つことは避けられないため、バイアス電流のリター
ン電流により、その電位が変動する。ここで、前述の如
く。

マルチプレクサ４のバイアス電流はＳＱＵＩＤのそれよ
り大きいため、これによるグランドのレベルの変動は、
ＳＱＵＩＤの動作に大きな影響を与え、無視できないも
のとなる。特に、バイアス電流に雑音がのっている場合
、その電流値が大きくなるため、大きな問題となる。そ
こで、このような影響を除くため、グランドを分離する
ことが好ましい。

即ち、第１５図においては、磁束センサ１の各々とマル
チプレクサ４との間には、磁界結合によるトランスＴが
設けられ、そのグランドは互いに分離されている。なお
１図中１分離されることを示すため、異なるグランドの
記号を用いて示しである。また、１１１束センサｌとバ
イアス線９（即ち発振器２）との間も同様とされる。こ
のようにすることにより、他の回路のバイアス電流がＳ
ＱＵＩＤのグランドにノイズとして影響することを防止
でき、磁束センサ１の動作の信頼性を向上できる。

また、バイアス電流は、必ずしも正弦波である必要はな
く、正負のバイアスを与えるものであつて、所定の期間
（即ちマルチプレクサ４がサンプリングしている間）、
磁束センサｌの出力を維持できるものであればよい。

また、制御回路３も冷却側に設けることが可能である。

この場合、更に冷却側から延びるケーブル数を減らすこ
とができる。

また、前述の各実施例を組み合わせて用いることが可能
である。即ち、第１３図の実施例において、第９図又は
第１０図の実施例の如きバイアス電流を供給するように
してもよい。第３図、第９図及び第１１図の実施例の各
々において、Ｎ個の磁束センサ１の一部（例えば半数）
を、第１３図の実施例の如くに構成してもよい。この場
合、フィードバック回路を室温側に設けることにより。

フィードバック量を適宜変更できる。また、第３図、第
９図及び第１１図の実施例と第１３図の実施例とを複数
組並列に設けてもよい。例えば、第３図の実施例に従う
Ｎ個の磁束センサ１と第１３図の実施例に従うＮ個の磁
束センサ１とを併用してもよい。更に、第３図の実施例
を複数組並列に設けてもよい、これは、第９図、第１１
図及び第１３図の実施例についても同様である。この場
合。

マルチプレクサ４の動作周波数による磁束センサｌの数
の制限を考慮する必要がなくなる一方、各実施例の利点
は失われない。

［発明の効果〕以上説明した樺に１本発明によれば、マルチチャンネル
ＳＱＵＩＤ磁束計において、複数個のＳＱＵＩＤ磁束セ
ンサは常に動作しており、また。

マルチプレクサを使い出力線の数を減らしているので、
入力磁束に対する応答の問題が無く、なおかつ、液体ヘ
リウムなどＳＱＵＩＤの寒剤の消費量を少なくすること
が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図。第２図は本発明の作用説明図２第３図は一実施例構成図。第４図は磁束センサ構成図。第５図は動作説明図。第６図はマルチプレクサ構成図。第７図はマルチプレクサの他の構成図。第８図はタイムシーケンスを示す図５第９図は他の実施例構成図。第１０図はタイムシーケンスを示す図。第１１図は更に他の実施例構成図。第１２図はタイムシーケンスを示す図。第１３図は更に他の実施例構成図。第１４図は磁束センサ構成図。第１５図は磁束センサ分離説明図図中、１：磁束センサ、２：発振器、３：制御回路、４
．５：マルチブレクサ、６：信号処理回路。１１　：　Ｄ／Ａコンバータ、１２：位相シフタ、１３
：前置増幅器、１４；正負判別回路、１５ニアツブダウ
ンカウンタ。特許出願人　富　士　通　株　式　会　社代理人弁理士
森１）寛（外２名）？　　　　　　　　　　（ＪコマノＶ千２″９ワフ＼す（万ズ図第６Ａ図マ）Ｖチアレクブ庄ｊＬ床図一く　　　　　　　　０ＯｔＪＴＰＵＴマルチγレクブの化：ｎ７に級ｍ犀７Ｂ図タイムシーケ〉スΣ示工図第８図タイ瓜シーケ〉スε示■し］第１２Ａ図りＸムシ−γンスを７ｒＸＴ図座１９Ｂ円刀第１４Ａ図ＦＢイ言号と電束−じン丁Δ乍り万＼、図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）パルス出力の得られるディジタルＳＱＵＩＤから
成る磁束センサ（１）を複数個並べ磁束信号を検出する
マルチチャンネルＳＱＵＩＤ磁束計において、前記複数の磁束センサ（１）にバイアス電流を供給する
バイアス手段（２）と、前記複数の磁束センサ（１）の各々の出力をシリアルデ
ータに変換する第１変換手段（４）と、前記複数の磁束センサ（１）の各々に対応して設けられ
前記磁束信号を出力する信号処理手段（６）と、前記シリアルデータをパラレルデータに変換した上で、
その各々を前記信号処理手段（６）前記バイアス電流に
同期した信号を前記第１及び第２変換手段（４、５）に
供給する制御手段（３）とを備え、前記バイアス手段（２）からの前記バイアス電流によっ
て前記磁束センサ（１）の各々がパルスを出力する間に
、前記制御手段（３）からの信号によって前記第１変換
手段（４）が前記パルスを前記シリアルデータに変換す
ることを特徴とするマルチチャンネルＳＱＵＩＤ磁束計。
（２）前記複数の磁束センサ（１）と他の手段（２、４
）との間において、それらのグランドが分離されていることを特徴とする請求項（１）記載のマルチチャンネル
ＳＱＵＩＤ磁束計。
（３）前記複数の磁束センサ（１）と前記第１変換手段
（４）との間、及び、前記複数の磁束センサ（１）と前
記バイアス手段（２）との間に、磁界結合によるトラン
スが挿入されており、それらのグランドが分離されてい
ることを特徴とする請求項（２）記載のマルチチャンネル
ＳＱＵＩＤ磁束計。
（４）前記複数の磁束センサ（１）、バイアス手段（２
）、制御手段（３）、第１及び第２変換手段（４、５）
及び信号処理手段（６）を１つの組とし、これを複数組
設けたことを特徴とする請求項（１）記載のマルチチャンネル
ＳＱＵＩＤ磁束計。
（５）前記バイアス手段（２）から前記複数個の磁束セ
ンサ（１）に前記バイアス電流を同一のタイミングで加
え、個々の前記磁束センサが同時に出力するパルスを、
当該出力されている期間内に前記第１変換手段（４）に
よって高速に切り換え、シリアルデータに変換することを特徴とする請求項（１）又は（２）記載のマルチ
チャンネルＳＱＵＩＤ磁束計。
（６）前記バイアス手段（２）から前記磁束センサ（１
）の各々に、時系列的にパルスを順番に加え、それと同
期して前記第１変換手段（４）によって、対応する前記
磁束センサ（１）の出力をサンプリングし、シリアルデ
ータに変換することを特徴とする請求項（１）又は（２
）記載のマルチチャンネルＳＱＵＩＤ磁束計。
（７）前記複数個の磁束センサ（１）を２つの組に分け
、各々の組に加える前記バイアス電流の位相を９０°ず
らし、各組毎に９０°異なるタイミングで出力されるパ
ルスをその出力期間内に前記第１変換手段（４）によっ
てシリアルデータに変換することを特徴とする請求項（１）、（２）又は（４）のい
ずれかに記載のマルチチャンネルＳＱＵＩＤ磁束計。
（８）前記バイアス手段（２）は発振器であることを特
徴とする請求項（１）乃至（５）のいずれかに記載のマ
ルチチャンネルＳＱＵＩＤ磁束計。
（９）前記第１変換手段（４）はマルチプレクサであることを特徴とする請求項（１）乃至（５）のいずれかに
記載のマルチチャンネルＳＱＵＩＤ磁束計。
（１０）前記マクチプレクサ（４）が１又は２以上のハ
イレベルのビットを出力し、前記第２変換手段（５）に
おいて当該ハイレベルのビットを前記変換のトリガとし
て用いることを特徴とする請求項（９）記載のマルチチャンネル
ＳＱＵＩＤ磁束計。
（１１）前記マルチプレクサ（４）がジョセフソン集積
回路から成り、超伝導状態で動作することを特徴とする請求項（７）記載のマルチチャンネル
ＳＱＵＩＤ磁束計。
（１２）前記、マルチプレクサ（４）がジョセフソン集
積回路から成るシフトレジスタであることを特徴とする請求項（１１）記載のマルチチャンネ
ルＳＱＵＩＤ磁束計。
（１３）前記複数の磁束センサ（１）の各々が超伝導回
路で構成されるフィードバック回路を含むことを特徴と
する請求項（１）乃至（５）のいずれかに記載のマルチ
チャンネルＳＱＵＩＤ磁束計。
（１４）前記超伝導フィードバック回路が超伝導インダ
クタンスと、これに磁束量子を蓄える超伝導ゲートから
成り、信号処理手段（６）がカウンタ（１５）から成ることを特徴とする請求項（９）に記載のマルチチャンネ
ルＳＱＵＩＤ磁束計。
（１５）各々の前記信号処理手段（６）がカウンタ（１
５）及びＤ／Ａコンバータ（１１）から成り、その出力
を対応する磁束センサ（１）の各々に入力磁束を打ち消
す向きに加えることを特徴とする請求項（１）乃至（５）のいずれかに
記載のマルチチャンネルＳＱＵＩＤ磁束計。