JPH0810414B2 - ジョセフソンレギュレータ回路 - Google Patents
ジョセフソンレギュレータ回路Info
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- JPH0810414B2 JPH0810414B2 JP1226869A JP22686989A JPH0810414B2 JP H0810414 B2 JPH0810414 B2 JP H0810414B2 JP 1226869 A JP1226869 A JP 1226869A JP 22686989 A JP22686989 A JP 22686989A JP H0810414 B2 JPH0810414 B2 JP H0810414B2
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- Japan
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- josephson
- current
- circuit
- regulator
- superconducting quantum
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ジョセフソン集積回路のパワーバスにバイ
アス電流を供給する電源供給回路に関し、より詳しくは
外部から供給される正弦波入力電流をジョセフソン集積
回路に最適な台形波状のバイアス電流に変換するジョセ
フソンレギュレータ回路に関する。
アス電流を供給する電源供給回路に関し、より詳しくは
外部から供給される正弦波入力電流をジョセフソン集積
回路に最適な台形波状のバイアス電流に変換するジョセ
フソンレギュレータ回路に関する。
〔従来の技術〕 従来、ジョセフソン集積回路のためのこのようなレギ
ュレータ回路としては、複数個のジョセフソン接合を直
列に接続した回路をジョセフソン集積回路のパワーバス
と接地面間に挿入した回路が知られている。このこと
は、例えば、テクニカル・ダイジェスト・オブ・ザ・イ
ンターナショナル・エレクトロン・デバイシィス・ミー
ティング誌（Technical Digest of the International
Electron Devices Meeting）、1979年、第489〜第492頁
に記載されている。
ュレータ回路としては、複数個のジョセフソン接合を直
列に接続した回路をジョセフソン集積回路のパワーバス
と接地面間に挿入した回路が知られている。このこと
は、例えば、テクニカル・ダイジェスト・オブ・ザ・イ
ンターナショナル・エレクトロン・デバイシィス・ミー
ティング誌（Technical Digest of the International
Electron Devices Meeting）、1979年、第489〜第492頁
に記載されている。
第３図は、この従来の技術によるジョセフソンレギュ
レータ回路の一例を示す回路図である。第３図を参照し
て、従来のジョセフソンレギュレータ回路の動作を説明
する。このジョセフソンレギュレータ回路は、４個の直
列接続されたジョセフソン接合と各ジョセフソン接合に
磁気的に結合するように配置された制御配線２から構成
される。ジョセフソンレギュレータは、端子ACに入力し
た正弦波交流電流をジョセフソン接合の非線形な電流−
電圧特性を使用して端子Outに接続されたジョセフソン
集積回路のパワーバスに台形波状の交流電流を送り出す
回路である。
レータ回路の一例を示す回路図である。第３図を参照し
て、従来のジョセフソンレギュレータ回路の動作を説明
する。このジョセフソンレギュレータ回路は、４個の直
列接続されたジョセフソン接合と各ジョセフソン接合に
磁気的に結合するように配置された制御配線２から構成
される。ジョセフソンレギュレータは、端子ACに入力し
た正弦波交流電流をジョセフソン接合の非線形な電流−
電圧特性を使用して端子Outに接続されたジョセフソン
集積回路のパワーバスに台形波状の交流電流を送り出す
回路である。
第４図は、このジョセフソンレギュレータ回路に加え
る正弦波入力波形（ａ）と台形波状の出力電流波形（制
御配線にDC電流を加えない場合（ｂ）と加えた場合
（ｃ）を示した図である。
る正弦波入力波形（ａ）と台形波状の出力電流波形（制
御配線にDC電流を加えない場合（ｂ）と加えた場合
（ｃ）を示した図である。
第４図は、ジョセフソン接合の電流−電圧特性の概略
図を示した図である。
図を示した図である。
第４図及び第５図を参照してこのジョセフソンレギュ
レータ回路の動作原理をさらに詳しく説明する。
レータ回路の動作原理をさらに詳しく説明する。
最初に制御配線DCに電流を流さない場合のジョセフソ
ンレギュレータの動作について説明する。この場合の出
力波形は、第４図（ｂ）に示したように、入力の正弦波
電流が零（Ａ点）から増大しても、その値がジョセフソ
ン接合の臨界電流値（Io）を越えないうちは電流は全て
接合を通って接地に流れるため出力に電流は流れない
（Ａ点−Ｂ点）。さらに電流が増大すると、ジョセフソ
ン接合は電圧状態にスイッチするため出力に電流が流れ
（Ｃ点）、さらに入力電流が増大しても動作点は接合特
性のギャップ領域（定電圧領域）にあるため出力電流値
はほぼ一定の値に整形される（Ｃ−Ｄ点）。この間、余
分な電流分は、ジョセフソン接合を通して漏れ電流とし
て接地に流れている。出力電流の大きさは、接合のギャ
ップ電圧とパワーバスの付加抵抗値により決定される。
また、出力電流値をほぼ一定に保つためには、動作点が
第５図の接合特性のギャップ領域を出ないようにすれば
よい。このため、入力制限波電流の最大値は、ギャップ
電圧領域での最大電流値（IG）を越えないように設計す
ればよい。次に、入力の制限波電流がその最大値（Ｄ
点）から出力電流値まで減少する間は、出力電流はほぼ
一定値に保たれ（Ｄ−Ｅ点）、さらに減少すると動作点
は接合特性のサブギャップ領域に入るため、ジョセフソ
ン接合は高インピーダンス状態になり、入力電流の大部
分が出力に流れる（Ｅ−Ａ点）。負の極性部分の正弦波
電流に対しても、ジョセフソン接合の電流−電圧特性が
電流・電圧の極性に対して対称であるため、同様の動作
を行う。
ンレギュレータの動作について説明する。この場合の出
力波形は、第４図（ｂ）に示したように、入力の正弦波
電流が零（Ａ点）から増大しても、その値がジョセフソ
ン接合の臨界電流値（Io）を越えないうちは電流は全て
接合を通って接地に流れるため出力に電流は流れない
（Ａ点−Ｂ点）。さらに電流が増大すると、ジョセフソ
ン接合は電圧状態にスイッチするため出力に電流が流れ
（Ｃ点）、さらに入力電流が増大しても動作点は接合特
性のギャップ領域（定電圧領域）にあるため出力電流値
はほぼ一定の値に整形される（Ｃ−Ｄ点）。この間、余
分な電流分は、ジョセフソン接合を通して漏れ電流とし
て接地に流れている。出力電流の大きさは、接合のギャ
ップ電圧とパワーバスの付加抵抗値により決定される。
また、出力電流値をほぼ一定に保つためには、動作点が
第５図の接合特性のギャップ領域を出ないようにすれば
よい。このため、入力制限波電流の最大値は、ギャップ
電圧領域での最大電流値（IG）を越えないように設計す
ればよい。次に、入力の制限波電流がその最大値（Ｄ
点）から出力電流値まで減少する間は、出力電流はほぼ
一定値に保たれ（Ｄ−Ｅ点）、さらに減少すると動作点
は接合特性のサブギャップ領域に入るため、ジョセフソ
ン接合は高インピーダンス状態になり、入力電流の大部
分が出力に流れる（Ｅ−Ａ点）。負の極性部分の正弦波
電流に対しても、ジョセフソン接合の電流−電圧特性が
電流・電圧の極性に対して対称であるため、同様の動作
を行う。
次に、制御配線に直流電流を流した場合のジョセフソ
ンレギュレータの動作について説明する。この直流電流
は、ジョセフソン接合に対して磁場を発生することによ
り、ジョセフソン接合の超伝導電流を除去（抑制）して
いる。この場合の出力波形は、第４図（ｃ）に示したよ
うに、入力の正弦波電流が（Ａ点）から出力電流値まで
増大する間は、ジョセフソン接合は高インピーダンスの
電圧状態になり、入力電流の大部分は出力に流れる。入
力電流が出力電流値に達すると接合特性での動作点は、
ギャップ電圧部（Ｅ点）になり、さらに入力電流が増大
しても動作点はギャップ電圧部（Ｅ−Ｄ点）にあるた
め、出力には一定の電流が流れる。その後の動作につい
ては、制御線に電流を流さない場合と同様である。第４
図（ｂ）と第４図（ｃ）を較べてわかるように、制御線
に直流電流を流してジョセフソン接合に磁場を加えた場
合のほうが、出力電流が一定の領域（全領域に対するこ
の部分の割合をデューティという）が広くなる。ジョセ
フソン集積回路は、バイアス電流として電流値が一定の
領域で動作させるため、この領域が広い即ちデューティ
が大きいほうが電源として望ましい。特に1GHz以上のク
ロックで高速動作を行うためには、このことは非常に重
要である。
ンレギュレータの動作について説明する。この直流電流
は、ジョセフソン接合に対して磁場を発生することによ
り、ジョセフソン接合の超伝導電流を除去（抑制）して
いる。この場合の出力波形は、第４図（ｃ）に示したよ
うに、入力の正弦波電流が（Ａ点）から出力電流値まで
増大する間は、ジョセフソン接合は高インピーダンスの
電圧状態になり、入力電流の大部分は出力に流れる。入
力電流が出力電流値に達すると接合特性での動作点は、
ギャップ電圧部（Ｅ点）になり、さらに入力電流が増大
しても動作点はギャップ電圧部（Ｅ−Ｄ点）にあるた
め、出力には一定の電流が流れる。その後の動作につい
ては、制御線に電流を流さない場合と同様である。第４
図（ｂ）と第４図（ｃ）を較べてわかるように、制御線
に直流電流を流してジョセフソン接合に磁場を加えた場
合のほうが、出力電流が一定の領域（全領域に対するこ
の部分の割合をデューティという）が広くなる。ジョセ
フソン集積回路は、バイアス電流として電流値が一定の
領域で動作させるため、この領域が広い即ちデューティ
が大きいほうが電源として望ましい。特に1GHz以上のク
ロックで高速動作を行うためには、このことは非常に重
要である。
しかし、従来の技術によるジョセフソンレギュレータ
回路では、ジョセフソン接合に直接磁場を加える必要が
あり、ジョセフソン接合の面積を考慮すると、ジョセフ
ソン接合の超伝導電流を抑制するためには、制御配線に
大きな電流を流して大き磁場を発生する必要があるとい
う問題点があった。又、集積回路化する場合には、ジョ
セフソン接合を形成した後、さらにその上部に絶縁層を
介して制御配線を形成する必要がある。このため、素子
構造がより多層になり複雑になるという問題点があっ
た。
回路では、ジョセフソン接合に直接磁場を加える必要が
あり、ジョセフソン接合の面積を考慮すると、ジョセフ
ソン接合の超伝導電流を抑制するためには、制御配線に
大きな電流を流して大き磁場を発生する必要があるとい
う問題点があった。又、集積回路化する場合には、ジョ
セフソン接合を形成した後、さらにその上部に絶縁層を
介して制御配線を形成する必要がある。このため、素子
構造がより多層になり複雑になるという問題点があっ
た。
本発明の目的は、これらの問題点を除去したジョセフ
ソンレギュレータ回路を提供することにある。
ソンレギュレータ回路を提供することにある。
本発明は、一端がジョセフソン集積回路のパワーバス
に接続され、他端が接地に接続された少なくとも１個
の，一本の制御配線を有する磁気結合型超伝導量子干渉
計を含むレギュレータ要素回路と、前記磁気結合型超伝
導量子干渉計の前記制御配線に接続された制御信号入力
端子と、前記レギュレータ要素回路の前記ジョセフソン
集積回路のパワーバスに接続された側の一端に接続され
た正弦波電流入力端子とから構成されたジョセフソンレ
ギュレータ回路であって、前記磁気結合型超伝導量子干
渉計が、少なくとも２個のジョセフソン接合を含む少な
くとも１個の超伝導ループと、前記超伝導ループに磁気
的に結合するように配置された一本の制御配線とから構
成されているものである。
に接続され、他端が接地に接続された少なくとも１個
の，一本の制御配線を有する磁気結合型超伝導量子干渉
計を含むレギュレータ要素回路と、前記磁気結合型超伝
導量子干渉計の前記制御配線に接続された制御信号入力
端子と、前記レギュレータ要素回路の前記ジョセフソン
集積回路のパワーバスに接続された側の一端に接続され
た正弦波電流入力端子とから構成されたジョセフソンレ
ギュレータ回路であって、前記磁気結合型超伝導量子干
渉計が、少なくとも２個のジョセフソン接合を含む少な
くとも１個の超伝導ループと、前記超伝導ループに磁気
的に結合するように配置された一本の制御配線とから構
成されているものである。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図
（ａ）及び（ｂ）はそれぞれこの実施例に用いる２接合
超伝導量子干渉計（2J-SQUID）を示す斜視模式図及び等
価回路図である。
（ａ）及び（ｂ）はそれぞれこの実施例に用いる２接合
超伝導量子干渉計（2J-SQUID）を示す斜視模式図及び等
価回路図である。
まず2J-SQUIDについて説明する。
これは、平面型の磁気結合型超伝導量子干渉計である
が、２つのジョセフソン接合J1，J2を含む超伝導ループ
1a（下部配線1bに接続されている）が接地面（図示しな
い）に対して平行に形成されている。制御配線1dをジョ
セフソン接合を形成する上部配線層と同じ層次の膜で形
成することができる。このことは、磁気結合型超伝導量
子干渉計では、制御配線により発生する磁場を直接ジョ
セフソン接合ではなく、ジョセフソン接合を含んだ超伝
導ループに結合させればよいためである。従って、従来
の技術のように制御配線を形成するために新たに層次の
高い配線層を形成する必要がないため、素子構造が簡単
になり製造プロセスが容易になる。また、磁気結合型超
伝導量子干渉計では、超伝導電流を抑制するのに必要と
なる直流の制御電流は、１個のジョセフソン接合の場合
に比して非常に小さくできる。
が、２つのジョセフソン接合J1，J2を含む超伝導ループ
1a（下部配線1bに接続されている）が接地面（図示しな
い）に対して平行に形成されている。制御配線1dをジョ
セフソン接合を形成する上部配線層と同じ層次の膜で形
成することができる。このことは、磁気結合型超伝導量
子干渉計では、制御配線により発生する磁場を直接ジョ
セフソン接合ではなく、ジョセフソン接合を含んだ超伝
導ループに結合させればよいためである。従って、従来
の技術のように制御配線を形成するために新たに層次の
高い配線層を形成する必要がないため、素子構造が簡単
になり製造プロセスが容易になる。また、磁気結合型超
伝導量子干渉計では、超伝導電流を抑制するのに必要と
なる直流の制御電流は、１個のジョセフソン接合の場合
に比して非常に小さくできる。
第１図に示す実施例は、一端がジョセフソン集積回路
３のパワーバスPBに接続され、他端が接地に接続された
少なくとも１個の，一本の制御配線２を有する磁気結合
型超伝導量子干渉計を含むレギュレータ要素回路と、前
述の磁気結合型超伝導量子干渉計の制御配線２に接続さ
れた制御信号入力端子DCと、レギュレータ要素回路のジ
ョセフソン集積回路のパワーバスに接続された側の一端
に接続された正弦波電流入力端子ACとから構成されたジ
ョセフソンレギュレータ回路であって、磁気結合型超伝
導量子干渉計が、２個のジョセフソン接合J1，J2を含む
１個の超伝導ループ1aと、超伝導ループ1aに磁気的に結
合するように配置された一本の制御配線1dとからなる表
面型2J-SQUIDであり、レギュレータ要素回路はこの2J-S
QUIDを４個直列に接続して正弦波電流入力端子ACと接地
間に挿入したというものである。
３のパワーバスPBに接続され、他端が接地に接続された
少なくとも１個の，一本の制御配線２を有する磁気結合
型超伝導量子干渉計を含むレギュレータ要素回路と、前
述の磁気結合型超伝導量子干渉計の制御配線２に接続さ
れた制御信号入力端子DCと、レギュレータ要素回路のジ
ョセフソン集積回路のパワーバスに接続された側の一端
に接続された正弦波電流入力端子ACとから構成されたジ
ョセフソンレギュレータ回路であって、磁気結合型超伝
導量子干渉計が、２個のジョセフソン接合J1，J2を含む
１個の超伝導ループ1aと、超伝導ループ1aに磁気的に結
合するように配置された一本の制御配線1dとからなる表
面型2J-SQUIDであり、レギュレータ要素回路はこの2J-S
QUIDを４個直列に接続して正弦波電流入力端子ACと接地
間に挿入したというものである。
動作については、従来例と基本的には同じである。
つまり、制御電流が零の場合、１個のジョセフソン接
合の臨界電流値Ioの２倍の電流までは2J-SQUIDは、零電
圧状態であり、出力側に電流は流れない。制御電流を加
えると、ジョセフソン接合が電圧状態にスイッチする電
流値は下がる。つまり、第４図において、Io→２Ioとす
れば、この実施例の動作に対応した図が得られる。
合の臨界電流値Ioの２倍の電流までは2J-SQUIDは、零電
圧状態であり、出力側に電流は流れない。制御電流を加
えると、ジョセフソン接合が電圧状態にスイッチする電
流値は下がる。つまり、第４図において、Io→２Ioとす
れば、この実施例の動作に対応した図が得られる。
従来例より小さな直流電流値で超伝導電流を抑制で
き、又、平面型であるから制御配線をジョセフソン接合
を形成する上部配線と同じ層次の膜で形成できるので製
造プロセスが簡単になることは前述したとうりである。
き、又、平面型であるから制御配線をジョセフソン接合
を形成する上部配線と同じ層次の膜で形成できるので製
造プロセスが簡単になることは前述したとうりである。
本実施例では、２接合超伝導量子干渉計を４個直列に
接続したが、任意の個数にしても同様の効果が得られ
る。また、本実施例では、２接合超伝導量子干渉計を用
いたが、この代わりに２接合超伝導量子干渉計を用いて
も同様の効果が得られる。
接続したが、任意の個数にしても同様の効果が得られ
る。また、本実施例では、２接合超伝導量子干渉計を用
いたが、この代わりに２接合超伝導量子干渉計を用いて
も同様の効果が得られる。
以上説明したように本発明は磁気結合型超伝導量子干
渉計を用いているので、ジョセフソンゲートを用いた従
来例に比べて小さな直流電流値で超伝導電流を抑制して
デューティを大きくとることができ、又、平面型の磁気
結合型超伝導量子干渉計を用いることにより製造プロセ
スが簡単なジョセフソンレギュレータ回路を実現するこ
とができる。
渉計を用いているので、ジョセフソンゲートを用いた従
来例に比べて小さな直流電流値で超伝導電流を抑制して
デューティを大きくとることができ、又、平面型の磁気
結合型超伝導量子干渉計を用いることにより製造プロセ
スが簡単なジョセフソンレギュレータ回路を実現するこ
とができる。
第１図は、本発明の一実施例を示す回路図、第２図
（ａ）及び（ｂ）は本発明のジョセフソンレギュレータ
回路の磁気結合型超伝導量子干渉計（SQUID）部分の概
略を示す斜視模式図及び等価回路図、第３図は、従来の
技術によるジョセフソンレギュレータ回路の一例を示す
回路図、第４図は、ジョセフソンレギュレータ回路に加
える入力電流波形と出力電流波形を示した図、第５図
は、ジョセフソン接合の電流−電圧特性の概略を示した
図である。 １−１〜１−４……２接合超伝導量子干渉計（2J-SQUI
D）、２……制御配線、３……ジョセフソン集積回路、
４……ジョセフソンレギュレータ、AC……制限波電流入
力端子、DC……制御信号入力端子、Out……出力端子、P
B……パワーバス。
（ａ）及び（ｂ）は本発明のジョセフソンレギュレータ
回路の磁気結合型超伝導量子干渉計（SQUID）部分の概
略を示す斜視模式図及び等価回路図、第３図は、従来の
技術によるジョセフソンレギュレータ回路の一例を示す
回路図、第４図は、ジョセフソンレギュレータ回路に加
える入力電流波形と出力電流波形を示した図、第５図
は、ジョセフソン接合の電流−電圧特性の概略を示した
図である。 １−１〜１−４……２接合超伝導量子干渉計（2J-SQUI
D）、２……制御配線、３……ジョセフソン集積回路、
４……ジョセフソンレギュレータ、AC……制限波電流入
力端子、DC……制御信号入力端子、Out……出力端子、P
B……パワーバス。
Claims (3)
- 【請求項１】一端がジョセフソン集積回路のパワーバス
に接続され、他端が接地に接続された少なくとも１個
の,1本の制御配線を有する磁気結合型超伝導量子干渉計
を含むレギュレータ要素回路と、前記磁気結合型超伝導
量子干渉計の前記制御配線に接続された制御信号入力端
子と、前記レギュレータ要素回路の前記ジョセフソン集
積回路のパワーバスに接続された側の一端に接続された
正弦波電流入力端子とから構成されたジョセフソンレギ
ュレータ回路であって、前記磁気結合型超伝導量子干渉
計が、少なくとも２個のジョセフソン接合を含む少なく
とも１個の超伝導ループと、前記超伝導ループに磁気的
に結合するように配置された一本の制御配線とから構成
されていることを特徴とするジョセフソンレギュレータ
回路。 - 【請求項２】レギュレータ要素回路は、磁気結合型超伝
導量子干渉計が少なくとも２個直列に接続された回路か
ら構成された請求項（１）記載のジョセフソンレギュレ
ータ回路。 - 【請求項３】磁気結合型超伝導量子干渉計は表面型であ
る請求項（１）又は（２）記載のジョセフソンレギュレ
ータ回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1226869A JPH0810414B2 (ja) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | ジョセフソンレギュレータ回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1226869A JPH0810414B2 (ja) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | ジョセフソンレギュレータ回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0390920A JPH0390920A (ja) | 1991-04-16 |
| JPH0810414B2 true JPH0810414B2 (ja) | 1996-01-31 |
Family
ID=16851848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1226869A Expired - Lifetime JPH0810414B2 (ja) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | ジョセフソンレギュレータ回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0810414B2 (ja) |
-
1989
- 1989-08-31 JP JP1226869A patent/JPH0810414B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0390920A (ja) | 1991-04-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
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