JPH0933625A - Ｓｑｕｉｄ素子 - Google Patents
Ｓｑｕｉｄ素子Info
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- JPH0933625A JPH0933625A JP7183071A JP18307195A JPH0933625A JP H0933625 A JPH0933625 A JP H0933625A JP 7183071 A JP7183071 A JP 7183071A JP 18307195 A JP18307195 A JP 18307195A JP H0933625 A JPH0933625 A JP H0933625A
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- bias current
- current
- squid
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁気パルスノイズが供給された場合でも、所
定の動作点を確保することができるＳＱＵＩＤ素子を提
供する。 【解決手段】 バイアス電流が供給される超伝導ループ
１の両電流経路に第１ジョセフソン接合２を設けている
とともに、一方の電流経路に第２ジョセフソン接合３を
設け、第２ジョセフソン接合３と並列に、インプットコ
イル７と磁気的に結合するコイル４を設けた。
定の動作点を確保することができるＳＱＵＩＤ素子を提
供する。 【解決手段】 バイアス電流が供給される超伝導ループ
１の両電流経路に第１ジョセフソン接合２を設けている
とともに、一方の電流経路に第２ジョセフソン接合３を
設け、第２ジョセフソン接合３と並列に、インプットコ
イル７と磁気的に結合するコイル４を設けた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はＳＱＵＩＤ素子に
関し、さらに詳細にいえば、磁束−電圧特性（Φ−Ｖ特
性）を非対称にすることができる新規なＳＱＵＩＤ素子
に関する。
関し、さらに詳細にいえば、磁束−電圧特性（Φ−Ｖ特
性）を非対称にすることができる新規なＳＱＵＩＤ素子
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、極めて微弱な磁場を高感度に
計測できるという利点に着目して、ＳＱＵＩＤ（Ｓｕｐ
ｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ＱＵａｎｔｕｍ Ｉｎｔｅ
ｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ）素子を用いた磁束計
の開発、応用が行われている。ここで、ＳＱＵＩＤ素子
としては、超伝導ループに１つだけのジョセフソン接合
を設けてなるｒｆ−ＳＱＵＩＤと、バイアス電流が供給
される超伝導ループの各電流経路に１つずつのジョセフ
ソン接合を設けてなるｄｃ−ＳＱＵＩＤとが知られてい
る。そして、薄膜技術の進歩に伴なって特性が揃った１
対のジョセフソン接合を得ることができるようになった
ので、近年では、ｄｃ−ＳＱＵＩＤが広く採用されるよ
うになってきている。
計測できるという利点に着目して、ＳＱＵＩＤ（Ｓｕｐ
ｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ＱＵａｎｔｕｍ Ｉｎｔｅ
ｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ）素子を用いた磁束計
の開発、応用が行われている。ここで、ＳＱＵＩＤ素子
としては、超伝導ループに１つだけのジョセフソン接合
を設けてなるｒｆ−ＳＱＵＩＤと、バイアス電流が供給
される超伝導ループの各電流経路に１つずつのジョセフ
ソン接合を設けてなるｄｃ−ＳＱＵＩＤとが知られてい
る。そして、薄膜技術の進歩に伴なって特性が揃った１
対のジョセフソン接合を得ることができるようになった
ので、近年では、ｄｃ−ＳＱＵＩＤが広く採用されるよ
うになってきている。
【０００３】このｄｃ−ＳＱＵＩＤを用いて磁束計測を
行うに当っては、一般的に、ｄｃ−ＳＱＵＩＤからの出
力電圧を磁束ロックループ回路（以下、ＦＬＬ回路と略
称する）によって、増幅し、復調した後、積分し、積分
信号を変調してフィードバックコイルに供給することに
より、超伝導ループに供給される磁束の変化を補償して
ｄｃ−ＳＱＵＩＤを所定の動作点（一般的には、Φ−Ｖ
特性の電圧が極小になる点）に固定し、上記積分信号を
磁束計測信号として取り出す構成が採用される。なお、
上記復調および変調は共通の発振信号に基づいて行われ
る。
行うに当っては、一般的に、ｄｃ−ＳＱＵＩＤからの出
力電圧を磁束ロックループ回路（以下、ＦＬＬ回路と略
称する）によって、増幅し、復調した後、積分し、積分
信号を変調してフィードバックコイルに供給することに
より、超伝導ループに供給される磁束の変化を補償して
ｄｃ−ＳＱＵＩＤを所定の動作点（一般的には、Φ−Ｖ
特性の電圧が極小になる点）に固定し、上記積分信号を
磁束計測信号として取り出す構成が採用される。なお、
上記復調および変調は共通の発振信号に基づいて行われ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ｄｃ−ＳＱＵ
ＩＤのΦ−Ｖ特性は、磁束量子Φ０を周期として変化
し、しかも１周期におけるΦ−Ｖ特性が左右対称である
から（図１０参照）、大きな磁気パルスノイズ（例え
ば、磁束量子Φ０の１／２を越える磁気パルスノイズ、
磁束量子Φ０を越える磁気パルスノイズなど）が超伝導
ループに供給された場合には、ｄｃ−ＳＱＵＩＤの動作
点がそれまでの動作点（例えば、図１０中Ｐ０参照）か
ら、１磁束量子以上離れた動作点（例えば、図１０中Ｐ
１参照）に変化してしまう。そして、一旦動作点が変化
してしまえば、ＦＬＬ回路が動作し続けるのであるか
ら、上述のような磁気パルスノイズが供給されない限り
元の動作点には戻らない。
ＩＤのΦ−Ｖ特性は、磁束量子Φ０を周期として変化
し、しかも１周期におけるΦ−Ｖ特性が左右対称である
から（図１０参照）、大きな磁気パルスノイズ（例え
ば、磁束量子Φ０の１／２を越える磁気パルスノイズ、
磁束量子Φ０を越える磁気パルスノイズなど）が超伝導
ループに供給された場合には、ｄｃ−ＳＱＵＩＤの動作
点がそれまでの動作点（例えば、図１０中Ｐ０参照）か
ら、１磁束量子以上離れた動作点（例えば、図１０中Ｐ
１参照）に変化してしまう。そして、一旦動作点が変化
してしまえば、ＦＬＬ回路が動作し続けるのであるか
ら、上述のような磁気パルスノイズが供給されない限り
元の動作点には戻らない。
【０００５】上述のように動作点が変化すれば、入力磁
束が０の場合の出力電圧（積分器からの出力電圧）が変
化するのであるから、磁気パルスノイズの入力の前後で
入力磁束と出力電圧との関係が変化してしまい、出力電
圧から正確に入力磁束を求めることができなくなってし
まう。この結果、磁束の正確な測定が不可能になってし
まう。
束が０の場合の出力電圧（積分器からの出力電圧）が変
化するのであるから、磁気パルスノイズの入力の前後で
入力磁束と出力電圧との関係が変化してしまい、出力電
圧から正確に入力磁束を求めることができなくなってし
まう。この結果、磁束の正確な測定が不可能になってし
まう。
【０００６】
【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、Φ−Ｖ特性上の動作点を１つだけにして
磁気パルスノイズに起因する動作点の変化を解消させ、
磁気パルスノイズが供給された場合であっても正確な磁
束計測を達成することができる新規なＳＱＵＩＤ素子を
提供することを目的としている。
たものであり、Φ−Ｖ特性上の動作点を１つだけにして
磁気パルスノイズに起因する動作点の変化を解消させ、
磁気パルスノイズが供給された場合であっても正確な磁
束計測を達成することができる新規なＳＱＵＩＤ素子を
提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１のＳＱＵＩＤ素
子は、所定のバイアス電流が供給される超伝導ループの
各電流経路にそれぞれ互いに等しい数の第１ジョセフソ
ン素子が設けられてあるとともに、一方の電流経路にさ
らに１つの第２ジョセフソン接合が設けられ、かつこの
第２ジョセフソン接合と並列にインプットコイルとの間
で磁束結合するコイルが設けられてある。
子は、所定のバイアス電流が供給される超伝導ループの
各電流経路にそれぞれ互いに等しい数の第１ジョセフソ
ン素子が設けられてあるとともに、一方の電流経路にさ
らに１つの第２ジョセフソン接合が設けられ、かつこの
第２ジョセフソン接合と並列にインプットコイルとの間
で磁束結合するコイルが設けられてある。
【０００８】請求項２のＳＱＵＩＤ素子は、所定のバイ
アス電流が供給されるｄｃ−ＳＱＵＩＤの超伝導ループ
の一方の電流経路に、磁束−電圧特性を非対称にすべ
く、互いに並列接続されたジョセフソン接合およびイン
プットコイルとの間で磁束結合するコイルが設けられて
ある。
アス電流が供給されるｄｃ−ＳＱＵＩＤの超伝導ループ
の一方の電流経路に、磁束−電圧特性を非対称にすべ
く、互いに並列接続されたジョセフソン接合およびイン
プットコイルとの間で磁束結合するコイルが設けられて
ある。
【０００９】
【作用】請求項１のＳＱＵＩＤ素子であれば、所定のバ
イアス電流が供給される超伝導ループの各電流経路にそ
れぞれ互いに等しい数の第１ジョセフソン素子が設けら
れてあるとともに、一方の電流経路にさらに１つの第２
ジョセフソン接合が設けられ、かつこの第２ジョセフソ
ン接合と並列にインプットコイルとの間で磁束結合する
コイルが設けられてあるので、ｄｃ−ＳＱＵＩＤに対し
てｒｆ−ＳＱＵＩＤを組み込んだような構成であり、左
右非対称のΦ−Ｖ特性を得ることができる。このＳＱＵ
ＩＤのシミュレーション結果によれば、周期が磁束量子
Φ０であるとともに、１周期の電圧波形が左右非対称で
ある。そして、入力磁束がΦ０／２以上である場合に、
１周期の出力電圧波形が、バイアス電流の正負で共に入
力磁束の絶対値が小さいほど出力電圧の絶対値が小さく
なり、入力磁束がΦ０／２以下である場合には、入力磁
束が０の時にバイアス電流の正負で出力電圧の傾き、絶
対値が互いに等しく、入力磁束が正の時にバイアス電流
が正の方が、バイアス電流が負の時と比較して出力電流
の傾き、絶対値共に大きく、入力磁束が負の時にバイア
ス電流が負の方が、バイアス電流が正の時と比較して出
力電流の傾き、絶対値共に大きくなる。
イアス電流が供給される超伝導ループの各電流経路にそ
れぞれ互いに等しい数の第１ジョセフソン素子が設けら
れてあるとともに、一方の電流経路にさらに１つの第２
ジョセフソン接合が設けられ、かつこの第２ジョセフソ
ン接合と並列にインプットコイルとの間で磁束結合する
コイルが設けられてあるので、ｄｃ−ＳＱＵＩＤに対し
てｒｆ−ＳＱＵＩＤを組み込んだような構成であり、左
右非対称のΦ−Ｖ特性を得ることができる。このＳＱＵ
ＩＤのシミュレーション結果によれば、周期が磁束量子
Φ０であるとともに、１周期の電圧波形が左右非対称で
ある。そして、入力磁束がΦ０／２以上である場合に、
１周期の出力電圧波形が、バイアス電流の正負で共に入
力磁束の絶対値が小さいほど出力電圧の絶対値が小さく
なり、入力磁束がΦ０／２以下である場合には、入力磁
束が０の時にバイアス電流の正負で出力電圧の傾き、絶
対値が互いに等しく、入力磁束が正の時にバイアス電流
が正の方が、バイアス電流が負の時と比較して出力電流
の傾き、絶対値共に大きく、入力磁束が負の時にバイア
ス電流が負の方が、バイアス電流が正の時と比較して出
力電流の傾き、絶対値共に大きくなる。
【００１０】したがって、入力磁束が０になる点を動作
点とすべくＦＬＬ回路をＳＱＵＩＤ素子に接続すること
により、磁気パルスノイズが供給された場合であって
も、動作点が永久的に変化するおそれが全くなく、この
結果、磁気パルスノイズに影響されることなく正確な磁
束測定を行うことができる。換言すれば、磁気パルスノ
イズに対する耐性が著しく高いＳＱＵＩＤ素子を提供す
ることができる。
点とすべくＦＬＬ回路をＳＱＵＩＤ素子に接続すること
により、磁気パルスノイズが供給された場合であって
も、動作点が永久的に変化するおそれが全くなく、この
結果、磁気パルスノイズに影響されることなく正確な磁
束測定を行うことができる。換言すれば、磁気パルスノ
イズに対する耐性が著しく高いＳＱＵＩＤ素子を提供す
ることができる。
【００１１】請求項２のＳＱＵＩＤ素子であれば、所定
のバイアス電流が供給されるｄｃ−ＳＱＵＩＤの超伝導
ループの一方の電流経路に、磁束−電圧特性を非対称に
すべく、互いに並列接続されたジョセフソン接合および
インプットコイルとの間で磁束結合するコイルが設けら
れてあるので、ｄｃ−ＳＱＵＩＤに対してｒｆ−ＳＱＵ
ＩＤを組み込んだような構成であり、左右非対称のΦ−
Ｖ特性を得ることができる。このＳＱＵＩＤのシミュレ
ーション結果によれば、周期が磁束量子Φ０であるとと
もに、１周期の電圧波形が左右非対称である。そして、
入力磁束がΦ０／２以上である場合に、１周期の出力電
圧波形が、バイアス電流の正負で共に入力磁束の絶対値
が小さいほど出力電圧の絶対値が小さくなり、入力磁束
がΦ０／２以下である場合には、入力磁束が０の時にバ
イアス電流の正負で出力電圧の傾き、絶対値が互いに等
しく、入力磁束が正の時にバイアス電流が正の方が、バ
イアス電流が負の時と比較して出力電流の傾き、絶対値
共に大きく、入力磁束が負の時にバイアス電流が負の方
が、バイアス電流が正の時と比較して出力電流の傾き、
絶対値共に大きくなる。
のバイアス電流が供給されるｄｃ−ＳＱＵＩＤの超伝導
ループの一方の電流経路に、磁束−電圧特性を非対称に
すべく、互いに並列接続されたジョセフソン接合および
インプットコイルとの間で磁束結合するコイルが設けら
れてあるので、ｄｃ−ＳＱＵＩＤに対してｒｆ−ＳＱＵ
ＩＤを組み込んだような構成であり、左右非対称のΦ−
Ｖ特性を得ることができる。このＳＱＵＩＤのシミュレ
ーション結果によれば、周期が磁束量子Φ０であるとと
もに、１周期の電圧波形が左右非対称である。そして、
入力磁束がΦ０／２以上である場合に、１周期の出力電
圧波形が、バイアス電流の正負で共に入力磁束の絶対値
が小さいほど出力電圧の絶対値が小さくなり、入力磁束
がΦ０／２以下である場合には、入力磁束が０の時にバ
イアス電流の正負で出力電圧の傾き、絶対値が互いに等
しく、入力磁束が正の時にバイアス電流が正の方が、バ
イアス電流が負の時と比較して出力電流の傾き、絶対値
共に大きく、入力磁束が負の時にバイアス電流が負の方
が、バイアス電流が正の時と比較して出力電流の傾き、
絶対値共に大きくなる。
【００１２】したがって、入力磁束が０になる点を動作
点とすべくＦＬＬ回路をＳＱＵＩＤ素子に接続すること
により、磁気パルスノイズが供給された場合であって
も、動作点が永久的に変化するおそれが全くなく、この
結果、磁気パルスノイズに影響されることなく正確な磁
束測定を行うことができる。換言すれば、磁気パルスノ
イズに対する耐性が著しく高いＳＱＵＩＤ素子を提供す
ることができる。
点とすべくＦＬＬ回路をＳＱＵＩＤ素子に接続すること
により、磁気パルスノイズが供給された場合であって
も、動作点が永久的に変化するおそれが全くなく、この
結果、磁気パルスノイズに影響されることなく正確な磁
束測定を行うことができる。換言すれば、磁気パルスノ
イズに対する耐性が著しく高いＳＱＵＩＤ素子を提供す
ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、実施態様を示す添付図面に
よってこの発明の実施態様を詳細に説明する。図１はこ
の発明のＳＱＵＩＤ素子の一実施態様を示す等価回路図
である。このＳＱＵＩＤ素子は、所定のバイアス電流が
供給される超伝導ループ１の各電流経路に１個ずつの第
１ジョセフソン接合２が設けられているとともに、一方
の電流経路に第２のジョセフソン接合３が設けられてお
り、この第２ジョセフソン接合と並列にコイル４が設け
られている。そして、この第２ジョセフソン接合３とコ
イル４とを含むループのみに対して、インプットコイル
からの磁束、フィードバックコイルからの磁束が供給さ
れるようにしている。したがって、必要に応じて超伝導
ループ１の大部分を磁気的にシールドする。なお、５は
超伝導ループ１のループインダクタンス、６はループイ
ンダクタンス５と並列に設けられたバイパス抵抗であ
る。すなわち、このＳＱＵＩＤ素子は、ｄｃ−ＳＱＵＩ
Ｄに対してｒｆ−ＳＱＵＩＤを組み込んだような構成で
ある。また、第１ジョセフソン接合２と第２ジョセフソ
ン接合３とは互いに等しい特性を有するものであっても
よく、互いに異なる特性を有するものであってもよい。
よってこの発明の実施態様を詳細に説明する。図１はこ
の発明のＳＱＵＩＤ素子の一実施態様を示す等価回路図
である。このＳＱＵＩＤ素子は、所定のバイアス電流が
供給される超伝導ループ１の各電流経路に１個ずつの第
１ジョセフソン接合２が設けられているとともに、一方
の電流経路に第２のジョセフソン接合３が設けられてお
り、この第２ジョセフソン接合と並列にコイル４が設け
られている。そして、この第２ジョセフソン接合３とコ
イル４とを含むループのみに対して、インプットコイル
からの磁束、フィードバックコイルからの磁束が供給さ
れるようにしている。したがって、必要に応じて超伝導
ループ１の大部分を磁気的にシールドする。なお、５は
超伝導ループ１のループインダクタンス、６はループイ
ンダクタンス５と並列に設けられたバイパス抵抗であ
る。すなわち、このＳＱＵＩＤ素子は、ｄｃ−ＳＱＵＩ
Ｄに対してｒｆ−ＳＱＵＩＤを組み込んだような構成で
ある。また、第１ジョセフソン接合２と第２ジョセフソ
ン接合３とは互いに等しい特性を有するものであっても
よく、互いに異なる特性を有するものであってもよい。
【００１４】図２はこのＳＱＵＩＤ素子のΦ−Ｖ特性の
シミュレーション結果を示す図である。このシミュレー
ション結果から明らかなように、周期が磁束量子Φ０で
あるとともに、１周期の電圧波形が左右非対称である。
そして、入力磁束がΦ０／２以上である場合に、１周期
の出力電圧波形が、バイアス電流の正負で共に入力磁束
の絶対値が小さいほど出力電圧の絶対値が小さくなり、
入力磁束がΦ０／２以下である場合には、入力磁束が０
の時にバイアス電流の正負で出力電圧の傾き、絶対値が
互いに等しく、入力磁束が正の時にバイアス電流が正の
方が、バイアス電流が負の時と比較して出力電流の傾
き、絶対値共に大きく、入力磁束が負の時にバイアス電
流が負の方が、バイアス電流が正の時と比較して出力電
流の傾き、絶対値共に大きくなる。
シミュレーション結果を示す図である。このシミュレー
ション結果から明らかなように、周期が磁束量子Φ０で
あるとともに、１周期の電圧波形が左右非対称である。
そして、入力磁束がΦ０／２以上である場合に、１周期
の出力電圧波形が、バイアス電流の正負で共に入力磁束
の絶対値が小さいほど出力電圧の絶対値が小さくなり、
入力磁束がΦ０／２以下である場合には、入力磁束が０
の時にバイアス電流の正負で出力電圧の傾き、絶対値が
互いに等しく、入力磁束が正の時にバイアス電流が正の
方が、バイアス電流が負の時と比較して出力電流の傾
き、絶対値共に大きく、入力磁束が負の時にバイアス電
流が負の方が、バイアス電流が正の時と比較して出力電
流の傾き、絶対値共に大きくなる。
【００１５】図３は図１のＳＱＵＩＤ素子に対してＦＬ
Ｌ回路を接続した状態を示すブロック図である。変調波
発生器１１からの出力信号を分周器１２に導いて分周
し、さらにＶ／Ｉコンバータ１３に導いて電流信号に変
換して、ＳＱＵＩＤ素子の超伝導ループ１にバイアス電
流として供給する。また、ＳＱＵＩＤ素子の、第２ジョ
セフソン接合３とコイル４とにより構成されるループが
インプットコイル７、フィードバックコイル８と磁気的
に結合されている。また、測定対象からの磁束を検出し
てインプットコイル７に導くピックアップコイル９が設
けられている。
Ｌ回路を接続した状態を示すブロック図である。変調波
発生器１１からの出力信号を分周器１２に導いて分周
し、さらにＶ／Ｉコンバータ１３に導いて電流信号に変
換して、ＳＱＵＩＤ素子の超伝導ループ１にバイアス電
流として供給する。また、ＳＱＵＩＤ素子の、第２ジョ
セフソン接合３とコイル４とにより構成されるループが
インプットコイル７、フィードバックコイル８と磁気的
に結合されている。また、測定対象からの磁束を検出し
てインプットコイル７に導くピックアップコイル９が設
けられている。
【００１６】そして、インプットコイル７およびフィー
ドバックコイル８により供給された磁束に対応して超伝
導ループ１のバイアス電流供給側とバイアス電流流出側
との間に発生する出力電圧をアンプ１４により増幅し、
分周器１２から出力される分周出力により復調動作を行
う第１復調器１５に供給して復調を行い、ハイパスフィ
ルタ１６に供給して低周波の信号成分（特に、直流信号
成分）を除去し、さらに変調波発生器１１から出力され
る出力信号により復調動作を行う第２復調器１７に供給
して復調を行い、第２復調器１７により復調された信号
を積分器１８に供給して積分信号を得る。なお、この積
分信号は、入力磁束に対応する信号として外部に取り出
される。
ドバックコイル８により供給された磁束に対応して超伝
導ループ１のバイアス電流供給側とバイアス電流流出側
との間に発生する出力電圧をアンプ１４により増幅し、
分周器１２から出力される分周出力により復調動作を行
う第１復調器１５に供給して復調を行い、ハイパスフィ
ルタ１６に供給して低周波の信号成分（特に、直流信号
成分）を除去し、さらに変調波発生器１１から出力され
る出力信号により復調動作を行う第２復調器１７に供給
して復調を行い、第２復調器１７により復調された信号
を積分器１８に供給して積分信号を得る。なお、この積
分信号は、入力磁束に対応する信号として外部に取り出
される。
【００１７】この積分器１８から出力される積分信号お
よび変調波発生器１１から出力される出力信号が加算器
１９に供給されることにより積分信号に対する変調を行
い、加算器１９からの出力信号をＶ／Ｉコンバータ２０
に導いて電流信号に変換し、フィードバックコイル８に
対してフィードバック信号として供給する。なお、バイ
アス電流の変調周波数とフィードバック信号の変調周波
数との関係は分周器１２の分周比により定まるのであ
り、この分周比は２-n（ただし、ｎは自然数）に設定さ
れる。一般的には、ｎの値が３以上に設定されるのであ
るが、以下の説明においては、簡単化のためにｎ＝１と
する。
よび変調波発生器１１から出力される出力信号が加算器
１９に供給されることにより積分信号に対する変調を行
い、加算器１９からの出力信号をＶ／Ｉコンバータ２０
に導いて電流信号に変換し、フィードバックコイル８に
対してフィードバック信号として供給する。なお、バイ
アス電流の変調周波数とフィードバック信号の変調周波
数との関係は分周器１２の分周比により定まるのであ
り、この分周比は２-n（ただし、ｎは自然数）に設定さ
れる。一般的には、ｎの値が３以上に設定されるのであ
るが、以下の説明においては、簡単化のためにｎ＝１と
する。
【００１８】次いで、図３の回路の動作を波形図を参照
しながら説明する。また、以下の説明は、入力磁束Φｉ
ｎの絶対値がΦ０／２より大きい場合と、Φｉｎ≦Φ０
の場合とに分けて行う。図４はΦｉｎ＞Φ０／２の場合
に対応するバイアス電流｛図４中（Ａ）｝、Φ−Ｖ特性
｛図４中（Ｂ）｝、フィードバック電流｛図４中
（Ｃ）｝、出力電圧｛図４中（Ｄ）｝の関係を示す図で
ある。
しながら説明する。また、以下の説明は、入力磁束Φｉ
ｎの絶対値がΦ０／２より大きい場合と、Φｉｎ≦Φ０
の場合とに分けて行う。図４はΦｉｎ＞Φ０／２の場合
に対応するバイアス電流｛図４中（Ａ）｝、Φ−Ｖ特性
｛図４中（Ｂ）｝、フィードバック電流｛図４中
（Ｃ）｝、出力電圧｛図４中（Ｄ）｝の関係を示す図で
ある。
【００１９】図４においては、ＳＱＵＩＤ素子の動作点
がΦ０／２＜Φｉｎ＜３Φ０／２であり、変調されたバ
イアス電流の周波数の２倍の周波数で変調されたフィー
ドバック電流がフィードバックコイル８に供給されてい
る。この場合に、ＳＱＵＩＤ素子の出力電圧は、フィー
ドバック電流をΦ−Ｖ特性にあてはめることにより、図
４中（Ｄ）に示すとおりになる。すなわち、バイアス電
流と同じ周期で正負が反転するとともに、正の期間、負
の期間のそれぞれにおいて前半の期間における出力信号
の絶対値が後半の期間の出力電圧の絶対値よりも小さく
なっている。また、前半の期間と後半の期間との差は、
バイアス電流の正負に拘らず等しい。
がΦ０／２＜Φｉｎ＜３Φ０／２であり、変調されたバ
イアス電流の周波数の２倍の周波数で変調されたフィー
ドバック電流がフィードバックコイル８に供給されてい
る。この場合に、ＳＱＵＩＤ素子の出力電圧は、フィー
ドバック電流をΦ−Ｖ特性にあてはめることにより、図
４中（Ｄ）に示すとおりになる。すなわち、バイアス電
流と同じ周期で正負が反転するとともに、正の期間、負
の期間のそれぞれにおいて前半の期間における出力信号
の絶対値が後半の期間の出力電圧の絶対値よりも小さく
なっている。また、前半の期間と後半の期間との差は、
バイアス電流の正負に拘らず等しい。
【００２０】この出力電圧波形にバイアス電流の波形を
掛け合わせて復調すると図５に示す波形が得られる。こ
の時の波形の凹凸の深さはＳＱＵＩＤ素子のΦ−Ｖ特性
の傾きの大きさに比例し、凹凸の位相はフィードバック
電流の変調の位相と一致している。その後、ハイパスフ
ィルタ１６にかけることにより直流成分を除去して図５
の波形の凹凸の部分を抽出し、もう一度フィードバック
電流の波形を掛け合わせて復調すると、ちょうど前記凹
凸の振幅を絶対値とする直流成分が得られる（図６参
照）。また、フィードバックコイル８に供給されるフィ
ードバック信号は、この直流成分のヒゲを除去するため
に積分し、さらに正負を反転させることにより得られ
る。この場合には、積分後の直流成分は正になっている
が、反転してフィードバックするのであるから、負のフ
ィードバック信号が得られる。
掛け合わせて復調すると図５に示す波形が得られる。こ
の時の波形の凹凸の深さはＳＱＵＩＤ素子のΦ−Ｖ特性
の傾きの大きさに比例し、凹凸の位相はフィードバック
電流の変調の位相と一致している。その後、ハイパスフ
ィルタ１６にかけることにより直流成分を除去して図５
の波形の凹凸の部分を抽出し、もう一度フィードバック
電流の波形を掛け合わせて復調すると、ちょうど前記凹
凸の振幅を絶対値とする直流成分が得られる（図６参
照）。また、フィードバックコイル８に供給されるフィ
ードバック信号は、この直流成分のヒゲを除去するため
に積分し、さらに正負を反転させることにより得られ
る。この場合には、積分後の直流成分は正になっている
が、反転してフィードバックするのであるから、負のフ
ィードバック信号が得られる。
【００２１】なお、Φｉｎ≧３Φ０／２の場合にも同様
に負のフィードバック信号が得られる。Φｉｎ＜−Φ０
／２の場合には、ＳＱＵＩＤ素子のΦ−Ｖ特性の傾きの
正負が反転している点が異なるだけであるから、上記の
場合と逆に、正のフィードバック信号が得られる。
に負のフィードバック信号が得られる。Φｉｎ＜−Φ０
／２の場合には、ＳＱＵＩＤ素子のΦ−Ｖ特性の傾きの
正負が反転している点が異なるだけであるから、上記の
場合と逆に、正のフィードバック信号が得られる。
【００２２】したがって、|Φｉｎ|＞Φ０／２の場合に
は、入力磁束Φｉｎが０になる方向にフィードバックが
かかることになる。図７はΦｉｎ＜Φ０の場合に対応す
るバイアス電流｛図７中（Ａ）｝、Φ−Ｖ特性｛図７中
（Ｂ）｝、フィードバック電流｛図７中（Ｃ）｝、出力
電圧｛図７中（Ｄ）｝の関係を示す図である。
は、入力磁束Φｉｎが０になる方向にフィードバックが
かかることになる。図７はΦｉｎ＜Φ０の場合に対応す
るバイアス電流｛図７中（Ａ）｝、Φ−Ｖ特性｛図７中
（Ｂ）｝、フィードバック電流｛図７中（Ｃ）｝、出力
電圧｛図７中（Ｄ）｝の関係を示す図である。
【００２３】図７においては、ＳＱＵＩＤ素子の動作点
がΦｉｎ＜Φ０／２であり、変調されたバイアス電流の
周波数の２倍の周波数で変調されたフィードバック電流
がフィードバックコイル８に供給されている。この場合
に、ＳＱＵＩＤ素子の出力電圧は、フィードバック電流
をΦ−Ｖ特性にあてはめることにより、図７中（Ｄ）に
示すとおりになる。すなわち、バイアス電流と同じ周期
で正負が反転するとともに、正の期間、負の期間のそれ
ぞれにおいて前半の期間における出力信号の値が後半の
期間の出力電圧の値よりも小さくなっている。また、図
７の動作点では、入力磁束の増加に対する出力電圧の絶
対値の増加量が、バイアス電流が正の場合の方がバイア
ス電流が負の場合よりも大きくなっている。
がΦｉｎ＜Φ０／２であり、変調されたバイアス電流の
周波数の２倍の周波数で変調されたフィードバック電流
がフィードバックコイル８に供給されている。この場合
に、ＳＱＵＩＤ素子の出力電圧は、フィードバック電流
をΦ−Ｖ特性にあてはめることにより、図７中（Ｄ）に
示すとおりになる。すなわち、バイアス電流と同じ周期
で正負が反転するとともに、正の期間、負の期間のそれ
ぞれにおいて前半の期間における出力信号の値が後半の
期間の出力電圧の値よりも小さくなっている。また、図
７の動作点では、入力磁束の増加に対する出力電圧の絶
対値の増加量が、バイアス電流が正の場合の方がバイア
ス電流が負の場合よりも大きくなっている。
【００２４】この出力電圧波形にバイアス電流の波形を
掛け合わせて復調すると図８に示す波形が得られる。こ
の時の波形の凹凸の深さはＳＱＵＩＤ素子のΦ−Ｖ特性
の傾きの大きさに比例し、凹凸の位相はフィードバック
電流の変調の位相と一致している。その後、ハイパスフ
ィルタ１６にかけることにより直流成分を除去して図８
の波形の凹凸の部分を抽出し、もう一度フィードバック
電流の波形を掛け合わせて復調すると、前記凹凸の振幅
に対応する交流成分が得られる（図９参照）。また、フ
ィードバックコイル８に供給されるフィードバック信号
は、この交流成分を積分し、さらに正負を反転させるこ
とにより得られる。図９に示す交流成分では、電圧が正
の部分の面積が電圧が負の部分の面積よりも大きいの
で、積分することにより正の直流電圧を得ることがで
き、正負を反転させることにより負のフィードバック信
号を得ることができる。これは、ＳＱＵＩＤ素子のΦ−
Ｖ特性が、入力磁束が正である場合に、バイアス電流が
正の場合の方がバイアス電流が負の場合よりも出力電圧
の傾きが大きいことに起因している。
掛け合わせて復調すると図８に示す波形が得られる。こ
の時の波形の凹凸の深さはＳＱＵＩＤ素子のΦ−Ｖ特性
の傾きの大きさに比例し、凹凸の位相はフィードバック
電流の変調の位相と一致している。その後、ハイパスフ
ィルタ１６にかけることにより直流成分を除去して図８
の波形の凹凸の部分を抽出し、もう一度フィードバック
電流の波形を掛け合わせて復調すると、前記凹凸の振幅
に対応する交流成分が得られる（図９参照）。また、フ
ィードバックコイル８に供給されるフィードバック信号
は、この交流成分を積分し、さらに正負を反転させるこ
とにより得られる。図９に示す交流成分では、電圧が正
の部分の面積が電圧が負の部分の面積よりも大きいの
で、積分することにより正の直流電圧を得ることがで
き、正負を反転させることにより負のフィードバック信
号を得ることができる。これは、ＳＱＵＩＤ素子のΦ−
Ｖ特性が、入力磁束が正である場合に、バイアス電流が
正の場合の方がバイアス電流が負の場合よりも出力電圧
の傾きが大きいことに起因している。
【００２５】ＳＱＵＩＤ素子の動作点がΦｉｎ＞−Φ０
／２である場合には、ＳＱＵＩＤ素子のΦ−Ｖ特性が、
入力磁束が負である場合に、バイアス電流が負の場合の
方がバイアス電流が正の場合よりも出力電圧の傾きが大
きいのであるから、正のフィードバック信号を得ること
ができる。したがって、|Φｉｎ|＜Φ０／２の場合に
も、入力磁束Φｉｎが０になる方向にフィードバックが
かかることになる。
／２である場合には、ＳＱＵＩＤ素子のΦ−Ｖ特性が、
入力磁束が負である場合に、バイアス電流が負の場合の
方がバイアス電流が正の場合よりも出力電圧の傾きが大
きいのであるから、正のフィードバック信号を得ること
ができる。したがって、|Φｉｎ|＜Φ０／２の場合に
も、入力磁束Φｉｎが０になる方向にフィードバックが
かかることになる。
【００２６】以上から明らかなように、入力磁束Φｉｎ
の大小、正負に拘らず、入力磁束Φｉｎが０になる方向
にフィードバックがかかるのであるから、大きな磁気パ
ルスノイズが供給された場合であっても、動作点が永久
的に変化してしまうおそれはなく、必ずΦｉｎ＝０の点
が最終的な動作点になるのであるから、磁気パルスノイ
ズが供給された場合であっても、積分回路１８からの積
分信号に基づいて正確な磁束測定結果を得ることができ
る。換言すれば、磁気パルスノイズに対する耐性を高め
ることができる。
の大小、正負に拘らず、入力磁束Φｉｎが０になる方向
にフィードバックがかかるのであるから、大きな磁気パ
ルスノイズが供給された場合であっても、動作点が永久
的に変化してしまうおそれはなく、必ずΦｉｎ＝０の点
が最終的な動作点になるのであるから、磁気パルスノイ
ズが供給された場合であっても、積分回路１８からの積
分信号に基づいて正確な磁束測定結果を得ることができ
る。換言すれば、磁気パルスノイズに対する耐性を高め
ることができる。
【００２７】
【発明の効果】請求項１の発明は、左右非対称のΦ−Ｖ
特性を得ることができ、入力磁束が０になる点を動作点
とすべくＦＬＬ回路をＳＱＵＩＤ素子に接続することに
より、磁気パルスノイズが供給された場合であっても、
動作点が永久的に変化するおそれが全くなく、この結
果、磁気パルスノイズに影響されることなく正確な磁束
測定を行うことができるという特有の効果を奏する。
特性を得ることができ、入力磁束が０になる点を動作点
とすべくＦＬＬ回路をＳＱＵＩＤ素子に接続することに
より、磁気パルスノイズが供給された場合であっても、
動作点が永久的に変化するおそれが全くなく、この結
果、磁気パルスノイズに影響されることなく正確な磁束
測定を行うことができるという特有の効果を奏する。
【００２８】請求項２の発明は、左右非対称のΦ−Ｖ特
性を得ることができ、入力磁束が０になる点を動作点と
すべくＦＬＬ回路をＳＱＵＩＤ素子に接続することによ
り、磁気パルスノイズが供給された場合であっても、動
作点が永久的に変化するおそれが全くなく、この結果、
磁気パルスノイズに影響されることなく正確な磁束測定
を行うことができるという特有の効果を奏する。
性を得ることができ、入力磁束が０になる点を動作点と
すべくＦＬＬ回路をＳＱＵＩＤ素子に接続することによ
り、磁気パルスノイズが供給された場合であっても、動
作点が永久的に変化するおそれが全くなく、この結果、
磁気パルスノイズに影響されることなく正確な磁束測定
を行うことができるという特有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のＳＱＵＩＤ素子の一実施態様を示す
等価回路図である。
等価回路図である。
【図２】図１のＳＱＵＩＤ素子のΦ−Ｖ特性のシミュレ
ーション結果を示す図である。
ーション結果を示す図である。
【図３】図１のＳＱＵＩＤ素子に対してＦＬＬ回路を接
続した状態を示すブロック図である。
続した状態を示すブロック図である。
【図４】Φｉｎ＞Φ０／２の場合に対応するバイアス電
流、Φ−Ｖ特性、フィードバック電流、出力電圧の関係
を示す図である。
流、Φ−Ｖ特性、フィードバック電流、出力電圧の関係
を示す図である。
【図５】図４の出力電圧波形にバイアス電流波形を掛け
合わせて得た波形を示す図である。
合わせて得た波形を示す図である。
【図６】図５の波形をハイパスフィルタに通し、フィー
ドバック電流波形を掛け合わせて得た波形を示す図であ
る。
ドバック電流波形を掛け合わせて得た波形を示す図であ
る。
【図７】Φｉｎ＜Φ０／２の場合に対応するバイアス電
流、Φ−Ｖ特性、フィードバック電流、出力電圧の関係
を示す図である。
流、Φ−Ｖ特性、フィードバック電流、出力電圧の関係
を示す図である。
【図８】図７の出力電圧波形にバイアス電流波形を掛け
合わせて得た波形を示す図である。
合わせて得た波形を示す図である。
【図９】図８の波形をハイパスフィルタに通し、フィー
ドバック電流波形を掛け合わせて得た波形を示す図であ
る。
ドバック電流波形を掛け合わせて得た波形を示す図であ
る。
【図１０】従来のＳＱＵＩＤ素子のΦ−Ｖ特性および動
作点を示す図である。
作点を示す図である。
１ 超伝導ループ ２ 第１ジョセフソン接合 ３ 第２ジョセフソン接合 ４ コイル ７ インプットコイル
Claims (2)
- 【請求項１】 所定のバイアス電流が供給される超伝導
ループ（１）の各電流経路にそれぞれ互いに等しい数の
第１ジョセフソン素子（２）が設けられてあるととも
に、一方の電流経路にさらに１つの第２ジョセフソン接
合（３）が設けられ、かつこの第２ジョセフソン接合
（３）と並列にインプットコイル（７）との間で磁束結
合するコイル（４）が設けられてあることを特徴とする
ＳＱＵＩＤ素子。 - 【請求項２】 所定のバイアス電流が供給されるｄｃ−
ＳＱＵＩＤの超伝導ループ（１）の一方の電流経路に、
磁束−電圧特性を非対称にすべく、互いに並列接続され
たジョセフソン接合およびインプットコイルとの間で磁
束結合するコイルが設けられてあることを特徴とするＳ
ＱＵＩＤ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7183071A JPH0933625A (ja) | 1995-07-19 | 1995-07-19 | Ｓｑｕｉｄ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7183071A JPH0933625A (ja) | 1995-07-19 | 1995-07-19 | Ｓｑｕｉｄ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0933625A true JPH0933625A (ja) | 1997-02-07 |
Family
ID=16129249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7183071A Pending JPH0933625A (ja) | 1995-07-19 | 1995-07-19 | Ｓｑｕｉｄ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0933625A (ja) |
-
1995
- 1995-07-19 JP JP7183071A patent/JPH0933625A/ja active Pending
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