JPS6143817A - ジヨセフソン接合を用いた双極性信号ダウンエツジ検出回路 - 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） 本発明はジョセフソン集積回路において双極性信号電流
の立ち下がりの検出に用いるジョセフソン接合を用いた
双極性ダウンエツジ検出回路に関するものである。

（従来技術とその問題点） 従来ジョセフソン集積回路に用いるダウ・ンエッジ検出
回路は、アイビーエムジャーナルリサーチアンドデベロ
ップメントス巻２号（１９８０年）　ｐ　１５２フアリ
ス他にあるように第１図ｔこ示す回路構成であった。こ
の回路の動作を以下に示す。ゲート電流路１６を通して
ゲート電流Ｉｇを流した状態で入力線路１７から信号電
流Ｉｓを流すと、信号電流の立ち上がりでトランスによ
って電流注入型の量子干渉計ゲー目１に誘起電流ＩＡが
誘起される。ゲート電流Ｉｇ、信号電流Ｉｓを第１図に
示す向きに流すと、信号電流の立ち上がりでは量子干渉
計ゲート１１には、ゲート電流Ｉｇとトランスを通して
誘起された誘起電流ＩＡが互いに逆向きに流れるので量
子干渉計ゲート１１はスイッチしない。トランスを通し
て伝わった誘起電流１人はジョセフソン接合１３をスイ
ッチさせジョセフソン接合１３に抵抗が発生するので信
号電流Ｉｓの立ち上がりでトランス１２によって発生し
た誘起電流ＩＡはすぐに減衰する。一方信号電流Ｉｓの
立ち下がりではトランス１２によって誘起される誘起電
流Ｉλは立ち上がり時と逆向きに流れるので量子干渉計
ゲート１１ではゲート電流Ｉｇとトランス１２により誘
起された誘起電流１人が同じ向きに流れ量子干渉計ゲー
ト１１はスイッチする。このようにして第１図に示す回
路を用いれば信号電流の立ち下がりを検出するダウンエ
ツジ検出回路が得られる。第１図で抵抗１４はスイッチ
時のオーバーシュートを最小にするためのダンピング抵
抗である。抵抗１５はゲート１１やゲート１３をスイッ
チさせ得ないような小さな循環電流が流れた場合、それ
を減衰させるための非常に小さな値を持つ抵抗である。

しかし、第１図に示す回路では、信号電流Ｉｓの立ち上
がりによって誘起される誘起電流ＩＡを短時間で減衰さ
せるためのジョセフソン接合１３が信号電流Ｉｓの立ち
下がりで量子干渉計ゲート１１がスイッチする前ζこス
イッチしてはならないので、ジョセフソン接合１３の臨
界電流は量子干渉計ゲートのスイッチに必要な電流より
大きくする必要がある。そのためジョセフソン接合１３
をスイッチさせるために量子干渉計ゲート１１をスイッ
チさせるのに必要な電流以上の電流を信号電流Ｉｓとし
一〇流さなければならず利得が低くならざるを得なかっ
た。またトランス］２を用いているため面積が大きくな
り集積化に不向きであった。さらに第１図に示すダウン
エツジ検出回路は、トランス１２による誘起電流１人の
向きによって立ち下がり時に量子干渉計ゲート１１をス
イッチさせる構造であるので、信号電流の極性が反転す
ると信号電流の立ち上がりで量子干渉計ゲート１１がス
イッチしてしまい、双極性の信号電流のダウンエツジ検
出回路としては、ゲート電流Ｉｇも信号電流Ｉｓに応じ
て双極性にしなければ使用できなかった。また逆ζこ双
極性のゲート電流Ｉｇを使用する場合には、信号電流Ｉ
ｓも双極性にする必要があるという欠点を有していた。

（発明の目的） 本発明は、上記従来例より利得が大きく、回路構成も簡
単で面積も小さく、さらにゲート電流が単極性であるか
双極性であるか、信号電流が単極性であるか双極性であ
るかに関わりなくどのような組み合わせのゲート電流と
信号電流を用いても信号電流の立ち下がり検出が実現で
きるジョセフソン接合を用いた双極性信号ダウンエツジ
トリガ回路を提供することを目的としたものである。

（発明の構成） 本発明によればジョセフソン接合を用いた入力電流に対
して周期的に変化するしきい値特性を有するゲートと、
該ゲートにゲート電流を供給するゲート電流路と、核ゲ
ートに該ゲートをスイッチさせるに十分な一定の直流電
流を供給する第１の入力線路と、前記ゲートのしきい値
特性の周期性を利用し、正負どららの向きでも前記直流
電流と加算することにより前記ゲート電流注入時に該ゲ
ートを超伝導状態に留めておくに十分な双極性の信号電
流を供給する第２の入力線路と、前記ゲート電流を遅ら
せて該ゲートｔこ注入させる遅延手段より構成され、前
記遅延手段の効果により前記信号電流が前記ゲート電流
より先に該ゲート立ち上がることによって前記ゲート電
流室ち上がりによる該ゲートのスイッチを阻止し、前記
信号電流が前記ゲート電流より先に立ち下がることによ
って該ゲートをスイッチさせ、前記信号電流の立ち下が
りを検出することを特徴とするジョセフソン接合を用い
た双極性信号ダウンエツジ検出回路が得られる。

（構成の詳細な説明） 以下図面を用いて本発明の詳ｍｌこつき説明を行第２図
は本発明の回路構成を示したもので、ジョセフソン接合
を用いたゲート２１は第３図に示す入力電流に対して周
期的ζこ変化するしきい値特性を有する。第３図では縦
軸はゲート電流Ｉｇ、横軸は入力電流Ｉｃであり第２図
の直流電流ＩＤＣ１入力電流Ｉｓがこの入力電流Ｉｃに
相当する。第力線路２４を通して信号電流Ｉｓが同時に
注入されると、遅延回路５の効果によってゲート２１に
は信号電流Ｉｓの方がゲート電流Ｉｇより先に立ち上が
る。このとき信号電流Ｉｓは直流電流ＩＤＣとゲート２
１に対して逆向きであり、かつ信号電流Ｉｓと直流電流
ＩＤＣとは大きさが等しいとすると、動作点は第３図の
ポイント３２に移る。遅延回路５による遅延時間だけ遅
れてゲート電流Ｉｇが立ち上がると動作点は第３図のポ
イント３３に移る。この状態から信号電流Ｉｓが立ち下
がると入力電流Ｉｃとしては直流電流ＩＤＣだけが流れ
ることになるので動作点は第３図のポイン）３４に移り
ゲート２１のしきい値特性の超伝導状態の外に出るため
ゲート２１は電圧状態にスイッチし信号電流Ｉｓの立ち
下がりが検出される。直流電流ＩＤＣと信号電流Ｉｓが
ゲート２１に対して同じ向きの場合は動作点は。

信号電流Ｉｓの立ち上がりで第３図のポイント３１から
ポイント３５に移る。ゲート電流Ｉｇが立ち上がると動
作点は第３図のポイント３６に移るが、第２図のゲート
２１は第３１のように入力電流Ｉｃに超伝導状態の外に
出るのでゲート２１はスイッチし信号電流の立ち下がり
が検出される。以上説明した如く本発明の回路を用いれ
ば、双極性信号の立ち下がりの検出が単極性のゲート電
流を用いて実現できる。また逆にゲート電流の極性が反
転した場合でも、ゲート電流の立ち上がりで動作点は第
３図のポイント３２からポイント３７または、ポイント
３５からポイント３９に移り、超伝導状態にあるのでス
イッチせず、この状態から信号電流Ｉｓが立ち下がると
動作点は第３図のポイントあに移り、しきい値特性の超
伝導状態の外にでるのでゲート号電流Ｉｓが単極性であ
るか双極性であるかに関りなく、どのような組み合わせ
のゲート電流Ｉｇと信号電流Ｉｓを用いても信号電流の
立ち下がり検出が実現できる。

以上の説明では直流電流ＩＤＣと信号電流の大ききさの
電流も用いることができ、信号電流を小さくすることに
よって電流利得を上げることもてきる。また第１の入力
線路ｎを通して流す直流電流ＩＤＣは一定の大きさで時
間に関係なく常に流しておく、 （実施例１） 本発明の第１の実施例を第４図１こ示す。第４図におい
てゲート４１は三接合磁気結合型量子干渉計ゲートで第
６図に示すしきい値特性を有している。

第５図に示す回路ｔこおいて第１の入力線路５３を通し
て直流電流ＩＤＣだけが流れている状態では動作点は第
５図のポイント５１にある。次にゲート電流路４２を通
してゲート電流Ｉｇと第２の電流路材を通して信号電流
Ｉｓとを同時に流す。ゲート電流Ｉｇは遅延線４５を通
って流れるため信号電流の方が先に立ち上がり動作点は
信号電流の向きに応じて第５図のポイント５２かポイン
ト５３になる。遅延線による時間遅れだけ遅れてゲート
電流Ｉｇが立ち上がると動作点はゲート電流の向きに応
じてそれぞれ第５図のポイント５３．ポイント５６．ポ
イント５７．ポイント５９になる。これら四つのポイン
トはいずれもしきい値特性の超伝導状態ｌこあるのでゲ
ート４１はスイッチしない。この状態から信号電流が立
ち下がると動作点は第５図のポイン）５４かポイント５
８になり超伝導状態の外に出るのでゲート４１はスイッ
チし信号電流の立ち下がりが検出で、きる。

（実施例２） 第６図に本発明の第２の実施例を示す。第６図において
ゲート６１は入力電流Ｉｃに対して周期的に変化する非
対称なしきい値特性を持つ磁界結合型量子干渉計ゲート
で第７図に示すしきい値特性を有する。第６図に示す回
路において、第１の入力線路６３を通して直流電流ＩＤ
Ｃが流れている状態では動作点は第７図のポイント７０
１こある。次ｌこゲート電流路６２を通してゲート電流
Ｉｇと、第２の入力線路６４を通して信号電流Ｉｓを同
時に流してやると、ゲート電流Ｉｇは一個または複数個
のゲートからなるゲート６５の演算が終わってからゲー
ト６１に流れるのでゲート邸の演算時間だけ信号電流Ｉ
＄よりゲート６１に流れるのが遅くなる０本実施例では
、しきい値特性の非対称性のため動作マージンを最大に
とる目的で信号電流Ｉｓを直流電流ＩＤＣより小さくし
である。信号電流Ｉｓの立ち上がりで信号電流Ｉｓの極
性に応じて動作点は第７図のポイント７１がポイント７
４になる。その後ゲート６５の演算時間だけ遅れてゲー
ト電流Ｉｇが立ち上がると動作点は第７図のポイント７
２かポイント７５になる。この状態で信号電流が立ち下
がると動作点は第７図のポイント７３になり、しきい値
特作が得られるが、しきい値特性の非対称性から動作マ
ージンを上げる目的で直流電流ＩＤＣを第７図のポイン
ト７１に設定を変えることが望ましい、直流電流を動作
点が第７図のポイント７１にくるように流すと信号電流
の立ち上がりで動作点は信号電流の極性に応じて第７図
のポイント７６かポイント７０になる。次にゲート電流
Ｉｇが立ち上がると動作点は第７図のポイント７７かポ
イント７９になるが動作点はしきい値特性の超伝導状態
にあるため、ゲート６１はスイッチしない、信号電流Ｉ
ｓが立ち下がると動作点は第７図のポイント７８に移り
、しきい値特性の超伝導状態の外に出るのでゲート６１
はスイッチし信号電流Ｉｓの立ち下がりが検出される。

また抵抗６６はゲート６５の負荷抵抗である。

（実施例３） 第８図に本発明の第３の実施例を示す。第８図において
ゲート８１は第２図のゲート２１と同じしきい値特性を
有する接合磁気結合型量子干渉計で第３図に示すしきい
値特性を有している。ゲート８５は第２の入力線路８４
を流れる信号電流Ｉｓを入力流Ｉｇはゲート８１−こ流
れないので、確実に信号電流Ｉｓの方がゲート電流Ｉｇ
よりゲート８１では先に立ち上がる。このため第８図の
回路の動作は第２図を用いた構成の詳細な“説明で示し
た動作と同じになり、信号型ｉＩｓの立ち下がりを検出
するダウンエツジ検出回路が実現できる。

（発明の効果） 以上説明した如く本発明によるジョセフソン効果を用い
た双極性ダウンエツジ検出回路は、従来例に比べ信号電
流はゲート電流が立ち上がった状態でゲートのスイッチ
を防ぐだけの大きさがあればよいので高い電流利得を得
ることができる。ゲート−個で回路を構成できるため小
型化が可能で集積化にむいている。回路構成が簡単なの
で確実な動作が得やすい。ゲート電流が単極性であるか
双極性であるか、信号電流が単極性であるか双極性であ
るかに関わりなくどのような組み合わせのゲート電流と
信号電流でも用いられる等の利点を有する。

値特性を示したもので縦軸はゲート電流■ｇ、横−は入
力電流Ｉｃである。第４図は本発明の第４の実施例を示
すものである。第５図は第４図のゲート４１のしきい値
特性を示したもので縦軸はゲート電流Ｉｇ、横軸は入力
電流Ｉｃである。第６図は本発明の第２の実施例を示す
ものである。第７図は第６図のゲート６１のしきい値特
性を示すもので、縦軸はゲート電流Ｉｇ、横軸は入力電
流ＩＣである。第８図は本発明の１８３の実施例を示す
ものである。

図において、 １１・・・電流注入型量子干渉計ゲート、１２・・・ト
ランス、１３・・・ジ、セフソン接合、１４・・・ダン
ピング抵抗、１５・・・抵抗、１６・・・ゲート電流路
、１７・・・入力線路、２１・・・入力電流に対して周
期的なしきい値特性を有するジョセフンン接合を用いた
ゲート、２２・・・ゲート電流路、詔・・・＄１の入力
線路、２４・・・第２の入力線路、２５・・・遅延回路
、３１〜３９・・・第２図ゲート２１、第８図ゲート８
１の動作点、４１・・・三接合磁気結合型量子干渉計ゲ
ート、４２・・・ゲート電流路、４３・・・第１の入力
線路、４４・・・第２の入力線路、５１〜５９・・・第
５図ゲート４１の動作点、６１・・・非対称磁気結合型
量子干渉計ゲート、６２・・・ゲート電流路、６３・・
・第１の入力線路、倶・・・第２の入力線路、６５・・
・−個または複数１ニ 一流路、＆３・・・第１の入力線路、８４・・・第２の
入力線路、８５・・・第２の入力線路澗を入力線路とす
るゲート、８６・・・ゲート８５の負荷抵抗。

工業技術院長　川　１）裕　部 砧１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第δ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ジョセフソン接合を用いた入力電流に対して周期的に変
   化するしきい値特性を有するゲートと、該ゲートにゲー
   ト電流を供給するゲート電流路と、該ゲートに該ゲート
   をスイッチさせるに十分な一定の直流電流を供給する第
   １の入力線路と、前記ゲートのしきい値特性の周期性を
   利用し正負どちらの向きでも前記直流電流と加算するこ
   とにより前記ゲート電流注入時に該ゲートを超伝導状態
   に留めておくに十分な双極性の信号電流を供給する第２
   の入力線路と、前記ゲート電流を遅らせて該ゲートに注
   入させる遅延手段より構成され、前記遅延手段の効果に
   より、前記信号電流が前記ゲート電流より先に該ゲート
   に立ち上がることによって前記ゲート電流立ち上がりに
   よる該ゲートのスイッチを阻止し、前記信号電流が前記
   ゲート電流より先に立ち下がることによって該ゲートを
   スイッチさせ、前記信号電流の立ち下がりを検出するこ
   とを特徴とするジョセフソン接合を用いた双極性信号ダ
   ウンエッジ検出回路。