JPS6234413A - Josephson master flip-flop - Google Patents

Josephson master flip-flop

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JPS6234413A
JPS6234413A JP60172517A JP17251785A JPS6234413A JP S6234413 A JPS6234413 A JP S6234413A JP 60172517 A JP60172517 A JP 60172517A JP 17251785 A JP17251785 A JP 17251785A JP S6234413 A JPS6234413 A JP S6234413A
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write
gate
flop
josephson
input
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Yuji Hatano
雄治 波多野
Hideaki Nakane
中根 英章
Kunio Yamashita
山下 邦男
Yutaka Harada
豊 原田
Ushio Kawabe
川辺 潮
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  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make a '0'-level output current value smaller than usual and to improve the stability of the operation of the whole flip-flop by composing a storage loop of two Josephson devices and an inductance. CONSTITUTION:When '1' is written, a write enable signal IWE1 is inputted to a write gate 306 while a driving input IG1 is supplied. A driving input IG2 and a write enable signal IWE2 are both turned OFF for a write enable gate 307. Then, a current IL flows through the inductance 331 and its value is maintained even when a source voltage VS is removed. When '0' is written, on the other hand, the driving inputs IG1 and IG2 and write enable signals IWE1 and IWE2 are all turned ON. Then, write gates 306 and 307 are placed in the same bias state and no current flows through the inductance 311. This state is maintained even when the AC power source VS is removed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はジョセフソンマスターフリップフロップに係り
、特にAC駆動ジョセフソンLSiに適用して好適な動
作マージンの広いジョセフソンマスタースリップフロッ
プに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a Josephson master flip-flop, and particularly to a Josephson master slip-flop with a wide operating margin suitable for application to an AC-driven Josephson LSi.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

AC駆動ジョセフソン論理回路で用いられるフリップフ
ロップの代表的なものが例えば、「アイイーイーイージ
ャーナルオブエスエスシーボルエスシー−17ナンバー
シックス (I  E  E  E 、   J ournal、
  of  gloid  5tate  circu
its。
A typical type of flip-flop used in an AC-driven Josephson logic circuit is, for example, "IEE Journal of SSC-17 Number Six (IEE, Journal,
of gloid 5tate circu
Its.

Vol、SC17,No、6)  1982年12月」
に報じられている。
Vol, SC17, No. 6) December 1982”
It is reported that.

同文献Fig、2に記載されているマスターフリップフ
ロップの構造をlB1B1転輪転載、同図で101.1
02はORゲート、103は2人力ANDゲート、10
4は書込ゲートである。
The structure of the master flip-flop described in Fig. 2 of the same document is reproduced with lB1B1 rollers, and the figure is 101.1.
02 is an OR gate, 103 is a two-man AND gate, 10
4 is a write gate.

111は書込イネーブル人力Nw)、112はデータ入
力(ID)、113はAC電源(VAC)。
111 is a write enable manual input (Nw), 112 is a data input (ID), and 113 is an AC power supply (VAC).

114は書込ゲートへの駆動入力(I cl)、121
は負荷抵抗、122,123は結合抵抗、124゜12
5は給電抵抗(RP)、107は永久電流115(It
、)が蓄積されるストレージループである。■、はマス
ターフリップフロップの出力電流としての意味を持つ。
114 is the drive input to the write gate (I cl), 121
is the load resistance, 122 and 123 are the coupling resistances, 124°12
5 is the power supply resistance (RP), 107 is the persistent current 115 (It
, ) are stored in the storage loop. ■ has a meaning as the output current of the master flip-flop.

書込ゲート104に並列に配せられた抵抗126はダン
ピング抵抗である。
Resistor 126 placed in parallel with write gate 104 is a damping resistor.

書込ゲート104の臨界電流工。は書込イネーブル入力
Iwの関数Im(IW)として同文献のFig、6 (
b)に示されている。これを第2図に転載する。ストレ
ージループに゛1′書込を行う場合、駆動電流工、の全
てがILに転送されるわけではなく、若干量が書込ゲー
ト104のゲート電流として残留する。この残留量は定
常的には量子化されており、I□(IW)以下の値であ
る。
Critical current flow of write gate 104. is the function Im(IW) of the write enable input Iw as shown in Fig. 6 (
b). This is reproduced in Figure 2. When writing "1" to the storage loop, not all of the drive current is transferred to the IL, and some amount remains as the gate current of the write gate 104. This residual amount is constantly quantized and has a value equal to or less than I□(IW).

ストレージループ107に′l′書込を行う場合書込イ
ネーブル入力■7は閾値時性の谷間(第2図201の領
域)に設定するので書込ゲート104の残留ゲート電流
は同図I FLOOR(=谷間の高さ)以下の値となる
。すなわち、゛1′書込時のストレージループ出力IL
1はIL1=(I a  I FLOOR)以下Id以
下の不定の値、となる。一方、 ′0′書込時にはI 
FLOOR以下の値がストレージループに残留するので
、 ′0・書込時のストレージループ出力ILOは I L O=I FLOOR以下の不定の値となる。
When writing 'l' to the storage loop 107, the write enable input 7 is set to the valley of the threshold temporality (region 201 in Figure 2), so the residual gate current of the write gate 104 is I FLOOR ( = valley height) or less. In other words, the storage loop output IL when writing '1'
1 is an undefined value that is less than or equal to IL1=(I a I FLOOR) and less than or equal to Id. On the other hand, when writing '0', I
Since a value less than or equal to FLOOR remains in the storage loop, the storage loop output ILO at the time of '0.write becomes an undefined value less than or equal to ILO=IFLOOR.

すなわち#OJ、11′の出力振幅差を拡げるには閾値
曲線のI FLOORを小さくとらなくてはならない。
That is, in order to widen the output amplitude difference between #OJ and 11', I FLOOR of the threshold curve must be made small.

I vrbooR/ I m (0)の比を小さくする
には書込ゲート102のLIm積を小さくとらなくては
ならない、しかし入力電流工、に対する感度の点からし
にも下限がある。このためI FLOORを小さくする
にも限度がある。
In order to reduce the ratio of I vrbooR/I m (0), the LIm product of write gate 102 must be made small, but there is a lower limit in terms of sensitivity to input current. Therefore, there is a limit to how small I FLOOR can be made.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は0′ レベルの出力電流値が従来よりも
小さくなるような構造のストレージループを提供し、も
ってフリッププロップ全体の動作の安定性を強化するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a storage loop having a structure in which the output current value at the 0' level is smaller than that of the conventional storage loop, thereby enhancing the stability of the overall operation of the flip-flop.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

従来はストレージループの中には1つの書込ゲートしか
含まれていなかった。すなわち1つのジョセフソンデバ
イスとインダクタンスでストレージループが構成されて
いた。そしてこの唯一の書込ゲートには駆動人カニ、と
書込イネーブル入カニ、が与えられており、駆動入力1
.iと書込イネーブルエ、がオン状態の時にストレージ
ループに1′が書込まれ、駆動人力Idがオフで書込イ
ネーブル■ッがオンの時に0′が書込れていた。
Previously, a storage loop included only one write gate. In other words, a storage loop was composed of one Josephson device and an inductance. And this only write gate is given a driver input and a write enable input, and the drive input 1
.. 1' was written to the storage loop when i and write enable Id were on, and 0' was written when drive manual Id was off and write enable Id was on.

本発明ではストレージループの中に2つの書込ゲートが
含まれる。すなわち2つのジョセフソンデバイスとイン
ダクタンスでストレージループが構成されている。2つ
目の書込ゲートへの駆動入力、書込イネーブル入力を1
つ目の書込みゲートのものと区別するために夫々Id’
tI%%7′とすると、I d+  I we  I 
cl’ p  I w’の全てがオン状態になる時にス
トレージループに0′ が書込まれ、一方の駆動入カニ
4.書込イネーブルエいはオンであるが、他方の駆動入
カニ、′、書込イネーブルIW′はオフである時に1′
が書込れるようにするものである。
In the present invention, two write gates are included in the storage loop. In other words, a storage loop is composed of two Josephson devices and an inductance. Drive input to the second write gate, write enable input to 1
To distinguish from the second write gate, each Id'
If tI%%7', I d+ I we I
0' is written to the storage loop when all of cl' p I w' are in the on state, and one drive input crab 4. When the write enable IW is on but the other drive input, ', and the write enable IW' are off, it becomes 1'.
is written.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下本発明の詳細な説明する。第3図は本発明に係るス
トレージループとその周辺の書込ゲート駆動電流、書込
イネーブル入力発生回路までを含めたマスターフリップ
フロップの構成を示す。
The present invention will be explained in detail below. FIG. 3 shows the configuration of a master flip-flop including a storage loop, peripheral write gate drive current, and write enable input generation circuit according to the present invention.

同図でORゲート301〜305および書込ゲート30
6,307は第4図(b)にその構造を示すような3接
合ジョセフソン磁気量子干渉計のORゲートである。第
4図(b)において401・は分流抵抗、402,40
3はインダクタンス、404はダンピング抵抗、405
〜407はジョセフソン接合である。402と403は
磁気的に相互に結合している。なお書込ゲート306゜
307ではORゲート301〜305に比シテインダク
タンス403のインダクタンス値が概ね1/2に設定さ
れる。第4図(a)は5第4図(b)の3接合ジョセフ
ソン磁気量子干渉計を符号で示したもので、端子番号a
−eが、第4図(b)の端子金Jifa−eに対応して
いる。第3図’t’312゜313は第5図(b)に構
造を示す抵抗接合型のANDゲートである。同図で50
1,502は抵抗、503,504はジョセフソン接合
である。
In the same figure, OR gates 301 to 305 and write gate 30
6,307 is an OR gate of a three-junction Josephson magnetic quantum interferometer whose structure is shown in FIG. 4(b). In Fig. 4(b), 401 is a shunt resistance, 402, 40
3 is inductance, 404 is damping resistance, 405
~407 is a Josephson junction. 402 and 403 are magnetically coupled to each other. Note that in the write gates 306 and 307, the inductance value of the specific inductance 403 in the OR gates 301 to 305 is set to approximately 1/2. Figure 4(a) shows the three-junction Josephson magnetic quantum interferometer shown in Figure 4(b) with the terminal number a.
-e corresponds to the terminal metal Jifa-e in FIG. 4(b). 312 and 313 in FIG. 3 are resistance junction type AND gates whose structure is shown in FIG. 5(b). 50 in the same figure
1,502 is a resistor, and 503, 504 is a Josephson junction.

第5図(a)は、第5図(b)のANDゲートを符号で
示したもので、端子番号a −cが、第5図(b)の端
子番号a−cに対応している。再び第3図で321,3
22はデバイス間の結合抵抗、323は負荷抵抗、32
4はダンピング抵抗である。2つの書込ゲート306.
307は基準電圧端(第4図(b)におけるb端子)が
接合され、夫々の出力端(第4図(b)におけるe端子
)とインダクタンス331とを接続して形成した超電導
ループがストレージループとよばれる部分であり、ここ
にAC@源サイすル間で保持されるべきデータが永久電
流ILの形で蓄えられる。ORゲート301は書込ゲー
ト306の入力端(第4図(b)のc、d端子)に書込
イネーブル入力I w ic 1を与える。ORゲート
302,303およびANDゲート311は書込ゲート
307に書込イネーブル入力I w E 2を与える。
FIG. 5(a) shows the AND gate of FIG. 5(b) using symbols, and terminal numbers ac correspond to terminal numbers ac of FIG. 5(b). 321,3 again in Figure 3
22 is a coupling resistance between devices, 323 is a load resistance, 32
4 is a damping resistance. Two write gates 306.
Reference voltage terminal 307 (b terminal in Fig. 4(b)) is connected, and the superconducting loop formed by connecting each output terminal (e terminal in Fig. 4(b)) and inductance 331 is a storage loop. The data to be maintained between the AC@source circuits is stored here in the form of persistent current IL. The OR gate 301 provides a write enable input I w ic 1 to the input terminals of the write gate 306 (terminals c and d in FIG. 4(b)). OR gates 302, 303 and AND gate 311 provide write enable input I w E 2 to write gate 307 .

I w E□が発生すると同時にORゲート304がス
イッチし、ORゲート304の出力がANDゲート31
2で増幅されて書込ゲート306の電源端子(W54図
(b)のa端子)への駆動入力I01がオンになる。
At the same time that I w E□ occurs, the OR gate 304 switches, and the output of the OR gate 304 becomes the
2, and the drive input I01 to the power supply terminal of the write gate 306 (terminal a in FIG. 54(b)) is turned on.

一方、IwE2が発生すると同時にORゲート305が
スイッチし、ORゲート305の出力がANDゲート3
13で増幅され書込ゲート307の駆動入力I。2がオ
ンになる。ストレージループへの書込動作の基本的な入
力順序を以下に述べる。まず1′ を書込む場合、書込
ゲート306に駆動人力IG工をオンにした状態で書込
イネーブル入力IwlE工をオンにする。書込イネーブ
ル307に対しては駆動人力■。2.書込イネーブルI
 w 2ともオフにする。こうするとインダクタンス3
31にはほぼI o l −I FLOOR(I PL
OORは第2図参照)の値が書込まれ、電源電圧v8を
取去ってもこの値は保存される。次にt O′  を書
込む場合駆動入力IGl*IG2杏込イネーブルI W
 E□、Iwg2の全てをオンにする。こうすると書込
ゲート306,307は同じバイアス状態におかれイン
ダクタンス331には電流が流れない。この状態はAC
電源v8を取り去っても持続する。駆動人力I。!+I
O!および書込入力I W icmpIwxaはタイミ
ング信号Iw及び前段からのデータ入力(補信号)■。
On the other hand, at the same time as IwE2 is generated, the OR gate 305 switches, and the output of the OR gate 305 becomes the AND gate 3.
13 and the drive input I of the write gate 307. 2 is turned on. The basic input order for write operations to the storage loop will be described below. First, when writing 1', the write enable input IwlE is turned on while the manual IG input to the write gate 306 is turned on. For write enable 307, manual drive ■. 2. Write enable I
w Turn both 2 off. In this way, inductance 3
31 has almost I o l - I FLOOR (I PL
The value OOR (see FIG. 2) is written, and this value is saved even if the power supply voltage v8 is removed. Next, when writing t O', drive input IGl*IG2 execution enable I W
Turn on all E□ and Iwg2. This causes write gates 306 and 307 to be in the same bias state, and no current flows through inductance 331. This state is AC
It persists even if the power supply v8 is removed. Drive human power I. ! +I
O! and the write input I W icmp Iwxa is the timing signal Iw and the data input (complementary signal) from the previous stage.

からORゲート301〜305、ANDゲート311〜
313を用いて生成される。タイミング信号工いはAC
電源の全てのサイクルにおいて、電源電圧vElの立上
り後一定時間の遅延を経てオンになる。この遅延はスト
レージループのデータをスレーブフリップフロップが読
み出すための時間である。タイミング信号Iwが発生す
ると直ちにI w E□とIolが発生する。さらに当
該サイクルにおいてデータ入力ICがオンになるとAN
D回路311がオン状態になり書込入力I W icm
と駆動入力IG2が発生する。データ入力ICがオンに
ならなければ書込入力I W E 2と駆動入力IO2
はオフのままである。すなわちデータ人力I0がオフの
時には書込ゲート306のみがスイッチしストレージル
ープに117 書込がなされる。データ入力ICがオン
の時には書込ゲート306,307の両方がスイッチし
′0′書込がなされる。書込れたデータはACf!!源
VBが取除かれても保存される。
From OR gates 301 to 305, AND gates 311 to
313. Timing signal engineer is AC
In every cycle of the power supply, the power supply is turned on after a certain time delay after the rise of the power supply voltage vEl. This delay is the time for the slave flip-flop to read the data in the storage loop. Immediately after the timing signal Iw is generated, I w E□ and Iol are generated. Furthermore, when the data input IC is turned on in the relevant cycle, the AN
D circuit 311 is turned on and write input I W icm
and drive input IG2 are generated. If the data input IC is not turned on, write input I W E 2 and drive input IO 2
remains off. That is, when the data input I0 is off, only the write gate 306 is switched and 117 writes are performed in the storage loop. When the data input IC is on, both write gates 306 and 307 are switched and a '0' write is performed. The written data is ACf! ! It is preserved even if the source VB is removed.

すなわち、本発明の本質的に他と異なる部分は第2の書
込ゲート307の存在である。第3図で破線で囲んだ部
分(ORゲート302,303゜305、ANDゲー)
−313,書込ゲート307、抵抗320,321,3
22を含む)は書込ゲート307に伴い派生的に新設さ
れたものであり、第3図に記した以外の構成法も可能で
ある。第6図には第3図の回路の動作のシミュレーショ
ン結果を示す、ACC電源、の3つのサイクルにおいて
I C=’O’ s  ’1’ *  ’O’でありそ
れに対応してストレージループ出カニ、はlIp、go
″。
That is, the essentially different part of the present invention is the presence of the second write gate 307. The part surrounded by the broken line in Figure 3 (OR gates 302, 303° 305, AND game)
-313, write gate 307, resistor 320, 321, 3
22) are newly added as a derivative of the write gate 307, and configuration methods other than those shown in FIG. 3 are also possible. FIG. 6 shows the simulation results of the operation of the circuit in FIG. 3. In three cycles of the ACC power supply, I C = 'O' s '1' * 'O', and the storage loop output voltage is correspondingly , is lIp, go
″.

1′ に変化している。そして、その値はAC電源vs
の切替り部分の時間帯でも正常に継続している。
1′. And that value is AC power supply vs.
It continues normally even during the switching period.

下表は、本シュミレーションに用いた素子の値を示すも
のである。
The table below shows the values of the elements used in this simulation.

第7図にはこのようなマスターフリップフロップをスレ
ーブブリッププロップと組合せて用いる結合法を示す。
FIG. 7 shows a coupling method using such a master flip-flop in combination with a slave flip-flop.

同図において701は本発明によるところのマスターブ
リッププロップであり、702はその出力部のストレー
ジループである。
In the figure, 701 is a master blip-prop according to the present invention, and 702 is a storage loop at its output section.

703はスレーブフリップフロップである。スレーブプ
リッププロップはACI!源の立上りの部分でストレー
ジループのデータを読出し、その内容に応じてT (X
)またはC(補)の出力を発生する回路で、前述の文献
に詳細な記載がある。
703 is a slave flip-flop. Slave prep prop is ACI! The storage loop data is read at the rising edge of the source, and T (X
) or C (complementary) output, and is described in detail in the above-mentioned literature.

704は2人力ORゲートでスレーブフリップフロップ
の出力データが確定した時点で701にタイミング信号
Iwを送出する役割を有するものである。705,70
6はブリップフロップ間に存在する一般の組合せ回路網
である。本回路網705の出力の一部が701へのIC
入力となる。
Reference numeral 704 is a two-man OR gate having the role of sending a timing signal Iw to 701 when the output data of the slave flip-flop is determined. 705,70
6 is a general combinational network existing between flip-flops. A part of the output of this circuit network 705 is sent to IC 701.
It becomes input.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したごとく本発明によれば′0′ レベルの出
力電流値が非常に小さいマスターフリッププロップを提
供でき、もってスレーブフリップフロップでの読出しマ
ージンを広げることができ、フリップフロップ全体の動
作マージンを広げることができる。
As explained above, according to the present invention, it is possible to provide a master flip-flop with a very small output current value at the '0' level, thereby widening the read margin of the slave flip-flop, thereby widening the operating margin of the entire flip-flop. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はストレージループの構造の概略を示す図、f!
52図は書込ゲートの閾値曲線を示す図、第3図は本発
明によるマスターフリップフロップの実施例を示す図、
第4図Ca)は3接合磁気量子干渉型回路の符号を示す
図、第41m1 (b)は3接合磁気量干渉型回路の構
成を示す図、第5図(、)は抵抗接合型ANDゲートの
符号を示す図、第5図(b)はそのANDゲートの構成
を示す図、f!56図はマスターフリップフロップでの
動作シミュレーション結果を示す図、第7図はマスター
フリップフロップのスレーブフリップフロップとの結合
の方法を示す説明図である。 符号の説明 301〜307・・・ジョセフソン3接合磁気量子干渉
計、312,313・・・抵抗結合型ANDゲート、3
21〜324・・・抵抗、331・・・インダクタンス
FIG. 1 is a diagram showing an outline of the structure of a storage loop, f!
FIG. 52 is a diagram showing a threshold curve of a write gate, FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of a master flip-flop according to the present invention,
Figure 4 Ca) is a diagram showing the symbols of a 3-junction magnetic quantum interference type circuit, Figure 41m1 (b) is a diagram showing the configuration of a 3-junction magnetic quantum interference type circuit, and Figure 5 (,) is a diagram showing the configuration of a 3-junction magnetic quantum interference type circuit. FIG. 5(b) is a diagram showing the configuration of the AND gate, f! FIG. 56 is a diagram showing the operation simulation result of the master flip-flop, and FIG. 7 is an explanatory diagram showing a method of coupling the master flip-flop with the slave flip-flop. Explanation of symbols 301 to 307...Josephson three-junction magnetic quantum interferometer, 312,313...Resistive coupled AND gate, 3
21-324...resistance, 331...inductance.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、夫々の基準電圧端が接続された2つのジョセフソン
デバイスと、 該2つのジョセフソンデバイスの夫々の出力端に、第1
、第2の端子が接続された負荷インダクタンスと、 書込イネーブル信号が与えられたときに、一方のジョセ
フソンデバイスの電源端子に駆動電流を与え、かつその
入力端子に書込電流を与える手段と、 書込イネーブル信号が与えられたときに、入力信号に基
き、他方のジョセフソンデバイスの電源端子に駆動電流
を与え、かつその入力端子に書込電流を与えることを禁
止又は許可する手段とを有し、 該2つのジョセフソンデバイスと該負荷インダクタンス
により構成される超電導ループに、入力信号に応じた電
流を保持するジョセフソンマスターフリップフロップ。
[Claims] 1. Two Josephson devices with their respective reference voltage terminals connected; and a first
, a load inductance to which a second terminal is connected, and means for applying a drive current to a power supply terminal of one Josephson device and a write current to its input terminal when a write enable signal is applied. , means for applying a drive current to the power supply terminal of the other Josephson device and prohibiting or permitting application of the write current to the input terminal based on the input signal when the write enable signal is applied. A Josephson master flip-flop comprising: a Josephson master flip-flop that maintains a current according to an input signal in a superconducting loop formed by the two Josephson devices and the load inductance.
JP60172517A 1985-08-07 1985-08-07 Josephson master flip-flop Granted JPS6234413A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60172517A JPS6234413A (en) 1985-08-07 1985-08-07 Josephson master flip-flop

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60172517A JPS6234413A (en) 1985-08-07 1985-08-07 Josephson master flip-flop

Publications (2)

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