JPS6351573B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ジヨセフソン接合素子を用いて構成
された複数の超伝導論理回路を互に異なる位置で
各別に駆動制御するに用い得る、周期性タイミン
グ信号を発生する超伝導周波性タイミング信号発
生回路に関する。

斯種超伝導周期性タイミング信号発生回路（以
下簡単の為単にタイミング信号発生回路と称す）
として従来、正弦波、台形波、三角波、鋸歯状波
等の波形をとる、時間と共にレベルが変化するこ
とを周期性を以つて繰返す周期性基準タイミング
信号（以下簡単の為基準タイミング信号と称す）
を、複数の遅延回路の縦続接続回路に供給し、而
してそれ等複数の遅延回路より互に位相を異にす
る複数の矩形波信号を複数の周期性タイミング信
号（以下簡単の為タイミング信号と称す）として
得る様になされた構成のものが提案されている。

所で斯るタイミング信号発生回路は、それより
得られるタイミング信号にて複数の超伝導論理回
路を互に異なる位相で各別で駆動制御するものと
して述べれば、複数の超伝導論理回路が互に略々
同じレベルで駆動制御される様になされているこ
とを前提としているが故に、互に位相を異にする
矩形波信号でなる複数のタイミング信号を得る様
になされた構成を有するものであるが、今複数の
超伝導論理回路が互に異なるレベルで駆動制御さ
れる様になされていることを前提とすれば、複数
の超伝導論理回路に複数の階段を有する１つの階
段波信号を１つのタイミング信号として供給する
ことによりそれ等複数の超伝導論理回路を階段波
信号でなるタイミング信号の順次の階段毎に順次
駆動制御することが出来、従つて複数の超伝導論
理回路を互に異なる位相で各別に駆動制御するこ
とが出来るので、タイミング信号発生回路を、複
数の階段を有する階段波信号でなる１つのタイミ
ング信号を得る様になされた構成を有するものと
すれば良いものである。

一方、上述せる従来のタイミング信号発生回路
に於ては、それを構成せる複数の遅延回路の夫々
がインダクタと抵抗との直列回路を以つて又はジ
ヨセフソン接合素子を用いて構成された伝送回路
を以つて構成されているを普通としていた。然し
乍ら斯く複数の遅延回路の夫々がインダクタと抵
抗との直列回路を以つて又はジヨセフソン接合素
子を用いた伝送回路を以つて構成されている場
合、複数の遅延回路中の相隣る２つの遅延回路を
前段及び後段の遅延回路として着目して前段の遅
延回路より得られるタイミング信号と後段の遅延
回路より得られるタイミング信号とをそれ等間の
位相差が大であるものとして得んとすれば、複数
の遅延回路の夫々がインダクタと抵抗との直列回
路を以つて構成されている場合後段の遅延回路を
大なるインダクタンスを有するインダクタを以つ
て構成するを要し、又複数の遅延回路の夫々が伝
送回路を以つて構成されている場合後段の伝送回
路を大なる段数を有する構成とするを要し、従つ
て複数の遅延回路の夫々がインダクタと抵抗との
直列回路を以つて構成されているか伝送回路を以
つて構成されているかに関せず、後段の遅延回路
が全体として大型化し、依つてタイミング信号発
生回路が全体として大型化し、又複数の遅延回路
の夫々が伝送回路を以つて構成されている場合、
後段の遅延回路に於て大なる消費電力を伴い、依
つてタイミング信号発生回路が全体として大なる
消費電力を伴う等の欠点を有していた。

叙上に鑑み本発明は、上述せる従来のタイミン
グ信号発生回路が有する如き欠点を有することな
しに、複数の階段を有する階段波信号でなるタイ
ミング信号を得ることの出来る、新規なタイミン
グ信号発生回路を提案せんとするもので、以下詳
述する所より明らかとなるであろう。

第１図は本発明によるタイミング信号発生回路
の一例を示し、全体として符号１で示され、両端
間に或る閾値電流値以上の電流値を有する電流が
注入された場合零電圧状態から有電圧状態に転換
する複数Ｎ個のジヨセフソン接合素子J₁，J₂……
J_Nを直列に接続してなる構成を有する２端子型ジ
ヨセフソン接合素子回路２が抵抗３を介して、時
間と共にレベルが変化することを周期性を以つて
繰返す基準タイミング信号Ｓの得られる基準タイ
ミング信号源４に接続され、一方２端子型ジヨセ
フソン接合素子回路２より出力線５が導出されて
なる構成を有する。

この場合２端子型ジヨセフソン接合素子回路２
のジヨセフソン接合素子J₁，J₂……J_Nがそれ等の
閾値電流値I_J1，I_J2，……I_JNをして例えばI_J1＜I_J2
＜……＜I_JNなる関係を以つて互に異なる値を有
するものである。

以上が本発明によるタイミング信号回路の一例
構成であるが、斯る構成によれば、基準タイミン
グ信号源４より得られる基準タイミング信号Ｓ
が、第２図Ａに示す如き0゜〜180゜の位相区間を
正、180゜〜360゜（0゜）の位相区間を負とする三角波
の電圧波形をとる信号であるものとすれば、２端
子型ジヨセフソン接合素子回路２には、抵抗３を
通じて、第２図Ｂに示す如き、基準タイミング信
号Ｓの三角波の電圧波形に応じた三角波の電流波
形をとる（但し後述にて明らかとなるが２端子型
ジヨセフソン接合素子回路２のジヨセフソン接合
素子J₁，J₂……J_Nが順次零電圧状態より有電圧状
態に転換する時点t₁，t₂……t_N，t₁′，t₂′，……
t_N′毎に値が僅かに零値側に変化することを繰返
す）電流I_Sが流れるものであるが、２端子型ジヨ
セフソン接合素子回路２に於けるジヨセフソン接
合素子J₁，J₂……J_Nの閾値電流値I_J1，I_J2……I_JNが
I_J1＜I_J2＜……＜I_JNなる関係を有するので、電流I_S
の正及び負の区間に於ける最大値の絶対値が閾値
電流値I_JNより大である関係が得られるべく、抵
抗３の値、基準タイミング信号Ｓの振幅等を予め
適当に選定し置けば、電流I_Sの値が零値をとる時
点t₀（基準タイミング信号Ｓが0゜の位相をとる時
点）より、電流I_Sの値が閾値電流値I_J1に達する時
点t₁迄の間に於ては、２端子型ジヨセフソン接合
素子回路２に於ける全てのジヨセフソン接合素子
J₁〜J_Nが零電圧状態をとり、依つて出力線５に得
られる出力をＱとするとき、その出力Ｑが、第２
図Ｃに示す如く、零値をとる電圧として得られて
いるも、電流I_Sの値が時点t₁で閾値電流値I_J1に達
すれば、ジヨセフソン接合素子J₁が零電圧状態か
ら有電圧状態に転換し、依つてジヨセフソン接合
素子J₁が斯く有電圧状態になつたときのそのジヨ
セフソン接合素子J₁の両端電圧の値をV_J1とすれ
ば、出力Ｑが時点t₁でV_J1＝V₁の値をとる電圧で
得られるものである。尚このときジヨセフソン接
合素子J₁のインピーダンス（抵抗）が増すので、
電流I_Sの値がI_J1の値より僅かに低下するが、基準
タイミング信号Ｓの電圧レベルが時点t₁後も時間
と共に上昇しているので、電流I_Sの値は時点t₁か
ら、値I_J1より僅かに低下せる値より時間と共に
大となるものである。又時点t₁より電流I_Sの値が
閾値電流値I_J2に達する時点t₂迄の間に於ては、２
端子型ジヨセフソン接合素子回路２に於けるジヨ
セフソン接合素子J₁以外の他のジヨセフソン接合
素子J₂〜J_Nが零電圧状態をとり、依つて出力Ｑが
V₁の値をとる電圧で得られているも、電流I_Sの値
が時点t₂で閾値電流値I_J2に達すれば、ジヨセフソ
ン接合素子J₂が零電圧状態から有電圧状態に転換
し、依つてジヨセフソン接合素子J₂が斯く有電圧
状態になつたときのそのジヨセフソン接合素子J₂
の両端電圧をV_J2とすれば、出力Ｑが時点t₂で
（V₁＋V_J2）＝V₂の値をとる電圧で得られるもので
ある。尚このとき上述せると同様にジヨセフソン
接合素子J₂のインピーダンスが増すので、電流I_S
の値がI_J2の値より僅かに低下するが、電流I_Sの値
は時点t₂から、値I_J2より僅かに低下せる値より時
間と共に大となるものである。更に上述せるに準
じて、電流I_Sの値が時点t₃，t₄……t_Nで順次閾値
電流値I_J3，I_J4……I_JNに達すれば、ジヨセフソン
接合素子J₃，J₄……J_Nが順次零電圧状態から有電
圧状態に転換し、依つてジヨセフソン接合素子
J₃，J₄……J_Nが斯く有電圧状態になつたときのジ
ヨセフソン接合素子J₃，J₄……J_Nの両端電圧を
夫々V_J3，V_J4……V_JNとすれば、出力Ｑが時点t₃
〜t₄間、t₄〜t₅間……t_N-1〜t_N間で（V₂＋V_J3）＝
V₃、（V₃＋V_J4）＝V₄……（V_(N-2)＋V_J(N-1)）＝
V_N-1の値をとり、時点t_Nより電流I_Sの値が零値を
とる時点t₀′（基準タイミング信号Ｓが180゜の位相
をとる時点）迄の間で（V_N-1＋V_JN）＝V_Nの値を
とる電圧で得られるものである。又電流I_Sが時点
t₀′で零値をとるので、時点t₀′で２端子型ジヨセ
フソン接合素子回路２に於けるジヨセフソン接合
素子J₁〜J_Nの全てが有電圧状態より無電圧状態に
なり、依つて時点t₀で出力Ｑが零値をとる電圧で
得られるものである。

更に電流I_Sの値が時点t₁′，t₂′，t₃′……t_N′で順
次値−I_J1，−I_J2……−I_JNに達すれば、ジヨセフソ
ン接合素子J₁，J₂……J_Nが零電圧状態から有電圧
状態に転換し、依つてジヨセフソン接合素子J₁，
J₂……J_Nが斯く有電圧状態になつたときのジヨセ
フソン接合素子J₁，J₂……J_Nの両端電圧を夫々
V_J′₁，V_J′₂……V_J′_Nとすれば、出力Ｑが時点t₀′〜
t₁′間で零の値をとり、時点t₁′〜t₂′間、t₂′〜t₃′
間
……t_N′_-1〜t_N′間で−V_J′₁＝−V₁′、−（V₁′＋V_J
′₂）
＝−V₂′、……−（V′_(N-2)＋V_J′_(N+1)）＝−V_N′_-1
の値
をとり、時点t_N′より電流I_Sの値が零値をとる時点
t₀″（＝t₀）（基準タイミング信号Ｓが360゜＝0゜の位
相をとる時点）迄の間で−（V_N′_-1＋V_JN）＝−
V_N′の値をとり、時点t₀″（＝t₀）で零の値をとる
電圧で得られるものである。尚実際上上述せる値
−V₁′，−V₂′，……V_N′は、上述せる値V₁，V₂，
……V_Nとの間で｜−V₁′｜＝｜V₁｜、｜−V₂′｜＝
｜V₂｜、……｜−V_N′｜＝V_Nなる関係を有する
ものである。

依つて出力線５にて得られる出力Ｑが、第２図
Ｃに示す如く、基準タイミング信号源４より得ら
れる第２図Ａに示す基準タイミング信号Ｓに基
き、その正及び負の区間の夫々に於て、複数Ｎ個
の階段を有する階段波形を有する電圧として得ら
れるものである。

所で斯く得られる出力Ｑは、第３図を伴なつて
次に述べる様に、ジヨセフソン接合素子を用いて
構成された複数の超伝導論理回路を互に異なる位
相で各別に駆動制御することの出来る周期性タイ
ミング信号として機能するものである。

依つて第１図にて上述せる本発明によるタイミ
ング信号発生回路１は、ジヨセフソン接合素子を
用いて構成された複数の超伝導論理回路を互に異
なる位置で各別に駆動制御するに用い得る、周期
性タイミング信号を、極めて簡易な構成で発生す
ることが出来るという大なる特徴を有するもので
ある。

次に第３図を伴なつて、第１図にて上述せる本
発明によるタイミング信号発生回路１にて得られ
る出力Ｑが、ジヨセフソン接合素子を用いて構成
された複数の超伝導論理回路を互に異なる位相で
各別に駆動制御することが出来るタイミング信号
として機能することにつき述べるに、ジヨセフソ
ン接合素子を用いて構成され複数Ｎ個の超伝導論
理回路M₁〜M_Nを有し、而してその超伝導論理回
路M_q（ｑ＝１、２……Ｎ）がジヨセフソン接合素
子A_qと負荷回路D_qとが互に並列に接続された関
係でバイアス電源B_qに接続され、又ジヨセフソ
ン接合素子A_qと磁気的に結合してこれを駆動制
御するインダクタH_qが、抵抗R_qを介して第１図
にて上述せる本発明によるタイミング信号発生回
路１の２端子型ジヨセフソン接合素子回路２に出
力線５を介して接続されてなる構成を有するもの
とする。但しこの場合、バイアス電源B₁〜B_Nが
タイミング信号発生回路１の基準タイミング信号
源４より得られる基準タイミング信号Ｓにて制御
されて、バイアス電源B_qより第２図Ｄに示す如
き基準タイミング信号Ｓの正の区間正の一定レベ
ルを負の区間負の一定レベルをとる基準タイミン
グ信号Ｓと同期せるバイアス電流K_qがジヨセフ
ソン接合素子A_q及び負荷回路D_q側に供給される
様になされているものとする。

然るときは、論理回路M₁〜M_Nに於ける抵抗R₁
〜R_Nの値r₁〜r_Nがr₁＝r₂＝……＝r_N＝r₀なる関係
を有するものとすれば、出力線５に第２図Ｃにて
上述せる階段波電圧でなる出力Ｑが得られるの
で、インダクタH_qに、第２図Ｅに示す如き、出
力Ｑの階段波形に応じて、時点t₀，t₁，t₂……t_N，
t₀′，t₁′，t₂′，……t_N′，t₀に於て、０、V₁／r₀、
V₂／r₀、……V_N／r₀、０、−V₁′／r₀、−V₂′／r₀、
……−V_N′／r₀、０の値をとる階段波形を有する
電流U_qが流れ、これに基く磁束がインダクタH_q
より得られ、而してその磁束がジヨセフソン接合
素子A_qに作用するものである。

依つてジヨセフソン接合素子A₁が、電流U₁の
値でみて、０＜I_T1＜V₁／r₀、及び０＜｜−I_T1｜
＜｜−V₁′／r₀｜で表わされるI_T1及び−I_T1の値の
電流で、ジヨセフソン接合素子A₂が電流U₂の値
でみてV₁／r₀＜I_T2＜V₂／r₀及び｜−V₁′／r₀｜＜
｜−I_T2｜＜｜−V₂′／r₀｜の値の電流で、……ジ
ヨセフソン接合素子A_Nが電流U_Nの値でみて
V_N-1／r₀＜I_TN＜V_N／r₀及び｜−V_N-1／r₀｜＜｜
−I_TN｜＜｜−V_N／r₀｜の値の電流で零電圧状態
より有電圧状態に転換する様に、ジヨセフソン接
合素子A_q、インダクタH_q等の定数を予め選定し
置けば、ジヨセフソン接合素子A_qの両端に、第
２図Ｆ〜Ｉに示す如く、時点t₀より時点t_q迄の間
及び時点t₀′より時点t_q′迄の間零値を、時点t_qよ
り時点t₀迄の間正の有電圧値を、時点t_q′より時
点t₀′迄の間負の有電圧値をとる電圧W_qが得られ、
これに応じて、時点t₀〜t_q間及び時点t₀′〜t_q′間に
於てはバイアス電流K_qが実質的に全てジヨセフ
ソン接合素子A_qに流れるも、時点t_q〜t₀′間及び時
点t_q′〜t₀間に於てバイアス電流K_qが実質的に全
て負荷D_qに流れるものである。

又論理回路M₁〜M_Nに於ける抵抗R₁〜R_Nの値r₁
〜r_Nがr₁＜r₂＜……＜r_Nなる関係を有するものと
すれば、出力線５に第２図Ｃにて上述せる階段波
電圧でなる出力Ｑが得られるので、詳細説明はこ
れを省略するも、インダクタH₁〜H_Nに、第２図
Ｊ〜Ｍに示す如く、第２図Ｄにて上述せるに準じ
た、順次小なる値をとる電流U₁〜U_Nが夫々流れ、
これ等に基く磁束がインダクタH₁〜H_Nに夫々得
られ、而してそれ等磁束が夫々ジヨセフソン接合
素子A₁〜A_Nに作用するものである。

従つてジヨセフソン接合素子A₁が電流U₁に基
きその値でみて時点t₀での値と時点t₁での値との
中間値（これをI_T0とする）及び時点t₀′での値と
時点t₁′での値との中間値（これを−I_T0とする）
で、時点t₁及びt₁′に於て零電圧状態より有電圧状
態に転換する様に、又ジヨセフソン接合素子A₂
が電流U₂に基き上述せる中間値I_T0及び−I_T0で時
点t₂及びt₂′に於て、ジヨセフソン接合素子A₃が電
流U₃に基き上述せる中間値I_T0及び−I_T0で、時点
t₃及びt₃′に於て、……ジヨセフソン接合素子A_N
が電流U_Nに基き上述せる中間値I_T0及び−I_T0で、
時点t_N及びt_N′に於て零電圧状態より有電圧状態
に転換する様に、ジヨセフソン接合素子A₁〜A_N
の定数、抵抗R₁〜R_Nの他r₁〜r_N等を予め選定し
置けば、ジヨセフソン接合素子A_qの両端に、第
２図Ｆ〜Ｉにて上述せると同様の電圧W_qが得ら
れ、これに応じて負荷回路D_qに前述せると同様
にバイアス電流K_qが流れるものである。更に詳
細説明はこれを省略するも、抵抗R₁〜R_Nの値及
び上述せるI_T1〜I_TNを互に異ならしめるも、それ
等の異ならしめる量を上述せるとは異ならしめる
ことにより、上述せると同様に負荷回路D_qにバ
イアス電流K_qを流す様にすることが出来るもの
である。

従つて第１図にて上述せる本発明によるタイミ
ング信号発生回路より得られる出力Ｑは、ジヨセ
フソン接合素子を用いて構成された複数の超伝導
論理回路を互に異なる位相で各別に駆動制御する
ことが出来るタイミング信号として機能するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるタイミング信号発生回路
の一例を示す接続図、第２図Ａ〜Ｍはその説明に
供する波形図、第３図は第１図に示す本発明によ
るタイミング信号発生回路より得られる出力がタ
イミング信号として機能することを示す接続図で
ある。 図中１はタイミング信号発生回路、J₁〜J_Nはジ
ヨセフソン接合素子、２はジヨセフソン接合素子
回路、３は抵抗、４は基準タイミング信号源、
M₁〜M_Nは超伝導論理回路、H₁〜H_Nはインダク
タ、R₁〜R_Nは抵抗、D₁〜D_Nは負荷回路、B₁〜
B_Nはバイアス電源を夫々示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 両端間に或る閾値電流値以上の電流値を有す
   る電流が注入された場合零電圧状態から有電圧状
   態に転換する複数のジヨセフソン接合素子を直列
   に接続してなる構成を有する２端子型ジヨセフソ
   ン接合素子回路が、抵抗を介して時間と共にレベ
   ルが変化することを周期性を以つて繰返す周期性
   基準タイミング信号の得られる基準タイミング信
   号源に接続され、上記２端子型ジヨセフソン接合
   素子回路より出力線が導出され、上記２端子型ジ
   ヨセフソン接合素子回路の複数のジヨセフソン接
   合素子がそれ等の閾値電流値をして互に異なる値
   を有し、依つて上記出力線より複数の階段を有す
   る階段波信号を周期性タイミング信号として得る
   様になされてなる事を特徴とする超伝導周期性タ
   イミング信号発生回路。