DE2611159C2

DE2611159C2 - Josephson-Schaltung

Info

Publication number: DE2611159C2
Application number: DE2611159A
Authority: DE
Inventors: Frank Fu Yorktown Heights N.Y. Fang; Dennis James Somers N.Y. Herrell
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-06-30
Filing date: 1976-03-17
Publication date: 1983-12-01
Also published as: DE2611159A1; GB1499241A; IT1064187B; SE7606927L; SE408986B; JPS525282A; JPS5716752B2; AU1249876A; FR2316748A1; CA1078464A; BE839040A; FR2316748B1; NL7607134A; AU498879B2; US4012646A

Description

und für den zweiten Josephson-Kontakt (18) die Bedingung

eingehalten ist, wobei

Ig = der Arbeitsstrom durch die beiden

Kontakte,

1min — der minimale Arbeitsstrom des jeweiligen Kontakts im normalleitenden Zustand,

R = Abschlußwiderstand (13) von Übertragungsleitungen (14). die dem ersten Josephson-Kontakt parallel geschaltet sind,

Z = Impedanz der Übertragungsleitungen ^j des ersten Josephson-Kontakts,

— = die halbe Energielücke der Josephson-Kontakte.

3. Josephson-Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltcharakteristik des zweiten Josephson-Kontakts wahlweise durch einen dazu parallel geschalteten kleinen Widerstand eingestellt wird oder durch eine dazu parallel geschaltete »weak link«-Struktur.

4. Josephson-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Josephson-Kontakt (11) nicht selbstrückstellend ist und daß zu seinem Rücksetzen in den supraleitenden Zustand die Steuerleitung des zweiten Josephson-Kontakts (18) betätigt wird, um diesen in den spannungsbehafteten Zustand umzuschalten.

5. Josephson-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an einer gemeinsamen Zuführungsleitung (22) für den Arbeitsstrom (Ig) mehrere Paare von ersten und

Die Erfindung betrifft eine Josephson-Schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Josephson-Kontaktelemente und logische Schaltungen aus solchen Elementen sind in Fachkreisen allgemein bekannt Ebenso ist das Problem bekannt, ein Übersprechen zwischen Josephson-Elementen in logischen Anordnungen zu eliminieren, wobei dieses Übersprechen auf Stromübergänge (Umschaltströme) beim Umschalten eines Elementes zurückzuführen ist.

Das lokale Rückstellen logischer Schaltungen mit gleichzeitiger Minimierung des auf Stromübergänge zurückzuführenden Übersprechend wurde bereits in der DE-OS 24 49 169 behandelt; wird die Isolation der logischen Schaltung und die Rückstellung erreicht durch

ίο Benutzung von passivem Impedanzen, die in die Torstromversorgungsleitungen der logischen Schaltung gelegt sind. Durch die Benutzung hoher und niedriger Impedanzteile in der Stromversorgungsleitung wird die logische Josephson-Schaltung zurückgeschaltet, ohne daß der an die Stromversorgungsleitung angelegte Gleichstrom verändert werden muß.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 24 55 501 ist eine logische Speicher- und Verknüpfungsschaltung mit Josephson-Elementen bekannt, bei der zwei Josephson-Elemente mit jeweils parallel geschalteten Ausgangskreisen hintereinandergeschaltet sind und mit einer Spannung beaufschlagt werden, die genau der Lückenspannung der Elemente entspricht. Störimpulse, die beim Umschalten eines der Elemente auftreten, gelangen auch in die parallel geschalteten Ausgangskreise und können so zu Störungen des Ausgangssignals führen. Bei der Verwendung als logische Verknüpfungsschaltung müssen beide Josephson-Elemente mit denselben Steuerleitungen beaufschlagt werden, was zu unerwünscht langen Leiterzügen führt.

Der vorliegenden Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Josephson-Schaltung der eingangs genannten Art anzugeben, die beim Umschalten zwischen dem supraleitenden und dem spannungsbehafteten Zustand keine Störsignale erzeugt und die einen flexiblen Betrieb erlaubt; außerdem soll die Rückstellung der Schaltung in den supraleitenden Zustand in einfacher und gesteuerter Weise erfolgen.
Die vorliegende Anmeldung unterscheidet sich gegenüber der oben erwähnten dadurch, daß hier ein aktives Element, nämlich ein weiterer Josephson-Kontakt benutzt wird, das auf das Vorhandensein von Störsignalen oder Stromübergängen anspricht, die das aktive Element zurückstellen und dadurch ein Störsignal oder einen Stromübergang erzeugen, der das ursprüngliche Störsignal oder den Stromübergang mit einer kleinen Verzögerung aufhebt. Weil das aktive Element jetzt im Nullspannungszustand steht, hat es keinen

Einfluß auf nachfolgende Störsignale und muß infolgedessen in den Spannungszustand geschaltet werden, was man durch Benutzung einer separaten Vorspannleitung erreichen kann, die eine Flexibbilität gestattet, die bei Verwendung von passiven Elementen nicht erreichbar ist, d. h. die Steuerung der Rückstellung des logischen Schaltgliedes durch Betätigung des aktiven Regelelementes, dessen Störsignal das logische Schaltglied zurückstellt und es für den nächsten Operationszyklus vorbereitet to

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden anschließend näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 in einer schematischen Darstellung einen typischen logischen Schaltkreis aus Josephson-Kontakten, der wenigstens zwei Steuerleiter enthält;

Fig.2 schematisch einen Teil einer logischen Josephson-Schaltungsanordnung mit drei in Serie geschalteten Josephson-Kontakten zur Illustration der bei solchen Schaltungen durch die Weiterleitung der Störsignale beim Umschalten der logischen Glieder auftretenden Probleme;

F i g. 3 schematisch einen einzelnen logischen Schaltkreis mit dem logischen Schaltglied und dem Regelglied der vorliegenden Erfindung, wobei das Regelglied ein Josephson-Kontaktelement ist, das durch seine eigene Steuerleitung betätigt wird;

Fig.4A eine graphische Darstellung der AV-Charakteristik des in F i g. 3 gezeigten logischen Schaltgliedes;

Fig.4B eine graphische Darstellung der /-V-Charakteristik des in F i g. 3 gezeigten Reglergliedes;

F i g. 5 schematisch eine logische Anordnung mit mehreren Schaltungen ähnlich der in Fig.3 gezeigten und

Fig.6 in perspektivischer Darstellung ein logisches Reglerschaltglied.

In F i g. 1 ist eine logische Schaltung 1 (Josephson-Element) dargestellt, die einen Josephson-Kontakt 2 enthält, das zu einer Impedanz 3 in Nebenschluß liegt, «0 wobei der Wert der Impedanz 3 doppelt so hoch ist wie die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitungen 4. Diese verbinden die Impedanz 3 mit der Stromzufuhrleilung 5, die einen Strom l_g an den Josephson-Kontakt 2 liefert. Der Josephson-Kontakt 2 wird über zwei Steuerleitungen 6 und 7 umgeschaltet, die mit vorhergehenden Logikkreisen ähnlich dem Logikkreis 1 verbunden sein können.

Logische Kreise ähnlich dem logischen Kreis 1 sind allgemein gekennzeichnet als abgeschlossene logische Leitungskreise und sie werden abgeschlossen durch Impedanzen, deren Widerstandswerte den Betrieb des Kreises 1 im verriegelten und im nichwerriegelten Zustand gestatten.

Wenn der Josephson-Kontakt 2 sich im supraleitenden Zustand befindet und der Strom I_g über die Stromzufuhrleitung 5 durch ihn fließt, ist der Spannungsabfall über dem Kontakt des Kontaktes 2 gleich 0 und der Strom l_g fließt im Josephson-Kontakt 2. Wenn entsprechende Eingangssignale an die Steuerleitungen 6 und 7 angelegt werden, die die Schaltschwelle des Josephson-Kontaktes 2 heruntersetzen, schaltet dieses in den Spannungszustand um und die Spannung über dem Übergang wird V=2A/e, wobei 2AIe die Lückenspannung ist. Ein Ausgangsstrom gleich 2AIeZ *⁵ fließt dann in der Impedanz 3. Wenn Z an die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitungen 4 angepaßt ist, erscheint der Ausgangsstrom in der Impedanz 3 im wesentlichen sofort

Wenn die Eingangssignale von den Steuerleitungen 6 und 7 abgenommen werden, kann der Josephson-Kontakt 2 auf die Nullspannung zurückgestellt werden oder auch nicht, was davon abhängt, ob der Widerstandswert der Impedanz 3 klein genug ist, damit die Rückstellung möglich ist Bei entsprechenden Widerstandswerten stellt sich der Josephson-Kontakt 2 selbst zurück, wie in Fachkreisen bekannt ist, wenn der Strom im Josephson-Kontakt 2 auf einen Wert unterhalb von l_mm fällt. Wenn der Stromkreis 1 verriegelt, muß der Josephson-Kontakt 2 durch Reduzierung des Stromes l_g auf einen Wert unterhalb von /„,,„ entriegelt oder zurückgestellt werden.

Der logische Schaltkreis 1 stellt alleine betrachtet kein besonderes Problem für den Schaltungskonstrukteur dar, es sei denn, daß er mit ähnlichen Schaltkreisen zu einer Reihenschaltung zusammengefaßt wird, ähnlich wie sie in Fig.2 gezeigt ist. Fig.2 zeigt mehrere logische in Reihe angeordnete Schaltkreise, deren Josephson-Kontakte 2 alle durch die Stromzufuhrleitung 5 in Reihe gespeist werden. Wenn die logischen Schaltkreise 1 in einer logischen Gruppe in Serie geschaltet sind, werfen Störsignale oder Stromübergänge, die durch das Umschalten der Josephson-Kontakte 2 erzeugt werden, das Problem des Übersprechens insofern auf, als die Störsignale oder Übergänge über Teile der Stromzufuhrleitung 5 in benachbarte Josephson-Kontakte 2 fließen und den normalen Betrieb dieser benachbarten Kontakte stören.

Das Problem der Störsignale oder Übergangsströme läßt sich bei der in F i g. 2 gezeigten Anordnung aus der Betrachtung der seriell angeordneten logischen Schaltkreise 1 erkennen. In der gezeigten Anordnung wird allen Josephson-Kontaktelementen derselbe Strom l_e von einer Quelle zugeführt. Jeder logische Schaltkreis 1 kann einzeln betätigt werden durch die zugehörigen Steuerleitungen 6,7. Bei Schalten eines Josephson-Kontaktes 2 in den Spannungszustand wird der Strom I_g in die zugehörige Impedanz 3 geleitet und das Josephson-Kontaktelement 2 bleibt im Spannungszustand, wo die Schaltung im verriegelten Betrieb arbeitet. Der resultierende Stromfluß durch die Impedanz 3 kann dazu benutzt werden, einen von zwei binären Zuständen darzustellen, und kann selbst ein Ausgang auf die Übertragungsleitungen 4 sein und als Steuerleitungseingang für ein nachfolgendes Josephson-Element in einer anderen logischen Schaltungsanordnung sein. Wo der Stromfluß einen Ausgang darstellt, wird dieser im allgemeinen durch einen separaten Josephson-Kontakt abgefühlt, der als Abfühlschaltung in einem Kreis liegt, der Einrichtungen enthält, die auf die Spannungsänderung über dem Abfühlschaltglied reagieren. Wenn ein Josephson-Kontaktelement 2 in den Spannungszustand umschaltet, erscheinen beispielsweise an den Punkten 8, 9 in Fig.2 die Spannungsübergänge + Ale und -Ale. Stromstoßübergänge oder Störsignale, die zu den Spannungsübergängen gehören, werden über die Stromversorgungsleitung 5 an benachbarte Übertragungsleitungen 4 der oberen und unteren logischen Schaltkreise 1, die in Fig.2 gezeigt sind, übertragen. Unter solchen Umständen können Übergangsströme oder Störsignale über die Übertragungsleitungen an die impedanzen 2 herangeführt werden und einen unkontrollierten logischen Ausgang darstellen oder als unkontrollierter Eingang für einen nachfolgenden Josephson-Kontakt dienen, wo die Übertragungsleitungen 4 als Steuerleitungseingänge für eine nachfolgende logische Schaltungsanordnung benutzt werden. Weiter-

hin beeinflußt der durch solche logischen Schaltglieder fließende Strom ihren richtigen Betrieb so, daß ein fehlerhaftes Schalten auftreten kann. In den üblichen Arbeitsbedingungen für ähnliche Schaltungsanordnungen, wie sie in F i g. 2 gezeigt ist, gibt es widerstreitende Forderungen für die Stromkreisversorgung, die aus dem Bedarf nach schnellen Einschalt-Rückstellzyklen einerseits und der Lokalisierung von Störsignalen oder Stromübergängen andererseits entstehen, die aus dem Umschalten des logischen Schaltgliedes resultieren. Wo mehrere Josephson-Kontakte 2 umschalten, leidet im allgemeinen auch eine statische Regulierung wegen der Belastung der Stromversorgungsleitung 5.
F i g. 3 zeigt schematisch einen logischen Schaltkreis

11, der ein logisches Schaltglied und ein Regelglied nach dem Erfindungsgedanken enthält, die keiner der oben erwähnten widerstreitenden Forderungen ausgesetzt sind. F i g. 3 sollte in Verbindungen mit den F i g. 4A und 4B betrachtet werden, die die I-V-Charakteristik des logischen Schaltgliedes 12 und des Regelgliedes 18 zeigen. Der Logikschaltkreis H enthält ein Josephson-Kontaktelement 12, das durch eine Lastimpedanz 13 im Nebenschluß liegt, die über die Übertragungsleitungen 14 an eine Stromversorgungsleitung 15 angeschlossen ist, über die der Strom I_g an den Josephson-Kontakt 12 geleitet wird. Steuerleitungen 16, 17 steuern das Umschalten des Schwellwertes des Josephson-Kontaktes 12 genauso, wie es in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde. Ein Regelschaltglied 18, das in F i g. 3 durch ein eingekreistes .^dargestellt ist, ist in der Stromversogungsleitung 15 mit dem Josephson-Kontakt 12 in Reihe geschaltet. Das Regelschaltglied 18 wird unabhängig durch den durch eine Vorspannleitung 19 fließenden Strom gesteuert. Der Josephson-Kontakt 12 ist sonst als logisches Schaltglied charakterisiert, hat die üblichen logischen Eigenschaften einer abgeschlossenen Leitung und sollte für die vorliegende Erklärung als im Verriegelungsbetrieb gefahren betrachtet werden. Eine typische /-V-Charakteristik für das logische Schaltglied

12, nebengeschlossen durch eine Impedanz 3, ist in F i g. 4A gezeigt. Die /- V-Charakteristik des Reglerschaltgliedes 18 in Fig.4B hat Hysteresis. Die Schaltung 11 wird mit einem Strom I_g betrieben, der zwischen J_m(o) und l_mm beider Schaltglieder liegt, wie es durch die gestrichelten Linien 20 gezeigt ist, die über die in den Fig.4A und 4B gezeigte /-V-Charakteristik laufen. Im Betrieb wird das logische Schaltglied 12 zuerst in den Nullspannungszustand und das Reglerschaltglied 18 in den Spannungszustand gebracht. Somit arbeitet das logische Schaltglied 12 am Punkt A in F i g. 4A, während das Regelschaltglied 18 am Punkt B in Fi g. 4B arbeitet. Hierzu legt man eine Vorspannung an die Steuerleitung 19 des Reglerschaltgliedes 18 während eines Rückstellintervalles an. Wenn das logische Schaltglied 12 durch Anlegen von Steuersignalen an die Steuerleitungen 16, 17 in den Spannungszustand umgeschaltet wird, arbeit« es am Punkt C auf der /-V-Charakteristik der Fig.4A. Das Umschalten des logischen Schaltgliedes 12 resultiert in einem Störsignal in Form einer Stromreduzierung von AIeZ, das über die Stromversorgungsleitung 15 in F i g. 3 weiterläuft Das Störsignal oder der Stromübergang veranlassen das Reglerglied 18 zum Rückschalten in den Nullspannungszustand für ein Reglerglied, das so ausgelegt ist, daß I-Imm < IeZ ist Durch Rückstellen des Reglergliedes 18 auf den Nullspannungszustand hebt das Störsignal mit entgegengesetzter Polarität den ursprünglichen Störstrom mit einer kleinen Verzögerung auf. Durch die Kombination der vom logischen Schaltglied 12 und vom Regelschaltglied 18 erzeugten Störungen wird ein extrem schmaler Impuls erzeugt, dessen größte Breite gleich der Auslöseverzögerung zwischen den Schaltgliedem 18, 12 ist und dessen Amplitude gleich l-l_mm ist. Diese Impulse werden verschlechtert durch die Störinduktanz und Kapazitanz der Stromversorgungsleitung 15 und ihre Amplitude reicht nicht mehr aus, um den nächsten Satz von logischen und Regelschaltgliedem 12 bzw. 18 zu stören. Aufgrund des Störsignals, das durch die Umschaltung des logischen Schaltgliedes 12 ausgelöst wird, schaltet das Regelschaltglied 18 in den Nullspannungszustand um, weil der Wert des vom Regelschaltglied 18 empfangenen Stromes augenblick-

Hch auf einen Wert unterhalb von /„„„ reduziert wurde und das Schaltglied demzufolge auf den Punkt D in Fig.4B zurückgestellt wurde. Nach Darstellung in F i g. 4A befindet sich das logische Schaltglied 12 ja am Punkt C im verriegelten Zustand. Aus der gleichseitigen Betrachtung der F i g. 4A und 4B geht hervor, daß das eine Schaltglied im Spannungszustand steht, während das andere Schaltglied im Nullspannungszustand steht. Im Ruhezustand ist also der Gesamtspannungsabfall über der Stromversorgungsleitung 15 derselbe und bleibt vor und nach dem logischen Umschalten konstant. Jeder logische Schaltkreis 11, der aus einem logischen Schaltglied 12 und einem Reglerglied 18 besteht, hält tatsächlich jederzeit eine konstante Spannung 24/eund eliminiert dadurch Probleme der Gleichstromregelung.

Wenn das Logikelement 12 in Fig.3 umschaltet, erzeugt es effektiv nach Darstellung in Fig.3 zwei Störsignale, nämlich +,d/eund -Ale. Das erste dieser beiden Störsignale ist der Richtung des Stromes l_e entgegengesetzt, so daß es bei der Ankunft am Regelglied 18 den hier durchfließenden Strom reduziert so daß das Regelglied 18 auf den Nullspannungszustand umschaltet (wobei angenommen wird, daß es vorher durch Anlegen einer Vorspannung an die Steuerleitung 19 im Spannungszustand stand). Wenn das Regelglied 18 auf die Nullspannung umschaltet, werden ähnliche Störsignale erzeugt, ihre Polarität ist jedoch derjenigen der vom logischen Schaltglied 12 erzeugten Störsignale entgegengesetzt Das effektiv negative Störsignal, das vom Schaltglied 18 reflektiert wird und jetzt eine Nichtübereinstimmung in der Stromversorgungsleitung 15 darstellt, erfährt eine Umkehrung und erscheint jetzt als effektiv positives Störsignal. Dieses positive Störsignal tritt in Wechselwirkung mit dem vom Reglerglied 18 ausgehenden negativen Störsignal und hebt dieses mit einer geringfügigen Verzögerung effektiv auf. Das logische Schaltglied 12 wurde jetzt in den Spannungszustand umgeschaltet und liefert Strom an die Last oder Impedanz 13 und das Regelglied 18 steht jetzt im Nullspannungszustand.

Mit aktiven Schaltelementen kann ein logisches Schaltglied ebensogut zurückgestellt werden wie es eingeschaltet wird. Dazu legt man einen Steuerimpuls an die Steuerleitung 19, der deren effektive Schaltschwelle reduziert so daß dasSchaltglied 18 in den Spannungszustand umschaltet Ähnlich wie es oben in Verbindung mit dem Umschalten des logischen Schaltgliedes 12 beschrieben wurde, werden Störsignale +A/e und — A/e durch das Umschalten des Schaltgliedes 18 erzeugt In diesem Fall reduziert die Komponente — A/e effektiv den durch das logische Schalglied 12 fließenden Strom unter seinen Mindestwert und das Schaltglied 12 wird dadurch auf den Nullspannungszustand zurückgestellt ohne daß die anderen logischen

Schaltglieder weiter gestört werden. Wenn die logischen Kreise auf diese Weise verriegelt werden, kann natürlich ein logisches Schaltglied 12 auch in der Rückstellung dadurch genau gesteuert werden, daß man einen Rückstellimpuls auf der Steuerleitung 19 des Regelgliedes 18 taktet. Die Verwendung nichtverriegelnder Schaltkreise sorgt für eine perfekte Gleichstromregelung und überwindet auch die Notwendigkeit, den Strom I_g unter den Wert von I_mi„ fallen zu lassen sowie die Störungen, die mit der Stromeinschaltung verbunden sind, um die nichtverriegelnde Schaltung zurückzustellen.

Wo die betroffene Schaltung aus einem logischen Schaltglied besteht, wie es in F i g. 3 gezeigt ist, arbeitet der Schaltkreis 11 relativ direkt und mögliche Wechselwirkungen von Störsignalen mit anderen Elementen brauchen nicht berücksichtigt zu werden. Wo jedoch mehrere logische Kreise 11 in Reihenschaltung benutzt werden, muß der Effekt von Störsignalen berücksichtigt werden, die von einem logischen Schaltkreis 11 weitergeleitet werden und in den Betrieb eines benachbarten logischen Schaltkreises 11 eingreifen. Wie oben im Zusammenhang mit Fig.3 gezeigt wurde, sind die durch das Schalten eines logischen Schaltgliedes 12 weitergeleiteten Störsignale in ihrem Charakter effektiv negativ, ungeachtet ihrer Weiterleitungsrichtung von einem logischen Schaltglied 12 und alle Reglerschaltglieder 18 in einer Reihe logischer Schaltkreise 11 wurden einen Gesamtstrom empfangen, der effektiv um den Wert des Schaltstromes reduziert ist. Wenn die Reglerglieder 18 von einem logischen Schaltglied J 2 alle denselben Abstand haben und gleichzeitig auf Nullspannung schalten, so resultiert das im unerwünschten Betrieb eines weiteren Reglergliedes 18. Dieses Problem kann gelöst werden durch Einregeln der Länge und Impedanz eines Teiles der Stromversorgungsleitung 22 zwischen dem logischen Schaltglied einer logischen Schaltung 11 und dem Reglerglied 18 einer anderen logischen Schaltung 11. Mit dieser Lösung wird die Amplitude des Störsignals soweit gedämpft, daß die Kombination des Schaltstromes und des Störstromes durch ein benachbartes Reglerglied nicht unter den Wert l_mm des Reglergliedes fällt. Die Unterbrechungsstellen 22 in Fig. 5 sollen die Tatsache zeigen, daß in dem Bereich, wo eine Reihe logischer Schaltkreise 1 benutzt wird, die Dämpfung zwischen den Schaltungsreihen so sein sollte, daß keine willkürlichen Wechselwirkungen zwischen den Störsignalen von benachbarten logischen Kreisen 11 möglich sind.

Die für die logischen Schaltglieder 12 und die Reglerglieder 18 angenommene und in den Fig.4A bzw. 4B gezeigte Charakteristik läßt sich folgendermaßen erreichen. Die Charakteristik des logischen Schaltgliedes 12 erhält man einfach durch Verbinden eines V.'iderstandes 13 parallel mit dem logischen Schaltglied 12. Die Charakteristik des Reglergliedes 18 erhält man entweder durch einen niedrigen Widerstand parallel zum Schaitglied 18 oder durch eine schwache Verbindung »weak link«) parallel zum Josephson-Kontakt. Wenn die Entwicklung eines Reglerschaltgliedes 18, dessen Spannungsänderung mit der Spannungsänderung des logischen Elementes übereinstimmt, schwierig erscheint, kann mehr als ein Reglerglied 18 pro logischen Schaltkreis 11 verwendet werden. »Weak links« sind bekannt aus dem Lehrbuch »Supraleitung« von W. Buckel, 1972, Physik Verlag, S. 269,270.

Zusammengefaßt ergeben sich folgende Konstruktionsforderungen:

/-/„,„(regulator) <A/eZ

(U

Zur Rückstellung des logischen Schaltgliedes 12 beim

Umschalten des Reglerschaltgliedes 18 vom Nullspannungszustand in den Spannungszustand durch Unterdrücken von l_m(_O) und /„,,·„ des Reglerschaltgliedes 18 wird verlangt, daß

(logic) < *± + ±

worin R gleich dem Anschlußwiderstand des logischen Schaltkreises 13 in den Figuren ist.
Fig.6 zeigt perspektivisch einen logischen Schaltkreis ähnlich wie die F i g. 3, der ein logisches Schaitglied und ein Regelschahglied enthält. Zur Bezeichnung derselben Elemente wurden in Fig.6 dieselben Zahlen verwendet wie in F i g. 3. Der logische Schaltkreis 11 in Fig.6 ist auf einer Isolierschicht 23 angeordnet, die wiederum auf einer supraleitenden Grundebene 24 liegt. Die Schaltstromversorgungsleitung 15 ist auf der Isolierschicht 23 angebracht. Teile der Leitung 15 dienen als Basiselektroden für die Elemente 12, 18 und Tunnelbarrieren 25 werden auf Teilen der Leitung 15 mit bekannten photolithographischen Maskierungs- und Oxidationstechniken ausgebildet. Mit denselben Techniken werden auch die supraleitenden Leitungen 15, die über den Tunnelbarrieren 25 angeordnet sind, als Gegenelektroden verwendet. Die Übertragungsleitungen 14 werden gleichzeitig mit denjenigen Teilen der Versorgungsleitung 15 ausgebildet, an die sie angeschlossen sind. Die Anschlußimpedanz 13, die eine Verlängerung der Übertragungsleitungen 14 sein kann, kann eine gewünschte charakteristische Impedanz auf bekannte Art bilden und einen gewünschten Widerstandswert haben durch Verwendung eines normalen Metalles oder Ionenplantation zur Veränderung eines supraleitenden Materials zu einem normalen Metall bei Temperaturen des flüssigen Heliums. So kann man z. B.

die charakteristische Impedanz einer Übertragungsleitung heruntersetzen durch eine größere Breite des Supraleiters relativ zur Breite der Übertragungsleitungen 14 oder es kann auch die Dicke des Dielektrikums oder die dielektrische Konstante des Isolators gesteuert werden. Eine nicht dargestellte Isolierschicht ist über den Elementen 12,18, den Übertragungsleitungen 14,15 und der impedanz 13 angeordnet. Schließlich werden die Steuerleitungen 17 und 19 ausgebildet durch Niederschlagen einer Metallschicht oben auf der zuletzt erwähnten Isolierschicht und Ausrichten dieser Steuerleitungen durch bekannte photolithographische Maskierungs- und Ätztechniken.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß logische Anordnungen mit einer großen Zahl separater logischer Kreise ähnlich den logischen Kreisen 11 auf einem Substrat herestellt werden können und daß man logische Funktionen, wie ODER, NOR, NAND usw. zusätzlich zu der hier beschriebenen UND-Funktion mit Schaltungen nach dem Erfindungsgedanken ausführen kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Josephon-Schaltung zur Durchführung logischer oder Speicheroperationen mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Josephson-Kontakten mit gemeinsamer Zuführungsleitung für den Arbeitsstrom, wobei sich jeweils einer der Kontakte im supraleitenden Zustand befindet und beide getrennte Steuerleitungen aufweisen, dadurch ge- so kennzeichnet, daß nur dem ersten Josephson-Kontakt (11) die logischen Eingangssignale über Steuerleitungen (16, 17) zugeführt werden und an ihm das logische Ausgangssignal abgenommen wird, daß die Umschaltcharakteristik (Ig- V-Diagramm) des zweiten Josephson-Kontaktes (18) von der des ersten Josephson-Kontakts abweicht, und daß durch den beim Umschalten eines der Josephson-Kontakte in den normalleitenden Zustand auftretenden Stromimpuls auf der Zuführungsleitung (15) der jeweils andere Josephson-Kontakt in dem supraleitenden Zustand umgeschaltet wird.

2. Josephson-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den ersten Josephson-Kontakt (11) die Bedingung

zweiten Josephson-Kontakten in Reihe geschaltet sind, und daß alle zweiten Josephson-Kontakte durch eine gemeinsame Steuerleitung (19) beaufschlagt werden.

6. Josephson-Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den ersten Josephson-Kontakten und den in Reihe geschalteten zweiten Josephson-Kontakten des nächst benachbarten Paares von ersten und zweiten Josephson-Kontakten lange Verbindungsleitungen vorgesehen sind, auf denen Störimpulse gedämpft werden.