DE2834869B2 - Verriegelungsschaltung mit Josephson-Elementen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verriegelungsschaltungen mit Josephson-Elementen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Schaltungen, die ein an ihre Eingangsklemmen gelegtes Signal aufrechterhalten, sind als sog. Verriegelungsschaltungen bekannt. In einigen Ausführungsformen bleibt das verriegelte Signal auch bestehen, wenn das Eingangssignal in einen anderen Zustand übergeht; im Stand der Technik sind für derartige Schaltungen getrennte Taktgeber erforderlich. Die sich nicht überlappenden Ausgangssignale dieser Taktgeber dienen zur Ansteuerung von UND-Gliedern, die vor und hinter einem sog. Master-Flipflop angeordnet sind. In diesen Schaltungen überträgt ein erster Taktimpuls Information aus dem Master-Flipflop in einen nachgeordneten Flipflop (Slave-Flipflop) über ein Paar von UND-Gliedern und setzt damit den Zustand des Slave-Flipflop, dessen Ausgangssignal wiederum einem logischen Schaltkreis zugeführt werden kann. Nach Abklingen des ersten Taktimpulses aktiviert ein zweiter Taktimpuls ein weiteres Paar von UND-Gliedern und leitet dadurch Eingangssignale aus einer vorhergehenden logischen Stufe in den Master-Flipflop. Wenn der zweite Taktimpuls verschwindet, erscheint wieder der erste. Auf diese Weise wird verhindert, daß Information die Flipflops in unkontrollierter Weise durchläuft, d. h. zwischen den Signalen treten keine Wettlaufbedingungen auf. Diese bekannten Schaltkreise sind im Stand der Technik in verschiedenen Technologien aufgebaut.

Der Nachteil dieser Schaltkreise ergibt sich insbesondere aus dem hohen Schaltungsaufwand infolge des zweiten Flipflops und zweier verschiedener Taktimpulszüge.
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine sich selbst verriegelnde Schaltung anzugeben, die mit sehr geringem Aufwand in Josephson-Technologie hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichnete Erfindung gelöst; Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Schaltung verwendet ein selbstverriegelndes UND-Glied mit Josephson-Elementen; zur Stromversorgung werden der Schaltung Stromimpulse oder ein amplitudenbegrenzter Wechselstrom zugeführt. Bei Anlegen von wahren und komplementären Eingangssignalen liefert die Schaltung wahre und komplementäre Ausgangssignale. Eingangs-

signale, die während eines Versorgungsstromimpulses oder während des Anliegen der amplitudenbegrenzten Wechselspannung zugeführt werden, erzeugen Ausgangssignale, die diesen Zustand beibehalten, auch wenn sich die Eingangssignale während der gegebenen s Impulsdauer verändern. In einer Ausführungsform unterbricht ein vorhandenes Ausgangssignal einen Strompfad, der wiederum ein Paar von UND-Gliedern sperrt Obwohl sich das Eingangssignal für diese Glieder ändert, liefern sie doch kein verschiedenes Ausgangssignal, bis die Stromversorgung auf Null zurückgeht und dadurch das Paar von verriegelnden UND-Gliedern zurücksetzt in einer anderen Ausführungsform sind die Strompfade des einen UND-Glieds mit dem Strompfad eines anderen UND-Glieds überkreuz gekoppelt Das Unterbrechen des Stroms in einem reihengeschalteten Josephson-Kontakt in einem oder dem anderen der Strompfade sperrt das eine oder das andere Paar von UND-Gliedern und verhindert so, daß sich die Ausgangssignale ändern, bis der nächste Zyklus der angelegten Versorgungsimpulse oder des Wechselstroms erscheint.

Die Erfindung beschreibt weiterhin einen Verriegelungskreis mit einem Paar von UND-Gliedern, einem Flipflop und einem selbstverriegelnden UND-Schaltkreis. Die Verriegelungsschaltung ermöglicht es einem Eingangssignal, das sich von" einem früher angelegten Eingangssignal unterscheidet, den Zustand des Fiipflops umzuschalten, ohne daß dadurch das Ausgangssignal des selbstverriegelnden UND-Gliedes eine Änderung erfährt, wenn ein Zyklus der Versorgungsimpulse oiier der Versorgungswechselspannung abläuft Das geänderte Eingangssignal des Flipflops erscheint am Ausgang des selbstverriegelnden UND-Gliedes im nächsten Zyklus der Versorgungsimpulse bzw. der Versorgungswechselspannung.

Das selbstverriegelnde UND-Glied der Erfindung weist im Vergleich zu bekannten Schaltungen mit gleicher Funktion eine einfache Schaltungsstruktur auf. Eine zweiphasige Taktversorgung ist nicht nötig, da die Schaltung durch die impulsförmigen Versorgungsströme zurückgesetzt wird. Zusammen mit einem Flipflop erlaubt das selbstverriegelnde UND-Glied sowohl die Aufrechterhaltung des Ausgangssignals als auch das Speichern eines sich ändernden Eingangssignals.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines selbststeuernden und selbstverriegelnden UND-Glieds (SGA). Dieser Schaltkreis behält auch nach Ausgabe von wahren und komplementären Ausgangssignalen als Folge von wahren oder komplementären Eingangssignalen diese Ausgangssignale unverändert bei, selbst wenn sich die Eingangssignale während des Anliegens eines Stromimpulses mit bestimmter Impulsdauer ändert.

F i g. 2 ist ein Blockdiagramm einer Verriegelungsschaltung, in der ein SGA, ähnlich dem in F i g. 1 gezeigten, enthalten ist. Der SGA Schaltkreis liefert nicht nur gleichbleibende wahre und komplementäre Ausgangssignale, solange ein Impuls mit einer bestimmten Impulsdauer anliegt, sondern liefert diese Ausgangssignale auch an Steuerkreise, die ihrerseits Eingangssignale an ein Flipflop geben, das das SGA steuert.

F i g. 3 eine schematische Darstellung mit spezifischen Schaltkreisen für die Eingangs-UND-Glieder und das Flipflop, die in Blockdarstellung in F i g. 2 enthalten sind. Außerdem ist eine schematische Darstellung eines selbstverriegelnden UND-Kreises gegeben, der sich von dem in Fi g. 1 gezeigten unterscheidet

F i g. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines selbststeiiernden und selbstverriegelnden UND-Gliedes, das im folgenden mit SGA abgekürzt ist Die Schaltung nach F i g. 1 verhindert daß nach der Ausgabe von wahren und komplementären Ausgangssignalen als Antwort auf wahre und komplementäre Eingangssignale die Ausgangssignaie eine Änderung erfahren, wenn sich die Eingangssignale zu irgend einem Zeitpunkt nach dem Anlegen eines Stromimpulses mit bestimmter Impulsdauer ändern.

Zum SGA Schaltkreis in F i g. 1 gehören ein Paar von UND-Gliedern mit den Bezugszeichen 2, 3. Zum UND-Glied 2 gehört ein Paar parallel geschalteter Elemente A, B, in denen ein Josephson-Strom fließen kann. Ein Widerstand R 2 liegt zwischen den Elementen A und B, ein Lastwiderstand RLI ist über die Verbindungsleitung 4 parallel zu den Elementen A, B geschaltet Eine mit V„ bezeichnete Spannungsquelle ist mit Element A über einen Widerstand ÄS 2 verbunden, dessen Wert so gewähli ist daß ein im wesentlichen konstanter Strom IgI in den Restteil des UND-Gliedes 2 fließt Der Wert des Widerstandes R 2 ist so gewählt, daß kein Strom Ig2 in das Element B fließt, wenn das Element A im supraleitenden Zustand ist. Der Widerstand RL 2 hat einen Wert der ausreicht, um die Elemente A und B in ihrem normalleitenden Zustand zu verriegeln, wenn ein Eingangssignal an UND-Glied 2 angelegt wurde. Die Steuerleitung 5 ist nach der Darstellung in Fig. 1 so angeordnet, daß eine elektromagnetische Kopplung mit dem Element A auftritt; sie dient dazu, ein wahres Eingangssignal an das UND-Glied 2 anzulegen. Ein in Fig. 1 mit »wahres Ausgangssignal« bezeichnetes Ausgangssignal erscheint im Lastwiderstand RL 2.

Das UND-Glied3 in Fig. 1 ist mit dem UND-Glied 2 identisch, die Widerstände R 3, RL 3, RS 3 haben dieselbe Funktion wie die Widerstände R2, RL2 bzw. RS2. Die Elemente C, D sind mit den Elementen A bzw. B in Fig. 1 identisch. Die Steuerleitung 6 des UND-Gliedes 3 ist elektromagnetisch mit Element C gekoppelt und führt ein Eingangssignal, das zum wahren Eingangssignal der Steuerleitung 5 des UND-Gliedes 2 komplementär ist. Die Verbindungsleitung 7 in F i g. 1 liefert dem Lastwiderstand RLZ ein komplementäres Ausgangssignal. Der konstante Strom Ig 3 ist mit dem konstanten Strom Ig2 in Fig. 1 identisch. In Fig. 1 gehören zum Strompfad 8 ein Paar von Elementen E F, in denen ein Josephson-Strom fließen kann. Die Elemente E und F sind im Strompfad 8 in Reihe geschaltet und mit den Verbindungsleitungen 4 bzw. 7 elektromagnetisch gekoppelt. Eine in F i g. 1 mit Vac bezeichnete Stromquelle ist mit dem Strompfad 8 über einen Widerstand RS 3 verbunden. Letzterer ist ausreichend groß, um einen im wesentlichen konstanten Strom Ip an den Strompfad 8 zu liefern. Ein Lastwiderstand RG liegt parallel zum Strompfad 8 und hat einen Wert, der genügend hoch ist, um die Elemente E, F in ihrem normalleitenden Zustand festzuhalten, wenn sie durch einen Strom in den Übertragungsleitungen 4 oder 7 umgeschaltet werden. Die als Steuerleitung wirkenden Teile 9 und 10 des Strompfades 8 liegen nach Fig. 1 so, daß sie mit den Elementen B bzw. D der UND-Glieder 2 bzw. 3 elektromagnetisch gekoppelt sind.

Bei den Elementen A bis F kann es sich um die bekannten parallelen Josephson-Elemente (in-line gate)

handeln, es können aber auch die bekannten Interferometertypen mit Mehrfachkontakten sein. Die in F i g. 1 mit Vac bezeichnete Spannungsquelle kann entweder Impulse einer Polarität mit einer bestimmten Impulsdauer liefern, oder aber amplitudenbegrenzte Wechselspannungsimpulse, also bipolare Impulse. Die an die UND-Glieder 2 und 3 und den Strompfad 8 angelegten Stromimpulse sind somit entweder unipolar oder bipolar.

Wie erwähnt, dient SGRl zur Ausgabe von wahren und komplementären Ausgangssignalen, wenn wahre und komplementäre Eingangssignale innerhalb der Impulsdauer eines Stromimpulses Ig2 oder Ig3 angelegt werden. Wenn die Ausgangssignale einmal entstanden sind, behält SGRl diese bei, unabhängig davon, ob sich die Eingangssignale für die UND-Glieder 2 und 3 innerhalb der Impulsdauer des angelegten Stromimpulses ändern. Dieses Ergebnis wird auf folgende Weise erzielt.

Zur Erläuterung soll angenommen werden, daß unipolare Stromimpulse gleichzeitig an die UND-Glieder 2, 3 und den Strompfad 8 mit Hilfe der Spannungsquelle Vac angelegt werden und daß ein Signal, entsprechend einer binären »1« an die Steuerleitung 5 des UND-Gliedes 2 angelegt wird, wodurch Element A des UND-Gliedes 2 mit seinem Strom Ig 2 auf bekannte Weise in den normalleitenden Zustand (mit Spannungsabfall) umschaltet. Das Umschalten des Elements A verlagert den Strom IG 2 in den Widerstand R 2 und danach in das Element B, das dadurch aktiviert wird. Da ein Strom Ip im Strompfad 8 fließt und damit auch in den Teilen 9 und 10, die als Steuerleitung dienen, ist das Element B sowohl einem Arbeits- als auch einem Steuerstrom unterworfen, seine Umschaltschwelle wird herabgesetzt und es schaltet auf bekannte Weise in den normalleitenden Zustand um. Das Umschalten des Elements B verlagert den Strom Ig2 in die Verbindungsleitung 4 und den Lastwiderstand RL, so daß sich ein Ausgangssignal »wahr« ergibt. Das Vorhandensein von Strom Ig 2 in der Verbindungsleitung 4, die bekanntlich mit Element Eelektromagnetisch gekoppelt ist, schaltet das Element E in seinen normalleitenden Zustand um und verlagert so den Strom Ip in den Lastwiderstand RG. Der Strom Ip fließt jetzt nicht mehr im Strompfad 8 und für die Elemente B, D fließt kein Steuerstrom mehr in den Steuerleitungsteilen 9, 10. Die Elemente B und D sind somit gesperrt, wenn zufällig während der Impulsdauer des angelegten Stromimpulses in ihnen ein Arbeitsstrom fließen sollte. Da UND-Glied 2 verriegelt ist, d. h., da Strom Ig2 auch dann noch in RL2 fließt, wenn das Eingangssignal »wahr« verschwunden ist, kann das erneute Erscheinen eines weiteren Eingangssignals »wahr« innerhalb der Impulsdauer des angelegten Stromimpulses das Ausgangssignal »wahr« in RL 2 nicht beeinflussen. Andererseits kann jedoch ein Signal auf Steuerleitung 6 des UND-Gliedes 3 innerhalb der gegebenen Impulsdauer das Element Cumschalten und den Strom Ig3 über A3 in das Element D verlagern. Da im Element D jedoch nur der Strom Ig3 fließt und kein Strom Ip im Steuerleitungsteil 10 kann das Element D nicht in den normalleitenden Zustand umschalten. Der Strom Ig3 fließt über Element D zur Masse, so daß während der Dauer des angelegten Stromimpulses kein unerwünschtes Ausgangssignal an RL3 erscheinen kann. Wenn der angelegte Impuls mit bestimmter Impulsdauer von den UND-Gliedern 2,3 und dem Strompfad 8 abgeschaltet wird, schalten natürlich alle Elemente A bis Fin ihren supraleitenden Zustand zurück und sind zur Abgabe eines Signals an die Last RL2, Rl.3 wiederum bereit, wenn ein neuer Stromimpuls an die UND-Glieder 2, 3 angelegt wird.

Würde ein Signal an die Eingangssteuerleitung 6 des UND-Gliedes 3 angelegt werden, ergäbe sich genau derselbe Funktionsablauf, wie er für den Fall beschrieben wurde, daß ein Eingangssignal an die Steuerleitung 5 des UND-Gliedes 2 angelegt wird mit der Ausnahme,

ίο daß Element B des UND-Gliedes 2 nicht umschalten könnte, wenn ein Störimpuls auf die Steuerleitung 5 gegeben würde. Gewöhnlich werden die Eingangssignale »wahr« und »komplementär« entsprechend der Darstellung in F i g. 1 einem Füpflop entnommen werden, das seinerseits Teil einer Verriegelungsschaltung ist, die in der Blockdarstellung in F i g. 2 angegeben wird.

Bevor die Verriegelungsschaltung in F i g. 2 beschrieben wird, ist zu erwähnen, daß die Mittel zur Beibehaltung des Zustandes der UND-Glieder 2, 3 während der Dauer eines angelegten Stromimpulses auf mehreren Wegen realisiert werden können. Einer dieser Wege ist in F i g. 3 dargestellt und wird in Verbindung mit der Beschreibung dieser Figur näher erläutert. Ein weiterer Weg ist in F i g. 1 gezeigt, in der die Elemente E und F durch ein Element G ersetzt werden können, das gestrichelt im Strompfad 8 eingezeichnet ist. Wenn die Verbindungsleitungen 4 und 7 entsprechend den gestrichelten Teilen 11 bis 12 in Fig. 1 verlängert werden, um eine elektromagnetische Kopplung mit Element G zu erreichen, kann dieses Element G durch einen Strom entweder in der Leitung 4 oder Leitung 7 umgeschaltet werden und dadurch Strom Ip in eine Last RG verlagern; dadurch wird entweder Element B oder Element D gesperrt

Die Spannungsquelle Vac kann entweder unipolar oder bipolar sein, ohne daß sich dadurch die Wirkungsweise des SGA Schaltkreises 1 ändert; wenn die Spannung bipolar oder ein amplitudenbegrenzter Wechselstrom ist, arbeiten die UND-Glieder 2,3 genau wie oben beschrieben. Da die Josephson-Elemente bezüglich der Polarität unempfindlich sind, werden die Elemente A bis G jedesmal in den supraleitenden Zustand zurückgeschaltet, wenn die angelegte Spannung auf den Wert »0« sinkt

F i g. 2 zeigt eine Blockdarstellung eines Verriegelungsschaltkreises mit einem SGA-Kreis, ähnlich dem in F i g. 1. Der SGA-Kreis liefert nicht nur gleichbleibende wahre und komplementäre Ausgangssignale, während

so Impulse mit einer bestimmten Impulsdauer angelegt werden; er gibt diese Ausgangssignale auch an Steuerkreise, die ihrerseits Eingangssignale für einen Flipflop abgeben, der den SGA-Kreis steuert. Diese Steuerkreise ermöglichen es dem Flipflop, der den SGA-Kreis triggert, seinen Zustand zu ändern, wenn ein neues Eingangssignal während eines Zyklus der Versorgungsimpuls erscheint ohne daß dadurch das Ausgangssignal des SGA beeinflußt wird. In Fig.2 ist nur der Flipflop mit einer Gleichspannungsversorgung ausgestattet die übrigen Schaltkreise werden mit Impulsspannungen beaufschlagt °

Der Verriegelungsschaltkreis 20 in Fig.2 umfaßt einen SGA-Kreis 1, an den wahre und komplementäre Eingangssignale vom Flipflop 21 über die Verbindungsleitungen 22 bzw. 23 angelegt werden; das Flipflop ist in Fig.2 mit FFbezeichnet Die Eingänge für Flipflop 21 Versorgungsimpulse aus einem Paar von UND-Gliedern 24,25 und werden über Verbindungsleitungen 26,

27 an Flipflop 21 angelegt. Die Eingangssignale K. L können beispielsweise aus Registern stammen, aus Speichermedien oder vorhergehenden logischen Slufen und werden den UND-Gliedern 24 bzw. 25 als Eingänge zugeführt. Das andere Eingangssignal für UND-Glied

24 ist das Ausgangssignal /Vdes SGA-Kreises 1, der an Glied 24 über Verbindung 29 zugeführt wird. In ähnlicher Weise wird über Verbindung 30 das Ausgangssignal M dem anderen Eingang des UND-Gliedes 25 zugeführt.

Zur Beschreibung der Betriebsweise wird angenommen, daß ein Impulszyklus für die Versorgungsspannung eingeleitet wurde und daß der Zustand des Flipflops 21 an den SGA-Kreis 1 angelegt wurde; es ist zu beachten, daß die Ausgangssignale M, N solange anstehen, bis der angelegte Versorgungsimpuls auf »0« zurückgeht. Damit werden die Eingangssignale M, N während dieser ganzen Zeit an die UND-Glieder 24,25 angelegt. Wenn während dieses Versorgungsimpulses Eingangssignale K, L in wahrer und komplementärer Form erscheinen, kann Flipflop 2t dann und nur dann umgeschaltet werden, wenn das Eingangssignal sich von dem Signal unterscheidet, das vorher an Flipflop 21 angelegt wurde. Dazu wird UND-Glied 24 oder 25 freigegeben, das kein Ausgangssignal erzeugte, als die Signale K. L Flipflop 21 aktivierten. Wenn also Ausgangssignal M vorliegt, bedeutet das, daß UND-Glied 24 aktiviert und ein Ausgangssignal an SGA-Kreis 1 über Leitung 22 geliefert wurde. Da ein gleiches Eingangssignal dasselbe Ausgangssignal hervorrufen würde (Flipflop 21 erfährt dann keine Zustandsänderung), braucht für diesen Fall keine besondere Steuerung vorgesehen zu werden. Die Bedingung, die erlaubt werden muß, betrifft den Fall der Änderung des Eingangssignals; dadurch würde ein Ausgangssignal des Wertes N entstehen, das vom UND-Glied 25 hervorgerufen wird. Wenn also UND-Glied 25 freigegeben wird, kann sein Ausgangssignal beim Eintreffen des Eingangssignals L Flipflop 21 umschalten, ohne daß während desselben Impulszyklus die Ausgangssignale M, N gestört werden. UND-Glied

25 wird freigegeben, indem das Ausgangssignal M über Leitung 30 zurückgeführt wird. Mit den oben beschriebenen Schaltkreisen kann die Verriegelungsschaltung 20 umgeschaltet werden, ohne befürchten zu müssen, daß störende Ausgangssignale während eines gegebenen Impulszyklus der Versorgungsspannung auftreten. Mit der beschriebenen Anordnung wird sichergestellt, daß zwei gleiche Eingangssignale niemals gleichzeitig am Flipflop 21 erscheinen können, da die Freigabe des einen UND-Glieds das andere UND-Glied jeweils sperrt. Wenn keine Gefahr einer derartigen Bedingung vorliegt, können die Ausgangssignale M, N an ein ODER-Glied zurückgeführt werden und dessen Ausgangssignal zur gleichzeitigen Freigabe beider UND-Glieder 24,25 verwendet werden.

In Fig.3 ist eine schematische Darstellung der Verriegelungsschaltung 20 angegeben, wobei spezifische Schaltkreise für die Eingangs-UND-Glieder 24,25, Flipflop 21 und SAG-Schaltkreis 1 gezeichnet sind. Die Elemente in Fig.3 mit denselben Funktionen wie die Elemente in den F i g. 1 und 2 tragen dieselben Bezugszeichen.

In Fi g. 3 besteht UND-Glied 24 aus einem Paar von Josephson-Elementen T, U, die über einen Widerstand RU parallel geschaltet sind und aus einem Lastwiderstand RY, der über Leitung 26 mit diesen Elementen parallelgeschaltet ist Impedanz RYist ein Widerstand, dessen Wert ausreicht, um UND-Glied 24 verriegelnd zu machen. Das Eingangssignal K wird der .Steuerleitung 31 zugeführt, die elektromagnetisch mit Joscphson-Element T gekoppelt ist. Strom Ig4 wird einer Stromquelle Vac über einen hochohmigcn Widerstand RT zugeführt, so daß UND-Glied 24 einen im wesentlichen konstanten Strom erhält, wenn die Quelle Vac im Impulsbetrieb arbeitet. UND-Glied 25 ist identisch mit UND-Glied 24, die Elemente 27, 32, RR, RS. R, S und RX haben im UND-Glied 25 dieselben

ίο Funktionen wie die Elemente 26,31, RT, RU, T, U bzw. RY. Außerdem weisen die Verbindungsleitungen 26, 27 als Steuerleitungen ausgebildete Teile 33 bzw. 34 auf, die elektromagnetisch mit den Josephson-Elementen IV, Z des Flipflops 21 gekoppelt sind.

In Fig. 3 gehören zum Flipflop 21 Josephson-Elerncntc VV, Z, die parallel in zwei Zweigen einer Schleife 35 geschaltet sind, in deren einen Zweig ein als Steuerleitung ausgebildeter Abschnitt 22 und im anderen Zweig ein als Steuerleitung ausgebildeter Abschnitt 23 enthalten ist. Ein Dämpfungswiderstand RD parallel zu den Elementen Z, W dämpft alle Schwingungen, die beim Betrieb des Schaltkreises auftreten können. Die Schleife 35 ist parallel mit einer Gleichstromquelle f/dc^geschaltet.

Die Steucrlcitungsabschnitte 22, 23 im ΓϋρίΙορ 21 sind elektromagnetisch mit den Elementen A. C des SGA-Kreises 1 in F i g. 3 gekoppelt. Der SGA-Kreis 1 in Fig. 3 unterscheidet sich geringfügig von dem SGA-Kreis 1 in Fig. 1 und zwar dadurch, daß die in den Elementen A und C fließenden Ströme zur Freigabe bzw. zum Sperren der Elemente D und B verwendet werden, abhängig davon, ob die Elemente A oder C durch den Strom in den Steuerleitungsabschnitten 22,23 des Flipflops 21 umgeschaltet werden. Das Element C weist somit einen in Reihe geschalteten Strompfad 36 auf; ein Abschnitt 37 dieses Strompfads wirkt als Steuerleitung und ist elektromagnetisch mit Element B gekoppelt. In ähnlicher Weise besitzt Element A einen in Reihe geschalteten Strompfad 38, dessen Teil 39 elektromagnetisch mit Element D gekoppelt ist. Bei dieser Schaltungsanordnung sind beispielsweise beide Elemente ßund D freigegeben, wenn Ströme Ig2. Ig3 im Element A bzw. C fließen. 1st eines der Elemente A, C umgeschaltet, so ist das jeweils überkreuz geschaltete Element D bzw. B am Umschalten gehindert und die zugehörigen UND-Glieder 3 bzw. 2 können nicht auf eine Änderung des Eingangssignals reagieren, solange nicht alle Elemente A bis D durch das Verschwinden des angelegten Versorgungsimpulses zurückgesetzt werden. Es ist zu beachten, daß die Ausgangssignale M, N den Lastwiderständen RL3 bzw. RL2 über die Verbindungsleitungen 30 bzw. 29 zugeführt werden. Die Verbindungsleitungen 29, 30 haben als Steuerleitung ausgebildete Abschnitte 40 bzw. 41, die elektromagnetisch mit den Elementen i/bzw. 5 gekoppelt sind; wenn also ein Strom in den Abschnitten 40 oder 41 fließt, werden die Elemente t/bzw. S freigegeben, so daß die zugehörigen UND-Glieder 24 bzw. 25 ebenso freigegeben werden und Flipflop 21 umschalten können, ohne daß dadurch das Ausgangssignal des SGA-Schaltkreises t beeinflußt wird.

Die Arbeitsweise des Verriegelungsschaltkreises in Fi g. 3 läßt sich beschreiben, indem als Anfangszustand angenommen wird, daß die impulsförmige oder Wechselspannungsversorgung den Wert 0 hat. In diesem Fall fließt in keinem der Elemente M. N ein Ausgangssignal, da alle Schaltkreise mit impulsförmiger oder Wechselspannungsversorgung, einschließlich

SGAl und den UND-Gliedern 24, 25 mit ihren jeweiligen Josephson-Elementen den supraleitenden Zustand einnehmen, letzt soll Flipflop 21 durch ein Eingangssignal auf der Steuerleitung 33 oder 34 in einen der beiden möglichen Zustände umgeschaltet werden. Im Beispiel sei angenommen, daß Josephson-Element W des Flipflops 21 im vorhergehenden Zyklus in den normalleitenden Zustand umgeschaltet wurde und zwar aufgrund eines Slromflusses im Steuerleiter 33, der zu diesem Element gehört. Im neuen Zyklus wird eine impulsförmige oder Wechselspannungsversorgung angelegt und die Ströme Ig 2 bis Ig 5 fließen in den jeweiligen Josephson-Elementen, die sich im supraleitenden Zustand befinden. Der Strom Idc im als Steuerleitung ausgebildeten Teil 23 der Schleife 35 erzeugt jedoch ein magnetisches Steuerfeld für das Element C von SGAl. Dieses Steuerfeld schaltet zusammen mit Strom IgJ das Element C in den normalleitenden Zustand und verlagert über Widerstand Ri den Strom im Element D. Der Strom ,'#3 fließt daher nicht mehr in den Strompfad 36 und dem als Steuerleitung ausgebildeten Teil 37, so daß am Element B des UND-Gliedes 2 kein magnetisches Steuerfeld mehr vorhanden ist. Gleichzeitig fließt Strom lg2 immer noch im Element Λ, dem Strompfad 38 und dessen Teil 39, so daß am Element Ddes UN D-Gliedes 3 ein magnetisches Steuerfeld auftritt; dadurch kann Element D umschalten und Strom IgI über die Leitung 30 und dessen als Steuerleitung ausgebildeten Teil 41 in den Lastwiderstand RL 3 umleiten. Dadurch entsteht am zugeordneten losephson-Elenient Sdes UND-Gliedes 25 ein magnetisches Steuerfeld. Das Element B des UND-Gliedes 2 kann jetzt also nicht mehr umschalten, während Element S des UND-Gliedes 25 für das Umschalten freigegeben ist. Da die Verricgelungsschaltung 20 wahre und komplementäre Ausgangssignale liefert, ergibt sich bei vorhandenem Ausgangssignal M und einem Stromfluß in der Last RL 3 kein Stromfluß in der Last RL2 und das Ausgangssignal N ist 0. Das bedeutet, daß in der Verbindungsleitung 29 oder in deren als Stcucrlcitung ausgebildeten Teil 40 kein Strom fließt und damit Element L/des UND-Gliedes 24 für das Umschalten gesperrt ist. Element ßdes UND-Gliedes 2 ist ebenfalls gesperrt, da kein magnetisches Steuerfeld von dem als Steuerleitung ausgebildeten Abschnitt 37 erzeugt wird. Da die Schaltkreise, denen die impulsförmige oder Wechselspannungsversorgung zugeführt wird, verriegelnd sind, bleibt ein Element in jedem dieser Schaltkreise nach seinem Umschalten im gleichen Zustand, bis die angelegte impulsförmige oder Wechsclspannungsversorgung auf den Wert 0 zurückgeht. Die Elemente C und D verriegeln sich somit in ihrem normalleitenden Zustand und die Elemente U, Bsind für das Umschalten gesperrt. Die Elemente W, Z des Flipflop 21 können jedoch zu jeder Zeit umgeschaltet werden, wenn ein Eingangssignal auf den als Steuerleitung ausgebildeten Leitungsabschnitten 33,34 erscheint. Da dann Element U des UND-Gliedes 24 durch das Fehlen von Strom im Strompfad 39 und dem Steuerteil 40 gesperrt ist, hat ein Eingangssignal K auf der Steuerleitung 31 keine Auswirkung und Flipflop 21 bleibt in dem Zustand, in dem Strom im Element Z und dem Steuerleiter 23 fließt, jedoch kein Strom im Element Wund der Steuerleitung 22; is ergibt sich dann dasselbe Ausgangssignal, wenn die impulsförmige oder Wechselspannungsversorgung den nächsten Zyklus durchläuft. Es ist zu beachten, daß keines der Elemente R. S des UND-Gliedes 25 in den normalleitenden Zustand umschaltet, da kein Eingangssignal auf die Steuerleitung 32 des Elements R gegeben wurde.

Wenn jedoch ein Signal auf der Steuerleitung 32 zu irgendeinem Zeitpunkt während desselben Teils der angelegten impulsförmigen oder Wechselspannungsversorgung erscheint, schaltet das Element R um. Nachdem die Elemente C, D verriegelt sind und ein

ίο Strom in dem als Steuerleitung ausgebildeten Teil 41 fließt, schaltet Element 5 um und Strom Ig5 kann über Verbindung 27 auf den als Steuerleitung ausgebildeten Teil 34 gelangen; dadurch schaltet Element Z um und ändert den Zustand des Flipflop 21. Hier ist zu bedenken, daß SGA schon in dem eingestellten Zustand verriegelt ist, bis die angelegte Versorgungsspannung auf 0 zurückgeht. Obwohl also das Element Z des Flipflop 21 umschaltet und damit einen Stromfluß Idem dem als Steuerleitung ausgebildeten Abschnitt 22 hervorruft und das Element A von SGl umschaltet, bleibt Element B im supraleitenden Zustand und verhindert jede Änderung im Ausgangssignal von SGAI bei M, N. Das Element B verbleibt im supraleitenden Zustand, selbst wenn Strom Ig2 durch dieses Element fließt, da für Element B kein magnetisches Steuerfeld vorhanden ist: Der Strom Ig3 wurde aus dem Strompfad 36 verdrängt, als Element C umschaltete und in seinem normalleitenden Zustand verriegelt wurde. Strom Ig2 wird daher über Element B zur Masse abgeleitet und es erscheint kein Ausgangssignal N. Wenn die impulsförmige oder Wechselspannungsversorgung auf den Wert 0 zurückgeht, schalten alle Elemente in SGAl und den UND-Gliedern 24,25 in den supraleitenden Zustand zurück und sind für den nächsten Zyklus bereit. Wenn die impulsförmige oder Wechselspannungsversorgung beim nächsten Zyklus ansteigt, ist Flipflop 21 schon geändert worden und es erscheint ein Ausgangssignal an der Last RL 2, das diese Änderung anzeigt; dieses Ausgangssignal hat den Wert N, SGAl wird in diesem Zustand verriegelt und UND-Glied 24 freigegeben, um ein Eingangssignal während desselben Zyklus der impulsförmigen oder Wechselspannungsversorgung zu empfangen.

Die Josephson-Elemcnte von SGAl, Flipflop 21 und den UND-Gliedern 24, 25, die in Verbindung mit den F i g. 1 und 3 besprochen wurden, können Josephson-Elemente der bekannten Typen oder aber Interferometer mit Mehrfachkontakten sein. Alle Verbindungsleitungen, beispielsweise 4, 5, 22, 23, 26, 27, 29 und 30 und die als Steuerleitungen ausgebildeten Teile 37, 39, 40 und 41 können ebenso wie die Schleife 35 aus Materialien hergestellt werden, die bei der Temperatur des flüssigen Heliums (ungefähr 4,2° Kelvin) supraleitend sind. Typische Josephson-Kontakte und Verbindungsleitungen, die hier verwendet werden können, sind in der US-Patentschrift 37 58 795 angegeben. Ein Herstellungsverfahren zur Ausbildung von Josephson-Kontakten und Elementen ist in der US-Patentschrift 38 49 276 beschrieben. Widerstände, wie beispielsweise RL 2, RR, RX und R 3, die bei der Betriebstemperatur nicht supraleitend sein dürfen, können mit kompatiblen Materialien hergestellt werden, die bei der gewünschten Betriebstemperatur einen Widerstand aufweisen. In der US-Patentschrift 39 13 120 wird ein Material und ein Herstellungsverfahren für Schaltkreise und Widerstände angegeben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Verriegelungsschaltung mit Josephson-Elementen und nichtkontinuierlicher Versorgungsspannung, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes (A, B) und ein zweites (C, D) Paar über einen Widerstand (R2 bzw. A3) parallel geschalteter Josephson-Elemente vorgesehen sind, denen jeweils über die Steuerleitung des ersten Elements (A 'bzw. C) ein Eingangssignal zugeführt wird und daß der im Steuerleiter des jeweils zweiten Elements fließende Versorgungsstrom unterbrochen wird, nachdem das erste Element des jeweils anderen Paars in den normalleitenden Zustand umgeschaltet wurde.

2. Verriegelungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu jedem Paar von Josephson-Elementen eine Ausgangsimpedanz (RL 2 bzw. RL 3) geschaltet ist, deren Impedanzwert so gewählt wurde, daß die Josephson-Elemente jedes Paars nach Umschalten in den normalleitenden Zustand selbstverriegelnd sind und erst bei Verschwinden des Arbeitsstromes wieder in den supraleitenden Zustand zurückkehren.

3. Verriegelungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitungen der zweiten Josephson-Elemente (B bzw. D) jedes Paars miteinander verbunden sind und ein oder mehrere Josephson-Elemente (E, Fbzw. G, Fig. 1) enthalten, die elektromagnetisch mit den Ausgangsleitungen (4,7) jedes Paars gekoppelt sind und beim Auftreten eines Ausgangsimpulses den Versorgungsstrom in den Steuerleitungsabschnitten (9, 10) unterbrechen.

4. Verriegelungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsströme der jeweils ersten Elemente eines Paars durch kreuzweise Verbindung als Steuerströme für die zweiten Elemente des jeweils anderen Paars dienen (l.Fig.3).

5. Verriegelungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung aus unipolaren Stromimpulsen besteht.

6. Verriegelungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung aus amplitudenbegrenztem Wechselstrom besteht

7. Verriegelungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Paaren von Josephson-Elementen als Eingangssignale die wahren bzw. komplementären Signalwerte zugeführt werden.

8. Verriegelungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Paare von Josephson-Elementen mit den Ausgangsleitungen eines Flipflops (21, Fi g. 2) verbunden sind, dem die zu verriegelnden Eingangssignale (K, L) über UND-Glieder (24,25) zugeführt werden, deren zweiter Eingang die über Kreuz geschalteten Ausgangssignale (M, N der Verriegelungsschaltung (l)sind.

9. Verriegelungsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die UND-Glieder (24, ;?5) aus parallel geschalteten Paaren von )osephson-Elementen (R, S bzw. T, U) bestehen, denen 2:ur Rückkopplung die Ausgangsleitungen der Verriegelungsschaltung (1) als Steuerleitung (41 bzw. 40) des jeweils zweiten Josephson-Elements (S bzw. U)

zugeführt werdea

10. Verriegelungsschaltung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daS die Ausgangssignale der UND-Glieder {24, 25) als Steuersignale für die als Stromschleife (35) mit zwei in Reihe geschalteten Josephson-Elementen (Z, W) ausgebildete Flipflcp-Schaltung (21) dienen, die wiederum als Steuerleitung ausgebildete Abschnitte (22, 23) für die Josephson-Elemente (A bzw. C) der Verriegelungsschaltung (1) aufweist

11. Verriegelungsschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Flipflop-Schaltung (21) ein Gleichstrom (Idc) als Arbeitsstrom zugeführt wird, die anderen Josephson-Elemente (A, B, C, D, R, S, T, U) jedoch mit impulsförmigen Arbeitsströmen (unipolar oder bipolar) beaufschlagt werden.