JP2715940B2 - 論理ゲートおよびこの論理ゲートを利用したフィールド・プログラマブル・ゲートアレイ - Google Patents

論理ゲートおよびこの論理ゲートを利用したフィールド・プログラマブル・ゲートアレイ

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JP2715940B2
JP2715940B2 JP6276190A JP27619094A JP2715940B2 JP 2715940 B2 JP2715940 B2 JP 2715940B2 JP 6276190 A JP6276190 A JP 6276190A JP 27619094 A JP27619094 A JP 27619094A JP 2715940 B2 JP2715940 B2 JP 2715940B2
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logic gate
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耕一郎 山村
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はジョセフソン接合(J
J)を用いた論理ゲートおよびこの論理ゲートを用いた
フィールド・プログラマブル・ゲートアレイに関する。
【0002】
【従来の技術】ショセフソン接合(JJ)を用いたプロ
グラマブル論理アレイは、特公昭64−5768号に提
案されている。この公報には、「ROM3はROM3の
出力がいかなる論理関数を表現すべきかに依存して選択
的にスイッチするように前もってプログラムされた方式
でパーソナライズされたジョセフソン接合メモリ・セル
の配列から成る。」「ループ13の各々の電流経路は複
数個のジョセフソン接合メモリ・セルを含み、これらメ
モリ・セルはゲート電流及び制御電流の両者が存在する
時にスイッチするか又はスイッチしないようにROM3
の製造時に前もってプログラムできる。」という技術が
示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来技術
では、ユーザが製品の入手後その論理を変更できるもの
ではない。
【0004】本発明の目的は、ゲートの機能を使用時自
由に設定でき、変更できるようにした論理ゲートを提供
することにある。
【0005】本発明の他の目的は、CMOSで構成され
たものと比較して超高速動作を実現するようにしたフィ
ールド・プログラマブル・ゲートアレイを提供すること
にある。
【0006】本発明の他の目的は、一枚のマスクで多様
な論理演算を可能にし、少々の不良ゲートがあっても避
けて使用できるようにしたフィールド・プログラマブル
・ゲートアレイを提供することにある。
【0007】
【発明を解決するための手段】本発明の第1の論理ゲー
トは、入出力端子と、ノードと、このノードおよび前記
入出力端子の間の入出力電流を決定する第1の抵抗と、
前記ノードと第1の電源端子との間に接続され該第1の
電源端子と該ノードとの間を流れる主バイアス電流を決
定する第2の抵抗と、前記ノードと第2の電源端子との
間に接続され前記ノードのオン/オフ状態を決定する第
1のジョセフソン接合と、前記ノードと第3の電源端子
との間に設けられ該第3の電源端子と該ノードとの間を
流れる副バイアス電流を決定する第3の抵抗と、この第
3の抵抗と第4の電源端子との間に接続され前記副バイ
アス電流のオン/オフ状態を決定する第2のジョセフソ
ン接合と、前記第3の電源端子と前記第2のジョセフソ
ン接合との間に設けられ該第2のジョセフソン接合をバ
イアスする第4の抵抗とを含む。
【0008】本発明の第2の論理ゲートは、複数の入出
力端子と、これら複数の入出力端子のそれぞれに接続さ
れた複数の第1の抵抗と、これら複数の第1の抵抗に接
続されたノードと、このノードと第1の電圧端子との間
に設けられ該第1の電圧端子と該ノードとの間を流れる
バイアス電流の経路に設けられた第2の抵抗と、前記ノ
ードおよび第2の電源端子の間に接続されたジョセフソ
ン接合と、前記ノードと複数の第3の電源端子の各々と
の間にそれぞれ設けられ該複数の第3の電源端子と該ノ
ードとの間を流れる副バイアス電流をそれぞれ決定する
複数の第3の抵抗と、この複数の第3の抵抗の各々と第
4の電源端子との間にそれぞれ接続され前記副バイアス
電流のオン/オフ状態を決定する複数の第2のジョセフ
ソン接合と、前記複数の第3の電源端子の各々と前記複
数の第2のジョセフソン接合の各々との間に設けられ該
複数の第2のジョセフソン接合をバイアスする複数の第
4の抵抗とを含む。
【0009】本発明の第3の論理ゲートは、複数の入出
力端子と、これら複数の入出力端子のそれぞれに接続さ
れた複数の第1の抵抗と、これら複数の第1の抵抗に接
続されたノードと、このノードに流れるバイアス電流の
経路に設けられた第2の抵抗と、前記ノードおよびグラ
ンドの間に接続されたジョセフソン接合と、前記ノード
に並列に接続された複数の第4の抵抗と、これら第4の
抵抗および副バイアス端子の間に接続された複数の第3
の抵抗と、これら第3の抵抗のそれぞれおよび前記第4
の抵抗のそれぞれの中間点と副グランド端子との間に接
続される複数のジョセフソン接合とを含む。
【0010】本発明のフィールド・プログラマブル・ゲ
ートアレイは、第3の論理ゲートにおいて、ある論理ゲ
ートの前記入出力端子と該論理ゲートに隣接する他の論
理ゲートの直近の前記入出力端子とを接続し、ある論理
ゲートの前記副バイアス端子と該論理ゲートと同じ行に
位置する他の論理ゲートの前記副バイアス端子とを接続
し、ある論理ゲートの前記副グランド端子と該論理ゲー
トと同じ列に位置する他の論理ゲートの前記副グランド
端子とを接続することを特徴とする。
【0011】
【実施例】次に本発明の一実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。
【0012】図1(a)を参照すると、本発明の一実施
例である論理ゲート30は、入出力端子20〜23およ
びノード19の間の入出力電流を決めるための抵抗6〜
9と;ノード19およびグランド31の間のノード19
のオン−オフを決めるためのジョセフソン接合1と;主
バイアス信号24およびノード19の間の主バイアス電
流を決めるための抵抗10と;副バイアス信号25〜2
8およびノード19の間の副バイアス電流を決める抵抗
15〜18およびジョセフソン接合2〜5をバイアスす
るための抵抗11〜14と;これら抵抗11〜14およ
び副グランド信号29の間に副バイアス電流をオン−オ
フするためのジョセフソン接合2〜5を含む。
【0013】次に本発明の一実施例である論理ゲート3
0の動作について図面を参照して詳細に説明する。
【0014】図1(a)および(b)を参照すると、副
グランド信号29のレベルを下げて、副バイアス信号2
5〜28に通常のバイアス信号より高いレベルを与える
ことにより、任意のジョセフソン接合2〜5を電圧状態
にすることができる。その後副バイアス信号25〜28
を通常のバイアス信号レベルへ、副グランド信号29を
通常のグランドレベルへ戻して、主バイアス信号24を
与える。
【0015】今抵抗6〜10および15〜18を通る電
流がジョセフソン接合1〜5のしきい値電流の1/5と
すると、ジョセフソン接合2〜5の4個が電圧状態の時
は常にジョセフソン接合1は電圧状態となり、ジョセフ
ソン接合2−5の3個が電圧状態の場合は、入出力信号
20〜23のレベルのうち1つがハイ状態になればジョ
セフソン接合1は電圧状態になる。ジョセフソン接合2
〜5の2個が電圧状態の場合は、入出力信号20〜23
のレベルのうち3つがハイ状態になればジョセフソン接
合1は電圧状態になり、ジョセフソン接続2〜5のいず
れも電圧状態でない場合は、入出力信号20〜23のレ
ベルのうち4つがハイ状態にならないと電圧状態になら
ない。
【0016】すなわち、ジョセフソン接合2〜5によっ
て使用時に論理ゲート30の機能を変更できる。本実施
例では入出力端子数を4,副バッファー信号数を4とし
たが、もちろんそれぞれ任意の数でかまわない。
【0017】次に上述の論理ゲートを利用した本発明の
フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ(FPG
A)の一実施例について図面を参照して詳細に説明す
る。
【0018】図2を参照すると、本発明のフィールド・
プログラマブル・ゲートアレイ(FPGA)の一実施例
は、上述の図1に示される論理ゲート30を論理ゲート
111〜113,121〜123,および131〜13
3としてアレイ状に配置されている。これら論理ゲート
111〜113,121〜123および131〜133
のそれぞれの入出力端子は、上下左右に隣接する他の論
理ゲート111〜113,121〜123および131
〜133の対応する入出力端子に接続されている。この
結果、論理ゲート111〜133は同じ行同士の副バイ
アス線が接続され、同じ列同士の副グランド線が接続さ
れた状態となる。
【0019】次に本発明のフィールド・プログラマブル
・ゲートアレイ(FPGA)の一実施例の動作について
図面を参照して詳細に説明する。
【0020】図2を参照すると、本発明のFPGAの一
実施例における論理ゲート122に着目して以下説明す
る。
【0021】論理ゲート122の機能を設定する場合
は、以下のような動作が行なわれる。すなわち、まず第
2の副グランド信号64のレベルがグランドレベルより
引下げられ副バイアス信号55〜58のうち任意の信号
のレベルが引上げられる。この結果上述の論理ゲート3
0の動作で説明したようにゲート122はセットされ
る。このようにして他の論理ゲート111〜113,1
21,123および131〜133も論理ゲート122
と同様な動作でセットされる。その後、論理ゲート12
2は第2の副グランド信号64のレベルが元のグランド
レベルに戻され、バイアス信号55〜58のうち引上げ
られた信号が元のレベルに戻される。他の論理ゲート1
11〜113,121,123,および131〜133
も同様な動作がなされる。
【0022】この後、論理ゲート111〜133の、図
1で示された論理ゲート30内で示される主バイアス信
号24に対応する主バイアス信号(図2では図示されな
い)が印加されると論理動作を開始させることができ
る。
【0023】論理ゲート111〜133それぞれの機能
を上述のジョセフソン接合の電圧状態により、任意に変
更できるので、二値状態の両信号を入出力端子80〜9
1から入力することにより、任意の論理動作が可能であ
る。
【0024】図1で示されるジョセフソン接合1に対応
する図2で示される各論理ゲート111〜133の中の
ジョセフソン接合をリセットする場合には、図2て示さ
れる主バイアス信号(図示せず)および副バイアス信号
51〜62をグランドレベルにするとともに、副グラン
ド信号63〜65の電位は副バイアス信号51〜62の
グランドレベルとの電位差を一定にするようにすればよ
い。この一実施例では、入出力信号数が「4」の論理ゲ
ートを用いたが、任意の入出力信号数の論陸ゲートであ
っても同じようなフィールド・プログラマブル・ゲート
アレイ(FPGA)をつくることができる。また、論理
ゲート数も3×3ではなく任意のゲート数でかまわな
い。
【0025】本発明のフィールド・プログラマブル・ゲ
ートアレイは、ジョセフソン接合で実現されており、し
かも駆動に必要な論理ゲートおよびその近傍の論理ゲー
トしか駆動しないため、CMOSで形成される一般のフ
ィールド・プログラマブル・ゲートアレイと比較して超
高速な動作が可能になる。
【0026】
【発明の効果】本発明の論理ゲートは、ジョセフソン接
合のしきい値電流を制御できるので、使用時にゲートの
機能を自由に設定でき、かつ変更できるという効果があ
る。
【0027】本発明のフィールド・プログラマブル・ゲ
ートアレイは、ジョセフソン接合で実現されており、論
理ゲートの駆動数は限定されるため、CMOSで形成さ
れるフィールド・プログラマブル・ゲートアレイと比較
して超高速な動作が可能である。
【0028】さらに、ジョセフソン接合でフィールド・
プログラマブル・ゲートアレイを実現することにより、
一枚のマスクで多様な論理演算を実現でき、少々の不良
ゲートがあっても避けて使用できる。この結果、材料,
製造時間等の節約ができる。
【0029】
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)および(b)は、本発明の論理ゲートの
構成を示す図である。
【図2】本発明のフィールド・プログラマブル・ゲート
アレイの構成を示す図である。
【符号の説明】
1,2,3,4,5 ジョセフソン接合 6,7,8,9,10,11,12,13,14,1
5,16,17,18抵抗 19 ノード 20,21,22,23 入出力端子 24 主バイアス 25,26,27,28 副バイアス 29 副グランド 30 論理ゲート 31 グランド 111,112,113,121,122,123,1
31,132,133論理ゲート 51,52,53,54,55,56,57,58,5
9,60,61,62副バイアス 63,64,65 副グランド 80,81,82,83,84,85,86,87,8
8,89,90,91入出力端子 100 フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入出力端子と、 ノードと、 このノードおよび前記入出力端子の間の入出力電流を決
    定する第1の抵抗と、前記ノードと第1の電源端子との間に接続され該第1の
    電源端子と該ノードとの間 を流れる主バイアス電流を決
    定する第2の抵抗と、前記ノードと第2の電源端子との間に接続され 前記ノー
    ドのオン/オフ状態を決定する第1のジョセフソン接合
    と、前記ノードと第3の電源端子との間に設けられ該第3の
    電源端子と該 ノードとの間を流れる副バイアス電流を決
    定する第3の抵抗と、この第3の抵抗と第4の電源端子との間に接続され 前記
    副バイアス電流のオン/オフ状態を決定する第2のジョ
    セフソン接合と 前記第3の電源端子と前記第2のジョセフソン接合との
    間に設けられ該第2のジョセフソン接合をバイアスする
    第4の抵抗と を含むことを特徴とする論理ゲート。
  2. 【請求項2】 複数の入出力端子と、 これら複数の入出力端子のそれぞれに接続された複数の
    第1の抵抗と、 これら複数の第1の抵抗に接続されたノードと、 このノードと第1の電圧端子との間に設けられ該第1の
    電圧端子と該ノードとの間を流れるバイアス電流の経路
    に設けられた第2の抵抗と、 前記ノードおよび第2の電源端子の間に接続されたジョ
    セフソン接合と、前記ノードと複数の第3の電源端子の各々との間にそれ
    ぞれ設けられ該複数の第3の電源端子と該ノードとの間
    を流れる副バイアス電流をそれぞれ決定する複 数の第3の抵抗と、 この複数の第3の抵抗の各々と第4の電源端子との間に
    それぞれ接続され前記副バイアス電流のオン/オフ状態
    を決定する複数の第2のジョセフソン接合と、 前記複数の第3の電源端子の各々と前記複数の第2のジ
    ョセフソン接合の各々 との間に設けられ該複数の第2の
    ジョセフソン接合をバイアスする複数の第4の抵抗と
    含むことを特徴とする論理ゲート。
  3. 【請求項3】 前記論理ゲートを複数含み、 複数の論理ゲートのうちのある論理ゲートの前記入出
    力端子と該論理ゲートに隣接する他の論理ゲートの直近
    の前記入出力端子とを接続し、 ある論理ゲートの前記第3の電源端子と該論理ゲートと
    同じ行に位置する他の論理ゲートの前記第3の電源端子
    とを接続し、 ある論理ゲートの前記第4の電源端子と該論理ゲートと
    同じ列に位置する他の論理ゲートの前記第4の電源端子
    とを接続することを特徴とするフィールド・プログラマ
    ブル・ゲートアレイ。
  4. 【請求項4】 前記第1および前記第2の抵抗を流れる
    電流の各々が前記第1および第2のジョセフソン接合の
    閾値電流の1/2であることを特徴とする請求項1記載
    の論理ゲート。
  5. 【請求項5】 前記複数の第2のジョセフソン接合の個
    数がn(nは2以上の整数)個であり、前記複数の第1
    の抵抗および前記複数の第2の抵抗の各々を流れる電流
    の各々が前記第1および複数の第2のジョセフソン接合
    の各々の閾値電流の1/(n+1)であることを特徴と
    する請求項2記載の論理ゲート。
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WO2003084065A1 (en) * 2002-04-03 2003-10-09 Sony Corporation Integrated circuit, integrated circuit device, method for structuring integrated circuit device, and method for manufacturing integrated circuit device

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