JP2807519B2 - Superconducting device - Google Patents

Superconducting device

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JP2807519B2
JP2807519B2 JP1340969A JP34096989A JP2807519B2 JP 2807519 B2 JP2807519 B2 JP 2807519B2 JP 1340969 A JP1340969 A JP 1340969A JP 34096989 A JP34096989 A JP 34096989A JP 2807519 B2 JP2807519 B2 JP 2807519B2
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則夫 藤巻
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【発明の詳細な説明】 〔概要〕 超伝導装置に関し、 用途に応じて適当なスルーレートを選択し、構成の複
雑化やコスト上昇を招くことなく測定感度と応答速度を
希望する値に設定できる超伝導装置を提供することを目
的とし、 ループ内に鎖交する磁束を取り出す超伝導ループから
なるピックアップコイルと、ピックアップコイルに磁界
結合され、取り出された磁束を交流バイアスによりパル
ス化する超伝導量子干渉素子と、超伝導量子干渉素子か
ら出力されたパルスを計測し、この計測結果に応じた磁
束量子を磁界結合を通して該超伝導量子干渉素子の入力
側にフィードバックする超伝導フィードバック手段とを
備え、超伝導量子干渉素子から出力されるパルスに基づ
いてピックアップコイルに鎖交する磁束を測定する超伝
導装置において、前記超伝導量子干渉素子にフィードバ
ックされる前記磁束量子の切り換えを指令する切換指令
手段を設け、前記超伝導フィードバック手段は、切換指
令手段からの指令に基づいて超伝導量子干渉素子にフィ
ードバックする前記磁束量子を電気的に切り換えるよう
に構成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Overview] Regarding a superconducting device, an appropriate slew rate can be selected according to the application, and the measurement sensitivity and the response speed can be set to desired values without incurring a complicated configuration and an increase in cost. A pickup coil composed of a superconducting loop that extracts magnetic flux interlinking in the loop, and a superconducting quantum that is magnetically coupled to the pickup coil and pulsates the extracted magnetic flux with an alternating current bias to provide a superconducting device. An interference element, and superconducting feedback means for measuring a pulse output from the superconducting quantum interference element, and feeding back a flux quantum according to the measurement result to the input side of the superconducting quantum interference element through magnetic field coupling, In a superconducting device that measures magnetic flux linked to a pickup coil based on pulses output from a superconducting quantum interference device Switching command means for commanding switching of the magnetic flux quantum fed back to the superconducting quantum interference element, wherein the superconducting feedback means feeds back to the superconducting quantum interference element based on a command from the switching command means. The magnetic flux quantum is configured to be electrically switched.

〔産業上の利用分野〕[Industrial applications]

本発明は、高感度磁界センサとして用いられる超伝導
装置に係り、詳しくは、パルスを出力するSQUID(Super
conducting Quantum Interfernce Device;超伝導量子干
渉素子)センサを使用した超伝導装置に関する。
The present invention relates to a superconducting device used as a high-sensitivity magnetic field sensor, and more specifically, to a SQUID (Super
The present invention relates to a superconducting device using a conducting Quantum Interfernce Device (superconducting quantum interference device) sensor.

生体磁気測定などの分野でSQUID(以下、スクイドと
いう)は不可欠のデバイスとして用いられており、この
分野では、脳や心臓などの臓器の磁界分布を短時間で測
定するため、スクイドを多数並べた多チャンネルスクイ
ドシステムが要望され、開発が進められている。
In fields such as biomagnetic measurement, SQUIDs (hereinafter referred to as squids) are used as indispensable devices. In this field, many squids are arranged to measure the magnetic field distribution of organs such as the brain and heart in a short time. A multi-channel squid system is desired and is being developed.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の超伝導装置を高感度磁界センサとして用いる場
合には、上述したように多チャンネルスクイドシステム
が優れており、このような多チャンネルスクイドを実現
するためには、ディジタルスクイドが有益と考えられて
いる(例えば、技術文献としてはD. Drung, Cryogenics
vol.26 pp.623−627.1986とFujimaki et al. IEEE Tra
ns. Electron Devices vol.35, No.12(1988)pp.2412
−2418参照)。これは、従来の多数のスクイドが、いわ
ゆるdc−SQUIDで、アナログ動作であったのに対し、デ
ィジタルスクイドはパルスを出力するものであり、出力
S/Nを増やし、そのままディジタル処理が可能であると
いう利点がある。
When a conventional superconducting device is used as a high-sensitivity magnetic field sensor, a multi-channel squid system is superior as described above, and in order to realize such a multi-channel squid, a digital squid is useful. (For example, see D. Drung, Cryogenics
vol.26 pp.623-627.1986 and Fujimaki et al. IEEE Tra
ns. Electron Devices vol.35, No.12 (1988) pp.2412
−2418). This is because while many conventional squids are so-called dc-SQUIDs, which operate in analog, digital squids output pulses and output.
There is an advantage that S / N can be increased and digital processing can be performed as it is.

また、フィードバック回路を超伝導回路で実現した、
いわゆるワンチップスクイドを本出願人は先に提案して
おり(特願昭62−177515号参照)、これはフィードバッ
ク回路をスクイドセンサと同一チップ上に集積化したも
ので、室温側とのフィードバック線を無くし、チャンネ
ル間のクロストークを減らすという利点を持っている。
Also, the feedback circuit was realized by a superconducting circuit,
The present applicant has previously proposed a so-called one-chip squid (see Japanese Patent Application No. 62-177515), in which a feedback circuit is integrated on the same chip as a squid sensor. And has the advantage of reducing crosstalk between channels.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、このような従来の超伝導装置にあって
は、超伝導フィードバック回路のフィードバック磁束量
が一定であったため、いわゆるフィードバックのスルー
レートを変えることができず、測定感度(分解能)およ
び応答速度を希望する値に自由に切り換えられないとい
う問題点があった。
However, in such a conventional superconducting device, since the feedback magnetic flux amount of the superconducting feedback circuit is constant, the so-called feedback slew rate cannot be changed, and the measurement sensitivity (resolution) and response speed are reduced. There was a problem that the desired value could not be freely switched.

すなわち、ディジタルスクイドの場合には、フィード
バック回路の機能としてディジタルスクイドから出力さ
れるパルスのカウント動作と、このパルスカウント数の
D/A変換の動作が必要であり、この回路によって1パル
ス毎に一定量のフィードバック磁束ΔΦが増加する。こ
のΔΦが大きいほど、フィードバック回路のスルーレー
トが高くなって応答速度は速くなるが、大きすぎると量
子化誤差が大きくなって測定感度が悪くなる(分解能が
低下する)。そのため、例えば測定感度を高くするため
にフィードバック磁束ΔΦを小さい値に設定すると、ス
ルーレートが制限されて応答速度が悪くなる。一方、実
用上、場合によっては感度を犠牲にしても測定の応答速
度を上げることが要求されることもある。すなわち、用
途に応じて適当なスルーレートを選択して測定感度と応
答速度を希望する値にすることが要求されるというのが
実情である。
In other words, in the case of a digital squid, the operation of counting pulses output from the digital squid as a function of a feedback circuit and the number of pulses counted
A D / A conversion operation is required, and this circuit increases a fixed amount of feedback magnetic flux ΔΦ for each pulse. The larger the value of ΔΦ, the higher the slew rate of the feedback circuit and the higher the response speed. However, if the value of ΔΦ is too large, the quantization error increases and the measurement sensitivity deteriorates (resolution decreases). Therefore, for example, if the feedback magnetic flux ΔΦ is set to a small value in order to increase the measurement sensitivity, the slew rate is limited, and the response speed is deteriorated. On the other hand, in practical use, it may be required to increase the measurement response speed even if the sensitivity is sacrificed. That is, in reality, it is necessary to select an appropriate slew rate according to the application and set the measurement sensitivity and the response speed to desired values.

このような相反する要求に対して、従来の超伝導装置
で対処しようとすると、例えばフィードバック磁束ΔΦ
を変えた別のディジタルスクイドをもう1台用意する等
ということになり、不便かつ面倒であるとともに、構成
の複雑化やコスト上昇を招き好ましくない。
In order to cope with such conflicting demands with a conventional superconducting device, for example, feedback flux ΔΦ
In other words, another digital squid having a different configuration is prepared, which is inconvenient and troublesome, and undesirably complicates the configuration and increases the cost.

そこで本発明は、用途に応じて適当なスルーレートを
選択し、構成の複雑化やコスト上昇を招くことなく測定
感度と応答速度を希望する値に設定できる超伝導装置を
提供することを目的としている。
Therefore, an object of the present invention is to provide a superconducting device that can select an appropriate slew rate according to an application and can set a measurement sensitivity and a response speed to desired values without causing a complicated configuration and an increase in cost. I have.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明による超伝導装置は上記目的達成のため、ルー
プ内に鎖交する磁束を取り出す超伝導ループからなるピ
ックアップコイルと、ピックアップコイルに磁界結合さ
れ、取り出された磁束を交流バイアスによりパルス化す
る超伝導量子干渉素子と、超伝導量子干渉素子から出力
されたパルスを計測し、この計測結果に応じた磁束量子
を磁界結合を通して該超伝導量子干渉素子の入力側にフ
ィードバックする超伝導フィードバック手段とを備え、
超伝導量子干渉素子から出力されるパルスに基づいてピ
ックアップコイルに鎖交する磁束を測定する超伝導装置
において、前記超伝導量子干渉素子にフィードバックさ
れる前記磁束量子の切り換えを指令する切換指令手段を
設け、前記超伝導フィードバック手段は、切換指令手段
からの指令に基づいて超伝導量子干渉素子にフィードバ
ックする前記磁束量子を電気的に切り換えるように構成
している。
In order to achieve the above object, a superconducting device according to the present invention has a pickup coil composed of a superconducting loop for extracting magnetic flux interlinked in a loop, and a superconducting device magnetically coupled to the pickup coil for pulsing the extracted magnetic flux with an AC bias. A conduction quantum interference device and superconducting feedback means for measuring a pulse output from the superconducting quantum interference device and feeding back a flux quantum corresponding to the measurement result to the input side of the superconducting quantum interference device through magnetic field coupling. Prepared,
In a superconducting device that measures a magnetic flux linked to a pickup coil based on a pulse output from a superconducting quantum interference device, a switching instruction unit that instructs switching of the magnetic flux quantum fed back to the superconducting quantum interference device. The superconducting feedback means is configured to electrically switch the magnetic flux quantum fed back to the superconducting quantum interference device based on a command from the switching command means.

また、前記超伝導フィードバック手段は、複数のフィ
ードバック回路を含み、超伝導量子干渉素子と該フィー
ドバック回路の間に論理積ゲートを設け、前記切換指令
手段からの指令に基づいて超伝導量子干渉素子から出力
されるパルスをどのフィードバック回路に伝えるかを切
り換えることを特徴とし、前記超伝導フィードバック手
段は、超伝導インダクタと磁束量子を書き込むためのゲ
ートを含む、超伝導ループからなることを特徴とし、前
記超伝導フィードバック手段は、その超伝導ループに書
込みゲートを複数含み、超伝導量子干渉素子から出力さ
れるパルスと書込みゲートの間に論理積ゲートを設け、
前記切換指令手段からの指令に基づいて超伝導量子干渉
素子から出力されるパルスをどの書込みゲートに伝える
かを切り換えることを特徴とし、前記超伝導フィードバ
ック手段は、その超伝導ループに超伝導インダクタを複
数並列接続し、これらの超伝導インダクタの少なくとも
一部は、電界効果型超伝導三端子素子のチャンネル部分
であることを特徴とし、前記超伝導フィードバック手段
は、その超伝導ループの一部を比較的小さな超伝導イン
ダクタでシャントし、該小さな超伝導インダクタの少な
くとも一部は、電界効果型超伝導三端子素子のチャンネ
ル部分であることを特徴とする。
Further, the superconducting feedback means includes a plurality of feedback circuits, an AND gate is provided between the superconducting quantum interference device and the feedback circuit, and the superconducting quantum interference device is controlled based on a command from the switching command device. Switching the output pulse to be transmitted to which feedback circuit, wherein the superconducting feedback means comprises a superconducting loop, including a superconducting inductor and a gate for writing magnetic flux quanta, The superconducting feedback means includes a plurality of write gates in the superconducting loop, and provides an AND gate between the pulse output from the superconducting quantum interference device and the write gate,
Switching the pulse output from the superconducting quantum interference device to be transmitted to which write gate based on a command from the switching command means, wherein the superconducting feedback means includes a superconducting inductor in the superconducting loop. A plurality of superconducting inductors are connected in parallel, and at least a part of these superconducting inductors is a channel part of a field effect type superconducting three-terminal element, and the superconducting feedback means compares a part of the superconducting loop. The shunt is performed by a superconducting inductor having a very small size, and at least a part of the small superconducting inductor is a channel portion of a field effect type superconducting three-terminal device.

〔作用〕[Action]

本発明では、切換指令手段によりフィードバック磁束
量の切り換えが指令されると、超伝導フィードバック手
段がフィードバック磁束量の大きさを電気的に切り換え
てスルーレートを変える。
In the present invention, when switching of the feedback magnetic flux amount is instructed by the switching instruction means, the superconducting feedback means electrically switches the magnitude of the feedback magnetic flux amount to change the slew rate.

したがって、1台のディジタルスクイドで用途に応じ
て適当なスルーレートが選択でき、測定感度と応答速度
を希望する値にできる。
Therefore, an appropriate slew rate can be selected according to the application with one digital squid, and the measurement sensitivity and the response speed can be set to desired values.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.

第1〜6図は本発明に係る超伝導装置の第1実施例を
示す図である。第1図は超伝導装置のブロック図であ
り、この図において、1は超伝導ループからなり測定し
たい磁束をピックアップするためにループ内に鎖交する
磁束を取り出すピックアップコイル、2はピックアップ
コイル1に磁界結合され、取り出された被測定信号磁束
ΦSとフィードバック磁束ΦFBの差を受け、これを交流
バイアスによりパルス化するスクイドセンサ(超伝導量
子干渉素子)である。スクイドセンサ2は入力磁束(Φ
S−ΦFB)に応じたパルスを出力する。なお、スクイド
センサ2としては2接合量子干渉素子を交流バイアスす
るものや、従来型のdc−SQUIDセンサのアナログ出力を
超伝導コンパレータに入力し、パルスを得るものなどが
用いられる。
1 to 6 are views showing a first embodiment of a superconducting device according to the present invention. FIG. 1 is a block diagram of a superconducting device. In this figure, reference numeral 1 denotes a pickup coil which is composed of a superconducting loop and takes out a magnetic flux interlinked in the loop to pick up a magnetic flux to be measured. This is a squid sensor (superconducting quantum interference device) that receives the difference between the measured signal magnetic flux Φ S and the feedback magnetic flux Φ FB that are magnetically coupled and that is pulsed by an AC bias. The squid sensor 2 has an input magnetic flux (Φ
A pulse corresponding to S− Φ FB ) is output. As the squid sensor 2, a sensor for alternating current biasing a two-junction quantum interference device or a sensor for obtaining a pulse by inputting an analog output of a conventional dc-SQUID sensor to a superconducting comparator is used.

3は超伝導フィードバック手段であり、超伝導フィー
ドバック手段3はスクイドセンサ2から出力されたパル
スを計測し、この計測結果に応じた磁束量子を磁界結合
を通してスクイドセンサ2の入力側にフィードバックす
るとともに、切換指令回路(切換指令手段に相当)4か
らの切換信号に基づいてフィードバックする前記磁束量
子を電気的に切り換える。切換指令回路4は外部のオペ
レータからの操作によってスクイドセンサ2にフィード
バックされる前記磁束量子の切り換えを指令するもの
で、例えばノブを操作することによりフィードバックの
スルーレートを適当に選択できるような前記切換信号を
生成して超伝導フィードバック手段3に出力する。ある
いは、パルス出力を参照し、信号磁束ΦSの変化に応じ
て、切換指令回路4に切換信号を自動的に与える制御回
路4aを設けてもよい。
Reference numeral 3 denotes a superconducting feedback unit. The superconducting feedback unit 3 measures a pulse output from the squid sensor 2, feeds back a magnetic flux quantum corresponding to the measurement result to the input side of the squid sensor 2 through magnetic field coupling, and outputs a switching command. The magnetic flux quantum to be fed back is electrically switched based on a switching signal from a circuit (corresponding to switching command means) 4. The switching instruction circuit 4 is for instructing switching of the magnetic flux quantum fed back to the squid sensor 2 by an operation from an external operator. For example, by operating a knob, the switching signal such that a slew rate of feedback can be appropriately selected. Is generated and output to the superconducting feedback means 3. Alternatively, with reference to the pulse output, in accordance with the change of the signal magnetic flux [Phi S, it may be provided to automatically provide the control circuit 4a of the switching signal to the switching command circuit 4.

ここで、超伝導フィードバック手段3の詳細な回路構
成は第2図のように示され、超伝導フィードバック手段
3は超伝導フィードバック回路5,6、超伝導の論理和ゲ
ート7〜10および超伝導の論理積ゲート11,12により構
成される。なお、スクイドセンサ2へのフィードバック
は磁界結合により行われるため、第2図では単にスクイ
ドセンサ2にフィードバックの線路3aを接続して描いて
いる。超伝導フィードバック回路5,6は回路毎に1パル
ス当たりにフィードバックする磁束量ΔΦが変えられて
おり、例えば超伝導フィードバック回路5に対して超伝
導フィードバック回路6は10倍のフィードバック磁束量
ΔΦを持つように設定される。超伝導フィードバック回
路5,6としては、例えば第3図に示すように超伝導ルー
プ15にジョセフソン接合J1、J2を含みスクイドセンサ2
からのパルスを磁束量子に変換する書込みゲート16と、
書込みゲート16を通過したパルスを磁束量子に変換して
蓄える超伝導インダクタ17からなる超伝導の蓄積ループ
18を用いてもよいし、また第4図に示すようにジョセフ
ソン回路からなりスクイドセンサ2からのパルスをカウ
ントするアップダウンカウンタ21およびパルスカウント
数のD/A変換を行うD/A変換器22を用いてもよい。スクイ
ドセンサ2の入力側へのフィードバックは、第3図では
超伝導インダクタ17に磁界結合(相互インダクタンスは
Mf)するフィードバックコイル19を通して行い、第4図
ではD/A変換器22の出力に接続されたコイル23に磁界結
合(同じく相互インダクタンスはMf)するフィードバッ
クコイル24を通して行う。
Here, the detailed circuit configuration of the superconducting feedback means 3 is shown in FIG. 2, and the superconducting feedback means 3 is composed of superconducting feedback circuits 5, 6, superconducting OR gates 7 to 10 and superconducting OR gates 7 to 10. The AND gates 11 and 12 are provided. Since feedback to the squid sensor 2 is performed by magnetic field coupling, the feedback line 3a is simply connected to the squid sensor 2 in FIG. In the superconducting feedback circuits 5 and 6, the amount of magnetic flux ΔΦ to be fed back per pulse is changed for each circuit. For example, the superconducting feedback circuit 6 has 10 times the amount of feedback magnetic flux ΔΦ with respect to the superconducting feedback circuit 5. It is set as follows. For example, as shown in FIG. 3, the superconducting feedback circuits 5 and 6 include Josephson junctions J 1 and J 2 in the superconducting loop 15 and include the squid sensor 2.
A write gate 16 for converting pulses from
A superconducting storage loop consisting of a superconducting inductor 17 that converts a pulse passed through the write gate 16 into a magnetic flux quantum and stores it.
An up / down counter 21 composed of a Josephson circuit for counting pulses from the squid sensor 2 and a D / A converter 22 for performing D / A conversion of the pulse count number may be used as shown in FIG. May be used. The feedback to the input side of the squid sensor 2 is magnetically coupled to the superconducting inductor 17 in FIG.
M f ), and in FIG. 4 through a feedback coil 24 which is magnetically coupled to the coil 23 connected to the output of the D / A converter 22 (the mutual inductance is also M f ).

再び第2図に戻り、スクイドセンサ2の出力パルスは
論理和ゲート8、10を通してそれぞれ論理積ゲート11,1
2に供給され、論理積ゲート11,12にはさらに論理和ゲー
ト7、9を通してそれぞれ切換指令回路4からの信号
a、b(切換信号に相当)が供給されている。論理積ゲ
ート11,12はそれぞれの信号a、bが“1"のときスクイ
ドセンサ2からの出力パルスを超伝導フィードバック回
路5,6にそれぞれ供給する。したがって、信号a、bの
レベルを変えることにより、何れかの超伝導フィードバ
ック回路5,6を動作させてフィードバックのスルーレー
トを変えるようになっている。
Returning to FIG. 2 again, the output pulse of the squid sensor 2 passes through the OR gates 8 and 10 and the AND gates 11 and 1 respectively.
The signals a and b (corresponding to the switching signal) from the switching command circuit 4 are supplied to the AND gates 11 and 12 through the OR gates 7 and 9, respectively. The AND gates 11 and 12 supply output pulses from the squid sensor 2 to the superconducting feedback circuits 5 and 6, respectively, when the signals a and b are "1". Therefore, by changing the levels of the signals a and b, one of the superconducting feedback circuits 5 and 6 is operated to change the feedback slew rate.

以上の構成において、スクイドセンサ2はピックアッ
プコイル1から伝えられた被測定信号磁束ΦSとフィー
ドバック磁束ΦFBの差を受け、これを交流バイアスによ
りパルス化して差(ΦS−ΦFB)に応じたパルスを出力
する。一方、超伝導フィードバック手段3はパルス1つ
毎にフィードバック磁束を増やすように動作し、このフ
ィードバックによりスクイドセンサ2に加わる全鎖交磁
束は零に維持されるので、被測定磁束の大きさは、これ
を打ち消すフィードバック量から測定される。
In the above configuration, the squid sensor 2 receives the difference between the measured signal magnetic flux Φ S transmitted from the pickup coil 1 and the feedback magnetic flux Φ FB , and pulsates this with an AC bias to respond to the difference (Φ S −Φ FB ). Output pulse. On the other hand, the superconducting feedback means 3 operates to increase the feedback magnetic flux for each pulse, and the total flux linkage applied to the squid sensor 2 is maintained at zero by this feedback. Is measured from the feedback amount that cancels out.

ここで、通常の測定を行う場合、すなわち、測定の応
答速度より感度を所定の分解能に維持する場合は切換指
令回路4のノブを通常の位置にして信号aを“1"にす
る。これにより、スクイドセンサ2の出力パルスは論理
和ゲート8から論理積ゲート11を通って超伝導フィード
バック回路5に供給され、超伝導フィードバック回路5
により1パルス当たり磁束量ΔΦでフィードバックされ
て通常のスルーレートとなる。一方、スルーレートを変
えたい場合、例えば感度(分解能)よりも測定の応答速
度を上げたい場合には切換信号回路4のノブを操作して
信号bを“1"にする。これにより、スクイドセンサ2の
出力パルスは倫理和ゲート10から論理積ゲート12を通っ
て超伝導フィードバック回路6に供給され、超伝導フィ
ードバック回路6により1パルス当たり10倍のフィード
バック磁束量(10×ΔΦ)でフィードバックされて10倍
のスルーレートとなり、応答速度が高められる。すなわ
ち、感度を犠牲にしても測定の応答速度を上げるという
要求に沿うことができる。したがって、本実施例では1
台のディジタルスクイド2で用途に応じて適当なスルー
レートが選択でき、構成の複雑化やコスト上昇を招くこ
となく測定感度と応答速度を希望する値に設定すること
ができる。
Here, when performing normal measurement, that is, when maintaining the sensitivity at a predetermined resolution from the measurement response speed, the knob of the switching command circuit 4 is set to the normal position and the signal a is set to “1”. Thereby, the output pulse of the squid sensor 2 is supplied from the OR gate 8 to the superconducting feedback circuit 5 through the AND gate 11, and the superconducting feedback circuit 5
As a result, the signal is fed back with a magnetic flux amount ΔΦ per pulse, and a normal slew rate is obtained. On the other hand, when the slew rate is to be changed, for example, when the response speed of the measurement is desired to be higher than the sensitivity (resolution), the knob of the switching signal circuit 4 is operated to set the signal b to "1". As a result, the output pulse of the squid sensor 2 is supplied from the logic gate 10 to the superconducting feedback circuit 6 through the AND gate 12, and the superconducting feedback circuit 6 provides a feedback magnetic flux amount 10 times per pulse (10 × ΔΦ). Is fed back and becomes a 10 times slew rate, and the response speed is improved. In other words, even if sensitivity is sacrificed, it is possible to meet the demand for increasing the response speed of measurement. Therefore, in this embodiment, 1
An appropriate slew rate can be selected in accordance with the use of the digital squid 2 so that the measurement sensitivity and the response speed can be set to desired values without complicating the configuration and increasing the cost.

なお、信号a、bの双方を“1"にして超伝導フィード
バック回路5,6における各フィードバック磁束の和をス
クイドセンサ2にフィードバックするようにしてもよ
い。
The signals a and b may both be set to “1” so that the sum of the feedback magnetic fluxes in the superconducting feedback circuits 5 and 6 is fed back to the squid sensor 2.

また、超伝導フィードバック回路は2個設けるのみで
なく、これ以上設け、同時に幾つかの切換信号を“1"に
してスルーレートを幅広く変えるようにしてもよい。さ
らに、スルーレートの切替を外部からノブで切替えるの
みならず、信号の性質により、制御回路4aにより、自動
的に選択してもよい。このようにすると、例えば信号の
時間変化が急峻な時は、スルーレートを大きくし、緩や
かな時は、スルーレートを小さくし、感度を高くするよ
うに動作することができる。第5図は、第1図に示した
制御回路4aおよび、切換指令回路4の詳細な一例を示す
もので、信号の性質により、スルーレートを自動的に変
えることができるものである。すなわち、第5図におい
て、101〜107はジョセフソン論理和ゲート、108〜111は
ジョセフソン論理積ゲート、112、113はタイムドインバ
ータ、114は超伝導アップダウンカウンター、115は切換
回路である。Φ1〜Φ3はこれらの各ゲートおよび各回路
を駆動する3相電源であって、第6図に示すような波形
を有する。第6図の場合、センサ出力パルスには、(Φ
S−ΦFB)の正負に従い、正パルスあるいは、負パルス
が生じる。これらの出力パルスはセンサバイアスに同期
して発生するので、3相電源波形を上記のように位相を
合わせることにより、センサ出力をジョセフソンゲート
に伝えることができる。
In addition to providing two superconducting feedback circuits, more than two superconducting feedback circuits may be provided, and at the same time, some switching signals may be set to "1" to change the slew rate widely. Further, the switching of the slew rate may be automatically selected by the control circuit 4a depending on the nature of the signal as well as externally by a knob. By doing so, for example, when the time change of the signal is sharp, the slew rate can be increased, and when the signal is gentle, the slew rate can be reduced and the sensitivity can be increased. FIG. 5 shows a detailed example of the control circuit 4a and the switching command circuit 4 shown in FIG. 1. The slew rate can be automatically changed depending on the nature of the signal. That is, in FIG. 5, 101 to 107 are Josephson OR gates, 108 to 111 are Josephson AND gates, 112 and 113 are timed inverters, 114 is a superconducting up / down counter, and 115 is a switching circuit. Φ 1 to Φ 3 are three-phase power supplies for driving these gates and circuits, and have waveforms as shown in FIG. In the case of FIG. 6, the sensor output pulse includes (Φ
A positive pulse or a negative pulse is generated according to the sign of ( S− Φ FB ). Since these output pulses are generated in synchronization with the sensor bias, the sensor output can be transmitted to the Josephson gate by adjusting the phases of the three-phase power supply waveform as described above.

したがって、第5図に示す回路では、正あるいは負の
フィードバック量が続く場合は次第に1パルス当りのフ
ィードバック量を増やし、続かない場合、すなわちフィ
ードバックが行き過ぎた場合はフィードバック量を減ら
すように働く。このため、信号が急峻な変化をする場合
は応答を速くし、暖やかな場合は応答を遅くして、感度
を上げることができる。なお、信号によって応答を変化
する方法は、上記回路側に限らず種々の制御回路を用い
ることができる。
Therefore, the circuit shown in FIG. 5 works to gradually increase the feedback amount per pulse when the positive or negative feedback amount continues, and to reduce the feedback amount when it does not continue, that is, when the feedback is excessive. For this reason, when the signal changes sharply, the response can be made faster, and when the signal is warm, the response can be made slower to increase the sensitivity. Note that the method of changing the response by a signal is not limited to the above circuit side, and various control circuits can be used.

次に、第7図は本発明の第2実施例を示す図であり、
本実施例は超伝導フィードバック回路として超伝導イン
ダクタ17と、複数の書込みゲート16a、16b……を含む蓄
積ループ28を用いる例である。そして、1つの書込みゲ
ートはパルスを1つ受け取る毎に磁束量子を1つ蓄積ル
ープ28に加えるように構成される。したがって、信号
a、b……によりいくつの書込みゲートを動作させるか
を決めることができるから、パルス1つ当たりで磁束量
子をいくつ加えるかを、信号a、b……によって切り換
えることができる。
Next, FIG. 7 is a view showing a second embodiment of the present invention.
This embodiment is an example in which a superconducting inductor 17 and a storage loop 28 including a plurality of write gates 16a, 16b... Are used as a superconducting feedback circuit. Then, one write gate is configured to add one flux quantum to the storage loop 28 for each pulse received. Therefore, the number of write gates to be operated can be determined by the signals a, b,..., And the number of magnetic flux quanta added per pulse can be switched by the signals a, b,.

第8図は本発明の第3実施例を示す図であり、本実施
例は超伝導フィードバック回路として超伝導インダクタ
17a、17bを2個並列接続し、各々の一部に電界効果型超
伝導トランジスタのチャネル部分30a、30bを設け、1つ
の書込みゲート16を含む蓄積ループ29を用いる例であ
る。スクイドセンサ2の入力側へのフィードバックは、
超伝導インダクタ17a、17bに磁界結合(結合度はMf1、M
f2)するフィードバックコイル19a、19bをそれぞれ通し
て行う。信号a、bの何れかを与えると、電界効果型超
伝導トランジスタのチャネル部分30a、30bの何れかの超
伝導性が失われ、超伝導が生きている超伝導インダクタ
のみに磁束が蓄積される。したがって、超伝導の蓄積ル
ープ29への結合度をMf1、Mf2というように変えておくこ
とにより、やはり切換信号によって1パルス当たりのフ
ィードバック磁束量を切り換えることができる。
FIG. 8 is a view showing a third embodiment of the present invention. In this embodiment, a superconducting inductor is used as a superconducting feedback circuit.
In this example, two 17a and 17b are connected in parallel, channel portions 30a and 30b of the field-effect superconducting transistor are provided in a part of each, and a storage loop 29 including one write gate 16 is used. The feedback to the input side of the squid sensor 2 is
Magnetic coupling to the superconducting inductors 17a and 17b (coupling degrees are M f1 and M
f2 ) This is performed through the feedback coils 19a and 19b, respectively. When any of the signals a and b is applied, the superconductivity of any of the channel portions 30a and 30b of the field-effect superconducting transistor is lost, and the magnetic flux is accumulated only in the superconducting inductor where the superconductivity is alive. . Therefore, by changing the degree of coupling of the superconductivity to the storage loop 29 as M f1 and M f2 , the feedback magnetic flux amount per pulse can be switched by the switching signal.

第9図は本発明の第4実施例を示す図であり、本実施
例は超伝導フィードバック回路として超伝導インダクタ
31の一部を超伝導の小さなインダクタ32でシャントし、
このインダクタ32のさらに一部に電界効果型超伝導トラ
ンジスタのチャネル部分33を設け、1つの書込みゲート
16を含む蓄積ループ34を用いる例である。なお、フィー
ドバックのための磁界結合は第5図と同様である。本実
施例の場合も信号aを与えると、電界効果型超伝導トラ
ンジスタのチャネル部分33の超伝導性が失われてシャン
トが効かなくなって超伝導インダクタ31のインダクタが
大きくなり、逆の場合は超伝導インダクタ31のインダク
タが小さくなる。したがって、信号aにより超伝導イン
ダクタ31のインダクタを切り換えて1パルス当たりのフ
ィードバック磁束量を切り換えることができる。
FIG. 9 is a view showing a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, a superconducting inductor is used as a superconducting feedback circuit.
Shunting a part of 31 with a superconducting small inductor 32,
A channel portion 33 of a field effect type superconducting transistor is provided in a part of the inductor 32, and one write gate is provided.
This is an example in which an accumulation loop including 16 is used. The magnetic field coupling for feedback is the same as in FIG. Also in the case of the present embodiment, when the signal a is given, the superconductivity of the channel portion 33 of the field effect type superconducting transistor is lost, the shunt is no longer effective, and the inductor of the superconducting inductor 31 becomes large. The inductor of the conduction inductor 31 becomes smaller. Therefore, the amount of feedback magnetic flux per pulse can be switched by switching the inductor of the superconducting inductor 31 according to the signal a.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、1台のディジタルスクイドで用途に
応じて適当なスルーレートを選択することができ、構成
の複雑化やコスト上昇を招くことなく測定感度と応答速
度を希望する値に設定することができる。
According to the present invention, an appropriate slew rate can be selected according to the application with one digital squid, and the measurement sensitivity and the response speed can be set to desired values without complicating the configuration and increasing the cost. can do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1〜6図は本発明に係る超伝導装置の第1実施例を示
す図であり、 第1図はそのブロック図、 第2図はその超伝導フィードバック手段の回路図、 第3図はその超伝導フィードバック回路の構成を示す
図、 第4図はその超伝導フィードバック回路の他の構成を示
す図、 第5図はその制御回路等の詳細な回路図、 第6図はその制御回路等の3相電源の波形図、 第7図は本発明に係る超伝導装置の第2実施例の超伝導
フィードバック回路の構成を示す図、 第8図は本発明に係る超伝導装置の第3実施例の超伝導
フィードバック回路の構成を示す図、 第9図は本発明に係る超伝導装置の第4実施例の超伝導
フィードバック回路の構成を示す図でありる。 1……ピックアップコイル、2……スクイドセンサ(超
伝導量子干渉素子)、3……超伝導フィードバック手
段、4……切換指令回路(切換指令手段)、5、6……
超伝導フィードバック回路(超伝導フィードバック手
段)、7〜10……論理和ゲート、11、12……論理積ゲー
ト、15……超伝導ループ、16、16a、16b……書込みゲー
ト、17、17a、17b、31……超伝導インダクタ、18、28、
29、34……蓄積ループ、19、19a、19b、24……フィード
バックコイル、21……アップダウンカウンタ、22……D/
A変換器、30a、30b、33……電界効果型超伝導トランジ
スタのチャネル部分、32……インダクタ。
1 to 6 are diagrams showing a first embodiment of a superconducting device according to the present invention, FIG. 1 is a block diagram thereof, FIG. 2 is a circuit diagram of the superconducting feedback means, and FIG. FIG. 4 is a diagram showing another configuration of the superconducting feedback circuit, FIG. 5 is a detailed circuit diagram of the control circuit, etc., and FIG. 6 is a diagram of the control circuit, etc. FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a superconducting feedback circuit of a second embodiment of the superconducting device according to the present invention. FIG. 8 is a diagram showing a third embodiment of the superconducting device according to the present invention. FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a superconducting feedback circuit of the fourth embodiment of the superconducting device according to the present invention. 1. Pickup coil 2. Squid sensor (superconducting quantum interference device) 3. Superconducting feedback means 4. Switching command circuit (switching command means) 5, 6.
Superconducting feedback circuit (superconducting feedback means), 7 to 10: OR gate, 11, 12: AND gate, 15: Superconducting loop, 16, 16a, 16b ... Write gate, 17, 17a, 17b, 31 ... Superconducting inductor, 18, 28,
29, 34… accumulation loop, 19, 19a, 19b, 24… feedback coil, 21… up-down counter, 22… D /
A converter, 30a, 30b, 33 ... channel part of field effect type superconducting transistor, 32 ... inductor.

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ループ内に鎖交する磁束を取り出す超伝導
ループからなるピックアップコイルと、 ピックアップコイルに磁界結合され、取り出された磁束
を交流バイアスによりパルス化する超伝導量子干渉素子
と、 超伝導量子干渉素子から出力されたパルスを計測し、こ
の計測結果に応じた磁束量子を磁界結合を通して該超伝
導量子干渉素子の入力側にフィードバックする超伝導フ
ィードバック手段とを備え、 超伝導量子干渉素子から出力されるパルスに基づいてピ
ックアップコイルに鎖交する磁束を測定する超伝導装置
において、 前記超伝導量子干渉素子にフィードバックされる前記磁
束量子の切り換えを指令する切換指令手段を設け、 前記超伝導フィードバック手段は、切換指令手段からの
指令に基づいて超伝導量子干渉素子にフィードバックす
る前記磁束量子を電気的に切り換えるように構成したこ
とを特徴とする超伝導装置。
A pickup coil comprising a superconducting loop for taking out a magnetic flux interlinked in the loop; a superconducting quantum interference device magnetically coupled to the pickup coil for pulsing the taken out magnetic flux with an AC bias; Superconducting feedback means for measuring a pulse output from the quantum interference element and feeding back a flux quantum corresponding to the measurement result to the input side of the superconducting quantum interference element through magnetic field coupling, In a superconducting device that measures a magnetic flux linked to a pickup coil based on an output pulse, a switching command unit that commands switching of the magnetic flux quantum fed back to the superconducting quantum interference element is provided, and the superconducting feedback is provided. Means for feeding the superconducting quantum interference device based on the command from the switching command means. Superconducting apparatus characterized by being configured to switch said magnetic flux quanta to back electrically.
【請求項2】前記超伝導フィードバック手段は、複数の
フィードバック回路を含み、 超伝導量子干渉素子と該フィードバック回路の間に論理
積ゲートを設け、 前記切換指令手段からの指令に基づいて超伝導量子干渉
素子から出力されるパルスをどのフィードバック回路に
伝えるかを切り換えることを特徴とする請求項1記載の
超伝導装置。
2. The superconducting feedback means includes a plurality of feedback circuits, a logical product gate is provided between the superconducting quantum interference device and the feedback circuit, and the superconducting quantum is controlled based on a command from the switching command means. 2. The superconducting device according to claim 1, wherein a pulse output from the interference element is transmitted to which feedback circuit.
【請求項3】前記超伝導フィードバック手段は、超伝導
インダクタと磁束量子を書き込むためのゲートを含む、
超伝導ループからなることを特徴とする請求項1記載の
超伝導装置。
3. The superconducting feedback means includes a superconducting inductor and a gate for writing flux quanta.
The superconducting device according to claim 1, comprising a superconducting loop.
【請求項4】前記超伝導フィードバック手段は、その超
伝導ループに書込みゲートを複数含み、 超伝導量子干渉素子から出力されるパルスと書込みゲー
トの間に論理積ゲートを設け、 前記切換指令手段からの指令に基づいて超伝導量子干渉
素子から出力されるパルスをどの書込みゲートに伝える
かを切り換えることを特徴とする請求項3記載の超伝導
装置。
4. The superconducting feedback means includes a plurality of write gates in a superconducting loop thereof, and a logical product gate is provided between a pulse output from the superconducting quantum interference device and the write gate. 4. The superconducting device according to claim 3, wherein a pulse output from the superconducting quantum interference device is switched to which write gate based on the instruction.
【請求項5】前記超伝導フィードバック手段は、その超
伝導ループに超伝導インダクタを複数並列接続し、 これらの超伝導インダクタの少なくとも一部は、電界効
果型超伝導三端子素子のチャンネル部分であることを特
徴とする請求項3記載の超伝導装置。
5. The superconducting feedback means includes a plurality of superconducting inductors connected in parallel to the superconducting loop, and at least a part of these superconducting inductors is a channel portion of a field effect type superconducting three-terminal element. 4. The superconducting device according to claim 3, wherein:
【請求項6】前記超伝導フィードバック手段は、その超
伝導ループの一部を比較的小さな超伝導インダクタでシ
ャントし、 該小さな超伝導インダクタの少なくとも一部は、電界効
果型超伝導三端子素子のチャンネル部分であることを特
徴とする請求項3記載の超伝導装置。
6. The superconducting feedback means shunts a part of the superconducting loop with a relatively small superconducting inductor, and at least a part of the small superconducting inductor includes a field effect type superconducting three-terminal element. 4. The superconducting device according to claim 3, wherein the superconducting device is a channel portion.
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