JP2898960B2 - 凍結波高速受信機 - Google Patents

凍結波高速受信機

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JP2898960B2
JP2898960B2 JP10147034A JP14703498A JP2898960B2 JP 2898960 B2 JP2898960 B2 JP 2898960B2 JP 10147034 A JP10147034 A JP 10147034A JP 14703498 A JP14703498 A JP 14703498A JP 2898960 B2 JP2898960 B2 JP 2898960B2
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/195—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using superconductive devices
    • H03K19/1952—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using superconductive devices with electro-magnetic coupling of the control current

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速受信機及び検
出器に関する。詳しく述べれば、本発明は、伝送ライン
に磁気的に結合され、並列に動作して伝送ライン上を伝
搬される高速情報信号からデータを収集する１組のセン
サを使用するスケーラブル高速受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】今日の高速通信ネットワークは、伝送ラ
インを通して極めて高いデータ転送速度でデータを送る
ことができる。比較クロールでデータを伝搬する電話会
社Ｔ１回線の速度（ほぼ 1.5Ｍｂｐｓ）を遙かに超える
進歩として、光ファイバ伝送ラインを使用する高速送信
機は 10 乃至 100ギガビット／秒（Ｇｂｐｓ）以上のデ
ータ転送速度を支援する。極めて高いデータ転送速度に
関しては既に標準が定義されており、これらには光キャ
リヤ（ＯＣ）ネットワーク標準ＯＣ−３（ 155メガバイ
ト／秒（Ｍｂｐｓ））、ＯＣ−１２（ 622Ｍｂｐｓ）、
ＯＣ−４８（ 2.5Ｇｂｐｓ）、ＯＣ−１９２（ 10 Ｇｂ
ｐｓ）、及びＯＣ−７６８（ 40 Ｇｂｐｓ）が含まれ
る。ＯＣ−１２及びＯＣ−４８転送速度で走るＳＯＮＥ
Ｔネットワーク（同期光ネットワーク）が一般的になり
つつあり、データインテンシブフルスクリーンビデオ会
議はＯＣ−１９２及びＯＣ−７６８を必要としよう。実
質的に全てのデータインテンシブ応用の利点はネットワ
ークの速度が増したことから得られ、これらの応用は高
速送信機を使用してアナログまたはディジタルデータの
どのような組合わせも通信ネットワーク上に配置するこ
とができる。これらのデータは、インターネット転送及
び電話通話からテレビジョン信号までの範囲の何処かの
種々の源から到来することができる。伝送ライン上を走
行するデータは、一般的にその伝送ラインを通過する情
報信号として概念化され、ライン内の各点における情報
波は、情報波がその点を通る際に時間的に変化するもの
とされる。一般に、データが全速で走行している時に、
情報信号内に含まれるデータを正確に収集することは、
単に情報信号を伝送ライン上に配置することよりも困難
である。
【０００３】極めて高いデータ転送速度が含まれるの
で、高速通信ネットワークのための受信機を製造するこ
とは困難である。図１は、今日の受信機及び今日のファ
イバ送信機で達成される典型的な速度がそれぞれ異なっ
ていることを示している。光センサが感知する速度は約
10 Ｇｂｐｓに制限され、受信機／デマルチプレクサエ
レクトロニクスの動作速度は約１Ｇｂｐｓに制限されて
いる。受信機が全速動作で全ての情報を正確に収集でき
るか否かには拘わりなく、そのデータを処理するデバイ
ス（例えば、デスクトップコンピュータ）の最大動作速
度に合わせるために、受信機はそのデータ転送速度をよ
り遅い出力データ転送速度に変換しなければならないこ
とが多い。現在普及している多くのデスクトップコンピ
ュータのマイクロプロセッサは、光ファイバ通信ネット
ワークの最大データ転送速度よりも遙かに遅いデータバ
ス速度に制限されている。例えば、インテルのペンティ
アム（商品名）プロセッサは典型的には 66 メガヘルツ
（ＭＨｚ）バス速度に制限され、またサイリックス（商
品名）プロセッサは 75 ＭＨｚまでのそれらのデータバ
スで走ることができる。これらの速度は、光ファイバ通
信ネットワークの最大データ転送速度よりも数桁も遅
い。また、勿論、マイクロプロセッサタイムの大部分
は、データバスを必要とする取出し及び他のタスクの処
理のために消費されるから、通常は全データバス帯域幅
をデータ処理専用として使用することはできない。処理
速度と受信速度とが異なる結果として、設計者が最高速
の通信ネットワークを処理することができる受信機の設
計に多くの努力を費やしたにも拘わらず殆ど成功を見て
いない。
【０００４】高速受信機を製造する従来の殆どの試み
は、情報信号内に含まれるデータを検出し、収集するた
めに、伝送ラインに沿って離間させたセンサを使用する
ことに集中されてきた。情報信号が伝送ラインを走行す
るとセンサが並列に作動し、それらのセンサが作動した
時点に各センサ位置の場所に位置する情報信号内のデー
タが収集される。高速情報信号を支援するために、通常
は、センサは極めて高速の半導体エレクトロニクスで構
成されている。一般にこれらのセンサは、ガリウム・砒
素及びインジウム燐化物のような高価な材料で製造され
ている。これらの材料の基礎をなしている物理特性によ
って、これらのトランジスタは高速でスイッチすること
ができ、従って典型的なシリコントランジスタよりも高
速でデータを収集することができる。高速トランジスタ
は、データをより遅いデータ転送速度の並列出力に分類
するような、収集したデータに基本的な操作をも遂行す
ることができる。不幸にも、これらの高速トランジスタ
であっても、それらの有効性を損なわせ、それらを実際
的な高速受信機問題の解決に使用できなくするような苛
酷な制限が存在する。現在の高速トランジスタは、最高
速の光ファイバ通信ネットワークデータ転送速度のスイ
ッチング速度に近いスイッチング速度に接近することが
できないだけではなく、それらの構造はより速いスイッ
チング速度を企図して変更されているために、それらは
製造がより困難で、歩留りが低く、費用が高騰し、より
多くの電力を消費し、そしてより多くの熱を生成する。
更に、多くの一般的な高速受信機設計は、情報信号の破
壊的読み出しをももたらす。破壊的読み出しは、伝送ラ
インに沿って離間するセンサの動作が、センサの場所を
通過する情報信号の特性を大幅に劣化させることによっ
て発生する。破壊的読み出しは、さらなる情報の検索ま
たは情報信号の操作を妨げる。
【０００５】McEwanの米国特許第 5,479,120号は、複数
のサンプラバンクを有する普通の高速受信機を開示して
いる。各バンクは、入力信号を伝送するためのサンプル
伝送ラインと、ストローブ信号を伝送するためのストロ
ーブ伝送ラインと、ストローブ信号に応答して入力信号
をサンプリングするために、サンプル伝送ラインに沿う
それぞれの場所に位置する複数のサンプリングゲートと
を備えている。しかしながら、McEwanの高速受信機は、
センサと伝送ラインとを接続する直接的な物理接点を使
用している。これらの接点は、情報信号が伝送ラインを
走行すると、情報検出器センサと情報信号自体とを接続
する。しかしながら、McEwanの接点は伝送ラインに対し
て破壊的な寄生容量及び誘導性負荷を発生させ、情報信
号を伝送ライン上に駆動するのを困難にし、情報信号が
伝送ライン上に配置される時に、及び該信号が伝送ライ
ンを走行する時に、該信号の信号品質を劣化させる。更
に、情報信号内に含まれるデータを入手するようにセン
サが動作している時に、それらは伝送ライン内の電流の
流れを妨害して情報信号を更に損傷させ、情報信号に動
揺（一般に「キックアウト」と呼ぶ）を発生させる。キ
ックアウトは伝送ラインを先行センサに向かって戻るよ
うに、及び後続センサに向かって前進するように走行
し、それによって他のセンサ接点におけるデータ収集に
影響を与える。上述した問題点の結果として、センサと
伝送ラインとの直接的な物理接続は、センサを伝送ライ
ンに接続するための付加的な成分、過電圧及び過電流に
対する保護、及びキックアウトの抑圧を必ず必要とす
る。勿論、これらの付加的な成分は、受信機のサイズ、
電力消費、及び費用を増加させる。
【０００６】
【発明の概要】本発明の目的は、極めて高いデータ転送
速度で走る情報信号からデータを正確に収集できる高速
受信機を提供することである。本発明の別の目的は、情
報信号が伝送ラインに沿って受信機を通過する際に、該
情報信号に最小量の妨害しか与えない高速受信機を提供
することである。本発明の別の目的は、超電導エレクト
ロニクスを利用することによって、極めて少量の電力し
か消費しない高速受信機を提供することである。本発明
の更に別の目的は、受信される入力情報信号のデータ転
送速度を低減せしめる高速受信機を提供することであ
る。本発明の更に別の目的は、集積回路ダイス上の小さ
い面積に適合する高速受信機回路レイアウトを提供する
ことである。
【０００７】本発明の更に別の目的は、付加的なセン
サ、またはより長い伝送ラインを提供するように容易に
拡張することができる回路レイアウトを有する高速受信
機を提供することである。本発明の別の目的は、より小
型で、より簡易で、より安価な高速受信機を可能にする
ために、僅かな成分を使用する高速受信機を提供するこ
とである。本発明の別の目的は、高速受信機を構築する
際の構造及び動作の問題点に取組むために、超電導デバ
イスを使用することによって従来技術のこれらの、及び
他の欠陥を解消することを意図している。詳しく述べれ
ば、本発明は、実質的に０の電力損失を有する超電導伝
送ラインを、極めて低電力の超電導センサ回路と組合わ
せて使用する。これらのセンサ回路は超電導伝送ライン
に沿って配置されるが、物理的に直接接続されるのでは
なく、該ラインに磁気的に結合される。磁気結合センサ
及び伝送ラインは、例えばそれらを約４°Ｋの液体ヘリ
ウム温度まで冷却することによって超電導状態に維持す
ることができる。
【０００８】個々の磁気結合センサは、電圧レベル検出
（本質的に、１ビット出力）を行う簡単なコンパレータ
を備えている。付加的に、磁気結合センサはアナログ・
デジタル（Ａ／Ｄ）変換器の機能も遂行し、センサの場
所における情報信号のディジタル値を表す多重出力ビッ
トを発生する。磁気結合センサは、論理機能を遂行する
ようにも構成でき、単一の、または複数のビット出力を
発生する。本発明の好ましい実施例に使用される回路
は、集積回路ダイス上の極めて小さい面積内に繰り返し
パターンでレイアウトすることができる。従って、高速
受信機は、同一のダイス上に付加的な組の回路を配置
し、各組を相互接続することによってより大きいサイズ
へ拡張することができる。
【０００９】
【実施例】図２は、本発明による高速受信機１００の一
部の高レベル概要図である。伝送ライン１０２は、受信
機１００内に情報信号を伝搬させる。受信機１００は、
伝送ライン１０２の受信区分に沿って分布している多数
の磁気結合センサ１０４を含んでいる。磁気結合センサ
１０４は、情報（該センサ１０４が伝送ライン１０２上
の情報信号内で検出する）に基づいてデータ出力１０６
を生成する。高速受信機１００は、磁気結合センサ１０
４を作動させるのに使用できるトリガ入力１０８を含ん
でいる。オプションで、磁気結合センサ１０４は、適切
な動作のために直流バイアス接続１１０を使用すること
ができ、一方他の設計では磁気結合センサ１０４はこの
ような接続は使用しない。前述したように、図２は高速
受信機１００全体の一部だけを示すものであり、受信機
１００は、例えば遙かに長い伝送ライン１０２及び／ま
たは付加的な磁気結合センサ１０４からなることができ
る。
【００１０】高速受信機は、互いに離間し、伝送ライン
１０２の受信区分に接して配置されている複数のセンサ
１０４を使用する。各センサ１０４には、対応するトリ
ガ１０８が近接して配置されている。トリガ１０８は互
いに離間し、センサ１０４に並置して配置されている。
トリガ１０８は、コントローラ１０９によって個々に駆
動される。以下に説明するように、コントローラ１０９
はパルスによってトリガを駆動する。トリガ自体はセン
サ１０４に指令し、センサ１０４の直近の伝送ライン１
０２上の点における情報信号の現在の組のデータ値をサ
ンプルさせる。コントローラ１０９は、伝送ライン１０
２に近接させて配置することができ、また高速受信機１
００と同一のダイス上に組み込むことさえもできる。代
替としてコントローラ１０９は、例えばダイス上の入力
パッドを通して個々のトリガ１０８に接続される外部タ
イミング装置からなることができる。本明細書を通し
て、ダイスとは半導体ダイスのことである。これが好ま
しい材料ではあるが、ダイスは超電導材料のような他の
材料製であることができる。
【００１１】伝送ライン１０２は情報波のための電波媒
体として使用され、典型的には４°Ｋの液体ヘリウム超
電導温度まで冷却することが好ましい。高温超電導体の
研究が超電導の最近の技術を進歩させるにつれて、この
超電導体温度は高くなる可能性がある。超電導状態では
伝送ライン１０２は極めて低い抵抗を呈し、情報信号の
ための低損失伝播経路を与える。伝送ライン１０２は、
例えばニオブ及びニオブ窒化物を含む超電導材料から製
造することができる。これらの材料は、一般に大規模回
路に最高の信頼性を与え、また極めて低い抵抗及び低損
失を含む有利な超電導特性を呈する。更に、製造会社
は、チップ仕様及びレイアウトと共にこれらの材料を供
給すれば、これらの材料から設計を達成する能力があ
る。伝送ライン１０２は、マイクロストリップ伝送ライ
ンとして製造することができる。マイクロストリップ伝
送ラインは、典型的には誘電体層によってグラウンドプ
レーンから分離された導電層または導電トレースとして
作られる。従って、半導体ダイス上では基体の上面の金
属化層を接地に接続してグラウンドプレーンとして役立
たせることができ、一方グラウンドプレーンの頂部の絶
縁層を誘電体として役立たせ、多分ニオブから作られた
導電層を支持することができる。これは単に一例に過ぎ
ず、高速受信機１００は何れか特定の方法で作られた伝
送ライン１０２の使用に限定されるものではない。
【００１２】現在の製造プロセスは、約５乃至 10 ミク
ロン幅で、ラインの間の間隔を約５乃至 10 ミクロンと
して伝送ライン１０２を作ることができる。その結果、
伝送ライン１０２の経路をダイスを前後に横切る蛇行ま
たはジグザグパターンとして極めて緻密なレイアウトを
達成することができる。実際に、高速受信機１００は10
ｃｍ長の伝送ライン１０２に適合させ、約１ｍｍ2 の
面積内に 100個またはそれ以上の磁気結合センサ１０４
を設けることができる。 10 ｃｍ長で、少なくとも 100
個の磁気結合センサ１０４を有する伝送ライン１０２の
場合、ボンディングパッド及び付属入力回路を含む合計
半導体ダイス面積を５ｍｍ2 の面積内に容易に実現する
ことができる。高速受信機１００を小さい面積内に配置
できる能力により、単一の半導体ダイスに複数の高速受
信機１００を含ませるか、または極めて長い伝送ライン
１０２及び付加的な磁気結合センサ１０４を含ませる
か、または多分関係のない付加的な回路を高速受信機１
００と組合わせて含ませることができる。
【００１３】磁気結合センサ１０４を説明する。これら
のセンサ１０４は、伝送ライン１０２を走行する情報波
からデータを収集するために使用され、例えば超電導量
子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）で構成することができ
る。ＳＱＵＩＤは当分野においては公知であり、詳細に
関しては 1993 年 Kluwer Academic Publishers 刊 Har
old Wwinstock 及び Richard W. Ralston 著 " The sup
erconducting electoronics " その他を参照されたい。
簡単なＳＱＵＩＤは、超電導材料１１２のループ、１つ
またはそれ以上のジョセフソン接合１１４、及び直流バ
イアス入力１１０を使用して製造することができる。簡
単なＳＱＵＩＤは、超電導材料１１２のループを準備
し、そのループを開いて２つのジョセフソン接合１１４
を挿入することにより得られる。より複雑なＳＱＵＩＤ
は、例えば、付加的なジョセフソン接合を使用するか、
または複数の簡単なＳＱＵＩＤを相互接続することによ
って作ることができる。
【００１４】ジョセフソン接合１１４（ B. D. Josephs
onによって発見された後に名付けられた）は、２つの超
電導体を、薄い絶縁層または通常の金属層で作られた障
壁で分離することによって作られる。障壁は非超電導層
であることができる。通常は障壁が第１の超電導体を通
って流れる電流を阻止しているが、もし障壁が充分に薄
ければ、電流を形成する電子は障壁を通って量子磁気的
にトンネルすることができ、流れが継続する。この特性
は、ＳＱＵＩＤ、ＳＱＵＩＤセンサ、論理回路、及びマ
イクロプロセッサビルディングブロックを含む多くの有
用な超電導デバイスを作るのに利用される。ジョセフソ
ン接合１１４は、直流バイアス入力１１０と共に、ＳＱ
ＵＩＤを動作させるメカニズムを提供する。直流バイア
ス入力１１０はＳＱＵＩＤを電流源に接続する。直流バ
イアス入力１１０を通して供給される電流は、ＳＱＵＩ
Ｄ内に初期電流の流れを確立する。その動作中、ＳＱＵ
ＩＤは外部事象によってもたらされる初期電流の流れの
動揺に反応し、その外部事象に関する有用な情報を発生
する。外部事象は、例えば、伝送ライン１０２を走行す
る情報信号によって生成される磁場の変化であることが
できる。
【００１５】ＳＱＵＩＤの領域内に磁場が存在する場合
には、磁場は、磁場とＳＱＵＩＤとの間の磁気結合を通
して超電導材料１１２のループ内に付加的な電流の流れ
を誘起させる。高速受信機１００は、磁気結合センサ１
０４と伝送ライン１０２との間の磁気結合の強さが約４
ピコヘンリー（ｐＨ）程度になるように、伝送ライン１
０２に沿って極めて接近させて配置された磁気結合セン
サ１０４を使用する。磁場結合の精密な強さは、高速受
信機１００を製造するために使用される材料及びレイア
ウトに依存して変化し得る。更に、急激なラッチング挙
動は、多くの応用にとって肯定されるものである。ニオ
ブを使用するラッチング論理の場合、磁気的に結合され
る信号の存在が、ＳＱＵＩＤを安定な０電圧状態から、
典型的には 2.8ｍＶの安定な「電圧状態」へ移行させ得
る。この磁気的な結合を通して生成された付加的な電流
がジョセフソン接合１１４を横切ると、データ出力１０
６上に測定可能な電圧が観測される。この測定可能な電
圧は、ＳＱＵＩＤに影響している磁場の強さに関係があ
る。以上のように、ＳＱＵＩＤは極めて有用な磁気計で
あり、換言すれば、これらは磁場を測定するために有用
である。導体を通る電流の流れがその導体の周囲に磁場
を発生させることは公知である。従って、ＳＱＵＩＤ
は、伝送ライン１０２を通る情報信号の伝播によって発
生する磁場を検出するために使用することができる。Ｓ
ＱＵＩＤ自体と、伝送ライン１０２との間の磁気的な結
合の強さは、ＳＱＵＩＤを新しい電圧出力状態へスイッ
チさせる程充分大きくならないようにすることができ
る。そうではなく、後述するようにＳＱＵＩＤにトリガ
パルスを印加することによって、ＳＱＵＩＤの出力電圧
状態を変化させるように命令することができる。
【００１６】ＳＱＵＩＤは、より複雑なセンサ機能のた
めのビルディングブロックを構成することもできる。例
えば、高速受信機１００は、その磁気結合センサ１０４
のためのＳＱＵＩＤデバイスを、ＯＲ及びＡＮＤゲート
のような論理ゲートに使用することができる。ＳＱＵＩ
Ｄを更に精緻な配列に組立て、メモリセルまたはＡ／Ｄ
変換の機能を遂行させることができる。従って、磁気結
合センサ１０４は簡単なコンパレータの機能に限定され
るものではなく、それらは任意の複雑な機能を決定する
ことができる。高速受信機１００においては、伝送ライ
ン１０２に沿う必要な磁気結合センサ１０４の数及び間
隔は変化し得る。センサの数及び間隔を決定する１つの
要因は情報信号の伝播速度である。勿論、導体内の情報
信号の速度は、光速までに制限される。ほぼ１フート／
ナノ秒である典型的な光速が、それでも超電導体に、特
定的には伝送ライン１０２に適用される。伝送ライン１
０２は、伝送ラインの媒体に依存する誘電定数及びイン
ピーダンスを呈する。伝送ライン１０２を通る電磁信号
の伝播は、誘電定数及び超電導磁気浸透効果に依存して
妨げられ、伝送ライン１０２を通る情報信号の伝播速度
は遅くなる。伝送ライン１０２内の情報信号の伝播速度
は、典型的には 100ミクロン／ピコ秒（ｐｓ）である
が、伝送ライン１０２の特定構造に依存し得る。
【００１７】例えば、伝送ライン１０２内の情報信号の
伝播速度が 100ミクロン／ｐｓであり、情報信号が 100
Ｇｂｐｓデータ転送速度で走っている場合には、データ
の１ビットは 10 ｐｓの時間を占め、 1000 ミクロン即
ち 0.1ｃｍの距離にわたって広がる。このことから、情
報信号内の 10 ｐｓ間隔のデータを収集するには、10セ
ンチメートル（ｃｍ）長の伝送ライン１０２を作り、こ
の伝送ライン１０２に沿って 100個の磁気結合センサ１
０４を等間隔に分布させればよい。磁気結合センサ１０
４の配置には、入力情報信号の若干の特性を考慮に入れ
る。例えば、高速受信機１００は、情報信号の中からそ
のデータが非均一的に広がっているデータを収集するか
も知れない。このような場合、磁気結合センサ１０４
は、情報信号内の関心データの位置に合わせて互いに接
近させて、または大きく離して配置することが望まし
い。
【００１８】更に、高速受信機１００は、アナログ情
報、またはアナログ及びディジタル情報の組合わせから
データを収集することもできる。このような場合、磁気
結合センサ１０４をＡ／Ｄ変換器として構成し、高速Ａ
／Ｄ変換器が得られるように等間隔で離間させること
も、または情報信号内に所定の関心部分だけを記録する
ように非均一に離間させることもできる。最後に、高速
受信機１００は、動作の異なる型の磁気結合センサ１０
４を組合わせて使用することができる。例えば、高速受
信機１００は、Ａ／Ｄ変換器として構成した一連の磁気
結合センサ１０４、及びそれに続く１ビットコンパレー
タとして構成した一連の磁気結合センサ１０４とを使用
して、アナログデータ及びそれに続くディジタルデータ
の情報波からデータを収集することができる。代替とし
て、高速受信機１００は、情報信号または高速受信機１
００の設計目的に合わせるために、磁気結合センサ１０
４のどのような組合わせまたは置換を使用することがで
きる。磁気結合センサ１０４はトリガ入力１０８の命令
によって印加されるトリガパルスに応答して、情報信号
からデータを収集することによって動作する。
【００１９】トリガ入力１０８は、トリガパルス入力１
１６、トリガパルス入力１１６と直列に接続されたイン
ダクタ１１８、及びインダクタ１１８と直列に接続され
たトリガパルス出力１２０からなる。トリガパルス入力
１１６は、トリガパルスをインダクタ１１８に印加する
ことができるメカニズムである。電流パルス出力１２０
は、トリガパルスがインダクタ１１８を通過した後に、
それを戻すためのメカニズムである。インダクタ１１８
は古典的なインダクタとして動作し、数ｐＨ程度のイン
ダクタンスが得られるように作られる。トリガパルス入
力１１６、トリガパルス出力１２０、及びインダクタ１
１８は、ニオブ及びニオブ窒化物を含む典型的な超電導
体材料で作ることができる。高速受信機１００は、磁気
結合センサ１０４をトリガ入力１０８と共に使用して情
報信号からデータを収集する。磁気結合センサ１０４
は、典型的には、単に伝送ライン１０２に沿って走行す
る情報信号によってもたらされる磁場の存在により出力
電圧状態を変化させるように設計されてはいない（その
ようにすることも可能であるが）。そうではなく、イン
ダクタ１１８を通って流れるトリガパルスの存在が磁場
に付加的な成分を追加してＳＱＵＩＤを応答にさせるの
に充分に大きくさせ、例えば論理出力の計算、またはＡ
／Ｄ変換の遂行のような機能を遂行させる。各磁気結合
センサを独立したトリガ入力１０８によって個々に制御
することも、または複数の磁気結合センサを同一のトリ
ガ入力１０８によって制御することもできる。
【００２０】動作中、外部インタフェースメカニズム
が、外部源によって生成された情報信号を伝送ライン１
０２内に結合する。情報信号は、いろいろな手法で伝送
ライン１０２に結合することができる。例えば、もし光
ファイバが情報信号を伝搬させていれば、検出器フォト
ダイオードを使用して光ファイバ信号を伝送ライン１０
２上に結合することができる。光ファイバは伝送ライン
１０２を冷却する極めて低い温度に耐えることができる
から、光ファイバを伝送ライン１０２の始まりまで直接
走らせ、該個所において検出器フォトダイオードによっ
て光ファイバ信号を電気信号に変換し、得られた電気信
号を伝送ライン１０２内に直接結合することができる。
同様に、導電体によって情報信号を伝送ライン１０２に
結合することができる。熱伝導度は低いが、充分な導電
率を有している導電体を、伝送ライン１０２に直接取付
けることができる。このタスクに適する市販されている
導体の例は、ステンレス鋼ケーブルまたはベリリウム銅
同軸ケーブルを含む。高速受信機１００は、伝送ライン
１０２の端に取付けられた終端抵抗１２２を含み得るこ
とにも注目されたい。終端抵抗１２２は、伝送ライン１
０２上の情報信号が反射して伝送ラインに沿って戻るの
を防ぐために、伝送ライン１０２のインピーダンスに整
合させられている。マイクロストリップとして形成され
ている伝送ライン１０２は、典型的には 50 オームのイ
ンピーダンスを有している。このような場合、伝送ライ
ン１０２に合わせて終端抵抗１２２も 50 オームの値を
有することができる。情報信号は、伝送ライン１０２内
を矢印１２４の方向に伝播する。情報信号を伝送ライン
１０２上に結合する手段が設けられると、高速受信機１
００は情報信号からデータを収集する準備が整う。
【００２１】高速受信機１００は、情報信号が伝送ライ
ン１０２を「埋める」まで、伝送ライン１０２を通して
情報信号を走行させることができる。換言すれば、高速
受信機１００は、伝送ライン１０２の始まりに供給され
た情報信号が、伝送ライン１０２に沿って分布されてい
る最後の磁気結合センサ１０４まで伝播した後に、トリ
ガ入力１０８上にトリガパルスを印加する。次いで、コ
ントローラ１０９はトリガパルスを生成し、トリガパル
ス入力１１６に印加する。高速受信機１００は、情報信
号データがトリガパルス間に伝送ライン１０２の全長を
走行できるようにするか、または受信機の特定の目的ま
たは情報波の特性に依存して情報信号データがより短い
距離、またはより長い距離を走行できるようにする。例
えば、もし情報信号のある区分が長い時間にわたってデ
ータを伝搬させていなければ、その区分全体がセンサ１
０４の個所を走行する間、コントローラ１０９がトリガ
を生成しないようにすることができる。動作中、トリガ
入力１０８の固有の伝播遅延を斟酌するために、コント
ローラ１０９は情報信号が伝送ライン１０２の終わりま
で伝播する直前にトリガ信号を発生することができる。
コントローラ１０９は、磁気結合センサ１０４にまたが
って情報信号データを適切に位置決めするために、トリ
ガ信号が情報信号データと時間的に一致してインダクタ
１０８に到達するように遅延を調整する。トリガパルス
入力１１６に印加されたトリガパルスは、インダクタ１
１８を通って走行し、付加的な磁場を生成して磁気結合
センサ１０４をそれらの機能に従って出力電圧状態をス
イッチさせる。出力電圧状態のスイッチは、データ出力
１０６上の測定可能な電圧出力として反映される。
【００２２】トリガパルスの長さは、磁気結合センサ１
０４が作動して情報信号から情報を収集する持続時間を
決定する。コントローラ１０９は、伝送ライン１０２上
の信号の最速特性に比して短いトリガを生成することが
好ましい。このようにすると情報信号の他の部分が、作
動している磁気結合センサ１０４を横切って伝播するこ
とによって生じるひずみ及び重なりの効果が減少する。
高速受信機１００の好ましい実施例では、トリガパルス
持続時間を 10 ｐｓまたはそれ以下とし、磁気結合セン
サ１０４が 100Ｇｂｐｓの情報信号からデータを収集で
きるようにしている。より短いトリガパルスを印加すれ
ば、磁気結合センサ１０４はより速い情報信号を正確に
収集できる。３ｐｓより短い持続時間のトリガパルスが
達成されている。
【００２３】高速受信機１００は、トリガパルスによっ
て各磁気結合センサ１０４が同時に影響を受けるように
半導体ダイス上に配列された磁気結合センサ１０４を使
用することができる。高速受信機１００は、例えば、ト
リガ入力１０８への各接続を、トリガパルスが最初にダ
イスに到達する点から等間隔にすることによってこれを
達成することができる。更に、高速受信機１００は、ト
リガパルスを入力として受入れ、全てのトリガ入力パッ
ドから磁気結合センサ１０４まで長さが等しい接続が得
られるように、多重トリガ入力パッドを半導体ダイス上
に設けることができる。磁気結合センサは、トリガ入力
１８に印加されるトリガパルスに応答する。高速受信機
１００の一実施例では、磁気結合センサ１０４はコンパ
レータとして構成され、これらの磁気結合センサ１０４
はトリガパルスに応答して磁気結合センサ１０４の場所
に位置する情報信号の区分のデータ値が所定のしきい値
より上にあるか否かを指示する。得られた出力は、時間
的に凍結された情報信号のピクチャ、即ち「凍結波」を
供給する。次いでコントローラ１０９は、情報信号の次
のデータ区分が伝送ライン１０２を埋めるまで、情報信
号を伝送ライン１０２に沿って伝播させることができ
る。次いで、トリガプロセスが繰り返される。磁気結合
センサ１０４は、情報信号からデータを収集し、それを
遅くした速度でデータ出力１０６へ供給する。データが
収集される速度は、伝送ライン１０２に沿ってどれ程多
くの磁気結合センサ１０４が配置されているかに依存す
る。例えばもし、伝送ライン１０２に沿って 100個のセ
ンサ１０４が磁気的に結合されていれば、100 Ｇｂｐｓ
の情報信号を伝搬する伝送ライン１０２の区分は、各々
が１Ｇｂｐｓで動作する 100の並列データ出力１０６ま
で低減される。高速受信機１００は、情報信号を並列デ
ータ出力１０６を通してより多くの管理可能な転送速度
まで低減させるだけではなく、磁気結合センサ１０４が
伝送ライン１０２に物理的に直接接続されていないこと
から、従来の受信機設計に比して多くの長所をも提供す
る。
【００２４】高速受信機１００は、磁気結合センサ１０
４を、伝送ライン１０２と共に使用する。オプションで
はあるが、好ましい実施例は、望ましくない情報信号の
劣化またはキックアウト（もしあれば）を最小にするた
めに、上述したような弱い磁気結合を使用する。高速受
信機１００においては、磁気結合センサ１０４がトリガ
パルスによって作動させられている時間中に限ってキッ
クアウトが発生する。トリガパルス幅が極めて小さい
（数ｐｓに過ぎない）から、伝送ライン１０２を動揺さ
せ得る能動動作の窓は、もしあったとしても、小さいも
のに過ぎない。通常は、動揺は伝送ライン１０２に沿っ
て両方向へ伝播するが、能動動作の窓が小さいので、動
揺が隣接する磁気結合センサ１０４に到着する時点まで
にはトリガストローブは終了し、隣接する磁気結合セン
サ１０４は不作動になっている。更に、弱い磁気結合を
使用しているので、磁気結合センサ１０４が情報信号か
らデータを収集できるようにするためには極めて小さい
エネルギを必要とするだけである。
【００２５】高速受信機１００は、例えば１ミリワット
よりも小さい電力を含む情報信号で動作させることがで
きる。出力電圧状態をスイッチさせるのに必要なエネル
ギの量は極めて小さく、フェント( femto ) ジュール、
またはアト( atto )ジュール程度である。エネルギ要求
と、トリガ入力１０８に印加されるトリガパルスの動作
周波数とを乗算すると高速受信機１００内の電力及びエ
ネルギ消費レベルが得られるが、これらは情報信号が含
んでいるそれら、及び従来の受信機が消費していたそれ
らより数桁も小さい。従来の受信機は、それらのセンサ
をスイッチさせるために、典型的には大量のエネルギを
必要とした。その結果、従来の受信機は、速さ、熱、及
び電力消費の問題に直面していた。各磁気結合センサ１
０４は、約１乃至 10 マイクロワットまたはそれより少
ない電源電力を消費するだけである。好ましい実施例の
磁気結合のさらなる利点は、磁気結合センサ１０４の動
作によって情報信号内に結合されるエネルギが情報信号
内の総合エネルギに比して極めて小さいので、情報信号
の総合的な完全性が維持されることである。従って、そ
の後に付加的な装置を使用して情報信号を正確に調べる
ことができる。磁気結合センサ１０４が情報信号からデ
ータを収集した後に、収集されたデータは外部デバイス
による処理のためにチップ外部へ送ることができる。
【００２６】各データ出力１０６は、伝送媒体を通して
外部装置へ接続することができる。この伝送媒体は、各
データ出力１０６上に発生した測定可能な電圧出力を、
例えば光ファイバケーブルまたは導電体のような若干の
型の導体によって伝搬する。伝送媒体は、各データ出力
をいろいろな手法で（フォトダイオードを通して光ファ
イバ伝送ライン上に結合することを含む）データ出力１
０６に接続することができる。この光ファイバラインは
データを冷たい、オフ・ザ・ダイスから外部装置へ伝搬
することができる。同様に、熱伝導度は低いが充分な導
電率を有している導電体をデータ出力１０６に取付ける
ことができる。これらの導電体は、半導体ダイスから外
部装置へ引出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】広く使用されている高速通信ネットワーク及び
受信機の典型的な速さを示すグラフである。
【図２】伝送ライン、及び関連磁気結合センサ配列の一
部を示す高レベル概要図である。
【符号の説明】
１００ 高速受信機 １０２ 伝送ライン １０４ 磁気結合センサ １０６ データ出力 １０８ トリガ入力 １０９ コントローラ １１０ 直流バイアス １１２ 超電導材料 １１４ ジョセフソン接合 １１６ トリガパルス入力 １１８ インダクタ １２０ トリガパルス出力 １２２ 終端抵抗 １２４ 信号伝播方向
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−80102（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−80138（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−263841（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−105330（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−335950（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H04B 13/00 G01R 33/035 H04B 10/00

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 情報信号を伝搬させる伝送ラインからデ
    ータを受信するための高速受信機において、上記高速受
    信機は、 情報信号内のデータを伝搬させる超電導伝送ラインと、 上記伝送ラインの受信区分に接して配置され、トリガパ
    ルスを伝搬する複数のトリガと、 上記伝送ラインの受信区分に磁気的に結合され、上記受
    信区分に沿って整列され、そして上記トリガパルスに応
    答する複数の超電導センサと、 上記トリガパルスを所定の時点に上記トリガに供給して
    上記トリガを駆動し、上記センサに上記伝送ラインに沿
    う関連付けられた点を磁気的にサンプルせしめるコント
    ローラと、を備えていることを特徴とする高速受信機。
  2. 【請求項２】 上記超電導センサに接続されている複数
    のデータ出力と、 上記データ出力を伝送媒体上に結合する手段と、を更に
    備えている請求項１に記載の高速受信機。
  3. 【請求項３】 上記複数の超電導センサの少なくとも１
    つは、検出された磁場としきい値とを比較し、この比較
    に基づいてデータ値を出力するコンパレータに構成され
    ている請求項１に記載の高速受信機。
  4. 【請求項４】 上記複数の超電導センサの少なくとも１
    つは、アナログ・デジタル変換器に構成されている請求
    項１に記載の高速受信機。
  5. 【請求項５】 上記複数の超電導センサの少なくとも１
    つは、論理機能に構成されている請求項１に記載の高速
    受信機。
  6. 【請求項６】 上記複数の超電導センサの少なくとも１
    つは、 少なくとも１つのジョセフソン接合と、 上記ジョセフソン接合に接続されている直流バイアス入
    力と、 上記ジョセフソン接合に接続されているデータ出力と、
    を備えている請求項１に記載の高速受信機。
  7. 【請求項７】 上記情報信号は、ディジタル信号である
    請求項１に記載の高速受信機。
  8. 【請求項８】 上記情報信号は、アナログ信号である請
    求項１に記載の高速受信機。
  9. 【請求項９】 上記情報信号は、少なくとも１つのアナ
    ログ部分と、少なくとも１つのディジタル部分とからな
    る請求項１に記載の高速受信機。
  10. 【請求項１０】 上記超電導伝送ラインは、マイクロス
    トリップとして構成さられている請求項１に記載の高速
    受信機。
  11. 【請求項１１】 上記超電導伝送ラインは、半導体ダイ
    ス上に蛇行またはジグザグ状に形成されている請求項１
    に記載の高速受信機。
  12. 【請求項１２】 上記伝送ラインに接続されている終端
    抵抗を更に備えている請求項１に記載の高速受信機。
  13. 【請求項１３】 情報信号を伝搬する伝送ラインの受信
    区分からデータを受信する方法において、 （ａ）情報信号内のデータを超電導伝送ラインに沿って
    伝送するステップと、 （ｂ）複数の超電導センサを上記伝送ラインに磁気的に
    結合するステップと、 （ｃ）上記情報信号を所定の時間にわたって上記超電導
    伝送ラインに沿って伝播させることを許容した後に、上
    記超電導センサを作動させ、上記伝送ラインに沿う複数
    の点におけるデータ値を同時に検出させるステップと、 （ｄ）上記情報信号が上記伝送ラインに沿って伝播する
    まで所定の時間にわたって上記センサを作動させないス
    テップと、を備えていることを特徴とする方法。
  14. 【請求項１４】 上記センサの直近の磁場内にトリガリ
    ング磁気パルスを誘起させて上記センサを作動させるス
    テップを更に備えている請求項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 作動すると、上記伝送ラインに沿う関
    連付けられた点において検出された値と、しきい値とを
    比較して対応するデータ値を決定するステップを更に備
    えている請求項１３に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 作動すると、上記伝送ラインに沿う関
    連付けられた点におけるデータ値を表すディジタル信号
    を発生するステップを更に備えている請求項１３に記載
    の方法。
  17. 【請求項１７】 作動すると、上記検出されたデータ値
    の少なくとも１つに基づいて論理機能を発生するステッ
    プを更に備えている請求項１３に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 上記情報信号内のデータを伝送するス
    テップは、アナログデータを伝送することからなる請求
    項１３に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 上記情報信号内のデータを伝送するス
    テップは、ディジタルデータを伝送することからなる請
    求項１３に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 上記情報信号内のデータを伝送するス
    テップは、少なくとも１組のディジタルデータと、少な
    くとも１組のアナログデータとを伝送することからなる
    請求項１３に記載の方法。
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