JP3882080B2 - Bias current simulation method in SFQ logic circuit, bias current simulation apparatus in SFQ logic circuit, bias current simulation program in SFQ logic circuit, recording medium recording bias current simulation program in SFQ logic circuit - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は,本発明は、単一磁束量子(Single Flux Quantum[SFQ])を情報担体として用いるSFQ論理回路に関し、特に、SFQ論理回路におけるバイアス電流をシミュレーションする方法、装置、プログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体に関する。
【0002】
【従来の技術】
単一磁束量子を情報担体として用いたSFQ論理回路は、超高速かつ低消費電力で動作するという特長を有する。このため、ペタフロップススケールのコンピュータや基幹系のハイエンドルータ、ソフトウエア無線用のA/Dコンバータなど様々な応用が期待されている。しかしながら、SFQ論理回路技術はCMOS回路技術に比べると未成熟であり、現在では、約1万個のジョセフソン接合を含む回路の完全動作を目指している段階である。
【0003】
このようなSFQ論理回路に関しては、例えば、以下の特許文献1に記載された、受動伝送線路の占有面積を縮小することによるチップ面積の縮小化を図る技術がある。
【0004】
ここで、SFQ論理回路の大規模集積化を阻む要因の1つとして、SFQ論理回路を駆動させるためのバイアス電流供給の間題がある。SFQ論理回路のような超伝導回路は一般に磁場に対して敏感で、回路動作実験は通常厳重な磁気シールド下で行われる。回路が大規模化すると、回路を駆動するために必要となる直流バイアス電流も増加するため、バイアス電流自身が作り出す磁場の影響が無視できなくなるおそれがある。従って、SFQ論理回路の大規模化のためには、バイアス電流が回路動作にどの程度の影響を及ぼすのかを調べ、問題が深刻であれば適切に対処する必要がある。
【0005】
ここで、図8に示すTFF(Toggle Flip−Flop)セルを使った実験の結果、バイアスラインを流れる電流が予想以上に回路の動作マージンを減少させていることが確認される。図中、10はTFFセル、12はSFQパルスの伝わる信号ラインであるSFQ信号ライン、13はバイアスラインである。
【0006】
図8に示すTFFセル10の四隅に電流注入ポート(PORT1,PORT2,PORT3,PORT4)を設け、そのうち2個所の電流注入ポート(PORT3,PORT4)を介して、非接地の閉ループで直流制御電流Ic をTFFセル10に流した。そして、残りの2個所の電流注入ポートのうちの一方(PORT1)から、TFFセル10が必要とする接地バイアス電流IB を供給し、回路の動作バイアスマージンを調べたところ、ほとんどのセルである一定以上の電流値で動作マージンの縮小が現れた。従って、回路が大規模化して供給するバイアス電流量が増加すると、バイアス電流の作り出す磁場が動作マージンの縮小を引き起こす危険性が高くなる。
【0007】
この問題に対しては、従来から、バイアスライン13にシールドを施すことで、バイアスライン13を流れる電流の回路動作に及ぼす影響を排除しようとしてきた。例えば、設計したSFQセルであるTFFセル10のバイアスライン13が超伝導ストリップライン構造をしていれば、バイアス電流が作り出す磁場が回路動作に及ぼす影響は常識的に考えれば極めて少ないと考えられる。
【0008】
【特許文献1】
特開2001−68995号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、バイアスラインにシールドを施す上記従来技術では、例えば図8におけるSFQ信号ライン12とバイアスライン13が交差する領域(バイアスブリッジ)などすべての個所にシールドを施すことはできないため、バイアス電流の回路動作に及ぼす影響を完全に排除することはできないというのが現状である。
【0010】
次に、シールドの有効性の限界について説明する。図9にシールド構造の断面図を示す。シールド構造はバイアスライン13を絶縁層135で包み、さらに、超伝導シールド131で包み込むことで実現する。現状の超伝導回路作製プロセスでは、シールド構造を実現するためには、図9に示すグランド層134、ベース層133、カウンタ層132の超伝導3層全てを使わなければならない。しかし、実際の回路では、バイアスライン13とSFQ信号ライン12とが交差する領域が存在する。
【0011】
この領域をバイアスブリッジと呼んでいるが、この付近ではバイアスライン13にシールドを施すことは、現状の超伝導3層の回路作製プロセスでは不可能である。上記のように、シールド構造実現には超伝導3層全てが必要であるが、SFQ信号ライン12用にカウンタ層を使うと、どうしてもシールドできない部分ができるからである。
【0012】
図10にEx−ORセルの回路レイアウトを示す。Ex−ORセル20におけるSFQ信号の入出力付近で、SFQ信号ライン12とバイアスライン13とが交差して、バイアスブリッジ11となっていることがわかる。なお、図10のバイアスライン13にはシールドが施されている。
【0013】
図11は、図10に示すEx−ORセル20の回路に回路を駆動させるためのバイアス電流を流すことによる回路動作への影響を示す図である。すなわち、Ex−ORセル20に、あるポートからバイアス電流を流す一方で、ポート間にクローズドループのクローズド電流を流し、どれくらいの電流の範囲で回路が正常に動作しているかを示したものである。図11中の、例えばPort1(3→2)の表示は、図10に示すEx−ORセル20のPort1からバイアス電流を流す一方で、Port3からPort2にクローズド電流を流したことを意味する。図11から、シールドを施すことができないバイアスブリッジ11付近を流れるバイアス電流が少なからず回路動作に影響を及ぼしていることがわかる。
【0014】
つまり、シールド構造そのものは、バイアス電流の影響を低減するのに非常に有効であるが、実際の回路では、すべてのバイアスライン13をシールドすることができないため、バイアス電流に対する対処策としてのシールドの有効性には限界があるのである。
【0015】
本発明は、上記問題点を解決し、SFQ論理回路のバイアス電流の分布を知ることができるバイアス電流シミュレーション方法を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記のように、バイアスライン13を流れるバイアス電流の影響を完全に避けることは難しいが、ある程度のバイアス電流値であれば、その影響は小さく無視しても差し支えないレベルである。問題はどこまでバイアス電流を流せるかという許容量である。
【0017】
あるここまでのバイアス電流を許容するという臨界値を設定すれば、すべてのセルに対してバイアス電流の影響を調べる必要があるにせよ、バイアスブリッジ11に流すことのできるバイアス電流の許容量は、すべてのセルに対して自ずと決まってくる。
【0018】
大規模な回路にバイアス電流を供給する際、すべてのセルについてそのバイアスライン13を流れる電流の分布を計算で求めることができれば、その回路動作にバイアス電流が深刻な影響を及ぼすかどうかを事前に知ることが可能であり、設計上大変有効である。
【0019】
本発明では、何が何でもバイアス電流の影響を押さえ込むという発想を転換して、バイアス電流が回路動作に及ぼす影響が、ここまでは無視できるというある許容値を各々のセルについて実験的に把握しておき、事前に回路全体のバイアス電流分布をシミュレーションすることで、危険個所をあらかじめ察知し、必要に応じてレイアウト変更を行うということが可能なバイアス電流シミュレーション技術を提供する。
【0020】
すなわち、本発明のSFQ論理回路におけるバイアス電流シミュレーション方法は、単一磁束量子(SFQ)を情報担体として用いたSFQ論理回路におけるバイアス電流をシミュレーションする方法であって、前記SFQ論理回路データを入力するステップと、前記入力されたSFQ論理回路データに基づいて、前記SFQ論理回路のバイアスラインを抵抗のみからなる回路に置き換えるステップと、前記抵抗のみから構成される等価回路に基づいて、前記SFQ論理回路におけるバイアス電流分布を算出するステップとを有することを特徴とする。
【0021】
また、本発明は、前記SFQ論理回路におけるバイアス電流シミュレーション方法において、前記SFQ論理回路のバイアスラインを抵抗のみからなる回路に置き換えるステップは、前記SFQ論理回路のバイアスラインを抵抗とインダクタンスから構成される等価回路に置き換えるステップと、前記抵抗とインダクタンスから構成される等価回路内のインダクタンスを抵抗に置き換えて、抵抗のみから構成される等価回路を生成するステップとを有することを特徴とする。
【0022】
また、本発明のSFQ論理回路におけるバイアス電流シミュレーション装置は、単一磁束量子(SFQ)を情報担体として用いたSFQ論理回路におけるバイアス電流をシミュレーションする装置であって、前記SFQ論理回路データを入力する手段と、前記入力されたSFQ論理回路データに基づいて、前記SFQ論理回路のバイアスラインを抵抗のみからなる回路に置き換える手段と、前記抵抗のみから構成される等価回路に基づいて、前記SFQ論理回路におけるバイアス電流分布を算出する手段とを備えることを特徴とする
また、本発明は、前記SFQ論理回路におけるバイアス電流シミュレーション装置において、前記SFQ論理回路のバイアスラインを抵抗のみからなる回路に置き換える手段は、前記SFQ論理回路のバイアスラインを抵抗とインダクタンスから構成される等価回路に置き換える手段と、前記抵抗とインダクタンスから構成される等価回路内のインダクタンスを抵抗に置き換えて、抵抗のみから構成される等価回路を生成する手段とを備えることを特徴とする。
【0023】
また、本発明のプログラムは、前記SFQ論理回路におけるバイアス電流シミュレーション方法をコンピュータに実行させるためのSFQ論理回路におけるバイアス電流シミュレーションプログラムである。
【0024】
また、本発明のプログラムを記録した記録媒体は、前記SFQ論理回路におけるバイアス電流シミュレーション方法をコンピュータに実行させるためのSFQ論理回路におけるバイアス電流シミュレーションプログラムを記録した記録媒体である。
【0025】
本発明を用いることにより、SFQ論理回路のバイアス電流の分布を知ることが可能となる。
【0026】
また、本発明のSFQ論理回路におけるバイアス電流シミュレーションプログラムを記録した記録媒体によれば、前記SFQ論理回路におけるバイアス電流シミュレーションプログラムを、CD−ROM、CDR/W、フレキシブルディスク等の記録媒体に格納して提供することが可能となる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下に、図を用いて、本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明を実現するバイアス電流シミュレーション装置の構成の一例を示す図である。1はバイアス電流シミュレーション装置、100は回路データ入力部、101は等価回路生成部、102はバイアス電流分布算出部、103は換算値記憶部である。
【0028】
回路データ入力部100は、SFQ論理回路のデータを入力する。等価回路生成部101は、入力されたSFQ論理回路データに基づいて、SFQ論理回路のバイアスラインを抵抗とインダクタンスから構成される等価回路に置き換えた後、当該等価回路内のインダクタンスを抵抗に置き換えて、抵抗のみから構成される等価回路を生成する。
【0029】
また、バイアス電流分布算出部102は、当該生成された抵抗のみから構成される等価回路に基づいて、前記SFQ論理回路におけるバイアス電流分布を算出する。換算値記憶部103には、上記抵抗とインダクタンスから構成される等価回路内のインダクタンスと、当該インダクタンスを置き換える抵抗の値との対応関係が記憶されている。
【0030】
図2は、本発明に係るバイアス電流シミュレーション処理フローの一例を示す図である。まず、SFQ論理回路データを入力する(ステップS1)。例えば、図3(A)に示すJTL(ジョセフソン伝送線路)セル30の回路データを入力する。次に、入力された回路データに基づいて、前記SFQ論理回路のバイアスラインを抵抗とインダクタンスから構成される等価回路に置き換える(ステップS2)。
【0031】
即ち、一般に、超伝導体は、電気回路的にはインダクタンスとして振る舞うため、セルを並べることで形成されるSFQ論理回路のバイアスライン網は、インダクタンス回路網である。さらに正確には、ジョセフソン接合にある一定の電流を供給するためのフィード抵抗も回路網に含まれているので、抵抗とインダクタンスで構成される回路網であると言えるため、ステップS1で入力された回路データに基づいて、抵抗とインダクタンスから構成される等価回路に置き換えるのである。
【0032】
例えば、ステップS1において入力された図3(A)のJTLセル30の回路データに基づいて、JTLセル30のバイアスライン13を図3(B)に示すような等価回路に置き換える。図3(A)の楕円で囲ったバイアスフィード抵抗14の部分が図3(B)の等価回路におけるR1 に相当し、バイアスライン13のバイアスフィード抵抗14以外の部分が、例えば図3(B)の等価回路におけるインダクタンスL1 〜L6 に相当する。なお、上記置き換えには、例えば、3次元電磁界解析ツールを用いる。
【0033】
次に、置き換えられた抵抗とインダクタンスから構成される等価回路内のインダクタンスを抵抗に置き換えて、抵抗のみから構成される等価回路を生成する(ステップS3)。かかるステップS3について、以下に詳述する。
【0034】
例えば、図3(B)に示すような等価回路を並べたインダクタンス回路網自体は、等電位であり、JTLセル30のジョセフソン接合に供給される電流は、インダクタンス回路網の形状に全く依存しない。
【0035】
一方、インダクタンス回路網を流れる電流の分布は、フィード抵抗の位置や大きさのほか、バイアスライン13のインダクタンスの大きさにも強く依存する。具体的には、上記インダクタンス回路網内に多数存在するインダクタンスループのそれぞれについて、ループ内の磁束の量子化条件を満足するような電流分布をとる。つまり、バイアスライン網内の電流分布は、フィード抵抗に関しては等電位則を満足しつつ、それ以外ではインダクタンスループの磁束量子化条件を満足するような分布になる。
【0036】
それぞれのインダクタンスループで磁束の量子化条件を満足するような電流分布になるということは、インダクタンスの小さなパスほどたくさんの電流が流れるということであり、これは抵抗の小さなパスほどたくさんの電流が流れるということと等価である。従って、インダクタンス回路網は抵抗回路網に置き換えることが可能である。
【0037】
このことを説明するイメージ図を図4に示す。即ち、図4(A)に示すようなインダクタンスループにおいては、L10×I12=L11×I13という磁束量子化条件が成立し、インダクタンスが小さなパスの方に大きな電流が流れる。従って、図4(A)に示すようなインダクタンスループは、抵抗の小さなパスほどたくさんの電流が流れることを示す図4(B)の抵抗回路に置き換えることが可能である。この場合、本発明においては、L10とL11の比とR11とR12の比とが等しくなるように置き換えを行う。その結果、生成された抵抗回路においては、等電位則(R11×I12=R12×I13)が成立する。
【0038】
本発明において、インダクタンスから抵抗への置き換えは、例えば、当該インダクタンスと抵抗の値との対応関係が記憶された換算値記憶部103を参照することにより行う。
【0039】
ただし、置き換えた抵抗で発生する電位が、バイアスフィード抵抗14で発生する電位と同程度であると、バイアスフィード抵抗14に関して満足すべき等電位則にも影響を及ぼしてしまうため、発生電位がバイアスフィード抵抗14で発生する電位に比べて全く無視できるほど微小な抵抗で置き換える。
【0040】
上記置き換えにより、ステップS3においては、例えば、図3(B)に示す等価回路から、図5に示すような抵抗R1 、RA 、RC 、RD から構成される各JTLセル30のバイアスライン13の等価回路が生成される。なお、R1 はバイアスフィード抵抗14に相当する。
【0041】
そして、生成された抵抗のみから構成される等価回路に基づいて、SFQ論理回路におけるバイアス電流分布を算出する(ステップS4)。
【0042】
図6及び図7は、図5に示す等価回路に基づくバイアス電流のシミュレーション実験を示す図である。図6に示すように、J1 乃至J4 の4個のJTLセル30を並べた上で、2.5mVの電圧をかけてバイアス電流を流す。なお、図5における各抵抗値は、例えばR1 が8.34Ω、RA が7.17pΩ、RC が5.43pΩ、RD が7.17pΩであるとする。
【0043】
上記実験の結果、図7に示すように、例えば、セルJ2 の図5における抵抗R1 の位置における電流値は440.5μAであり、セルJ1 の図5における抵抗R1 の位置における電流値は299.2μAであり、セルJ3 の図5における抵抗R1 の位置における電流値は246.2μAであり、セルJ2 の図5における抵抗R2 の位置における電流値は212.4μAとなった。
【0044】
【発明の効果】
本発明を用いることにより、SFQ論理回路のバイアス電流の分布を知ることができるため、バイアス電流の影響の有無を予め予測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】バイアス電流シミュレーション装置の構成の一例を示す図である。
【図2】バイアス電流シミュレーション処理フローの一例を示す図である。
【図3】JTLセルのレイアウトの一例を示す図である。
【図4】インダクタンス回路網から抵抗回路網への置き換えを示す図である。
【図5】JTLセルのバイアスラインの等価回路の一例を示す図である。
【図6】バイアス電流のシミュレーション実験を示す図である。
【図7】バイアス電流のシミュレーション実験の結果を示す図である。
【図8】TFFセルを示す図である。
【図9】シールド構造の断面図を示す図である。
【図10】Ex−ORセルを示す図である。
【図11】バイアス電流の回路動作への影響を示す図である。
【符号の説明】
1 バイアス電流シミュレーション装置
10 TFFセル
11 バイアスブリッジ
12 SFQ信号ライン
13 バイアスライン
14 バイアスフィード抵抗
20 Ex−ORセル
30 JTLセル
100 回路データ入力部
101 等価回路生成部
102 バイアス電流分布算出部
103 換算値記憶部
131 超伝導シールド
132 カウンタ層
133 ベース層
134 グランド層
135 絶縁層
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an SFQ logic circuit using a single flux quantum (SFQ) as an information carrier, and more particularly to a method, apparatus, program and program for simulating a bias current in an SFQ logic circuit. The present invention relates to a recorded recording medium.
[0002]
[Prior art]
An SFQ logic circuit using a single magnetic flux quantum as an information carrier has a feature that it operates at ultra high speed and low power consumption. For this reason, various applications such as a petaflop scale computer, a backbone high-end router, and an A / D converter for software defined radio are expected. However, SFQ logic circuit technology is immature as compared with CMOS circuit technology, and is currently at the stage of aiming at full operation of a circuit including about 10,000 Josephson junctions.
[0003]
With regard to such an SFQ logic circuit, for example, there is a technique for reducing the chip area by reducing the occupied area of the passive transmission line described in Patent Document 1 below.
[0004]
Here, as one of the factors hindering the large-scale integration of the SFQ logic circuit, there is a problem of supplying a bias current for driving the SFQ logic circuit. Superconducting circuits such as SFQ logic circuits are generally sensitive to magnetic fields, and circuit operation experiments are usually performed under strict magnetic shielding. When the circuit is scaled up, the direct current bias current required to drive the circuit also increases, so that the influence of the magnetic field generated by the bias current itself may not be negligible. Therefore, in order to increase the scale of the SFQ logic circuit, it is necessary to examine how much the bias current affects the circuit operation and to appropriately deal with the problem if the problem is serious.
[0005]
Here, as a result of an experiment using a TFF (Toggle Flip-Flop) cell shown in FIG. 8, it is confirmed that the current flowing through the bias line reduces the operation margin of the circuit more than expected. In the figure, 10 is a TFF cell, 12 is an SFQ signal line that is a signal line through which an SFQ pulse is transmitted, and 13 is a bias line.
[0006]
Current injection ports (PORT1, PORT2, PORT3, PORT4) are provided at the four corners of the TFF cell 10 shown in FIG. c was passed through the TFF cell 10. Then, the ground bias current I B required by the TFF cell 10 is supplied from one of the remaining two current injection ports (PORT 1), and the operation bias margin of the circuit is examined. A reduction in operating margin appeared at current values above a certain level. Therefore, when the amount of bias current supplied by the circuit increases in scale, the magnetic field generated by the bias current increases the risk of causing a reduction in the operating margin.
[0007]
To solve this problem, conventionally, the bias line 13 is shielded to eliminate the influence of the current flowing through the bias line 13 on the circuit operation. For example, if the bias line 13 of the TFF cell 10 which is the designed SFQ cell has a superconducting stripline structure, the influence of the magnetic field generated by the bias current on the circuit operation is considered to be extremely small in view of common sense.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-68995
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described prior art in which the shield is applied to the bias line, since it is not possible to provide a shield at all points such as the area where the SFQ signal line 12 and the bias line 13 intersect (bias bridge) in FIG. At present, the influence on the operation cannot be completely eliminated.
[0010]
Next, the limit of effectiveness of the shield will be described. FIG. 9 shows a cross-sectional view of the shield structure. The shield structure is realized by wrapping the bias line 13 with an insulating layer 135 and further wrapping with a superconducting shield 131. In the current superconducting circuit manufacturing process, all three superconducting layers of the ground layer 134, the base layer 133, and the counter layer 132 shown in FIG. However, in an actual circuit, there is a region where the bias line 13 and the SFQ signal line 12 intersect.
[0011]
Although this region is called a bias bridge, it is impossible to shield the bias line 13 in this vicinity in the current superconducting three-layer circuit manufacturing process. As described above, all three superconducting layers are required to realize the shield structure. However, if the counter layer is used for the SFQ signal line 12, there is a portion that cannot be shielded.
[0012]
FIG. 10 shows a circuit layout of the Ex-OR cell. It can be seen that the SFQ signal line 12 and the bias line 13 intersect to form the bias bridge 11 near the input / output of the SFQ signal in the Ex-OR cell 20. Note that the bias line 13 in FIG. 10 is shielded.
[0013]
FIG. 11 is a diagram showing the influence on the circuit operation by supplying a bias current for driving the circuit to the circuit of the Ex-OR cell 20 shown in FIG. That is, while a bias current is supplied from a certain port to the Ex-OR cell 20, a closed-loop closed current is supplied between the ports, and the current range is shown in which the circuit operates normally. . In FIG. 11, for example, Port 1 (3 → 2) indicates that a bias current is supplied from Port 1 of the Ex-OR cell 20 shown in FIG. 10 while a closed current is supplied from Port 3 to Port 2. From FIG. 11, it can be seen that the bias current flowing in the vicinity of the bias bridge 11 that cannot be shielded has a considerable influence on the circuit operation.
[0014]
In other words, the shield structure itself is very effective in reducing the influence of the bias current, but in an actual circuit, all the bias lines 13 cannot be shielded. There is a limit to its effectiveness.
[0015]
It is an object of the present invention to provide a bias current simulation method that can solve the above-described problems and know the bias current distribution of the SFQ logic circuit.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
As described above, it is difficult to completely avoid the influence of the bias current flowing through the bias line 13, but if the bias current value is a certain level, the influence is small and can be ignored. The problem is how much bias current can flow.
[0017]
If a critical value for allowing a certain bias current so far is set, the allowable amount of the bias current that can be passed through the bias bridge 11 is required even if it is necessary to investigate the influence of the bias current on all the cells. It will be decided for every cell.
[0018]
When supplying a bias current to a large-scale circuit, if the distribution of the current flowing through the bias line 13 for all cells can be obtained by calculation, it is determined in advance whether the bias current has a serious effect on the circuit operation. It is possible to know and is very effective in design.
[0019]
In the present invention, the idea that the influence of the bias current is suppressed by anything is changed, and a certain allowable value that the influence of the bias current on the circuit operation can be ignored so far is experimentally grasped for each cell. In addition, a bias current simulation technique is provided in which the bias current distribution of the entire circuit is simulated in advance so that a dangerous part can be detected in advance and the layout can be changed as necessary.
[0020]
That is, the bias current simulation method in the SFQ logic circuit according to the present invention is a method for simulating the bias current in the SFQ logic circuit using a single magnetic flux quantum (SFQ) as an information carrier, and inputs the SFQ logic circuit data. Replacing the bias line of the SFQ logic circuit with a circuit made of only a resistor based on the input SFQ logic circuit data, and the SFQ logic circuit based on an equivalent circuit made up of only the resistor And calculating a bias current distribution at.
[0021]
According to the present invention, in the bias current simulation method in the SFQ logic circuit, the step of replacing the bias line of the SFQ logic circuit with a circuit composed only of a resistor includes the bias line of the SFQ logic circuit including a resistor and an inductance. A step of replacing with an equivalent circuit, and a step of generating an equivalent circuit composed of only a resistor by replacing an inductance in the equivalent circuit composed of the resistor and the inductance with a resistor.
[0022]
The bias current simulation apparatus in the SFQ logic circuit of the present invention is an apparatus for simulating the bias current in the SFQ logic circuit using a single magnetic flux quantum (SFQ) as an information carrier, and inputs the SFQ logic circuit data. Means for replacing the bias line of the SFQ logic circuit with a circuit consisting only of a resistor based on the inputted SFQ logic circuit data, and the SFQ logic circuit based on an equivalent circuit consisting only of the resistor In the bias current simulation apparatus in the SFQ logic circuit, the means for replacing the bias line of the SFQ logic circuit with a circuit composed only of a resistor is provided. , Bias of the SFQ logic circuit Means for replacing IN with an equivalent circuit composed of resistance and inductance, and means for replacing the inductance in the equivalent circuit composed of resistance and inductance with a resistance to generate an equivalent circuit composed only of resistance. It is characterized by that.
[0023]
The program of the present invention is a bias current simulation program in an SFQ logic circuit for causing a computer to execute the bias current simulation method in the SFQ logic circuit.
[0024]
A recording medium on which the program of the present invention is recorded is a recording medium on which a bias current simulation program in an SFQ logic circuit for causing a computer to execute the bias current simulation method in the SFQ logic circuit is recorded.
[0025]
By using the present invention, it becomes possible to know the distribution of the bias current of the SFQ logic circuit.
[0026]
Further, according to the recording medium in which the bias current simulation program in the SFQ logic circuit of the present invention is recorded, the bias current simulation program in the SFQ logic circuit is stored in a recording medium such as a CD-ROM, CDR / W, or a flexible disk. Can be provided.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a bias current simulation apparatus that implements the present invention. Reference numeral 1 denotes a bias current simulation apparatus, 100 denotes a circuit data input unit, 101 denotes an equivalent circuit generation unit, 102 denotes a bias current distribution calculation unit, and 103 denotes a converted value storage unit.
[0028]
The circuit data input unit 100 inputs data of the SFQ logic circuit. The equivalent circuit generation unit 101 replaces the bias line of the SFQ logic circuit with an equivalent circuit composed of a resistor and an inductance based on the input SFQ logic circuit data, and then replaces the inductance in the equivalent circuit with a resistor. An equivalent circuit composed only of resistors is generated.
[0029]
The bias current distribution calculation unit 102 calculates a bias current distribution in the SFQ logic circuit based on an equivalent circuit composed only of the generated resistance. The conversion value storage unit 103 stores a correspondence relationship between the inductance in the equivalent circuit composed of the resistance and the inductance and the value of the resistance that replaces the inductance.
[0030]
FIG. 2 is a diagram showing an example of a bias current simulation process flow according to the present invention. First, SFQ logic circuit data is input (step S1). For example, circuit data of a JTL (Josephson transmission line) cell 30 shown in FIG. Next, based on the input circuit data, the bias line of the SFQ logic circuit is replaced with an equivalent circuit composed of a resistor and an inductance (step S2).
[0031]
That is, in general, since a superconductor behaves as an inductance in terms of an electric circuit, a bias line network of an SFQ logic circuit formed by arranging cells is an inductance circuit network. More precisely, a feed resistor for supplying a certain current to the Josephson junction is also included in the network, so it can be said that the circuit is composed of a resistor and an inductance. The circuit is replaced with an equivalent circuit composed of resistance and inductance based on the circuit data.
[0032]
For example, the bias line 13 of the JTL cell 30 is replaced with an equivalent circuit as shown in FIG. 3B based on the circuit data of the JTL cell 30 of FIG. The portion of the bias feed resistor 14 surrounded by an ellipse in FIG. 3A corresponds to R 1 in the equivalent circuit of FIG. 3B, and the portion other than the bias feed resistor 14 of the bias line 13 is, for example, FIG. ) Equivalent to inductances L 1 to L 6 in the equivalent circuit. For the replacement, for example, a three-dimensional electromagnetic field analysis tool is used.
[0033]
Next, an inductance in the equivalent circuit composed of the replaced resistance and inductance is replaced with a resistance to generate an equivalent circuit composed only of the resistance (step S3). This step S3 will be described in detail below.
[0034]
For example, the inductance network itself in which equivalent circuits as shown in FIG. 3B are arranged is equipotential, and the current supplied to the Josephson junction of the JTL cell 30 does not depend on the shape of the inductance network at all. .
[0035]
On the other hand, the distribution of current flowing through the inductance network strongly depends on the position and size of the feed resistor as well as the size of the inductance of the bias line 13. Specifically, for each of the many inductance loops present in the inductance network, a current distribution that satisfies the condition for quantizing the magnetic flux in the loop is taken. That is, the current distribution in the bias line network is a distribution that satisfies the equipotential law with respect to the feed resistance, but otherwise satisfies the flux quantization condition of the inductance loop.
[0036]
A current distribution that satisfies the magnetic flux quantization condition in each inductance loop means that a larger amount of current flows in a path with a smaller inductance, which means that a larger amount of current flows in a path with a smaller resistance. Is equivalent to that. Therefore, the inductance network can be replaced with a resistance network.
[0037]
FIG. 4 shows an image diagram for explaining this. That is, in the inductance loop as shown in FIG. 4A, a magnetic flux quantization condition of L 10 × I 12 = L 11 × I 13 is satisfied, and a large current flows in a path with a small inductance. Therefore, the inductance loop as shown in FIG. 4A can be replaced with the resistance circuit of FIG. 4B showing that a larger amount of current flows in a path having a smaller resistance. In this case, in the present invention, the replacement is performed so that the ratio of L 10 and L 11 and the ratio of R 11 and R 12 are equal. As a result, the equipotential law (R 11 × I 12 = R 12 × I 13 ) is established in the generated resistance circuit.
[0038]
In the present invention, the replacement from the inductance to the resistance is performed by referring to the converted value storage unit 103 in which the correspondence relationship between the inductance and the resistance value is stored, for example.
[0039]
However, if the potential generated by the replaced resistor is approximately the same as the potential generated by the bias feed resistor 14, the generated potential is biased because the equipotential law to be satisfied with respect to the bias feed resistor 14 is also affected. It is replaced with a resistance that is so small that it is completely negligible compared to the potential generated in the feed resistor 14.
[0040]
By the above replacement, in step S3, for example, from the equivalent circuit shown in FIG. 3B, the bias of each JTL cell 30 including the resistors R 1 , R A , R C , and R D as shown in FIG. An equivalent circuit for line 13 is generated. R 1 corresponds to the bias feed resistor 14.
[0041]
Then, a bias current distribution in the SFQ logic circuit is calculated based on an equivalent circuit composed only of the generated resistors (step S4).
[0042]
6 and 7 are diagrams showing a bias current simulation experiment based on the equivalent circuit shown in FIG. As shown in FIG. 6, after four JTL cells 30 of J 1 to J 4 are arranged, a bias current is applied by applying a voltage of 2.5 mV. 5, for example, R 1 is 8.34Ω, R A is 7.17 pΩ, R C is 5.43 pΩ, and R D is 7.17 pΩ.
[0043]
As a result of the experiment, as shown in FIG. 7, for example, the current value of the cell J 2 at the position of the resistor R 1 in FIG. 5 is 440.5 μA, and the current of the cell J 1 at the position of the resistor R 1 in FIG. The value is 299.2 μA, the current value of the cell J 3 at the position of the resistor R 1 in FIG. 5 is 246.2 μA, and the current value of the cell J 2 at the position of the resistor R 2 in FIG. 5 is 212.4 μA. became.
[0044]
【The invention's effect】
By using the present invention, it is possible to know the bias current distribution of the SFQ logic circuit, so that it is possible to predict in advance whether or not there is an influence of the bias current.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a bias current simulation apparatus.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a bias current simulation process flow;
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a layout of a JTL cell.
FIG. 4 is a diagram illustrating a replacement from an inductance network to a resistance network.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an equivalent circuit of a bias line of a JTL cell.
FIG. 6 is a diagram showing a simulation experiment of a bias current.
FIG. 7 is a diagram showing the results of a bias current simulation experiment.
FIG. 8 shows a TFF cell.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a shield structure.
FIG. 10 is a diagram showing an Ex-OR cell.
FIG. 11 is a diagram showing the influence of bias current on circuit operation.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Bias current simulation apparatus 10 TFF cell 11 Bias bridge 12 SFQ signal line 13 Bias line 14 Bias feed resistance 20 Ex-OR cell 30 JTL cell 100 Circuit data input part 101 Equivalent circuit generation part 102 Bias current distribution calculation part 103 Conversion value memory | storage 131 Superconducting shield 132 Counter layer 133 Base layer 134 Ground layer 135 Insulating layer

Claims (6)

単一磁束量子(SFQ)を情報担体として用いたSFQ論理回路におけるバイアス電流をシミュレーションする方法であって、
前記SFQ論理回路データを入力するステップと、
前記入力されたSFQ論理回路データに基づいて、前記SFQ論理回路のバイアスラインを抵抗のみからなる回路に置き換えるステップと、
前記抵抗のみから構成される等価回路に基づいて、前記SFQ論理回路におけるバイアス電流分布を算出するステップとを有する
ことを特徴とするSFQ論理回路におけるバイアス電流シミュレーション方法。
A method of simulating a bias current in an SFQ logic circuit using a single flux quantum (SFQ) as an information carrier,
Inputting the SFQ logic circuit data;
Replacing the bias line of the SFQ logic circuit with a circuit consisting only of resistors based on the input SFQ logic circuit data;
A bias current simulation method in the SFQ logic circuit, comprising: calculating a bias current distribution in the SFQ logic circuit based on an equivalent circuit including only the resistor.
請求項1に記載のSFQ論理回路におけるバイアス電流シミュレーション方法において、
前記SFQ論理回路のバイアスラインを抵抗のみからなる回路に置き換えるステップは、
前記SFQ論理回路のバイアスラインを抵抗とインダクタンスから構成される等価回路に置き換えるステップと、
前記抵抗とインダクタンスから構成される等価回路内のインダクタンスを抵抗に置き換えて、抵抗のみから構成される等価回路を生成するステップとを有することを特徴とするSFQ論理回路におけるバイアス電流シミュレーション方法。
The bias current simulation method in the SFQ logic circuit according to claim 1,
The step of replacing the bias line of the SFQ logic circuit with a circuit consisting only of a resistor includes:
Replacing the bias line of the SFQ logic circuit with an equivalent circuit comprising a resistor and an inductance;
A method for simulating a bias current in an SFQ logic circuit, comprising: replacing an inductance in an equivalent circuit composed of the resistor and the inductance with a resistor and generating an equivalent circuit composed of only the resistor.
単一磁束量子(SFQ)を情報担体として用いたSFQ論理回路におけるバイアス電流をシミュレーションする装置であって、
前記SFQ論理回路データを入力する手段と、
前記入力されたSFQ論理回路データに基づいて、前記SFQ論理回路のバイアスラインを抵抗のみからなる回路に置き換える手段と、
前記抵抗のみから構成される等価回路に基づいて、前記SFQ論理回路におけるバイアス電流分布を算出する手段とを備える
ことを特徴とするSFQ論理回路におけるバイアス電流シミュレーション装置。
An apparatus for simulating a bias current in an SFQ logic circuit using a single flux quantum (SFQ) as an information carrier,
Means for inputting the SFQ logic circuit data;
Means for replacing the bias line of the SFQ logic circuit with a circuit consisting only of a resistor based on the input SFQ logic circuit data;
A bias current simulation apparatus in an SFQ logic circuit, comprising: means for calculating a bias current distribution in the SFQ logic circuit based on an equivalent circuit composed only of the resistor.
請求項3に記載のSFQ論理回路におけるバイアス電流シミュレーション装置において、
前記SFQ論理回路のバイアスラインを抵抗のみからなる回路に置き換える手段は、
前記SFQ論理回路のバイアスラインを抵抗とインダクタンスから構成される等価回路に置き換える手段と、
前記抵抗とインダクタンスから構成される等価回路内のインダクタンスを抵抗に置き換えて、抵抗のみから構成される等価回路を生成する手段とを備える
ことを特徴とするSFQ論理回路におけるバイアス電流シミュレーション装置。
The bias current simulation apparatus in the SFQ logic circuit according to claim 3,
Means for replacing the bias line of the SFQ logic circuit with a circuit consisting only of a resistor,
Means for replacing the bias line of the SFQ logic circuit with an equivalent circuit composed of a resistor and an inductance;
A bias current simulation apparatus in an SFQ logic circuit, comprising means for replacing an inductance in an equivalent circuit composed of the resistor and the inductance with a resistor and generating an equivalent circuit composed of only the resistor.
請求項1または請求項2に記載のSFQ論理回路におけるバイアス電流シミュレーション方法をコンピュータに実行させるためのSFQ論理回路におけるバイアス電流シミュレーションプログラム。A bias current simulation program in an SFQ logic circuit for causing a computer to execute the bias current simulation method in the SFQ logic circuit according to claim 1. 請求項1または請求項2に記載のSFQ論理回路におけるバイアス電流シミュレーション方法をコンピュータに実行させるためのSFQ論理回路におけるバイアス電流シミュレーションプログラムを記録した記録媒体。A recording medium recording a bias current simulation program in an SFQ logic circuit for causing a computer to execute the bias current simulation method in the SFQ logic circuit according to claim 1.
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