JPH0234493B2 - - Google Patents

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JPH0234493B2
JPH0234493B2 JP56142749A JP14274981A JPH0234493B2 JP H0234493 B2 JPH0234493 B2 JP H0234493B2 JP 56142749 A JP56142749 A JP 56142749A JP 14274981 A JP14274981 A JP 14274981A JP H0234493 B2 JPH0234493 B2 JP H0234493B2
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JP
Japan
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logic gate
gate circuit
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josephson
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JP56142749A
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English (en)
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JPS5843631A (ja
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Junichi Sone
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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Priority to EP82108223A priority patent/EP0074604B1/en
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Priority to AU88311/82A priority patent/AU553981B2/en
Priority to CA000411147A priority patent/CA1189916A/en
Publication of JPS5843631A publication Critical patent/JPS5843631A/ja
Publication of JPH0234493B2 publication Critical patent/JPH0234493B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/195Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using superconductive devices
    • H03K19/1954Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using superconductive devices with injection of the control current
    • H03K19/1956Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using superconductive devices with injection of the control current using an inductorless circuit

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はジヨセフソン効果を用いた論理ゲート
回路に関し、より具体的には積の論理を行なう電
流注入型論理ゲート回路に関する。
ジヨセフソン効果を用いた論理ゲート回路は例
えば文献アプライド フイジツクス レター誌
(Applied Physics Letters)Vol.33、No.8、
pp.781〜783を参照すればわかるように、当技術
分野では広く知られている。これらの論理ゲート
回路では、複数個のジヨセフソン接合と、これら
を電気的に結合するインダクタンスからなるルー
プ回路で構成されたジヨセフソン干渉型論理ゲー
ト回路が、干渉型論理ゲート回路への直接の電流
注入によつて、または干渉型論理ゲート回路の制
御線中の入力電流との電磁結合によつてスイツチ
される。
第1図は電流注入により積の論理を行なう論理
ゲート回路の従来例を説明するための図で、a図
は回路図、b図は該論理ゲート回路の制御特性で
あり、横軸、縦軸はそれぞれ論理ゲート回路に注
入される2本の入力電流Ia,Ibを示す。a図にお
いて、10,11はそれぞれジヨセフソン電流の
臨界値がIo1、Io2であるジヨセフソン接合12,
13はそれぞれインダクタンス値L1、L2を有す
るインダクタンス、14,15はそれぞれ入力電
流Ia,Ibが注入される入力電流路、16は出力線
路、17は負荷抵抗、18は接地である。
上記インダクタンス値L1、L2、ジヨセフソン
臨界電流値Io1、Io2の関係は L1Io1=L2Io2 …(1) Io2(L1+L2)=φ0 …(2) を満足するように選ぶ。上式でφ0は磁束量子と
呼ばれる自然定数で、2.07PH・mA程度の値をも
つ。
b図の制御特性においては、図中、斜線部で示
される領域に入力電流Ia,Ibがあるときは、ジヨ
セフソン接合10,11は零電圧状態にあり、従
つて出力線路16には出力電流は流れておらず、
該論理ゲート回路は論理0の状態にある。図中、
斜線部でない領域はジヨセフソン接合10,11
が有限電圧状態に遷移した状態を示し、従つて出
力線路16には出力電流が流れ、該論理ゲート回
路は論理1の状態にある。
積の論理を行なう論理ゲート回路の制御特性と
しては、入力電流Ia、またはIbだけ流れている状
態で該論理ゲート回路が電圧状態に遷移するに必
要な入力電流Ia、またはIbの値に比べ、等しい値
の入力電流Ia,Ibがともに流れている状態で、該
論理ゲート回路が電圧状態に遷移するに必要な入
力電流Ia=(Ib)の値が小さい程、動作マージン
が大きく、かつ論理ゲート回路としての利点も大
きく、最適であるといえる。
本論理ゲート回路においては、2つのジヨセフ
ソン接合10,11のジヨセフソン臨界電流値の
比Io2/Io1が3つのときにIa=Ibの状態で該論理
ゲート回路が電圧状態に遷移するに必要な最小の
入力電流IaおよびIbの値が、(Io1+Io2)/3程
度となり、最も最適な制御特性となる。従つて入
力電流Ia,Ibの値を2(Io1+Io2)/3程度に設
計すれば、入力電流Ia,Ibがともに流れている状
態はb図20で表わされ、積の論理を行なうこと
がわかる。
以上に述べた如く、本論理ゲート回路は動作マ
ージンが大きい、あるいは論理ゲート回路として
の利得が大きく、従つて高速動作が可能という長
所をもつが、同時に以下のような欠点も有する。
1つの欠点は前記(2)式の条件のため、電流レベ
ルIo2とインダクタンス値L1、L2を同時に小さく
することができず、従つて回路の製造に大きなチ
ツプ面積を有することである。また他の欠点は、
該論理ゲート回路がインダクタンスおよびジヨセ
フソン接合の容積をともに含むため、高速動作の
ため減衰させなければならない共振を有すること
である。さらにこのような回路は超電導状態に転
移するとき、浮遊の磁束をトラツプしやすく、こ
のトラツプされた磁束により誤動作を起こすと云
う問題があつた。
本発明の目的は従来例の論理ゲート回路と同様
の広い動作マージン、高い利得を維持しながら、
前記欠点を除去せしめたジヨセフソン効果を用い
た電流注入型論理ゲート回路を提供することにあ
る。
本発明によれば、一方が接地された第1のジヨ
セフソン接合に、第1の入力線と、第1の抵抗の
一端とを接続し、一方が接地された第2のジヨセ
フソン接合には、出力線と、第2の抵抗の一端と
を接続し、一方が接地された第3のジヨセフソン
接合には、第2の入力線と、第3の抵抗の一端と
を接続し、前記第1、第2および第3の抵抗のそ
れぞれの他端は一点で互いに接続されたことを特
徴とするジヨセフソン効果を用いた電流注入型論
理ゲート回路が得られる。
以下、本発明を図面を用いて説明する。
第2図は本発明の一実施例である、ジヨセフソ
ン効果を用いた電流注入型論理ゲート回路を説明
するための図で、a図は回路図、b図はその制御
特性である。図において30,31,32はそれ
ぞれジヨセフソン臨界電流値Io1、Io2、Io3を有す
るジヨセフソン接合、33,34,35はそれぞ
れ抵抗値r1、r2、r3の抵抗、36は抵抗値RLを有
する負荷抵抗37で終端される出力線、37,3
9はそれぞれ入力信号Ia,Ibの流れる入力線、4
0は接地を表わす。本実施例においては前記ジヨ
セフソン臨界電流値、Io1、Io2、Io3および抵抗値
r1、r2、r3は下記の関係式を満たすように設定さ
れている。
Io1=Io3=Io2/2≡Io …(3) r1=r3=r2/2 …(4) いま2本の入力電流Ia,Ibのうち、一方だけ、
例えば入力電流Iaだけが該論理ゲート回路に注入
されたときを想定する。Iaの値を(3)式で定義され
るIoよりも大きく選ば、ジヨセフソン接合30は
電圧状態に遷移し、注入された入力電流Iaは、抵
抗33を流れた後、(4)式の関係に従い2/3・Iaが
抵抗34を通つてジヨセフソン接合31に、また
1/3・Iaが抵抗35を通つて、ジヨセフソン接合
32に注入される。ここで Ia/3≦Io …(5) Ia>Io …(6) の関係式が満たされれば、前記ジヨセフソン接合
31,32は零電圧状態にあり、出力線36には
出力電流は流れない。
次に下記の関係式を満足する入力電流Ibが該論
理ゲート回路に注入されると、 Ia/3+Ib>Io …(7) Ia+Ib>2Io …(8) (7)式に従つてジヨセフソン接合32が電圧状態に
遷移し、入力電流Ia,Ibはジヨセフソン接合31
に注入される。(8)式に従つてジヨセフソン接合3
1も電圧状態に遷移し、入力電流Ia,Ibは出力線
36を通つて負荷抵抗37に流れ込む。入力電流
IbがIaよりも先に該論理ゲート回路に注入された
場合は、上記の説明でIaとIbを入れ替えれば、同
様の説明が成り立つ。
第2図bは(5)、(6)、(7)、(8)式およびIaとIbを入
れ替えた同様の式より得られる該論理ゲート回路
の制御特性を示したものである。本図からわかる
ように入力電流Ia、Ibのうち1本だけが流れてい
る状態では、大きさ3Io以上の入力電流が流れな
いと該論理ゲート回路は電圧状態に遷移しない。
一方、大きさの等しい入力電流Ia、Ibが流れてい
るときはIa=Ib=Io以上の入力電流値が流れれば
論理ゲート回路は電圧状態に遷移する。従つて、
第1図に従来例として示した電流注入型論理ゲー
ト回路と同様に、本発明の論理ゲート回路は広い
動作マージン、ゲート回路として高い利得を有し
ており、高速な動作が可能である。さらに、本実
施例の電流注入型論理ゲート回路では、ジヨセフ
ソン臨界電流値、抵抗値は(3)、(4)式に示される相
対的な関係式を満足すれば良く、第1図の従来例
における前記(2)式のような回路パラメータの絶対
値を規定するような関係式がなく、従つてリソグ
ラフイ技術の許す限りの回路の小型化が可能であ
る。またインダクタンスを用いていないため、イ
ンダクタンスとジヨセフソン接合のキヤパンタン
スから生ずる共振現象がなく、回路上、共振を抑
える工夫を施す必要がない。また超電導ループ回
路を使つたゲート回路ではないため、たとえ接地
面で浮遊の磁場をトラツプしてしまつたとして
も、何ら動作には影響を受けない。
本実施例の電流注入型論理ゲート回路は、その
高利得特性から電流増幅器としても使用可能であ
る。
第3図は増幅器として本実施例を用いた場合の
構成を示す。第2図の実施例における、入力電流
Ibが流れる入力線39には常に一定の電流Igを流
しておく。動作マージンを考慮して、電流値Igを
入力電流Ia=0のときの、論理ゲート回路の臨界
電流値3Ioの75%に設定する。従つて、そのとき
の動作点は第2図の制御特性において、41で表
わすことができる。この状態で本論理ゲート回路
を電圧状態に遷移させるに必要な最小の入力電流
IAは0.25Ioである。電圧状態におけるジヨセフソ
ン接合のリーク電流を無視すれば、本論理ゲート
回路の出力電流は3Io×0.75+0.25Io=2.5Ioとな
り、電流利得10が得られることになる。第1図に
示した従来例の電流注入型論理ゲート回路におけ
る同様の電流利得は、ほぼ6程度であり、増幅器
としての特性も、本発明の電流注入型論理ゲート
回路の方がまさることがわかる。なお、実際の動
作では、動作マージン等を考え、入力電流IAの大
きさは0.25Ioよりも大きな値が選ばれ、従つて、
電圧状態における本論理ゲート回路の動作点は第
3図42に対応するような点に設定される。
以上に述べてきた如く、本発明のジヨセフソン
効果を用いた電流注入型論理ゲート回路によれ
ば、ジヨセフソン集積回路を構成するうえでの基
本的なゲート回路である、積の論理ゲート回路
を、従来のジヨセフソン干渉型論理ゲート回路に
劣らぬ、広い動作マージン、高利得特性を維持し
たまま、インダクタンスを用いない構造の論理ゲ
ート回路で実現できる。このため、上記の論理ゲ
ート回路は、従来の干渉型論理ゲート回路と異な
り、回路の小型化が可能、共振現象を避けるため
の回路上の工夫が不要等の利点も同時に有する論
理ゲート回路である。
【図面の簡単な説明】
第1図はジヨセフソン効果を用いた電流注入型
論理ゲート回路の従来例を説明するための図で、
aは回路図、bは該論理ゲート回路の制御特性を
示す。同図aにおいて、10,11はジヨセフソ
ン接合、12,13はインダクタンス、14,1
5は入力電流路、16は出力線、17は負荷抵
抗、18は接地である。同図bにおいて20は該
ゲート回路が積の論理動作を行なう動作点を示
す。第2図は本発明のジヨセフソン効果を用いた
電流注入型論理ゲート回路の一実施例を説明する
ための図で、aは回路図、bは該論理ゲート回路
の制御特性である。同図aにおいて30,31,
32はジヨセフソン接合、33,34,35は抵
抗、36は出力線、37は負荷抵抗、38,39
は入力線、40は接地を示す。同図bにおいて4
1,42は該論理ゲート回路を電流増幅器として
用いた場合の動作点を示す。第3図は第2図に示
す本発明の一実施例である。電流注入型論理ゲー
ト回路を電流増幅器として用いた場合の構成を示
す回路図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 一方が接地された第1のジヨセフソン接合
    に、第1の入力線と第1の抵抗の一端とを接続
    し、一方が接地された第2のジヨセフソン接合に
    は、出力線と、第2の抵抗の一端とを接続し、一
    方が接地された第3のジヨセフソン接合には、第
    2の入力線と、第3の抵抗の一端とを接続し、前
    記第1、第2、および第3の抵抗のそれぞれの他
    端は一点で互いに接続されたことを特徴とするジ
    ヨセフソン効果を用いた電流注入型論理ゲート回
    路。
JP56142749A 1981-09-10 1981-09-10 ジヨセフソン効果を用いた電流注入型論理ゲ−ト回路 Granted JPS5843631A (ja)

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JP56142749A JPS5843631A (ja) 1981-09-10 1981-09-10 ジヨセフソン効果を用いた電流注入型論理ゲ−ト回路
EP82108223A EP0074604B1 (en) 1981-09-10 1982-09-07 Circuit utilizing josephson effect
DE8282108223T DE3268138D1 (en) 1981-09-10 1982-09-07 Circuit utilizing josephson effect
US06/415,877 US4538077A (en) 1981-09-10 1982-09-08 Circuit utilizing Josephson effect
AU88311/82A AU553981B2 (en) 1981-09-10 1982-09-10 Josephson junction and gate
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JPS5843631A JPS5843631A (ja) 1983-03-14
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