JPH0243280B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、入力信号電流のサンプルホールド
機能を有する新たな超電導電子回路に関するもの
である。

以下、この発明について説明する。

第１図にこの発明の基本実施例を示す。第１図
に示す回路は、節点２−１間に超電導臨界電流が
I_a0である公知のジヨセフソン接合素子Q_A、節点
２−０間に超電導臨界電流がI_b0であるジヨセフ
ソン接合素子Q_B、節点１−０間に抵抗体R₁、節
点２−０間に抵抗体R₂を配置している。節点２
に入力信号電流I_Sを加え、節点１にサンプリング
のためのタイミング信号電流I_tを加える。節点０
は接地点である。抵抗体R₂を流れるのが出力信
号電流I₂である。なお、抵抗体R₁，R₂は同時に
その抵抗値をも表わすものとする。

上記第１図の基本回路の動作を第２図のタイム
チヤートに基づいて説明する。

第２図ａの場合をまず考える。同図の時間t₁の
ように、入力信号電流I_Sが加えられていない状態
でタイミング信号電流I_tが加わつたとき、すなわ
ち、I_S＝０の状態でI_t＝I_t0となつたとき、 I_a0＜I_t0＜I_b0 ………(1) となるようにジヨセフソン接合素子Q_A，Q_Bおよ
びタイミング信号電流I_tが設定されているため、
ジヨセフソン接合素子Q_Aは電圧状態にスイツチ
し、同じくQ_Bは零電圧状態を維持する。ジヨセ
フソン接合素子Q_Aがスイツチすると、その抵抗
は抵抗体R₁より十分大きいため、タイミング信
号電流I_tのほとんどは抵抗体R₁を通つて流れる。
従つて出力側の抵抗体R₂に流れる出力信号電流I₂
は零である。第２図ａの時間t₂に見られるよう
に、この後、入力信号電流I_Sが加わつてI_S＝I_S0と
なつたとしても I_S0＜I_b0 ………(2) となるようにジヨセフソン接合素子Q_Bおよび入
力信号電流I_Sが設定されているため、ジヨセフソ
ン接合素子Q_Bは零電圧状態を維持し、出力信号
電流I₂は零のままである。すなわち、タイミング
信号電流I_tが入つたとき、入力信号電流I_Sが零で
あると、出力側の信号は零となり、その後、入力
信号電流I_Sが変化しても出力側の信号は零の状態
を維持し続ける。

次に、第２図ｂの場合を考える。同図の時間t₃
のように、入力信号電流I_Sが加えられている状態
でタイミング信号電流I_tが加わつたとき、すなわ
ち、I_S＝I_S0の状態でI_t＝I_t0となつたとき、 I_S0＞I_b0−I_a0 ………(3) となるようにジヨセフソン接合素子Q_A，Q_Bおよ
び入力信号電流I_Sの値I_S0が設定されているため、
ジヨセフソン接合素子Q_Bは電圧状態にスイツチ
し、同じくジヨセフソン接合素子Q_Aは零電圧状
態を維持する。電圧状態でのジヨセフソン接合素
子Q_Bの抵抗値は、抵抗体R₁，R₂に比較して十分
大きく、従つて出力側の抵抗体R₂には I₂＝（I_S0＋I_t0）×R₁／（R₁＋R₂） なる出力信号電流が流れる。この後、第２図ｂの
時間t₄に見られるように、入力信号電流I_Sが零と
なつても、抵抗体R₂には、 I₂＝I_t0×R₁／（R₁＋R₂） なる出力信号電流が流れ続ける。すなわち、タイ
ミング信号電流I_tが入つたとき、入力信号電流I_S
がすでに加えられていると、出力側に信号が取り
出され、その後、入力信号電流I_Sが変化しても、
出力側には出力信号が流れ続ける。

以上、第２図ａ，ｂの例から分かるようにこの
発明の超電導電子回路は、タイミング信号電流I_t
印加時の入力信号電流I_Sの有無がそのまま出力信
号として表われ、出力信号電流I₂はその後の入力
信号の変化に影響されないという、サンプルポー
ルド機能を有している。以上が基本実施例の動作
説明である。本機能を実現するための入力信号電
流とタイミング信号電流の動作範囲は第(1)〜(3)式
で与えられる。

上記基本実施例では、第２図ｂに見られるよう
に、出力側に零でない信号が取り出されるとき、
入力信号電流I_Sの変化によつて出力信号電流I₂の
大きさに変化が生じる場合がある。上記第１図の
基本実施例の抵抗体R₂で示される出力回路とし
て、ジヨセフソン接合素子を構成要素とする公知
のスイツチング回路を組み合わせることにより、
出力信号電流の変化をなくし、かつ出力信号電流
のレベルの調整を容易にすることができる。以
下、これについて説明する。

一般に、ジヨセフソン接合素子をその構成要素
とするスイツチング回路には、従来からさまざま
な種類がある。そこで、以下第３図ａ〜ｇによつ
て、第１図に示したこの発明の基本実施例と、そ
れらとの組合わせの態様について説明する。な
お、第３図ａ〜ｇにおいて、Ｑはジヨセフソン接
合素子、Ｌは自己インダクタンス、Ｍは相互イン
ダクタンス、Ｒは抵抗体、I_Bは前記タイミング信
号電流I_tに同期したバイアス電流、I_Aは直流バイ
アス電流であり、それぞれのサフイツクスは区別
のための番号である。

第３図ａは基本実施例を量子干渉効果を利用し
た３個のジヨセフソン接合素子からなるスイツチ
ング回路と組合わせた実施例である。

第３図ｂはカレント・インジエクシヨン・デバ
イス（Current Injection Device）と呼ばれるス
イツチング回路と組合わせた実施例である。

第３図ｃは直接結合型スイツチング回路と呼ば
れる回路と接続した実施例である。

第３図ｄはJAWSデバイスと呼ばれるスイツチ
ング回路と組合わせた実施例である。

第３図ｅは4JL素子と呼ばれるスイツチング回
路と組合わせた実施例である。

第３図ｆ、第３図ｇはそれぞれジヨセフソン接
合素子と抵抗体からなる公知のスイツチング回路
と組合わせた実施例である。

第３図ａ〜ｇをとおしてそれぞれスイツチング
回路のためのバイアス電流I_B1〜I_B7は、タイミン
グ信号電流I_tに同期して与えられる。

さらに補足すると、第２図ｂの動作に関し、タ
イミング信号が与えられた時点で入力信号が与え
られていると、出力信号電流が取り出される。そ
の後、入力信号が零に変化したとき、出力信号が
取り出され続けるものの、その値は変動する。し
かし、公知のジヨセフソン素子からなるスイツチ
ング回路を出力回路に組み込むことにより、上記
出力信号の変動をなくすことができる。以下その
理由を述べる。

第３図ａの場合、抵抗R₄に流れる電流I₄が出力
電流である。第１図および第２図における出力電
流I₂は、L₂，L₁，R₃を流れる電流に相当し、こ
のスイツチング回路の入力信号の働きをする。バ
イアス電流I_B1が与えられた状態で、第２図ａの
動作のように電流I₂が零のままであれば、I_b1はジ
ヨセフソン接合Q₁〜Q₃を流れ、出力電流I₄は第
２図ａと同様零のままである。

ところが、第２図ｂの動作のように、I_tがｔ＝
t₃で零からI_t0に変化したとき、I₂がL₂，L₁，R₃を
流れる。このL₂，L₁とI₂が作る磁界がジヨセフソ
ン接合Q₁〜Q₃からなるスイツチング回路に作用
し、Q₁〜Q₃は電圧状態に遷移する。すなわち、
電流I_B1のほとんどはR₄を流れ、零でない出力電
流I₄を作る。電圧状態に遷移後、このスイツチン
グ回路の入力電流I₂はR₃を流れ、出力電流I₄はI_B1
より供給される。すなわち、I₂とI₄が分離されて
いるため、I₂の値が変化してもI₄は変化しない。
したがつて、第２図ｂに見られるような出力電流
の変化をなくすことができる。

第３図ｂ〜ｇに記載のスイツチング回路を組み
込んだ時の動作も第３図ａと同様であり、第３図
ｂでは出力電流が抵抗R₆を流れる電流I₆であり、
このスイツチング回路を電圧状態に遷移させるた
めの入力電流はR₅を流れる電流であり、これは
第１図のR₂を流れる電流に相当する。零でない
入力電流が第２図ｂのように与えられた時、この
スイツチング回路は電圧状態に遷移し、バイアス
電流I_B2のほとんどは出力電流I₆となつて流れる。

第３図ｃでは出力電流はR₁₄を流れる電流I₁₄で
あり、このスイツチング回路を電圧状態に遷移さ
せるための入力電流は、R₇とQ₆を結ぶ節点から
供給される。これは第１図のR₂を流れる電流に
相当する。

第３図ｄでは出力電流はR₁₈を流れる電流I₁₈で
あり、このスイツチング回路を電圧状態に遷移さ
せる入力電流はR₁₆とQ₁₀を結ぶ節点から供給さ
れる。これは第１図のR₂を流れる電流に相当す
る。

第３図ｅでは出力電流はR₂₁を流れる電流I₂₁で
あり、このスイツチング回路を電圧状態に遷移さ
せるための入力電流はR₁₄を流れる電流であり、
これは第１図のR₂を流れる電流に相当する。

第３図ｆでは出力電流はR₂₆を流れる電流I₂₆で
あり、このスイツチング回路を電圧状態に遷移さ
せるための入力電流はR₂₂とQ₁₇を結ぶ節点から
供給され、これは第１図のR₂を流れる電流に相
当する。

第３図ｇでは出力電流はR₃₁を流れる電流I₃₁あ
り、このスイツチング回路を電圧状態に遷移させ
るための入力電流はR₂₇とQ₁₉を結ぶ節点から供
給され、これは第１図のR₂を流れる電流に相当
する。

第３図ｂ〜ｇのいずれも場合も第３図ａの場合
と同様に、それぞれ零でない入力電流の印加によ
り、それぞれのスイツチング回路が電圧状態に遷
移し、出力電流I₁₄，I₁₈，I₂₁，I₂₆，I₃₁を生じる。
しかも第３図ａの場合と同様に、それぞれのスイ
ツチング回路の入力電流と出力電流の分離が良い
ため、スイツチング回路の入力電流の値が第２図
ｂのように変化しても出力電流の変化を小さくす
ることができる。

次に、第３図ｅの実施例を例とした動作実験の
結果を第４図に示す。第４図は第１図の基本実施
例における第２図ｂの動作に対応しており、タイ
ミング信号電流I_tの入力後、入力信号電流I_Sの変
化に対して出力信号電流I₂₁が変化していないこ
とを示している。

第５図、第６図はこの発明の超電導電子回路が
有するサンプルホールド機能を特に有効に利用し
た実施例とそのタイミングチヤートである。第５
図の実施例は、シフトレジスタ機能を持つてい
る。第５図のようにこの発明による超電導電子回
路A₁〜A_oを多段に接続する。奇数段の回路のタ
イミング信号は、すべて同期して与え、偶数段の
回路のタイミング信号もすべて同期して与える。
奇数段と偶数段のタイミング信号の関係を第６図
ａ，ｂのようにする。例えば、第６図ｃのような
入力信号を１段目の超電導電子回路A₁に加える
と、その信号は順次次段の回路に移動していく。
第６図ｄは１段目出力、第６図ｅは８段目出力を
例として示している。このようにして、シフトレ
ジスタを構成することができる。

以上詳細に説明したようにこの発明は、２個の
ジヨセフソン素子と抵抗体ならびに出力回路を組
合わせて構成したので、以下のような利点を有す
る。

(1) サンプルホールドの機能をきわめて簡単に構
成でき、従つてその動作は高速である。

(2) 印加される入力信号電流およびタイミング信
号電流の設定値の選択の幅が大きい。

(3) 周辺回路との整合性がよく、従来の作製技術
だけでこの発明の超電導素子回路を実現でき
る。

かように、この発明によれば、サンプルホール
ド機能を持つ回路が実現でき、この発明による回
路は、デイジタル集積回路、ジヨセフソンコンピ
ユータ用回路等に今後の広い利用が期待できるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の基本実施例を示す回路図、
第２図ａ，ｂは第１図の基本実施例に対する動作
説明のタイミングチヤート、第３図ａ〜ｇはこの
発明の他の実施例をそれぞれ示す回路図、第４図
は第３図ｅの実施例に対する動作説明のためタイ
ミングチヤート、第５図はこの発明の応用回路例
を示すブロツク図、第６図は第５図の回路につい
ての動作説明のためのタイミングチヤートであ
る。 図中、Q_A，Q_B，Q₁，Q₂…，Q₂₁はジヨセフソ
ン接合素子、R₁，R₂，…，R₃₁は抵抗体、L₁〜L₆
は自己インダクタンス、M₁，M₂は相互インダク
タンス、I_Sは入力信号電流、I_tはタイミング信号
電流、I_B1〜I_B7はタイミング信号に同期したバイ
アス電流、I_Aは直流バイアス電流、A₁，A₂…，
Anはこの発明による超電導素子回路、T₁，T₂
…，Tnは各段のタイミング信号である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一方が接地された抵抗体の他端をタイミング
   信号電流端子とし、このタイミング信号電流端子
   にジヨセフソン接合素子の一端を接続し、前記ジ
   ヨセフソン接合素子の他端を入力信号電流端子と
   し、この入力信号電流端子と前記接地との間にジ
   ヨセフソン接合素子および出力回路を並列に接続
   してなり、前記入力信号電流をサンプルホールド
   する機能を備えたことを特徴とする超電導電子回
   路。