JPH03234121A - Current injection type josephson gate - Google Patents

Current injection type josephson gate

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JPH03234121A
JPH03234121A JP3013490A JP3013490A JPH03234121A JP H03234121 A JPH03234121 A JP H03234121A JP 3013490 A JP3013490 A JP 3013490A JP 3013490 A JP3013490 A JP 3013490A JP H03234121 A JPH03234121 A JP H03234121A
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JP
Japan
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input
current
junction
switching
output
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JP3013490A
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Japanese (ja)
Inventor
Mutsuo Hidaka
睦夫 日高
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

PURPOSE:To improve the switching speed of a current injection Josephson gate without disturbing input/output separation by inserting an inductance in series with the input/output separation resistor of the current injection Josephson OR gate. CONSTITUTION:An inductance 20 is provided in parallel with an input output separation junction 19 and in series with an input/output separation resistor 15 at the input terminal of a current injection Josephson gate. Thus, an input current is branched into a path having the input/output separation resistor 15 and a path having switching junctions 17, 18 according to the inductance ratio at the rise of an input current. Since a current enough to switch the switching junctions 17, 18 flows to the switching junction synchronously with the rise of the input current, the gate is switched at a high speed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超伝導集積回路等に用いる電流注入型ジョセフ
ソン・ゲートに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a current injection type Josephson gate used in superconducting integrated circuits and the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

電流注入型ジョセフソン論理和(OR)ゲートは、回路
の小型化が可能なうえ、広い動作マージン、高利得特性
を有しており、超伝導集積回路の重要な構成要素となっ
ている。ここではアプライド・フィジックス・レターズ
(Applied PhysicsLetters)、
第40巻、第741頁、1982年にある典型的な電流
注入型ORゲートであるRCJL(レジスタ・カップル
ド・ジョセフソン・ロジック(Re5istor Co
upled Josepbson Logic))OR
ゲートを例に取り従来の技術について説明を行う。
Current-injection type Josephson OR (OR) gates are important components of superconducting integrated circuits because they enable miniaturization of circuits, have a wide operating margin, and have high gain characteristics. Here, Applied Physics Letters,
Vol. 40, p. 741, 1982.
upled Josepbson Logic))OR
The conventional technology will be explained using gates as an example.

第2図は従来のRCJL  ORゲートの回路図を示し
たものである。RCJLゲートはバイアス抵抗11.電
流分割抵抗12〜14.入出力分離抵抗15.負荷抵抗
16および第1のスイッチング接合17.第2のスイッ
チング接合18.大圧力分離接合19の3個のジョセフ
ソン接合で構成される。バイアス導入端A、バイアス抵
抗11を通して導入されたバイアス電流は電流分割抵抗
12〜14によって分割され、第1.第2のスイッチン
グ接合17.18に分割される。この状態で入力端から
入力電流が入出力分離接合19を通して第1のスイッチ
ング接合17に注入されると、第1のスイッチング接合
17は電圧状態にスイッチし、第1のスイッチング接合
17を流れていた電流が第2のスイッチング接合18に
注入され、第2のスイッチング接合18も電圧状態にス
イッチする。第1.第2のスイッチング接合17.1.
8がスイッチするとバイアス電流は入出力分離接合1つ
、入出力分離抵抗15を通して接地端に流れ、入出力分
離接合19を電圧状態にスイッチさせる。
FIG. 2 shows a circuit diagram of a conventional RCJL OR gate. The RCJL gate has a bias resistor 11. Current dividing resistors 12-14. Input/output separation resistor 15. Load resistor 16 and first switching junction 17. Second switching junction 18. It is composed of three Josephson junctions with a high pressure separation junction 19. The bias current introduced through the bias introduction end A and the bias resistor 11 is divided by the current dividing resistors 12 to 14, and the bias current is divided by the current dividing resistors 12 to 14. It is divided into a second switching junction 17.18. When an input current is injected from the input terminal into the first switching junction 17 through the input/output isolation junction 19 in this state, the first switching junction 17 switches to a voltage state, and the current flows through the first switching junction 17. A current is injected into the second switching junction 18, which also switches to the voltage state. 1st. Second switching junction 17.1.
When 8 switches, the bias current flows through one input/output isolation junction, the input/output isolation resistor 15 to the ground terminal, and switches the input/output isolation junction 19 to a voltage state.

バイアス電流は負荷抵抗16を介して出力端Cに流れ出
る。一方入力電流は入出力分離接合19が電圧状態にス
イッチしているために入出力分離抵抗15を通って接地
端に流れ、入出力の分離が行われる。
The bias current flows out to the output terminal C via the load resistor 16. On the other hand, since the input/output isolation junction 19 is switched to a voltage state, the input current flows through the input/output isolation resistor 15 to the ground terminal, and the input/output is separated.

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

RCJ Lに代表される従来の電流注入型ジョセフソン
・ゲートは、数十ピコ秒から数ピコ秒の高速スイッチン
グが可能であるが、スイッチング速度をそれ以上速くす
るには回路上問題があった。
Conventional current injection type Josephson gates, such as RCJ L, are capable of high-speed switching of several tens of picoseconds to several picoseconds, but there are circuit problems in increasing the switching speed even faster.

それはジョセフソン接合が等価的にインダクタンスとし
て働き入力電流がすぐに第1のスイッチング接合17に
流れ込まないことである。ジョセフソン接合は等価的に
Φo/(2πICcosθ)のインダクタンスとして働
く。ここでΦ0は量子磁束で2.07X 10−” W
bであり、ICはジョセフソン接合の臨界電流値、θは
ジョセフソン接合両端の超伝導オーダーパラメータの位
相差である。ここで典型的なRCJL  ORゲートの
パラメータである第1のスイッチング接合17のI c
 = 0.3 m A、入出力分離接合19のIc−〇
、2mAを仮定し、バイアス80%の場合を考えると、
第1のスイッチング接合17と入出力分離接合1つの等
価インダクタンスを合わせた値は約3.4 PHとなる
。これに対して入出力分離抵抗15の典型的な値は1.
3Ωであるがら、入力電流が入出力分離接合19を通っ
て第1のスイッチング接合17に流れ込むときのL/R
時定数は2.6ピコ秒となる。このため例えば1ピコ秒
程度の高速スイッチングをさせようとしても入力電流が
スイッチング接合17に流れ込むのに時間がかかりすぎ
るため、そのような高速スイッチングはできない。前述
のL/R時定数を小さくするために、入出力分離抵抗1
5の値をあまり大きくすると、第2のスイッチング接合
18がスイッチ後、入出力分離接合19.入出力分離抵
抗15を含む径路に流れ込む電流が減少し、入出力分離
接合19がスイッチせず、入出力の分離が行われなくな
る。
That is, the Josephson junction effectively acts as an inductance and the input current does not immediately flow into the first switching junction 17. The Josephson junction equivalently acts as an inductance of Φo/(2πICcosθ). Here, Φ0 is the quantum magnetic flux of 2.07X 10-”W
b, IC is the critical current value of the Josephson junction, and θ is the phase difference between the superconducting order parameters at both ends of the Josephson junction. Here the parameters of a typical RCJL OR gate, I c of the first switching junction 17
= 0.3 mA, Ic-〇 of input/output isolation junction 19, assuming 2mA, and considering the case of 80% bias,
The combined value of the equivalent inductance of the first switching junction 17 and one input/output isolation junction is approximately 3.4 PH. In contrast, the typical value of the input/output isolation resistor 15 is 1.
3Ω, but L/R when the input current flows through the input/output isolation junction 19 into the first switching junction 17
The time constant is 2.6 picoseconds. For this reason, even if high-speed switching of about 1 picosecond is attempted, for example, it takes too much time for the input current to flow into the switching junction 17, so such high-speed switching cannot be achieved. In order to reduce the above-mentioned L/R time constant, the input/output separation resistor 1
If the value of 5 is too large, the input/output isolation junction 19 . The current flowing into the path including the input/output isolation resistor 15 decreases, the input/output isolation junction 19 does not switch, and input/output isolation is no longer performed.

本発明は従来の電流注入型ジョセフソン・ゲートのこの
ような問題点を克服し、入出力の分離を妨げることなく
、スイッチング速度を向上することを目的としている。
The present invention aims to overcome these problems of the conventional current injection type Josephson gate and improve the switching speed without interfering with input/output separation.

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

本発明によれば、入出力分離接合と入出力分離抵抗を少
くとも含む電流注入型ジョセフソン・ゲートにおいて、
入力端に対して前記入出力分離接合と並列かつ前記入出
力分離抵抗と直列になる位置にインダクタンスを具備す
ることを特徴とする電流注入型ジョセフソン・ゲートが
得られる。
According to the present invention, in a current injection Josephson gate including at least an input/output isolation junction and an input/output isolation resistor,
A current injection type Josephson gate is obtained, characterized in that an inductance is provided at a position relative to the input terminal in parallel with the input/output isolation junction and in series with the input/output isolation resistor.

〔作用〕[Effect]

本発明の電流注入型ジョフソン・ゲートは、入力端に対
して入出力分離接合と並列かつ入出力分離抵抗と直列に
なる位置にインダクタンスを具備している。このため入
力電流立ち上がり時において、入力電流は入出力分離抵
抗がある径路とスイッチング接合がある径路とのインダ
クタンス比に従い分流される。ここで前述のインダクタ
ンスをジョセフソン接合の等価インダクタンスより大き
く設定すれば、スイッチング接合がスイッチするのに十
分な電流が入力電流の立ち上がりに同期してスイッチン
グ接合に流れ込むため本電流接合型ジョセフソン・ゲー
トは高速にスイッチングすることができる。スイッチン
グ接合がスイッチした後、電流はスイッチング接合を含
む径路から入出力分離接合を含む径路に流れようとする
が、この径路は前述のインダクタンスを具備しているた
め電流の立ち上がりが遅れる。しかし入出力分離抵抗の
値を大きくした場合と異なり、すぐに入出力分離接合を
含むパスに流れる電流は増加し、入出力分離接合がスイ
ッチするため入出力の分離が行われる。
The current injection type Joffson gate of the present invention includes an inductance at an input terminal in parallel with the input/output isolation junction and in series with the input/output isolation resistor. Therefore, when the input current rises, the input current is divided according to the inductance ratio between the path with the input/output separation resistor and the path with the switching junction. If the above-mentioned inductance is set larger than the equivalent inductance of the Josephson junction, sufficient current for the switching junction to switch will flow into the switching junction in synchronization with the rise of the input current. can be switched quickly. After the switching junction switches, the current tries to flow from the path including the switching junction to the path including the input/output isolation junction, but since this path includes the above-mentioned inductance, the rise of the current is delayed. However, unlike the case where the value of the input/output isolation resistor is increased, the current flowing through the path including the input/output isolation junction immediately increases, and the input/output isolation junction switches, so that the input/output is separated.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の一実施例のRCJL  ORゲートの
回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of an RCJL OR gate according to an embodiment of the present invention.

第1図において11〜1つまでは従来の技術で述べたR
CJL  ORゲートと同じである。2゜が本発明によ
り付加するインダクタンスである。
In FIG. 1, 11 to 1 are R as described in the conventional technology.
It is the same as the CJL OR gate. 2° is the inductance added according to the present invention.

各部分のパラメータは、バイアス抵抗11が30Ω、電
流分割抵抗12〜14がそれぞれ1.0Ω、入出力分離
抵抗15が1.3Ω、負荷抵抗が8.0Ω、第1.第2
のスイッチング接合17.18の臨界電流がそれぞれ0
.3mA、キャパシタンスが0.09p F 、入出力
分離接合19の臨界電流値が0.2mA、シャパシタン
スが0.06p Fである。これらの抵抗値および臨界
電流値はもっとも典型的な値であり、かつ負荷抵抗16
を除く抵抗比および臨界電流比は動作マージンがもっと
も大きくなるように設定しである。またキャパシタンス
の値は高速動作を目的としているため通常のゲートより
かなり小さく設定している。本発明により付加するイン
ダクタンス2oの値は10pHに設定する。
The parameters of each part are that the bias resistor 11 is 30Ω, the current dividing resistors 12 to 14 are each 1.0Ω, the input/output separation resistor 15 is 1.3Ω, the load resistor is 8.0Ω, the first... Second
The critical currents of the switching junctions 17 and 18 are respectively 0
.. 3 mA, the capacitance is 0.09 pF, the critical current value of the input/output isolation junction 19 is 0.2 mA, and the capacitance is 0.06 pF. These resistance values and critical current values are the most typical values, and the load resistance 16
The resistance ratios and critical current ratios, excluding , are set to maximize the operating margin. In addition, the capacitance value is set to be much smaller than that of a normal gate because the purpose is high-speed operation. The value of the inductance 2o added according to the present invention is set to 10 pH.

以下、上述の回路パラメータを用いて第1図に示す回路
の動作を説明する。バイアス電流導入端Aからバイアス
抵抗11を通してバイアス電流を0.48m A供給す
る。バイアス電流は電流分割抵抗12〜14を介して第
1.第2のスイッチング接合17.18に0.24m 
Aづつ分流され、第1.第2のスイッチング接合17.
18は80%バイアスされる。入力端Bを通して入力電
流が0.2mA供給されると、入力電流はインダクタン
ス2oと第1のスイッチング接合17.入出力分離接合
19の等価インダクタンスとの比に従い分流する。本実
施例の場合、インダクタンス2oの値が10pH1発明
が解決すべき課題の項で述べたように第1のスイッチン
グ接合17と入出力分離接合19の等価インダクタンス
の和が3.4pHであるため、入力電流の約75%の約
0.15mAが第1のスイッチング接合17を含む径路
に入力電流の立ち上がりに同期して流れ込む。第1のス
イッチング接合17上は80%にバイアスされているた
め0.06m Aの入力電流でスイッチする。これらの
ことから第1のスイッチング接合17は入力電流の立ち
上がりに同期してスイッチすることができ、従来の技術
で述べたような、入出力分離抵抗15とジョセフソン接
合の等価インダクタンスに起因する時間遅れは生じない
The operation of the circuit shown in FIG. 1 will be explained below using the above-mentioned circuit parameters. A bias current of 0.48 mA is supplied from the bias current introducing end A through the bias resistor 11. The bias current is passed through current dividing resistors 12 to 14 to the first. 0.24m to the second switching junction 17.18
A is divided into 1st and 1st. Second switching junction 17.
18 is 80% biased. When an input current of 0.2 mA is supplied through the input terminal B, the input current flows through the inductance 2o and the first switching junction 17. The current is divided according to the ratio to the equivalent inductance of the input/output separation junction 19. In the case of this embodiment, the value of the inductance 2o is 10pH1.As mentioned in the section on problems to be solved by the invention, the sum of the equivalent inductances of the first switching junction 17 and the input/output separation junction 19 is 3.4pH, so About 75% of the input current, about 0.15 mA, flows into the path including the first switching junction 17 in synchronization with the rise of the input current. The first switching junction 17 is biased at 80% and therefore switches with an input current of 0.06 mA. For these reasons, the first switching junction 17 can be switched in synchronization with the rise of the input current, and the time due to the equivalent inductance of the input/output isolation resistor 15 and the Josephson junction as described in the conventional technology is There will be no delay.

第1のスイッチング接合17がスイッチすると第1のス
イッチング接合17を流れていた電流は第2のスイッチ
ング接合18に流れ込み、第1のスイッチング接合18
をスイッチさせる。この後、電流は入出力分離接合19
.インダクタンス20、入出力分離抵抗15を通って接
地端へいたる径路と負荷抵抗16を通って出力端Cにい
たる径路に分流される。このときインダクタンス20が
あるため入出力分離接合19を含む径路に流れる電流の
立ち上がりはインダクタンス20がない場合に比べて多
少遅れるが、負荷抵抗16が8.0Ωと比較的大きいた
め、20.16できまるL/R時定数は比較的短く、入
出力分離抵抗スイッチの遅れはさほど問題とならない。
When the first switching junction 17 switches, the current flowing through the first switching junction 17 flows into the second switching junction 18, and the current flowing through the first switching junction 17 flows into the second switching junction 18.
switch. After this, the current flows to the input/output isolation junction 19
.. The current is divided into a path that passes through the inductance 20 and the input/output separation resistor 15 to the ground terminal, and a path that passes through the load resistor 16 and reaches the output terminal C. At this time, due to the presence of the inductance 20, the rise of the current flowing through the path including the input/output isolation junction 19 is somewhat delayed compared to the case without the inductance 20, but since the load resistance 16 is relatively large at 8.0Ω, it is possible to The total L/R time constant is relatively short, and the delay of the input/output separation resistor switch does not pose much of a problem.

出力端Cに現れる出力電流は第2のスイッチング接合1
8スイツチ後、立ち上がり始め、入出力分離接合19を
含む径路に電流が流れるため多少減少した後、入出力分
離接合19のスイッチとともにまた増加する。
The output current appearing at the output terminal C is the second switching junction 1
After 8 switches, the current starts to rise, decreases somewhat because the current flows through the path including the input/output isolation junction 19, and then increases again as the input/output isolation junction 19 switches.

以上説明したように本実施例で述べた回路を用いれば入
出力分離を妨げることなく高速のスイッチングが行える
RCJL  ORゲートを構成できる。
As explained above, by using the circuit described in this embodiment, it is possible to construct an RCJL OR gate that can perform high-speed switching without interfering with input/output separation.

本実施例ではRCJL  ORゲートを例に取り説明を
行ったが、入出力分離抵抗と接合を有する他のタイプの
電流大型ジョセフソンORゲートでも、同様に本発明に
示した位置にインダクタンスを付加することで入出力の
分離を妨げることなくスイッチング時間を短縮すること
ができる。又、このようなORゲートを組み合せてAN
D機能を実現できるのは周知のことであるがら、一般に
電流注入型ジョセフソン・ゲートの高速化を実現できる
Although this embodiment has been explained using the RCJL OR gate as an example, inductance can be added at the position shown in the present invention in the same way in other types of current large Josephson OR gates having input/output isolation resistors and junctions. This allows switching time to be shortened without interfering with input/output separation. Also, by combining such OR gates, AN
Although it is well known that the D function can be realized, it is generally possible to realize high speed current injection type Josephson gates.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明は、電流注入型ジョセフソン
○Rゲートの入出力分離抵抗と直列にインダクタンスを
挿入することにより、入出力分離を妨げることなしに、
電流注入型ジョゼフソン・ゲートのスイッチング速度を
向上させることができるという効果を有する。
As explained above, the present invention inserts an inductance in series with the input/output isolation resistor of the current injection type Josephson ○R gate, thereby achieving
This has the effect of improving the switching speed of the current injection type Josephson gate.

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

第1図及び第2図はそれぞれ本発明の一実施例及び従来
例の回路図である。 11・・・バイアス抵抗、12〜14・・・電流分割抵
抗、15・・・入出力分離抵抗、16・・・負荷抵抗、
17・・・第1のスイッチング接合、18・・・第2の
スイッチング接合、1つ・・・入出力分離接合、20・
・・インダクタンス、A・・・バイアス電流導入端、B
・・・入力端、C・・・出力端。
FIG. 1 and FIG. 2 are circuit diagrams of an embodiment of the present invention and a conventional example, respectively. 11... Bias resistance, 12-14... Current division resistance, 15... Input/output separation resistance, 16... Load resistance,
17... First switching junction, 18... Second switching junction, one... Input/output separation junction, 20...
...Inductance, A...Bias current introducing end, B
...Input end, C...Output end.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 入出力分離接合と入出力分離抵抗を少くとも含む電流注
入型ジョセフソン・ゲートにおいて、入力端に対して前
記入出力分離接合と並列かつ前記入出力分離抵抗と直列
になる位置にインダクタンスを具備することを特徴とす
る電流注入型ジョセフソン・ゲート。
In a current injection type Josephson gate including at least an input/output isolation junction and an input/output isolation resistor, an inductance is provided at a position parallel to the input/output isolation junction and in series with the input/output isolation resistor with respect to the input terminal. A current injection type Josephson gate characterized by:
JP3013490A 1990-02-08 1990-02-08 Current injection type josephson gate Pending JPH03234121A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04263516A (en) * 1991-02-18 1992-09-18 Agency Of Ind Science & Technol Direct coupling type josephson logic gate
US6646351B2 (en) 2001-07-30 2003-11-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and manufacturing method thereof

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