JPH0342809B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はジヨセフソン集積回路において信号電
流の立ち下がりの検出に用いるジヨセフソン接合
を用いたダウンエツジ検出回路に関するものであ
る。

（従来技術とその問題点） 従来ジヨセフソン集積回路に用いるダウンエツ
ジ検出回路は、アイビーエムジヤーナルリサーチ
アンドデベロツプメント24巻２号（1980年）
P152フアリス他にあるように第１図に示す回路
構成であつた。この回路の動作を以下に示す。ゲ
ート電流路１６を通してゲート電流Ig流した状態
で入力線路１７から信号電流Isを流すと、信号電
流Isの立ち上がりでトランス１２によつて電流注
入型の量子干渉計ゲート１１に誘起電流I_Aが誘起
される。ゲート電流Ig、信号電流Isを第１図に示
す向きに流すと、信号電流の立ち上がりでは量子
干渉計ゲート１１には、ゲート電流Igとトランス
を通して伝わつた誘起電流I_Aが互いに逆向きに流
れるので量子干渉計ゲート１１はスイツチしな
い。トランスを通して伝わつた誘起電流I_Aはジヨ
セフソン接合１３をスイツチさせジヨセフソン接
合１３に抵抗が発生するので信号電流Isの立ち上
がりでトランス１２によつて発生した誘起電流I_A
はすぐに減衰する。一方信号電流Isの立ち下がり
では、トランス１２によつて誘起される誘起電流
I_A′は立ち上がり時と逆向きに流れるので量子干
渉ゲート１１ではゲート電流Igとトランス１２に
よつて誘起された誘起電流I_Aが同じ向きに流れ量
子干渉計ゲート１１はスイツチする。このように
して第１図に示す回路を用いれば信号電流の立ち
下がりを検出するダウンエツジ検出回路が得られ
る。抵抗１４は、スイツチ時のオーバーシユート
を最小にするためのダンピング抵抗である。抵抗
１５はゲート１１やジヨセフソン接合１３をスイ
ツチさせ得ないような小さな循環電流が流れた場
合、それを減衰させるための非常に小さな値を持
つ抵抗である。

しかし第１図に示す回路では、信号電流Isの立
ち上がりによつて誘起される誘起電流I_Aを短時間
で減衰させるためのジヨセフソン接合１３が信号
電流Isの立ち下がりで量子干渉ゲート１１がスイ
ツチする前にスイツチしてはならないので、ジヨ
セフソン接合１３の臨界電流は量子干渉計ゲート
のスイツチに必要な電流より大きくする必要があ
り、ジヨセフソン接合１３をスイツチさせるため
に量子干渉計ゲート１１をスイツチさせるのに必
要な電流以上の電流を信号電流Isとして流さなけ
ればならず利得が低くならざるを得なかつた。ま
たトランス１２を用いているため面積が大きくな
り集積化に不向きという欠点を有していた。

（発明の目的） 本発明は、上記従来例より電流利得が大きく、
回路構成が簡単で占有する面積が小さい、信号電
流の立ち下がりを検出するダウンエツジ検出回路
を提供することを目的としている。

（発明の構成） 本発明によれば、ジヨセフソン接合を用いたゲ
ートと、該ゲートにゲート電流を供給するゲート
電流路と、該ゲートに該ゲートをスイツチさせる
に十分な一定の直流の直流電流を供給する第１の
入力線路と、該ゲートにおいて前記直流電流と反
対方向でかつ前記直流電流を打ち消すことによつ
て前記ゲート電流注入時に該ゲートを超伝導状態
に留め置くに十分な信号電流を供給する第２の入
力線路と、前記ゲート電流を遅らせて該ゲートに
注入させる遅延手段より構成され、前記遅延手段
の効果により前記信号電流が前記ゲート電流より
先に該ゲートに立ち上がることによつて前記ゲー
ト電流の立ち上がりによる該ゲートのスイツチを
阻止し、前記信号電流が前記ゲート電流より先に
立ち下がることによつて該ゲートをスイツチさ
せ、前記信号電流の立ち下がりを検出することを
特徴とするジヨセフソン接合を用いたダウンエツ
ジ検出回路が得られる。

（構成の詳細な説明） 以下図面を用いた本発明の詳細につき説明を行
う。第２図は本発明の回路構成を示したもので、
ジヨセフソン接合を用いたゲート２１は第３図に
示すしきい値特性を有する。第３図では縦軸はゲ
ート電流Ig、横軸は入力電流Icであり第２図の直
流電流I_DC、入力電流Isがこの入力電流Icに相当す
る。第２図に示す回路において第１の入力線路２
３を通して直流電流I_DCだけが流れている状態で
は、ゲート２１の動作点は第３図のポイント３１
にある。ゲート電流路２２を通してゲート電流Ig
と第２の入力線路２４を通して信号電流Isとが同
時に注入されると、遅延手段２５の効果によつて
ゲート２１には信号電流Isの方がゲート電流Igよ
り先に立ち上がる。信号電流Isが立ち上がると、
直流電流I_DCと信号電流Isは、互いに逆向きである
ので、直流電流I_DCと信号電流Isの大きさが等しい
とすると動作点は第３図のポイント３２に移る。
続いて、ゲート電流路２２を通してゲート電流Ig
が立ち上がると動作点は第３図のポイント３３に
移る。この状態から信号電流Isが立ち下がると入
力電流Icとしては直流電流I_DCだけが流れること
になるので動作点は第３図のポイント３４に移り
ゲート２１のしきい値特性の超伝導状態の外に出
るためゲート２１は電圧状態にスイツチし信号電
流Isの立ち下がりが検出される。以上の説明で直
流電流I_DCと信号電流Isは大きかが等しいとした
が、第３図のしきい値特性からわかるように信号
電流Isの大きさはポイント３３の動作点がしきい
値特性の超伝導状態にあればよいので信号電流Is
として直流電流I_DCと異なる大きさの電流も用い
ることができ、信号電流を小さくすることによつ
て電流利得を上げることもできる。また入力線路
２３を通して流す直流電流I_DCは一定の大きさで
時間に関係なく常に流しておく。

実施例 １ 第４図に本発明の第１の実施例を示す。第４図
においてゲート４１は第３図に示すしきい値特性
を有する磁気結合型量子干渉計ゲートである。第
４図に示す回路の動作は第２図に示す回路の動作
と同じく第１の入力線路４３を通つて直流電流
I_DCだけが流れているときは動作点は第３図のポ
イント３１に有る。ゲート電流路４２を通してゲ
ート電流Igと第２の入力線路４４を通して信号電
流Isとを同時に注入すると、信号電流Isはゲート
４５の入力線路となつているので、信号電流Isが
一定値まで立ち上がるまではゲート４５はスイツ
チせずしたがつてゲート電流Igはゲート４１に注
入されない。このためゲート４１では信号電流Is
の方がゲート電流Igより先に立ち上がる。動作点
が第３図のポイント３１の状態から信号電流Isが
立ち上がると動作点は第３図のポイント３３に移
る。ゲート４５のスイツチによつてゲート電流路
４２を通つてゲート電流Igが流れると動作点は第
３図のポイント３３に移る。この状態から信号電
流Isが立ち下がると動作点は第３図のポイント３
４に移りゲート４１は電圧状態にスイツチし信号
電流Isの立ち下がりが検出できる。また第５図に
示す非対称なしきい値特性を持つ磁気結合型量子
干渉計ゲートを第４図のゲート４１と置きかえて
も上記の動作が実現できる。また第４図の抵抗４
６はゲート４５の負荷抵抗である。

実施例 ２ 第６図に本発明の第２の実施例を示す。第６図
においてゲート６１は電流注入型量子干渉計ゲー
トで第７図に示すしきい値特性を持つ。第６図に
示す回路において第１の入力線路６３を通して直
流電流I_DCだけが流れている状態では動作点は第
７図のポイント７１にある。次にゲート電流路６
２と第２の入力線路６４に同時にそれぞれゲート
電流Ig、信号電流Isを流すと、ゲート電流Igは遅
延線６５を通つて流れるのでゲート６１には先に
信号電流Isだけが流れることになり動作点は第７
図の７２に移る。続いてゲート電流Igが遅れて立
ち上がり動作点は第７図の７３に移る。この状態
から信号電流Isが立ち下がると動作点は第７図の
７４に移りゲート６１は電圧状態にスイツチし信
号電流の立ち下がりが検出される。第６図におい
て抵抗６６は信号電流Isが第１の入力線路に流れ
こむのを防ぐための抵抗であり、抵抗６７は直流
電流I_DCが第２の入力線路に流れこむのを防ぐた
めの抵抗である。

実施例 ３ 第８図に本発明の第３の実施例を示す。第８図
においてゲート８１の電流注入式抵抗結合型ゲー
トで第９図に示すしきい値特性を持つ。第８図に
示す回路において第１の入力線路８３を通して直
流電流I_DCだけが流れている状態では動作点は第
９図のポイント９１にある。次にゲート電流路８
２と第２の入力線路８４とに同時にそれぞれゲー
ト電流Ig、信号電流Isを流すと、ゲート電流Igは
一個または複数個のゲート８５の演算が終わつて
からゲート８１に流れるのでゲート８５の演算時
間だけ信号電流Isよりゲート８１に流れるのが遅
くなる。そのためゲート８１ではまず信号電流Is
だけが流れ動作点は第９図のポイント９２に移
る。ゲート８５の演算時間だけ遅れてゲート電流
Igが入力されるとゲート８１の動作点は第９図の
ポイント９３になる。この状態から信号電流が立
ち下がると動作点は第９図のポイント９４に移り
ゲート８１はスイツチし信号電流の立ち下がりが
検出される。第８図において抵抗８６は信号電流
Isが第１の入力線路に流れこむのを防ぐための抵
抗であり、抵抗８４は直流電流I_DCが第２の入力
線路に流れこむのを防ぐための抵抗である。また
抵抗８８はゲート８５の負荷抵抗である。

実施例 ４ 第１０図に本発明の第４の実施例を示す。第１
０図においてゲート１０１は単一のジヨセフソン
接合からなるゲートで第１１図に示すしきい値特
性を有する。第１０図に示す回路において第１の
入力線路１０３を通して直流電流I_DCだけが流れ
ている状態では動作点は第１１図のポイント１１
１にある。ゲート電流路１０２と入力線路１０４
に同時にそれぞれゲート電流Ig、信号電流Isを流
すと、第１の実施例と同じく信号電流Isはゲート
１０５の入力電流となつているので信号電流が一
定値まで立ち上がるまではゲート１０５はスイツ
チせずしたがつてゲート電流Igはゲート１０１の
方に流れない。このためゲート１０１では信号電
流が先に立ち上がり動作点は第１１図のポイント
１１２に移る。ゲート１０５のスイツチ時間だけ
遅れてゲート電流Igがゲート１０１に流れるとゲ
ート１０１の動作点は第１１図のポイント１１３
に移る。この状態から信号電流Isが立ち下がると
動作点は第１１図のポイント１１４に移りゲート
１０１はスイツチし信号電流Isの立ち下がりが検
出される。第１０図において抵抗１０６はゲート
１０５の負荷抵抗である。

（発明の効果） 以上説明した如く本発明によるジヨセフソン接
合を用いたダウンエツジ検出回路は、従来例に比
べ信号電流はゲート電流が立ち上がつた状態でゲ
ートのスイツチを防ぐだけの大きさがあればよい
ので高い電流利得を得ることができる。ジヨセフ
ソン接合を用いたゲートならどのような種類のゲ
ートでも用いることができるので、場合に応じて
最適なゲートが選択できる。ゲート一個で回路を
構成できるため小型化が可能で集積化にむいてい
る。回路構成が簡単なので確実な動作が得やすい
等の利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を説明するための図である。第
２図は本発明の回路構成を示した図である。第３
図は第２図のゲート２１、第４図のゲート４１の
しきい値特性を示した図で縦軸はゲート電流Ig、
横軸は入力電流Icである。第４図は本発明の第１
の実施例を示す図である。第５図は第４図のゲー
ト４１と置き変えて用いられる非対称な磁界結合
型量子干渉計ゲートのしきい値特性図で縦軸はゲ
ート電流Ig、横軸は入力電流Icである。第６図は
本発明の第２の実施例を示す図である。第７図は
第６図のゲート６１のしきい値特性を示した図
で、縦軸はゲート電流Ig、横軸は入力電流Icであ
る。第８図は、本発明の第３の実施例を示す図で
ある。第９図は第８図のゲート８１の制御特性を
示した図で、縦軸はゲート電流Ig、横軸は入力電
流Icである。第１０図は本発明の第４の実施例を
示す図である。第１１図は第１０図のゲート１０
１のしきい値特性を示した図で、縦軸はゲート電
流Ig、横軸は入力電流Icである。 図において、１１……電流注入型量子干渉計ゲ
ート、１２……トランス、１３……ジヨセフソン
接合、１４……ダンピング抵抗、１５……抵抗、
１６……ゲート電流路、１７……入力線路、２１
……ジヨセフソン接合を用いたゲート、２２……
ゲート電流路、２３……第１の入力線路、２４…
…第２の入力線路、２５……遅延手段、３１……
直流電流だけが流れているときの動作点、３２…
…信号電流立ち上がり時の動作点、３３……ゲー
ト電流立ち上がり時の動作点、３４……信号電流
立ち下がり時の動作点、４１……磁気結合型量子
干渉計ゲート、４２……ゲート電流路、４３……
第１の入力線路、４４……第２の入力線路、４５
……第２の入力線路を入力線とするゲート、４６
……ゲート４５の負荷抵抗、５１……直流電流だ
けが流れているときの動作点、５２……信号電流
立ち上がり時の動作点、５３……ゲート電流立ち
上がり時の動作点、５１……信号電流立ち下がり
時の動作点、６１……電流注入型量子干渉計ゲー
ト、６２……ゲート電流路、６３……第１の入力
線路、６４……第２の入力線路、６５……遅延
線、６６……入力抵抗、６７……入力抵抗、７１
……直流電流だけが流れているときの動作点、７
２……信号電流立ち上がり時の動作点、７３……
ゲート電流立ち上がり時の動作点、７４……信号
電流立ち下がり時の動作点、８１……電流注入式
抵抗結合型ゲート、８２……ゲート電流路、８３
……第１の入力線路、８４……第２の入力線路、
８５……一個または複数個のゲート、８６……入
力抵抗、８７……入力抵抗、８８……ゲート８５
の負荷抵抗、９１……直流電流だけが流れている
ときの動作点、９２……信号電流立ち上がり時の
動作点、９３……ゲート電流立ち上がり時の動作
点、９４……信号電流立ち下がり時の動作点、１
０１……単一のジヨセフソン接合からなるゲー
ト、１０２……ゲート電流路、１０３……第１の
入力線路、１０４……第２の入力線路、１０５…
…第２の入力線路を入力線とするゲート、１０６
……ゲート１０５の負荷抵抗、１１１……直流電
流だけが流れているときの動作点、１１２……信
号電流立ち上がり時の動作点、１１３……ゲート
電流立ち上がり時の動作点、１１４……信号電流
立ち下がり時の動作点。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ジヨセフソン接合を用いたゲートと、該ゲー
   トにゲート電流を供給するゲート電流路と、該ゲ
   ートに該ゲートをスイツチさせるに十分な一定の
   直流電流を供給する第１の入力線路と、該ゲート
   において前記直流電流と反対方向でかつ前記直流
   電流を打ち消すことによつて前記ゲート電流注入
   時に該ゲートを超伝導状態に留め置くに十分な信
   号電流を供給する第２の入力線路と、前記ゲート
   電流を遅らせて該ゲートに注入させる遅延手段よ
   り構成され、前記遅延手段の効果により前記信号
   電流が前記ゲート電流より先に該ゲートに立ち上
   がることによつて前記ゲート電流立ち上がりによ
   る該ゲートのスイツチを阻止し、前記信号電流が
   前記ゲート電流より先に立ち下がることによつて
   該ゲートをスイツチさせ、前記信号電流の立ち下
   がりを検出することを特徴とするジヨセフソン接
   合を用いたダウンエツジ検出回路。