JPH0497617A - 交流直流電源併用型ジョセフソン集積回路 - Google Patents

交流直流電源併用型ジョセフソン集積回路

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JPH0497617A
JPH0497617A JP21497190A JP21497190A JPH0497617A JP H0497617 A JPH0497617 A JP H0497617A JP 21497190 A JP21497190 A JP 21497190A JP 21497190 A JP21497190 A JP 21497190A JP H0497617 A JPH0497617 A JP H0497617A
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josephson
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JP21497190A
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Yuji Hatano
雄治 波多野
Shinichiro Yano
振一郎 矢野
Koji Nakahara
宏治 中原
Koji Yamada
宏治 山田
Mikio Hirano
幹夫 平野
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はジ3セフソン論理回路に係り、特に単相交流電
源と直流電源の両者で駆動されるジョセフソン集積回路
に係る。
〔従来の技術〕
従来の代表的な単相交流電源と直流電源の両者で駆動さ
れるジョセフソン集積回路の構成がニー°ダビッドソン
;“ジョセフソン ラッチ、′アイ・イー・イー・イー
 ジャーナル オブ ソリッド ステート サーキット
、 ニスシー13巻1978年8月号 583頁から5
90頁まで(A、 Davidson;“A Jose
phson Latch、” IEEEJournal
 of 5olid−5tate C1rcuits 
Vol、5c−13*No、5. August 19
78 pp、583−590)に詳述されている。上記
ダビッドソンの文献で開示されているラッチ回路の構造
を第15図に示す、同図のラッチ回路は直流駆動フリッ
プフロップ1500を挟んで第1の交流駆動回路部分1
501及び第2の交流駆動回路部分1502とを含む、
第2の交流駆動回路部分1502は交流電源サイクルの
立上りの部分で直流駆動フリップフロップ1500のデ
ータを読出し、その交流電源サイクルの間中同じデータ
を保持する働きを有する。第1の交流駆動回路部分15
01は第2の交流駆動回路部分1502の出力データの
確定を待ってラッチ回路への入力データを直流駆動フリ
ップフロップ1500に伝える働きを有する。
第16図は上記のようなラッチ回路により単相交流電源
で駆動されるジョセフソン集積回路内でどのようにデー
タが処理されるかを示す6交流電源の1サイクルは素子
を駆動できる水準にある活性時間帯1601とその間の
過渡時間帯1602とからなる。この1サイクルが1ク
ロツクに相当する。活性時間帯1601には交流駆動組
合せ回路16o3において種々のデータ処理が行われる
そして過渡時間帯16o2にはデータがラッチ1604
に保持される。このような方式により任意の論理回路、
$8憶回路が構成できる。
上記ダビッドソンの方式では交流電源をクロックの高周
波で回路システム全体に供給する必要がある。この交流
電源電流は大振幅であり、チップとそれを保持するパッ
ケージまたはボードとの接続部でクロストークを生じや
すい。このため実際の大規模システムの構築にあたって
は極めて高度な実装技術が要求される。
一方、直流駆動回路にはそのような実装上の制約がなく
大規模システムの構成が容易である。但し直流駆動回路
は一般に集積度、動作速度の点で交流駆動回路に劣るの
で2回路システム全体を直流電源で駆動するのは必ずし
も得策でない、具体的にはラッチ間の論理段数が大きい
ALU (算術論理演算ユニット)のような回路部分は
交流駆動に適し、単純な記憶装置は直流駆動に適する。
従って直流駆動回路を交流駆動回路と組合せて使用した
いという要求が発生する。この際問題となるのは直流駆
動回路側が非同期で動作するのに対し、交流駆動回路側
が交流電源に同期した動作を行うため9両者の同期をと
る必要があるということである。第15図に示したよう
な直流駆動回路部分1500を挟んで第1の交流駆動回
路部分15o1及び第2の交流駆動回路部分1502を
設け、第2の交流駆動回路部分1502で交流電源サイ
クルの立上り部分での直流駆動回路部分15oOのデー
タを読出し、その交流電源サイクルの間中同じデータを
保持させ、第1の交流駆動回路部分1501で第2の交
流駆動回路部分15o2の出力データの確定を待って直
流駆動回路部分1500への入力データを更新させる方
式が基本的には有効である。
しかし、直流駆動回路部分1500が記憶要素を含み、
さらに読出し動作だけでなく書込み動作も存在する場合
には別の問題が発生する。最も単純な構成の記憶回路は
第17図に示すようにアドレス入力1701.データ入
力1702.書込読出制御人力1703.データ出力1
704を有する。第15図のような方式で読出しだけを
行う場合には交流電源サイクルの立上り部分からメモリ
のアクセス時間だけ以前にアドレス人力1701とデー
タ入力1702が確定してさえいればよい。
しかし、書込みも行う場合には予定していないアドレス
のデータの破壊を避けるために、さらにアドレス入力1
701及びデータ人力1702と書込読出制御入力17
03との間にタイミングの調整が必要である。ここで書
込読出制御入力1703が1”である時に書込みが行わ
れ。
“ONである時に読出しが行われるものとする。
書込読出制御入力1703はアドレス入力1701また
はデータ入力1702が確定するよりも後に“0′から
“1″に遷移し、かつ次サイクルでアドレス入力170
1またはデータ入力1702が確定するよりも先に“0
”に遷移する必要がある。しかしこのための具体的な方
法は今まで明らかにされてはいなかった。
一方、交流駆動回路の内部において使用しているラッチ
をリセットする必要が発生する場合が多々存在する。上
記ダビッドソンの方式では第1の交流駆動回路部分15
01の内部でリセット信号が発生する場合としない場合
に分けて論理を組まなくてはならない。
ここで直流駆動フリップフロップ1500の構成をいま
少し詳しく紹介する。直流駆動フリップフロップ150
0はジョセフソン素子1503及び1504の2個を並
列接続して構成され、それらの一方が超電導状態から電
圧状態にスイッチした反作用で他方の素子にバイアス電
流が転送され元の素子が再び電圧状態から超電導状態に
スイッチするような動作条件を設定することにより直流
電源動作を実現している。このような構成の直流駆動回
路は電流切替型回路と呼ばれている。そしてこれら2個
のジョセフソン素子1503及び1504の制御入力線
にそれぞれセット(S)及びリセット(R)入力を与え
ることによりフリップフロップ動作が実現できる。
上記ダビッドソンの直流駆動フリップフロップを用いた
ラッチへの入力をり、Dとし、出力をQ、−ζ−とする
。ここでリセット信号(RESET)を受けないラッチ
を構成するのであれば第15図における第1の交流駆動
回路部分1.501は5=D−Q、  R=D−Q の関係を満たすためのANDゲート2個のみで構成可能
である。
一方、リセット信号(RESET)を受けるラッチを構
成するのであれば第1の交流駆動回路部分1501は S、=D −Q、   Re=D −QS=S、・RE
SET、   R=R,+RESETの関係を満たすた
めのANDゲート3個及びORゲート1個を必要とする
上記ダビッドソンの方式ではORゲート1個は磁束結合
型ジョセフソン素子1個で、ANDゲート1個は磁束結
合型ジョセフソン素子2個で構成されていたので第1の
交流駆動回路部分1501全体では磁束結合型ジョセフ
ソン素子7個が必要である。一方、第1の交流駆動回路
部分1501のり、D入力からS、R出力までの信号の
経由段数はゲート2段である9回路の高集積化を図り。
高速動作を実現するためには、これらの構成素子数、ス
イッチング段数は少なくて済む方が望ましいのは言うま
でもない。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の第1の目的は交流駆動回路と直流駆動回路との
信号の授受を非同期で行い、かつ直流駆動回路内の予定
していないアドレスのデータを破壊したり書込み・読出
しの競合が発生することのないインターフェース回路を
提供することにある。
また9本発明の第2の目的は回路の高集積化を図り、高
速動作を実現するために構成素子数、スイッチング段数
が少なくて済むリセット機能付きのラッチを提供するこ
とにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記第1の目的を達成するために1本発明では。
交流駆動ジョセフソン回路と、直流駆動ジョセフソン回
路と、これらの間に配置され、直流駆動回路からの入力
信号を交流電源サイクルの立上りの部分で検出及び保持
する信号入力部と、該信号入力部における全入力信号の
検出終了を判定する入力信号検出終了判定部と、該検出
終了信号の発生を待って交流駆動回路からの出力信号及
び書込制御信号を直流駆動回路に出力しかつ上記出力信
号よりも早く上記書込制御信号を切る信号出力部及び書
込制御信号出力部とからなるインターフェース回路とを
備えた交流直流電源併用型ジョセフソン集積回路とする
また、上記第2の目的を達成するために、第1と第2の
交流駆動ジョセフソン回路の間に直流駆動フリップフロ
ップを配置し、上記第2の交流駆動ジョセフソン素子は
交流電源サイクルの立上りの部分で上記直流駆動フリッ
プフロップのデータを読出してその交流電源サイクルの
間中保持し。
上記第1の交流駆動ジョセフソン回路は上記第2の交流
駆動ジョセフソン回路の出力データの確定を待ってラッ
チ入力データを上記直流駆動フリップフロップに入力す
る構成のラッチ回路を含んでなる交流直流電源併用型ジ
ョセフソン集積回路において、上記直流駆動フリッププ
ロップを3個のジョセフソン素子で構成し、そのうちの
2Mに上記第1の交流能動ジョセフソン回路からの真値
信号及び補値信号を印加し、残りの1個に、別の直流駆
動フリップフロップの出力電流として与えられるリセッ
ト信号を印加する構成とする。
〔作用〕
本発明の第1の基本的な作用を第18図にて説明する。
同図は交流駆動回路1801と直流駆動回路1802と
の間のインターフェース回路1800の概略構成を示し
たものである。
このインターフェース回路1800は直流駆動回路18
02のデータ出力17o4を交流電源サイクルの立上り
の部分で検出及び保持し交流駆動回路18o1への交流
型式の入力信号1821として供給する信号入力部18
11と、該信号入力部における全入力信号の検出終了を
判定する入力信号検出終了判定部1812と、該検出終
了信号1822の発生を待って交流駆動回路1801か
らのアドレス出力信号1823及びデータ出力信号18
24を直流駆動回路1802に直流型式のアドレス入力
信号17o1及びデータ入力信号17o2として伝える
信号出力部1813と、該検出終了信号1822の発生
を待って交流駆動回路18o1からの書込制御信号18
25を直流駆動回路1802に直流型式の書込制御信号
17o3として伝え、かつ前記直流型式のアドレス入力
信号1701及びデータ入力信号1702よりも早く該
書込制御信号エフ03を切る書込制御信号出力部181
4とで構成される。
第18図における各信号のタイムチャートを第19図に
示す、同図で1901は交流電源電流1サイクルの波形
である。交流電源電流の過度時間帯終了と前後して信号
入力部1811から交流駆動口J11801への入力信
号1821が立上がる。
信号入力部1811の全ビットの出力信号確定を待って
検出終了信号1822が発生する。検出終了信号182
2発生後、まずアドレス入力信号17o1及びデータ入
力信号17o2が更新される。続いて交流駆動回路18
01からの書込制御信号1825が“1”である場合に
は直流型式の書込制御信号1703が“O″から“1”
となる。
その後アドレス入力信号1701及びデータ入力信号1
702は次サイクルで更新されるまで一定であるが、直
流型式の書込制御信号1703は交流電源電流サイクル
の活性時間帯終了と同時に“1”から“0”となる、も
ちろん交流駆動回路18o1からの書込制御信号182
5が“O”である場合には直流型式の書込制御信号17
03は“0”のままである。
このようなタイミング制御によれば交流駆動回路180
1から非同期で直流駆動回路18o2をアクセスでき、
かつ直流駆動回路1802内の予定していないアドレス
のデータを破壊したり書込み・読出しの競合が発生する
こともない。
本発明の第2の基本的な作用を第20図にて説明する。
同図はリセット信号を受けるラッチ回路の構成を示すも
ので、直流駆動フリップフロップ2000を2001.
2002. 及び2003(713個のジョセフソン素
子で構成し、そのうちの2001及び2002の2個に
ダビッドソンのラッチの第1の交流駆動回路部分150
1のS出力及びR出力 5=D−Q、  R=D−Q をそれぞれ印加し、残余の1個に該ラッチへのリセット
信号RESETを印加する。ここで該リセット信号は別
の直流駆動フリップフロップ2010の出力電流として
直流型式で与えられる。
直流駆動フリップフロップ201oを構成する2個のジ
ョセフソン素子20]1及び2012は交流駆動回路ま
たはさらに別の直流駆動回路の出力RESO及びRES
Oで駆動される。
同図では該ラッチへのリセット信号RESETにかかわ
らずS出力、R出力が直流駆動フリップフロップ200
0に印加される。しかし、S出力。
R出力は交流型式の信号なので交流電源サイクルの過渡
時間帯で必ず一度″O”に落ちる。一方リセット信号R
ESETは直流型式なのでその間も一定値を有する。従
ってリセット信号RE S E Tが交流電源サイクル
の過渡時間帯で“1、″であると直流駆動フリップフロ
ップ2000は前サイクルのS出力、R出力の値によら
ずリセットされる。
このような構成をとるとラッチにおける第1の交流駆動
回路部分1501の構成素子数の増加を最小限に抑える
ことかでき、高集積化に効果がある。直流型式のリセッ
ト信号RESETを発生するための直流駆動フリップフ
ロップ2010及びそれを含むラッチは各ビット及び各
レジスタに対して共通に設けることができるので素子数
増加の負担は無視できる。さらにラッチへのり、D入力
の発生からS出力、R出力の発生までの信号経由段数は
該ラッチへのリセット信号がない場合と同じANDゲー
ト1段なので回路の高速化にも効果がある。
〔実施例〕
本発明の一実施例を第1図により説明する。同図は第1
8図に示した交流駆動回路180]−と直流駆動回路1
802との間のインターフェース回路1800の詳細を
示したものである。直流駆動回路1802は256ワー
ド×4ビツトの記憶要素を含み、直流駆動回路1802
のデータ出力1704及びデータ人力1702は4ビツ
ト、アドレス入力170】は8ビツトである7書込制御
信号1703は1ビツトである。各ビットは直流駆動ブ
リップフロップ出力としての直流型式の信号であり往復
信号線を有する。従って直流駆動回路1802への入出
力信号線は合計17対、34本存在する3 本インターフェース回[1800の信号入力部181]
は直流1動回路1802のデータ出力1704を交流電
源サイクルの立上りの部分で検出及び保持し交流駆動回
路1801への交流型式の入力信号1821として供給
する機能を有する。
第Oビット111.第1ビット112.第2ビット11
3.第3ビツト114は第15図における第2の交流駆
動回路部分1502と同じ機能を有するセルフ・ゲート
・アンド(Self Gate And;SGA )と
呼ばれる回路の一種である。信号入力部各ビットの詳細
な構成は第3図に示す、交流型式の出力信号はデュアル
レール(真補相対信号伝送方式)であるので、信号入力
部各ビットは直流型式の1本の入力信号Dtを受けて交
流型式の真値出力Ti及び補値出力Ciの2本の出力信
号を発生する。すなわち直流型式の入力信号が“1″で
ある場合には交流型式の真値出力信号が“1″で補値出
力信号が“O″となり、直流型式の入力信号が“0”で
ある場合には交流型式の真値出力信号が“O”で補値出
力信号が“1”となる。
入力信号検出終了判定部1812は信号入力部全ビット
における信号検出終了を判定する機能を有し、第1.第
2及び第3の3個の0R−ANDゲート121,122
及び123からなる。ここで0R−ANDゲートとは第
4図に示すように磁束結合型ジョセフソン素子であるO
Rゲート2個を抵抗でワイアドAND接続したものでO
Rゲートの部分への制御線入力が1本のものと2本のも
のとがある。第1及び第2のOR−ANDゲート121
及び122ではORゲートの部分に制御線入力が2本の
ものを用い第3の0R−ANDゲート123ではORゲ
ートの部分に制御線入力が1本のものを用いる。第1.
第2及び第3のOR・ANDゲートの出力をそれぞれF
l、F、、F、とすると F、=(T、+C,)・(T 1 + Cl )F s
 = (Ts + Cz)・(T a + c a )
F、=FL−F。
である。第Oビットの信号入力部が直流型式の入力信号
り、を検出し終わると交流型式の真値出力T1または補
値出力C8のいずれかが“0″から“1”になる、すな
わち(’r o + c o )が“1”になったこと
は第0ビツトの信号入力部が直流型式の入力信号D1を
検出し終わったことを意味する。
従ってFlが“1”になったことは第0ビツト及び第1
ビツトの信号入力部が直流型式の入力信号を検出し終わ
ったことを意味する。同様にF3が“1”になったこと
は第0ビツトから第3ビツトまでの全ビットの信号入力
部が直流型式の入力信号を検出し終わったことを意味す
る。このF、が入力検出終了信号1822である。
信号出力部1813は入力検出終了信号1822の発生
を待って交流駆動回路1801からのアドレス出力信号
(ADR,〜ADR,及びADR,〜ADR,)182
3及びデータ出力信号(DAT、〜DAT、及びDAT
、〜D A T a )1824を直流駆動回路180
2に直流型式のアドレス入力信号(ADDRESS、〜 ADDRESS、)1701及びデータ入力信号(DA
TA、〜DATA、)1702として供給する機能を有
する。信号出力部1813の1ビツトは複合型ANDゲ
ート132と直流駆動出力バッファ133各1個とで構
成される。複合型ANDゲート132は第5図に示すよ
うな構成を有し。
入力検出終了信号(F、)1822及び入力信号X、X
から直流駆動出力バッファ133へのセット入力s  
y、リセット人力RYを S  Y=X−F。
RY=X−F。
として生成するANDゲート2個分の機能を有する。X
、Xは交流駆動回路1801の構成上、同時に“1”に
なることはないようになっている。
従ってSY、RYとも同時に“1”になることはない、
直流駆動出力バッフ7133は第6図に示すような構成
を有し、セット人力SYが“1”となった後次にリセッ
ト人力RYが“1”となるまで出力Yを“1”に保つ機
能を有する直流駆動フリップフロップである。
ここで又は交流駆動回路1801からのアドレス呂力信
号(ADH,〜ADR,)またはデータ出力信号(DA
T、〜DAT、)、Yは直流駆動回路1802への直流
型式のアドレス入力信号(ADDRESS、〜ADDR
ESS、)またはデータ入力信号(DATA、〜DAT
A3)である。
書込制御信号出力部1814はANDゲート141、ア
ンプゲート142及び直流駆動出力バッファ143で構
成される。ANDゲート141は、入力検出終了信号(
F、)1822及び交流駆動回路1801からの書込制
御信号(WR)1825を2人力とする Z、=F3・WR の演算を行い2両者が“1”となった時にアンプゲート
142に信号z0を伝える。アンプゲート142はジョ
セフソン素子と抵抗で構成され入力電流を2倍に増幅す
る機能を有するe Z、を2倍に増幅したものが書込実
行信号(Z)であり、これが直流軛動出カバソファ14
3に伝えられる。
ここで直流駆動出力バッファ143は第7図に示すよう
な構成を有し、セット人力S  WR及びリセット人力
RWRは S  WR=Z RWR=Z+DCOFFSET となっている。ここでDCOFFSETは直流オフセッ
トバイアスであり直流駆動出力バッファ143を構成す
るジョセフソン素子の閾値の周期性を利用して書込実行
信号2が“1”であるときにS  WRが“1”で、書
込実行信号Zが“O”であるときにRWRが“1”であ
るように設定されている。具体的には直流オフセットバ
イアス145は閾値周期の1/2であり、SWRとRW
Rの一方が閾値曲線の内側にあるときは他方が外側にあ
るようになっている。これにより書込実行信号Zが“1
”であるときに直流駆動回路1802への直流型式の書
込制御信号 (WRITE)1703が“1”で、書込実行信号2が
“0”であるときに直流型式の書込制御信号(WRIT
E)1703が“0”であるようになっている。
このような構成により入力検出終了信号(F3)182
2の発生を待って交流駆動回路1801からの書込制御
信号1825を直流駆動回路1802に直流型式の書込
制御信号1703として伝えられる。ここで入力検出終
了信号(F、)1822は信号出力部1813を経由し
た後にこの書込制御信号出力部1814に到達するので
直流駆動回路1802への直流型式のアドレス入力信号
(ADDRESS、〜ADDRESS、)1701及び
データ入力信号(DATA、〜DATA、)1702が
更新される方が直流型式の書込制御信号(WRITE)
1703が“0”から“1”に変化するよりも早く生起
する。また直流型式の書込制御信号(WRITE)17
03は書込実行信号Zと同じく交流電源サイクルの過渡
時間帯には“0”に戻るので次サイクルで直流駆動回路
】802への直流型式のアドレス入力信号(ADDRE
 S S、〜ADDRE S S、)1701及びデー
タ入力信号(DATA、〜DATA、)1702が更新
されるよりも直流型式の書込制御信号(WRITE)1
703がti 1 reから“0”に戻る方が先に生起
する。
このような書込制御信号のタイミング制御によりかつ直
流駆動回路1802内の予定していないアドレスのデー
タを破壊するのを防ぎ、正しい書込み・読出しの実行を
保証することができる。
以下、第1図で用いた各回路要素の詳細構成を示す。
まず、基本素子となるジョセフソン素子のシンボルと対
応する回路構成を第2図に示す。本素子は3個のジョセ
フソン接合201とデバイスインダクタンス202.ダ
ンピング抵抗203.及び制御入力線204及び205
からなり3接合磁束量子干渉型素子とも呼ばれる。そし
てゲート電流端子211から基準端子212に向かって
ゲート電流を流した状態で第1の制御入力線204また
は第2の制御入力線205の2本の制御入力線のいずれ
かに信号入力を加えることにより第1の出力端子213
及び第2の出力端子214と基準端子212の間を超電
導状態から電圧状態に遷移させることにより2人力のO
Rゲートとしての機能を有する。
第3図は第1図の111乃至114で用いた信号入力部
1ビツトのシンボルと対応する回路構成を示すものであ
る。この信号入力部1ビツトは交流電源の立上り部分で
直流型式の1本の入力信号り、を検出・保持し交流型式
の真値出力TI及び補値出力C,の2本の出力信号を発
生する。直流駆動回路1802内の出力バッファは第1
図の直流駆動出力バッファ133と類似の構成をしてお
り。
論理“1n及び“ONに対応した出力電流は工をある一
定値としてそれぞれ+1と一■である。これらを第1の
入力段ゲート301及び第2の入力段ゲート302の閾
値曲線の内側及び外側で検出するため直流のオフセット
電流I。iiを用意し。
第1の入力段ゲート301では入力信号Diと直流オフ
セット電流I otzとが同一方向に結合し。
第2の入力段ゲート302とでは入力信号Diと直流オ
フセット電流I 01fiとが逆方向に結合するように
しである。
第4図は第1図の121乃至123で用いたOR−AN
Dゲートのシンボルと対応する回路構成を示すものであ
る。同図で4.01,4.02がそれぞれ1個の0R−
ANDゲートである。同図で411.412は制御線入
力が1本のジョセフソン素子であるORゲート、413
,414は制御線入力が2本のジョセフソン素子である
ORゲートである。ジョセフソン素子411,412は
それぞれ信号人力A及びBを有する。0R−ANDゲー
ト40】の出力電流I outは I out= A−B の関係を満たす、ジョセフソン素子413は信号人力A
、及びA2を、ジョセフソン素子414は信号人力B工
及びB2をそれぞれ有する。OR・ANDゲート402
の出力電流工。、はI out:(Ax + Ax) 
・(Bx + Bz)の関係を満たす。
第5図は第1図の131で用いた複合型ANDゲートの
シンボルと対応する回路構成を示すものである。同図で
501,502及び503がジョセフソン素子であり、
それぞれの制御入力線にはそれぞれ信号人力F、、X及
びXが印加されるとする。ジョセフソン素子502及び
503には並列に負荷抵抗504及び505が接続され
ており。
ここにそれぞれ出力電流S−Y及びRYが流れる。
第6図は第1図の133で用いた直流駆動出力バッファ
のシンボルと対応する回路構成を示すものである。同図
で601及び602がジョセフソン素子であり、それぞ
れ2重に結合した制御入力線を有する。621及び62
2は負荷抵抗。
623は安定化抵抗である。624は出力電流路であり
、ここに出力電流OUTが流れる。出力電流路624は
チップ内で閉じることも可能であるが、チップキャリア
上伝送路625及びチップ/チップギヤ9フ間接続部6
26を経由して他チップ上の出力電流路627に出力電
流を送ることもできる。この場合負荷抵抗621または
622に比して十分小さい抵抗分がチップキャリア上伝
送路625及びチップ/チップギヤ9フ間接続部626
に含まれることは差し支えない。
第7図は第1図の143で用いた直流駆動出力バッファ
のシンボルど対応する回路構成を示すものである。同図
で第1のジョセフソン素子701は1本の、第2のジョ
セフソン素子702は2本の制御入力線を有する6ジヨ
セフソン素子701の制御入力線及びジョセフソン素子
702の制御入力線の1本には書込実行信号2が、ジョ
セフソン素子702の制御入力線の残余の1本には直流
オフセットバイアスDCOFFSETがそれぞれ入力さ
れている。
ジョセフソン素子701及び702の動作点を第8図に
より説明する。同図の縦軸801はジョセフソン素子の
ゲート電流(素子自身に流れる電流)を表し、横軸80
2は制御線入力電流を表す。
閾値曲線803は、その内側が超電導状態で外側が電圧
状態であることを表す、書込実行信号2は第1図におけ
るアンプゲート142の出力電流で交流型式の信号であ
り、論理“1″の場合交流電源の正相(ケース1)また
は逆相(ケース2)の状態に対応して+1または一■の
電流値をとり。
論理“0”の場合(ケース3)0の電流値をとる。
この工の値が閾値周期の1/2になるようにアンプゲー
ト142が設計されているので、各ケースにおけるジョ
セフソン素子701の動作点は第8図の811,812
及び813の位置となる。
一方、DCOFFSETも閾値周期の172の値である
のでジョセフソン素子702の動作点は第8図の814
,813及び811の位置となる。
このためケース1及びケース2においては第1のジョセ
フソン素子701の動作点が閾値曲線の外側にあり、第
2のジョセフソン素子702の動作点が閾値曲線の内側
にある。このため第1のジョセフソン素子701が電圧
状態で第2のジョセフソン素子702が超電導状態をと
り、出力電流路703に第7図の矢印の向きを正向きと
して+Aの出力電流が流れる。ここでAは動作点のゲー
ト電流値よりも僅かに小さい値である。この出力電流が
論理“1”の直流型式の書込制御信号(WRITE)で
ある、一方、ケース3においては第1のジョセフソン素
子701の動作点が閾値曲線の内側にあり、第2のジョ
セフソン素子702の動作点が閾値曲線の外側にある。
このため第1のジョセフソン素子701が超電導状態で
第2のジョセフソン素子702が電圧状態をとり。
出力電流路703に−Aの出力電流が流れる。この出力
電流が論理1ffO“の直流型式の書込制御信号 (W
RiTE)であ−る。
本発明の別の実施例を第9図により説明する。
同図は第20図に示したリセット信号を受けるラッチ回
路の詳細を示すもので、直流駆動ブリップフロップ20
00を挟んで第1の交流駆動回路部分1501及び第2
の交流駆動回路部分1502とを含む。第2の交流駆動
回路部分1502は第3図の信号入力部と同様のセルフ
・ゲート・アンド回路であり、交流電源サイクルの立上
りの部分で直流駆動フリップフロップ2000のデータ
A、Aを読出し、その交流電源サイクルの間中同じデー
タを出力Q、Qとして保持する機能を有する。第1の交
流駆動回路部分15o1は第5図と同様の複合型AND
ゲートであり、第2の交流駆動回路部分1502の出力
データQ、Qの確定を待ってラッチ回路への入力データ
D、Dを直流駆動フリップフロップ2000にセット(
S)及びリセット(R)入力として伝える機能を有する
直流駆動フリッププロップ2000は第1.、第2及び
第3のジョセフソン素子2001゜2002及び200
3で構成される。第1及び第2のジョセフソン素子20
o1及び20o2は第2図に構成を示した3接合磁束量
子干渉型素子であるが、第3のジョセフソン素子200
3は2接合磁束量子干渉型素子であり、ゲート電流端子
と出力端子が一致している。
第11のジョセフソン素子201の第】の出力端子には
第1の負荷抵抗901の第1、の端子及び第1の安定化
抵抗905の第1の端子が接続され。
第1のジョセフソン素子2001の第2の出力端子には
第2の負荷抵抗902の第1の端子及び第2の安定化抵
抗906の第1の端子が接続され。
第2のジョセフソン素子2002の第1の出力端子には
第3の負荷抵抗903の第1の端子及び第1の安定化抵
抗905の第2の端子が接続され。
第2のジョセフソン素子2002の第2の出力端子には
第4の負荷抵抗904の第1の端子及び第2の安定化抵
抗906の第2の端子が接続され。
第2のジョセフソン素子20o2の基準端子と第3のジ
ョセフソン素子2003のゲート電流端子とが接続され
、第1のジョセフソン素子2o01の基準端子と第3の
ジョセフソン素子2003の基準電流端子及び負荷イン
ダクタンス907の第1の端子とが接続され、第1の負
荷抵抗901の第2の端子と第2の負荷抵抗902の第
2の端子とが共通に接続されて、この共通の接続点と負
荷インダクタンス907の第2の端子とを接続する配線
に真値側出力電流Aが流れ、第3の負荷抵抗903の第
2の端子と第4の負荷抵抗904の第2の端子とが共通
に接続されて、この共通の接続点と負荷インダクタンス
907の第2の端子とを接続する配線に補値側出力電流
Aが流れる。第1のジョセフソン素子2001のゲート
電流端子と第2のジョセフソン素子2002のゲート電
流端子には逆極性の直流バイアス電流が加えられる8第
1のジョセフソン素子2001及び第2のジョセフソン
素子2002の制御入力線には第1の交流駆動回路部分
1501からセット人力S及びリセット人力Rが S=D・(Q十可)、  R=百・(Q十可)としてそ
れぞれ印加される。第3のジョセフソン素子2003の
制御入力線には該ラッチへのリセット信号RESET及
び直流バイアス電流1bが印加される。
ここで該リセット信号は別の直流駆動フリッププロップ
2010の出力電流として直流型式で与えられる。直流
駆動フリップフロップ2010は第1の交流駆動回路部
分2021及び第2の交流駆動回路部分2022ととも
にやはりラッチを構成している。そして直流駆動フリッ
プフロップ2010を構成する2個のジョセフソン素子
2011及び2012は第1の交流駆動回路部分202
1の交流型式の出力電流RESOまたは以下余白 RESOで駆動される。
2接合磁束量子干渉型ジョセフソン素子2003の動作
点を第10図により説明する。同図の縦軸1001はジ
ョセフソン素子のゲート電流(素子自身に流れる電流)
を表し、横軸1002は制御線入力電流を表す。閾値曲
線1003は、その内側が超電導状態で外側が電圧状態
であることを表す。該ラッチへのリセット信号RESE
Tは直流駆動フリップフロップ2010の出力電流で直
流型式の信号であり、論理“1″または“0”の場合に
対応して土工または一■の電流値をとる。これらに直流
バイアス電流(ニー)を加えたI十工−及び−I+I−
がジョセフソン素子2003の論理“1nまたは“O”
の場合に対応した動作点となる。これらが閾値曲線の外
側及び内側に明確に分かれるように直流バイアス電流I
−の値が設定される。
本発明の別の実施例を第11図により説明する。
同図は第9図のラッチ回路における直流駆動フリップフ
ロップ2000に対するリセット信号の別の供給法を示
すもので、直流駆動フリップフロップ2000の第3の
ジョセフソン素子2003に制御入力線が1本しかなく
、ここに該ラッチへのリセット信号RESETが印加さ
れている。その代わり、直流駆動フリップフロップ20
10内において、第1のジョセフソン索子2o11の基
準端子、第2のジョセフソン素子2012の基準端子及
び負荷インダクタンス(RESET信号を伝える出力配
線)の第1の端子との接続点が接地され、接地点から該
負荷インダクタンスの第2の端子に向かって直流バイア
ス電流I−が直接注入されている。このような構成をと
っても負荷インダクタンスの抵抗分が0であれば直流バ
イアス電流ニーは該負荷インダクタンス以外のところに
は分流せず、動作を阻害することはない。
本発明の別の実施例を第12図により説明する。
同図は第9図のラッチ回路を複数個並列に並べた場合の
該ラッチへのリセット信号RESETの供給法を示すも
ので、ラッチ1ビツト1201を並列に並べ、各ビット
の直流駆動フリップフロップ2000内における第3の
ジョセフソン素子2o03の制御入力線を直列に接続し
、これを直流駆動フリップフロップ201oの負荷イン
ダクタンスとしたものである。
なお、第1図のようなインターフェース回路により交流
駆動回路から直流駆動書替可能メモリ(RAM)をアク
セスした場合、アドレス及びデータの確定から出力読出
しまで1サイクルが必要でり、大規模なメモリに対して
は十分なアクセス時間を保証可能であるというメリット
はあるものの、小規模なメモリに対してはアクセス時間
に余裕ができすぎてしまう。
交流駆動回路の1サイクル内で小規模なメモリ(キャッ
シュ)をアクセスする場合には、別の構成のレジスタフ
ァイルの使用も可能である。第13図は直流駆動フリッ
プフロップで記憶を行い。
交流駆動回路で書込み/読出しの制御を行うレジスタフ
ァイル1ピツトの構成を示すもので、直流駆動フリップ
フロップ1300.書込みワード選択部1301.読出
しワード選択部1302..出カセンス部1303でで
構成される。
直流駆動フリップフロップ1300は書込みワード選択
部1301からセット入力Si、を受けるジョセフソン
素子1311及びリセット入力R,Aを受けるジョセフ
ソン素子1312で構成され。
真値出力A 14及び補値出力瓦を読出しワード選択部
13o2に供給する。
書込みワード選択部13o1はワード信号WJを制御入
力に受けるジョセフソン素子1321及び1322で構
成され、ジョセフソン素子1321に並列に配置された
負荷抵抗1323に流れる出力電流が直流駆動フリップ
フロップ13oOへのセット人力SiJであり、ジョセ
フソン素子1322に並列に配置された負荷抵抗132
4に流れる出力電流が直流駆動フリップフロップ130
0へのリセット人力R14である。ジョセフソン素子1
321のゲート電流は書込みデータ入力D1を制御入力
に受けるジョセフソン索子1331の出力電流として与
えられ、ジョセフソン素子1322のゲート電流は書込
みデータ入力DIを制御入力に受けるジョセフソン素子
1332の出力電流として与えられる。これによりワー
ド信号Wjと書込みデータ入力DIの両方が発生した時
にセット入力SIJが発生し、ワード信号W−と書込み
データ入力5の両方が発生した時にリセット入力RIJ
が発生することになる。
読出しワード選択部13o2はワード信号W J 。
直流駆動フリップフロップ130oの真値出力電流、及
び補値出力A i aを制御入力に受けるジョセフソン
素子1341.1342及び1343で構成され、ジョ
セフソン素子1342に並列に配置された負荷抵抗13
44に流れる出力電流が出力センX11303への真値
出力電流HOt−であり。
ジョセフソン素子1343に並列に配置された負荷抵抗
1345に流れる出力電流が出力センス部1303への
補値出力電流HOs−である、ジョセフソン索子134
2及び1343のゲート電流はジョセフソン索子134
1の出力電流として与えられる。これによりワード信号
WJと直流駆動フリップフロップ1300の真値出力A
□の両方が発生した時に真値出力電流H01Jが発生し
、ワード信号W、と直流駆動フリップフロップ1300
の補値出力■の両方が発生した時に補値出力電流Ho魚
、が発生することになる。
出力センス部1303は読出しワード選択部1302の
真値出力電流HOL J及び補値出力電流HOt aを
受けるジョセフソン素子1351及び1352で構成さ
れる。それぞれのジョセフソン素子のゲート電流は交流
電源母線より給電される。
mワードnビットのレジスタファイルの構成を第14図
に示す。これは第13図に示したレジスタファイルの1
ビツト要素1401をm行n列のマトリックスに接続配
置したものである。
各行内のn個の1ビツト要$1401は隣接するビット
間でワード信号端子の1組を互いに接続される。
各列内のm個の1ビツト要素1401は隣接するビット
間で書込みワード選択部13o1のジョセフソン素子1
321及び1322のゲート電流端子、直流駆動フリッ
プフロップ1300の直流電源端子、読出しワード選択
部1302のジョセフソン素子1341のゲート電流端
子、出力センス部1303のジョセフソン素子1351
及び1352のゲート電流端子の6組を互いに接続され
る。
そして書込みワード選択部1301のジョセフソン素子
1321及び1322のゲート電流はまとめて、書込み
データ人力Diを制御入力に受けるジョセフソン素子1
33】の出力電流及び書込みデータ入力57を制御入力
に受けるジョセフソン素子1332の出力電流としてそ
れぞれ直列に与えられる。読出しワード選択部1302
のジョセフソン素子1341のゲート電流、出力センス
部1303のジョセフソン素子1351及び1352の
ゲート電流はまとめて交流電源母線より直列に給電され
る。そして出力センス部1303のm個の直列接続体の
交流電源母線の一端からの出力電流を電流増幅段に経由
させた信号Q、、 Qτが該レジスタファイルの該ビッ
トの出力信号となるのである。
〔発明の効果〕
以上説明した如く本発明の請求項1に記載した構成のイ
ンターフェース回路によれば、交流駆動ジョセフソン素
子から非同期で直流駆動回路をアクセスでき、かつ直流
駆動回路内の予定していないアドレスのデータを破壊し
たり書込み・読出しの競合が発生することもない、また
、請求項2に記載した構成のリセット機能付きラッチに
よれば。
ラッチにおける構成素子数の増加を最小限に抑えてリセ
ット機能を付加することができ、高集積化に効果がある
。また信号経由段数もリセット機能がない場合と同じに
留まるので回路の高速化にも効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明におけるインターフェース回路の一実施
例構成図、第2図(a)、(b)は基本素子となる磁束
結合型ジョセフソン素子のシンボルと対応する回路構成
を示す図、第3図(a)、(b)は第1図における信号
入力部1ビツトのシンボルと回路構成図、第4図は第1
図におけるOR・ANDゲートのシンボルと回路構成図
、第5図(a)、(b)は第1図における複合型AND
ゲートのシンボルと回路構成図、第6図(a)、(b)
は第11!lにおける信号出力部の直流駆動比カバソフ
ァのシンボルと回路構成図、第7図(a)、(b)は第
1図における書込制御信号出力部の直流駆動出力バッフ
ァのシンボルと回路構成図、第8図は第7図の直流駆動
比カバソファで用いるジョセフソン素子のしきい値曲線
と動作点を示す図、第9図は本発明によるリセット信号
を受けるラッチ回路の一実施例構成図、第10図は第9
図のラッチ回路で用いる2接合磁束量子干渉型ジョセフ
ソン素子のしきい値曲線と動作点を示す図、第11図は
第9図のラッチ回路における直流駆動フリップフロップ
に対するリセット信号の別の供給方式を示す図、第12
図は第9図のラッチ回路を複数個並列に並べた場合の直
流駆動フリップフロップに対するリセット信号の供給方
式を示す図、第13図は本発明によるレジスタファイル
1ビツト要素の構成を示す図、第14図は第13図の1
ビット要素をm行n列のマトリックスに接続配置したレ
ジスタファイルの構成を示す図、第15図は従来技術の
ラッチ回路の構成図、第16図は第15図ラッチ回路に
より単相交流電源で駆動されるジョセフソン集積回路内
の交流1サイクルにおけるラッチ回路前後のデータの流
れを示す図、第17図は第15図における最も単純な記
憶回路の構成を示す図、第18図は本発明によるインタ
ーフェース回路の概略構成を示す図、第19図は第18
図のインターフェース回路における交流1サイクルの各
信号の動作波形を示す図、第20図は本発明によるリセ
ット信号を受けるラッチ回路の構成を示す図である。 〈符号の説明〉 111〜114・・・信号入力部第O〜第3ビット12
1〜123,401,402−OR−ANDゲート 132・・・複合型ANDゲート 133.143・・・直流駆動出力バッファ801.1
001・・・縦軸(ゲート電流)802.1002・・
・横軸(制御線入力電流)803.1003・・・閾値
曲線 811・・・交流電源が正相時で論理“1”の場合のジ
ョセフソン素子701の動作点、及び論理“0”の場合
のジョセフソン素子702の動作点812・・・交流電
源が逆相時で論理“1”の場合のジョセフソン素子70
1の動作点 813・・・論理“0”の場合のジョセフソン素子70
1の動作点、及び交流電源が逆相時で論理“1”の場合
のジョセフソン素子702の動作点814・・・交流電
源が正相時で論理“1”の場合のジョセフソン素子70
2の動作点 17o1・・・アドレス入力 1702・・・データ入力 1703・・・書込制御信号 1704・・・データ出力 18oO・・・インターフェース回路 1801・・・交流駆動回路 1802・・・直流駆動回路 1811・・・信号入力部 12・・・入力信号検出終了判定部 13・・・信号出力部 14・・・書込制御信号出力部 21・・・交流駆動回路への交流型式の入力信号22・
・・入力検出終了信号 23・・・交流駆動回路からのアドレス出力信号24・
・・交流駆動回路からのデータ出力信号25・・・交流
駆動回路からの書込制御信号第2図 (b)回路植成 Δr 代理人弁理士  中 村 純之助 202−−−−テ′/<イスイ′/rクタシス203−
−−−7’>ヒ)7゛オaa 204.205−m−制御入力線 211−−−−−ゲート電う丸43− 213−−−第1の上刃;勢子 2+4−−−’42m出力婢子 30l−−一第[の入力段ケパ一ト 302−−−第2のλ力殺ケー上 +DC (a) DC (b) 第6図 +OC 第7図 第10図 802−・制−P剖E入力!、赴 第1I図 120+−−−−−ラ、シナlヒート 2003−−−−直うi?L鳥区動7リツアフロツア2
000内の第3f1ジョ’F!−7’/ ”/素子20
10−−−−直うL左動7 ’)#/ア70ツア第12
図 140+−−−ルジス?フr1ル1ビ、ト讐東第14図 剪13図 +500−−−一直シ真−島E重カフす1.フ・フ。1
.フ・+501−−−−’14 iめ交i丸に重力上l
B1502−−−−軍2f>交う糺に置引1FII−1
503,1504−〜−一ジコセ7ソン!IF、チ第1
5図 +602−−−一過濃s間帯 第16図 第17図 1901−−−交:、rLt遠電*:*e1821−−
女シ良に初回路への交副丸型式の入力1を号+822−
−・入力&、tl了信号 +ro3−−−1!’、電型式jの@込釈j檎計拮号1
701/1702−−−IL’、電型式jのアドレス/
テ1り入カイ宮号第19図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、交流駆動ジョセフソン回路と、直流駆動ジョセフソ
    ン回路と、これらの間に配置され、直流駆動回路からの
    入力信号を交流電源サイクルの立上りの部分で検出及び
    保持する信号入力部と、該信号入力部における全入力信
    号の検出終了を判定する入力信号検出終了判定部と、該
    検出終了信号の発生を待って交流駆動回路からの出力信
    号及び書込制御信号を直流駆動回路に出力しかつ上記出
    力信号よりも早く上記書込制御信号を切る信号出力部及
    び書込制御信号出力部とからなるインターフェース回路
    とを備えたことを特徴とする交流直流電源併用型ジョセ
    フソン集積回路。 2、第1と第2の交流駆動ジョセフソン回路の間に直流
    駆動フリップフロップを配置し、上記第2の交流駆動ジ
    ョセフソン回路は交流電源サイクルの立上りの部分で上
    記直流駆動フリップフロップのデータを読出してその交
    流電源サイクルの間中保持し、上記第1の交流駆動ジョ
    セフソン回路は上記第2の交流駆動ジョセフソン回路の
    出力データの確定を待ってラッチ入力データを上記直流
    駆動フリップフロップに入力する構成のラッチ回路を含
    んでなる交流直流電源併用型ジョセフソン集積回路にお
    いて、上記直流駆動フリップフロップを3個のジョセフ
    ソン素子で構成し、そのうちの2個に上記第1の交流駆
    動ジョセフソン回路からの真値信号及び補値信号を印加
    し、残りの1個に、別の直流駆動フリップフロップの出
    力電流として与えられるリセット信号を印加することを
    特徴とする交流直流電源併用型ジョセフソン集積回路。
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