JPH05267730A - Superconductive analog-digital converter - Google Patents

Superconductive analog-digital converter

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Publication number
JPH05267730A
JPH05267730A JP4061773A JP6177392A JPH05267730A JP H05267730 A JPH05267730 A JP H05267730A JP 4061773 A JP4061773 A JP 4061773A JP 6177392 A JP6177392 A JP 6177392A JP H05267730 A JPH05267730 A JP H05267730A
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JP
Japan
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superconducting
quantizer
input
inductor
analog
Prior art date
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Pending
Application number
JP4061773A
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Japanese (ja)
Inventor
Korenori Oka
維▲禮▼ 丘
Mutsumi Hosoya
睦 細谷
Yutaka Harada
豊 原田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

PURPOSE:To devise a parallel type (flash type) ADC using comparators comprising QFP used for a quantizer and a sampler for composing a decoder converting gray code into natural binary numbers by QFP. CONSTITUTION:A comparator circuit is composed of a quantizer 300 using QFP and a sampler 400. Next, analog signals transmitted to an input line are converted into almost rectangular wave signals meeting the requirements excitation characteristics of QFP. Next, the DC compound of the quantizer output is cancelled by the sampler 400 to be sampled at the first transition of the sampler transient excitation for further conversion into digital signals. Finally, the title analog.digital converter can be composed if only proper input circuit and bias circuit are arranged and several comparators are connected in parallel with one another.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は極低温で動作する超電導
スイッチング回路に係り、特にジョセフソン素子を使っ
たパラメトロン型のスイッチング回路である量子磁束パ
ラメトロンを使ったアナログ.デジタル変換器に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting switching circuit which operates at a very low temperature, and in particular to an analog using a quantum flux parametron which is a parametron type switching circuit using Josephson elements. Regarding a digital converter.

【0002】[0002]

【従来の技術】ジョセフソン効果を示す超電導素子(以
下、ジョセフソン素子と称す)を使ったパラメトロン型
のスイッチング回路である量子磁束パラメトロン(Quant
um Flux Parametron, 以下、QFPと略す)は当技術分
野では公知であり、昭和59年度理化学研究所シンポジ
ウム予稿集第1−3頁及び48−78頁、昭和60年度
理化学研究所シンポジウム予稿集第1−13頁、昭和6
1年度理化学研究所シンポジウム予稿集第53−58頁
に開示されている。QFPは量子化された直流磁束を信
号媒体として使うスイッチング回路で、きわめて小さな
消費電力で高速の動作を行うため、計算機素子として優
れている。また、微弱な信号を高い利得で増幅するた
め、磁気センサ−のようなアナログ回路としても優れた
性質を持っている。
2. Description of the Related Art Quantum magnetic flux parametron (Quantum flux parametron) which is a parametron type switching circuit using a superconducting element showing the Josephson effect (hereinafter referred to as Josephson element)
um Flux Parametron, hereinafter abbreviated as QFP) is well known in the art, and is a summary of the 1994 RIKEN symposium proceedings pages 1-3 and 48-78. -13 pages, Showa 6
It is disclosed in the first year RIKEN symposium proceedings, pages 53-58. The QFP is a switching circuit that uses quantized DC magnetic flux as a signal medium, and is excellent as a computer element because it operates at high speed with extremely small power consumption. In addition, since a weak signal is amplified with a high gain, it has an excellent property as an analog circuit such as a magnetic sensor.

【0003】ジョセフソン素子を使ってアナログ.デジ
タル変換器(以下、ADCと略す)を実現する方法は公
知である。例えば、C.A.Hamilton, et al., "Supercond
ucting A/D Converter Using Latching Comparators" I
EEE Trans. Magn. Vol. MAG-21, No.2, pp197-199, Mar
1985.にジョセフソン素子を用いた量子干渉回路で構成
したADCが開示されている。このADCは半導体で作
製されたものの十倍以上の高速で動作することが示され
ている。従来のジョセフソン接合を使った回路はいわゆ
るラッチング動作を行わせる。該接合の状態は該接合を
流れる小さな電流に対して超電導状態と電圧状態と二つ
の安定状態がある。超電導状態にあるジョセフソン素子
は電圧状態に遷移させることは制御電流を印加すること
によって容易に実行できる。しかし、電圧状態にあるジ
ョセフソン素子を超電導状態に遷移させるには、該制御
電流を取り去っただけでは実行できない。該素子は電圧
状態にラッチされたという。このため、従来のジョセフ
ソン素子では、電圧状態にある素子を超電導状態に遷移
させるために、素子に印加されている電源を一回のラッ
チ動作ごとに一度遮断する動作(リセット)が必要であ
る。
Analog using a Josephson element. A method for realizing a digital converter (hereinafter abbreviated as ADC) is known. For example, CA Hamilton, et al., "Supercond
ucting A / D Converter Using Latching Comparators "I
EEE Trans. Magn. Vol. MAG-21, No.2, pp197-199, Mar
1985. discloses an ADC composed of a quantum interference circuit using Josephson elements. It has been shown that this ADC operates at a speed ten times or more higher than that made of a semiconductor. A circuit using a conventional Josephson junction causes a so-called latching operation. The state of the junction has two stable states, a superconducting state and a voltage state, for a small current flowing through the junction. The Josephson device in the superconducting state can be easily transited to the voltage state by applying a control current. However, the transition of the Josephson element in the voltage state to the superconducting state cannot be executed only by removing the control current. The device is said to be latched in a voltage state. Therefore, in the conventional Josephson element, in order to transition the element in the voltage state to the superconducting state, it is necessary to perform an operation (reset) of interrupting the power supply applied to the element once for each latch operation. ..

【0004】超電導インダクタとジョセフソン素子を含
む超電導ル−プからなるrf-SQUIDとQFPを使ってAD
Cを実現する方法は公知である。例えば、N.Shimizu, e
t al., "A New A/D Converter with Quantum Flux Para
metron" IEEE Trans. Magn.Vol. MAG-25, No.2, pp865-
868, 1989に、rf-SQUIDをクアンタイザ−に用い、QF
Pをサンプラ− (Sampler)と増幅器に用いて構成された
ADCが開示されている。また、該ADCは特願昭62
− 295780にも開示されている。ラッチ動作を行
わないQFPは高い周波数で動作することができる。
AD using rf-SQUID and QFP consisting of a superconducting loop including a superconducting inductor and a Josephson element
Methods for realizing C are known. For example, N.Shimizu, e
t al., "A New A / D Converter with Quantum Flux Para
metron "IEEE Trans. Magn.Vol. MAG-25, No.2, pp865-
868, 1989, using rf-SQUID as a quantizer, QF
An ADC constructed using P as a sampler and an amplifier is disclosed. In addition, the ADC is Japanese Patent Application No. Sho 62
-Also disclosed in 295780. A QFP that does not perform a latch operation can operate at a high frequency.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】高速でADCを動作さ
せるためには、高周波交流電源で動作させることになる
が、ラッチ型ジョセフソン素子を使うとADCの動作に
以下の制限を加える。 (1)リセット動作は高速で行わせると零でない確率で
パンチスル−(punch-through) という誤動作が起きるた
めに、ADCの動作速度が制限される。 (2)サンプリング中に入力デ−タが変化しないよう、
極めて幅の狭い高周波パルスが必要である。
In order to operate the ADC at a high speed, the high frequency AC power supply is used, but the use of the latch type Josephson element imposes the following restrictions on the operation of the ADC. (1) If the reset operation is performed at a high speed, a malfunction called punch-through occurs with a probability other than zero, so that the operation speed of the ADC is limited. (2) Make sure that the input data does not change during sampling.
Very narrow high frequency pulses are required.

【0006】QFPはジョセフソン素子の電圧状態を使
わないためにパンチスル−が問題にならない。また励振
過渡特性の立上りで入力信号をサンプリングし増幅して
出力する素子であるために上記問題点(2)を回避でき
る。しかし、rf-SQUIDをクアンタイザ−に用いるために
以下の動作制限がある。 (1)rf-SQUIDは線形的に変化する入力に対し、のこぎ
り波形を出力し、低い部分のrf-SQUID出力がサンプリン
グされる時にノイズでサンプラ−が誤動作する確率が高
い。 (2)QFPの最高動作速度は入力の絶対値が大きいほ
ど高いために、クアンタイザ−の低い出力はサンプリン
グ周波数の高速化を制限する。
Since the QFP does not use the voltage state of the Josephson device, punchthrough does not become a problem. The problem (2) can be avoided because it is an element that samples, amplifies, and outputs the input signal at the rise of the excitation transient characteristic. However, since rf-SQUID is used as a quantizer, there are the following operation restrictions. (1) The rf-SQUID outputs a sawtooth waveform with respect to a linearly changing input, and when the rf-SQUID output in the low part is sampled, noise is likely to cause the sampler to malfunction. (2) Since the maximum operating speed of the QFP increases as the absolute value of the input increases, the low output of the quantizer limits the speeding up of the sampling frequency.

【0007】従来の技術ではQFPをクアンタイザ−に
使ったADCはまだ議論されていない。
In the prior art, an ADC using QFP as a quantizer has not been discussed yet.

【0008】本発明の目的はより正確にそしてより高い
周波数で動作するADCをQFPを使って実現すること
にある。
An object of the present invention is to realize an ADC that operates more accurately and at a higher frequency by using QFP.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この目的のために、本発
明ではQFPをクアンタイザ−とサンプラ−に使用して
構成するコンパレ−タ回路とグレ−コ−ドを自然2進数
に変換するQFPのデコ−ダを使うADCを提案する。
To this end, according to the present invention, a comparator circuit constructed by using a QFP for a quantizer and a sampler and a QFP for converting a gray code to a natural binary number are used. We propose an ADC that uses a decoder.

【0010】[0010]

【作用】QFPをクアンタイザ−に使用すると理想の矩
形波に近い出力が得られる。この出力をQFPで構成さ
れるサンプラーに注入しサンプリングして増幅されるこ
とによって極めて高周波で動作するADCができる。ま
た、QFPでグレ−コ−ドから自然2進数に変換するデ
コ−ダを構成すると、pipelined 方式でサンプリングと
同じ周波数でコ−ド変換ができる。
When the QFP is used as the quantizer, an output close to an ideal rectangular wave can be obtained. By injecting this output into a sampler composed of QFP, sampling and amplifying it, an ADC operating at extremely high frequency can be obtained. Further, if a decoder for converting a gray code to a natural binary number is constructed by QFP, code conversion can be performed at the same frequency as sampling by the pipelined method.

【0011】[0011]

【実施例】以下に実施例を用いて本発明を説明する。図
2は本発明で使用するQFPの例である。QFPは、2
個のジョセフソン素子201、202とル−プ.インダ
クタとして超電導インダクタ203a,204aで超電
導ル−プ210を構成している。この超電導ル−プ21
0には超電導負荷インダクタ205が接続されている。
超電導インダクタ203a,204aには励振インダク
タとしてインダクタ203b,204bが磁気結合して
いる。励振電源206から供給し、励振配線207を介
して流れる励振電流の発生する磁束は超電導インダクタ
203a,204a、インダクタ203b,204bを
介して超電導ル−プに鎖交し、QFPを励振する。QF
Pの動作は昭和59年度理化学研究所シンポジウム予稿
集第1−3頁及び48−78頁、昭和60年度理化学研
究所シンポジウム予稿集第1−13頁、昭和61年度理
化学研究所シンポジウム予稿集第53−58頁に開示さ
れている。QFPの入力信号は入力線211を介して超
電導ル−プ210と負荷インダクタ205に注入され、
その信号電流の流れる方向に対応し、励振過渡の立上り
で入力信号がサンプリングし増幅される。
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples. FIG. 2 is an example of the QFP used in the present invention. QFP is 2
Number of Josephson elements 201, 202 and loop. As an inductor, superconducting loops 210 are composed of superconducting inductors 203a and 204a. This superconducting loop 21
A superconducting load inductor 205 is connected to 0.
Inductors 203b and 204b are magnetically coupled to the superconducting inductors 203a and 204a as excitation inductors. The magnetic flux supplied from the excitation power source 206 and generated by the excitation current flowing through the excitation wiring 207 is linked to the superconducting loop via the superconducting inductors 203a and 204a and the inductors 203b and 204b to excite the QFP. QF
The behavior of P is pp. 1-3 and 48-78 of the 1994 RIKEN symposium proceedings, 1960 of the RIETI symposium proceedings page 1-13, and 1986 RIETI symposium proceedings 53. -Page 58. The input signal of QFP is injected into the superconducting loop 210 and the load inductor 205 via the input line 211,
The input signal is sampled and amplified at the rising edge of the excitation transient corresponding to the direction in which the signal current flows.

【0012】本発明の請求項1のクアンタイザ−300
は図3の実施例で示されるように、一つのQFP 30
0とそれに接続されたバイアス線301と制御線302
と、該QFPのル−プ.インダクタに磁気結合された入
力インダクタ203c、204cとそれに接続されてい
る入力線303を用いて構成される。このクアンタイザ
−の出力特性はQFPの励振特性と同一である。ただ
し、クアンタイザ−の入力線303とバイアス線301
に供給される磁束はQFPの励振線で供給される励振磁
束に対応し、クアンタイザ−の制御線302はQFPの
入力線に対応する。図4にQFPの励振特性を示す。こ
の図はまたクアンタイザ−の出力特性でもある。図4か
ら分かるようにクアンタイザ−の平均出力を原点として
見たアナログ.デジタル変換のduty-cycleは制御電流に
よって変化することができる。従って、duty-cycleがク
アンタイザ−周期のちょうど半分になるように制御電流
を式(1)の条件を満たすように調節すれば良い。
The quantizer 300 according to claim 1 of the present invention.
Is a single QFP 30 as shown in the embodiment of FIG.
0 and bias line 301 and control line 302 connected to it
And the QFP loop. The input inductors 203c and 204c magnetically coupled to the inductor and the input line 303 connected thereto are used. The output characteristic of this quantizer is the same as the excitation characteristic of the QFP. However, the input line 303 and the bias line 301 of the quantizer
The magnetic flux supplied to the QFP corresponds to the excitation magnetic flux supplied by the QFP excitation line, and the control line 302 of the quantizer corresponds to the input line of the QFP. FIG. 4 shows the excitation characteristics of QFP. This figure is also the output characteristic of the quantizer. As can be seen from Fig. 4, analog with the average output of the quantizer as the origin. The duty cycle of digital conversion can be changed by the control current. Therefore, the control current may be adjusted so that the duty-cycle becomes exactly half of the quantizer cycle so as to satisfy the condition of the equation (1).

【0013】[0013]

【数1】 [Equation 1]

【0014】ここで、Φ0 は磁束量子、LSは負荷インダ
クタンス値、Iinは入力電流値である。
Here, Φ 0 is a magnetic flux quantum, L S is a load inductance value, and I in is an input current value.

【0015】クアンタイザ−を使用するには、変換され
るアナログ信号をクアンタイザ−の入力線から供給し、
クアンタイザ−のバイアス線から供給する磁束で出力の
デジタル信号の”0”、”1”の境目を移動する方法を
取ればよい。
To use the quantizer, the analog signal to be converted is supplied from the input line of the quantizer,
The magnetic flux supplied from the bias line of the quantizer may be used to move the boundary between "0" and "1" of the output digital signal.

【0016】図5は本発明のクアンタイザ−の他の構造
を示している。図5に示す構造は、入力信号を印加する
のに、図3のように磁気結合を介するのではなく、直接
電流を注入する形態のものである。そのために、入力線
303はクアンタイザ−のル−プ.インダクタ203a
とジョセフソン素子201の間に直接接続し、入力の戻
り線はクアンタイザ−のル−プ.インダクタ204aと
ジョセフソン素子202の間に直接接続された。従っ
て、入力電流によって超電導インダクタ203a,20
4aで発生する磁束は全部クアンタイザ−の超電導ル−
プに鎖交する。該クアンタイザ−の制御線302はイン
ダクタ314、超電導トランス315と超電導インダク
タ316を介して負荷と接続する。図5の回路は図3の
回路と比べて漏れ磁束がないほか,ほぼ同一動作をする
と考えてよい。
FIG. 5 shows another structure of the quantizer of the present invention. The structure shown in FIG. 5 is a form in which an electric current is directly injected to apply an input signal, not through magnetic coupling as in FIG. For that purpose, the input line 303 is a loop of the quantizer. Inductor 203a
And the Josephson element 201, and the input return line is the Quantizer loop. It was directly connected between the inductor 204a and the Josephson element 202. Therefore, depending on the input current, the superconducting inductors 203 a, 20
All the magnetic flux generated in 4a is a superconducting rule of a quantizer.
Interlink The control line 302 of the quantizer is connected to a load via an inductor 314, a superconducting transformer 315 and a superconducting inductor 316. The circuit of FIG. 5 has no leakage magnetic flux as compared with the circuit of FIG. 3, and may be considered to operate almost the same.

【0017】図1は本発明の請求項3の実施例である。
ADCに使用するコンパレ−タは前記図3か図5のクア
ンタイザ−とQFPを使ったサンプラ−で構成される。
以下、簡略のために図3のクアンタイザ−だけを示すが
図5のクアンタイザ−も適用できる。図1では、クアン
タイザ−300は出力電流を超電導インダクタ311、
超電導トランス312、超電導インダクタ313を介し
てサンプラ−400の入力に供給する。しかし、クアン
タイザ− 300の出力電流は制御電流と同じ方向にし
か流れない。デジタル信号として使うためには、この出
力電流の直流部分を取り除く必要がある。従って、サン
プラ−の入力線314にクアンタイザ−出力電流の直流
部分をキャンセルするように入力電流を入れる。結果的
に、クアンタイザ−に線形的に変化するアナログ入力信
号が流されるとき、サンプラ−の実効入力はほぼ正負対
称の矩形波信号になる。サンプラ−400の励振線に高
周波を印加することによって実効入力を高速にサンプリ
ングして増幅することができる。
FIG. 1 shows a third embodiment of the present invention.
The comparator used in the ADC is composed of the quantizer shown in FIG. 3 or 5 and the sampler using QFP.
Hereinafter, only the quantizer of FIG. 3 is shown for simplification, but the quantizer of FIG. 5 is also applicable. In FIG. 1, the Quantizer-300 outputs the output current to the superconducting inductor 311,
It is supplied to the input of the sampler 400 via the superconducting transformer 312 and the superconducting inductor 313. However, the output current of the quantizer 300 only flows in the same direction as the control current. To use it as a digital signal, it is necessary to remove the DC part of this output current. Therefore, the input current is input to the input line 314 of the sampler so as to cancel the DC portion of the output current of the quantizer. As a result, when a linearly varying analog input signal is applied to the quantizer, the effective input of the sampler becomes a square wave signal of approximately positive and negative symmetry. By applying a high frequency to the excitation line of the sampler 400, the effective input can be sampled and amplified at high speed.

【0018】図6は本発明によるクアンタイザ−回路の
動作をコンピュ−タで回路シミュレ−ションした結果で
ある。この例では、入力電流を零から一定の割合で増加
したもので、該電流により発生しクアンタイザ−に鎖交
する磁束に対して磁束量子の単位で出力波形が繰り返
す。図7はサンプラ−の実効入力の回路シミュレ−ショ
ンした結果であり、図6の波形から平均値が引かれたも
のである。図8はサンプラ−の出力の回路シミュレ−シ
ョンした結果である。サンプラ−は50GHzの正弦波
で両極励振し、入力信号をサンプリング、増幅して、所
定の動作を行っている。
FIG. 6 shows the result of circuit simulation by a computer of the operation of the quantizer circuit according to the present invention. In this example, the input current is increased from zero at a constant rate, and the output waveform is repeated in units of magnetic flux quantum with respect to the magnetic flux generated by the current and interlinking with the quantizer. FIG. 7 shows the result of circuit simulation of the effective input of the sampler, which is obtained by subtracting the average value from the waveform of FIG. FIG. 8 shows the result of circuit simulation of the output of the sampler. The sampler excites both polarities with a sine wave of 50 GHz, samples and amplifies an input signal, and performs a predetermined operation.

【0019】図9は本発明のADCに使うコンパレ−タ
の他の例である。図9の回路では、クアンタイザ−30
0は超電導インダクタ318を介してサンプラー400
に直接接続して、コンパレ−タを構成する。
FIG. 9 shows another example of the comparator used in the ADC of the present invention. In the circuit of FIG. 9, the quantizer-30
0 is a sampler 400 via a superconducting inductor 318.
To form a comparator.

【0020】図10は本発明の請求項6、サンプラ−の
サンプリング特性を改良した構成である。図10の回路
では、サンプラ−600の超電導インダクタ203a,
204aに並列にジョセフソン素子216を接続して、
励振磁束の磁束レギュレ−タを構成した例である。この
磁束レギュレ−タの動作原理は特願昭62−22620
2に開示されている。この構造で、ジョセフソン素子2
16の臨界電流と超電導インダクタ203a,204a
のインダクタンス値の積を大きくすると、磁束レギュレ
−タの特性にヒステリシス現象が現れるようになる。こ
のヒステリシス現象を利用すると、極めて短い時間内に
サンプラ−を非励振状態から励振状態に遷移することが
できるため、サンプリング時間を極めて短いものにする
ことができる。
FIG. 10 shows a constitution in which the sampling characteristic of the sampler according to claim 6 of the present invention is improved. In the circuit of FIG. 10, the superconducting inductor 203a of the sampler 600,
A Josephson device 216 is connected in parallel with 204a,
It is the example which constituted the magnetic flux regulator of excitation magnetic flux. The operation principle of this magnetic flux regulator is Japanese Patent Application No. 62-22620.
2 is disclosed. With this structure, Josephson device 2
16 critical currents and superconducting inductors 203a, 204a
When the product of the inductance value of is increased, a hysteresis phenomenon appears in the characteristics of the magnetic flux regulator. By utilizing this hysteresis phenomenon, the sampler can be transited from the non-excited state to the excited state within an extremely short time, so that the sampling time can be made extremely short.

【0021】本発明によるコンパレ−タ回路を用いてA
DCを構成するにはD.A.Petersen et al.,"A High-Spee
d Analog-to-Digital Converter Using Josephson Self
-Gating-AND Comparators," IEEE Trans. Magn., Vol.M
AG-21, No.2, pp.200-203, Mar 1985に開示されている
梯子型抵抗網を用いて入力電流を順次半分に分流させる
方法、C.A.Hamilton et al., "Superconducting A/D Co
nverter Using Latching Comparators," IEEE Trans. M
agn.,Vol. MAG-21, No.2, pp.197-199, Mar 1985 に開
示されている入力トランスの結合の強さを変える方法
と、J.W.Spargo etal., "A Pipelined Gray Code-to-Na
tural Binary Decoder for Use in a Josephson A/D Co
nverter," IEEE Trans. Magn.,Vol. MAG-19, No.3, pp.
1255-1258,May 1983 に開示されているアナログ信号を
まずグレ−コ−ドに変換し、更にデコ−ダ回路で自然2
進数に変換する方法がある。いずれの方法を用いても、
本発明のコンパレ−タ回路を用いてADCを構成でき
る。
Using the comparator circuit according to the present invention, A
To configure DC, DAPetersen et al., "A High-Spee
d Analog-to-Digital Converter Using Josephson Self
-Gating-AND Comparators, "IEEE Trans. Magn., Vol.M
AG-21, No.2, pp.200-203, Mar 1985, A method of shunting the input current in half using a ladder-type resistor network, CA Hamilton et al., "Superconducting A / D Co
nverter Using Latching Comparators, "IEEE Trans. M
agn., Vol. MAG-21, No.2, pp.197-199, Mar 1985, JWSpargo et al., "A Pipelined Gray Code-to- Na
tural Binary Decoder for Use in a Josephson A / D Co
nverter, "IEEE Trans. Magn., Vol. MAG-19, No.3, pp.
The analog signal disclosed in 1255-1258, May 1983 is first converted into a gray code, and then further processed by a decoder circuit.
There is a method to convert to a base number. Whichever method you use,
An ADC can be constructed using the comparator circuit of the present invention.

【0022】図11は梯子型回路を用いてADCを構成
した一例である。梯子型回路とは、直列抵抗501と並
列抵抗502が交互に直並列に接続された回路で最終段
を抵抗503で終端した構造である。並列抵抗502の
抵抗値は直列抵抗501及び終端抵抗503の抵抗値の
2倍である。この回路構成では各並列抵抗502に流れ
る電流は順次1/2に分流される。各並列抵抗502の
先には本発明のコンパレ−タ回路500が接続され、並
列抵抗に流れる電流を磁束量子単位でサンプリングし、
増幅する。
FIG. 11 shows an example in which an ADC is constructed by using a ladder type circuit. The ladder circuit is a circuit in which a series resistor 501 and a parallel resistor 502 are alternately connected in series and parallel, and has a structure in which the final stage is terminated by a resistor 503. The resistance value of the parallel resistance 502 is twice the resistance value of the series resistance 501 and the termination resistance 503. In this circuit configuration, the current flowing through each parallel resistor 502 is sequentially divided into 1/2. The comparator circuit 500 of the present invention is connected to the end of each parallel resistor 502, and the current flowing through the parallel resistor is sampled in a magnetic flux quantum unit.
Amplify.

【0023】図12は入力信号を入力トランスを介して
入力する図1、図9の実施例に有効なADCの構成例で
ある。図12の方法は入力トランス103A,103
B,103C,103Dの結合係数を順次1/2ずつに
減少させ、各入力トランスを同じテンプレ−トを持つコ
ンパレ−タ500に接続する構成である。この構成でも
図11のADCと同じ動作を行うことは明かである。
FIG. 12 shows an example of the configuration of an ADC which is effective in the embodiments of FIGS. 1 and 9 for inputting an input signal through an input transformer. The method of FIG. 12 uses the input transformers 103A and 103
In this configuration, the coupling coefficients of B, 103C, and 103D are sequentially reduced by 1/2, and each input transformer is connected to the comparator 500 having the same template. It is clear that this configuration also performs the same operation as the ADC of FIG.

【0024】図11、図12の回路構成によるアナロ
グ.デジタル変換の原理は第13図で説明される。アナ
ログ信号をデジタル信号に変換するには、図13に示す
ように、周期が倍づつ異なるテンプレ−トを変換ビット
数だけ用意し、入力信号がどの位置に相当するかを調べ
る。例えば、図13の例では、入力信号が(11)のと
き、このテンプレ−トを使って(1011)を出力す
る。図12の回路例では、周期が倍のテンプレ−トを用
意する変わりに電流を順次1/2に小さくし、一種類の
テンプレ−トで変換を行うものである。図13の例は、
アナログ信号を自然2進数に変換する例である。出力デ
ジタル信号の”0”、”1”境目が図13のようになる
ためにはADCにバイアス抵抗回路を設け、各々コンパ
レ−タのクアンタイザ−のバイアス線によって磁束−1
/4Φ0 を印加すれば良い。従って、図11、図12の
バイアス回路の抵抗504、505、506と507は
同一抵抗値である。
An analog circuit having the circuit configuration shown in FIGS. The principle of digital conversion is explained in FIG. In order to convert an analog signal into a digital signal, as shown in FIG. 13, templates each having a different cycle by a number corresponding to the number of conversion bits are prepared and the position of the input signal is examined. For example, in the example of FIG. 13, when the input signal is (11), (1011) is output using this template. In the circuit example of FIG. 12, instead of preparing a template having a double period, the current is successively reduced to 1/2 and conversion is performed by one type of template. The example in FIG. 13 is
This is an example of converting an analog signal into a natural binary number. In order that the boundary between "0" and "1" of the output digital signal becomes as shown in FIG. 13, a bias resistor circuit is provided in the ADC, and the magnetic flux is set to -1 by the bias line of the quantizer of the comparator.
It is sufficient to apply / 4Φ 0 . Therefore, the resistors 504, 505, 506 and 507 of the bias circuits of FIGS. 11 and 12 have the same resistance value.

【0025】図14はグレ−コ−ドを用いた梯子型AD
Cの構成例である。入力抵抗回路は該図の示す様に接続
するが、図11の入力抵抗回路と違って最大有効ビット
のコンパレ−タの入力が更に分けられない。バイアス抵
抗回路は該図の示す様に最大有効ビットのコンパレ−タ
だけに接続される。図15はグレ−コ−ドを用いる入力
トランス型ADCの構成例である。入力トランス103
A,103B,103Cの結合係数は順次1/2ずつに
小さくなるが、入力トランス103Dは入力トランス1
03Cの結合係数と同じである。アナログ信号をグレ−
コ−ドに変換する原理は図16に示す。グレ−コ−ドを
自然2進数に変換するデコ−ダの構成例は図17に示さ
れる。該デコ−ダは数2の変換方法で最大有効ビットか
ら順次に下位の有効ビットをXOR論理演算で求める
が、完全pipelined 方式の構成であるために、コンパレ
−タのサンプリング速度と同じ周波数でコ−ド変換でき
る。デコ−ダに使用するXOR論理演算ゲ−トは2段の
QFPで構成されるが、一例を図18で示す。
FIG. 14 shows a ladder type AD using a gray code.
It is a structural example of C. The input resistance circuit is connected as shown in the figure, but unlike the input resistance circuit of FIG. 11, the input of the comparator of the maximum effective bit cannot be further divided. The bias resistance circuit is connected only to the comparator of the maximum effective bit as shown in the figure. FIG. 15 shows an example of the configuration of an input transformer type ADC using a gray code. Input transformer 103
Although the coupling coefficient of A, 103B, and 103C becomes smaller by 1/2, the input transformer 103D becomes the input transformer 1.
The same as the coupling coefficient of 03C. Gray analog signal
The principle of code conversion is shown in FIG. An example of the structure of a decoder for converting a gray code into a natural binary number is shown in FIG. The decoder sequentially obtains the lower significant bits from the maximum significant bit by the XOR logical operation by the conversion method of Equation 2, but since it has a completely pipelined system configuration, the decoder has the same frequency as the sampling rate of the comparator. -It can be converted. The XOR logic operation gate used for the decoder is composed of two stages of QFP, and an example is shown in FIG.

【0026】[0026]

【数2】 [Equation 2]

【0027】[0027]

【発明の効果】以上説明した如く、本発明を用いれば、
次のような利点のあるADCを構成できる。 (1)励振過渡の立上りでサンプリングするために電源
余裕が大きい。 (2)ノイズによる誤変換が少なく、変換ビット数が多
くできる。 (3)クアンタイザ−の出力がほぼ同じ絶対値であるた
めに、今までQFPで構成されるADCより高速でサン
プリングできる。 (4)グレ−コ−ドを用いれば誤変換が最大1ビットに
しか起きられないために、より正確なADCができる。
As described above, according to the present invention,
An ADC having the following advantages can be constructed. (1) The power supply margin is large because sampling is performed at the rising edge of the excitation transient. (2) Less erroneous conversion due to noise and a larger number of conversion bits (3) Since the output of the quantizer has almost the same absolute value, it is possible to perform sampling at a higher speed than the ADC configured by QFP so far. (4) If a gray code is used, erroneous conversion can occur in only 1 bit at the maximum, so that a more accurate ADC can be performed.

【0028】従って、本発明は高速ADCを実現するた
めに重要な手段を提供するものである。
Therefore, the present invention provides an important means for realizing a high speed ADC.

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

【図1】本発明によるコンパレ−タの第1の実施例の概
略図。
FIG. 1 is a schematic view of a first embodiment of a comparator according to the present invention.

【図2】本発明に使用するQFPの一例の実施例の概略
図。
FIG. 2 is a schematic diagram of an example of an example of a QFP used in the present invention.

【図3】本発明によるクアンタイザ−の第1の実施例の
概略図。
FIG. 3 is a schematic diagram of a first embodiment of a quantizer according to the present invention.

【図4】図3に示されたクアンタイザ−の出力特性を表
すグラフ。
FIG. 4 is a graph showing output characteristics of the quantizer shown in FIG.

【図5】本発明による他のクアンタイザ−の実施例の概
略図。
FIG. 5 is a schematic view of another quantizer embodiment according to the present invention.

【図6】本発明によるクアンタイザ−の出力を表すグラ
フ。
FIG. 6 is a graph showing the output of a quantizer according to the present invention.

【図7】図6の出力とサンプラ−のバイアス入力を足し
て得られるサンプラーの実行入力を表わすグラフ。
FIG. 7 is a graph showing the execution input of the sampler obtained by adding the output of FIG. 6 and the bias input of the sampler.

【図8】本発明によるコンパレ−タの出力を表すグラ
フ。
FIG. 8 is a graph showing the output of the comparator according to the present invention.

【図9】本発明による他のコンパレ−タの実施例の概略
図。
FIG. 9 is a schematic view of an embodiment of another comparator according to the present invention.

【図10】図1に示されるコンパレ−タにジョセフソン
素子を付けた構造を表す概略図。
10 is a schematic view showing a structure in which a Josephson device is attached to the comparator shown in FIG.

【図11】本発明に従うグレ−コ−ドを用いない4ビッ
ト構成の抵抗分流型ADC回路の構成図。
FIG. 11 is a block diagram of a resistance shunt type ADC circuit having a 4-bit configuration without using a gray code according to the present invention.

【図12】本発明に従うグレ−コ−ドを用いない4ビッ
ト構成の入力トランス型ADC回路の構成図。
FIG. 12 is a block diagram of an input transformer type ADC circuit having a 4-bit configuration without using a gray code according to the present invention.

【図13】グレ−コ−ドを用いないアナログ.デジタル
変換方式を説明するグラフ。
FIG. 13: Analog without gray code. The graph explaining a digital conversion method.

【図14】本発明に従うグレ−コ−ドを用いた4ビット
構成の抵抗分流型ADC回路の構成図。
FIG. 14 is a block diagram of a 4-bit resistance shunting ADC circuit using a gray code according to the present invention.

【図15】本発明に従うグレ−コ−ドを用いた4ビット
構成の入力トランス型ADC回路の構成図。
FIG. 15 is a configuration diagram of an input transformer type ADC circuit having a 4-bit configuration using a gray code according to the present invention.

【図16】グレ−コ−ドを用いたアナログ.デジタル変
換方式を説明するグラフ。
FIG. 16 is an analog diagram using a gray code. The graph explaining a digital conversion method.

【図17】グレ−コ−ドを自然2進数に変換するpipeli
ned 方式デコ−ダ回路の構成図。
Figure 17: Pipeli to convert gray code to natural binary
The block diagram of a ned system decoder circuit.

【図18】QFPを使用したXOR演算回路の構成図。FIG. 18 is a configuration diagram of an XOR operation circuit using QFP.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

103A,103B,103C,103D…入力トラン
ス、201、202…ジョセフソン素子、203a、2
04a…超電導インダクタ、203b、204b…イン
ダクタ、203c、204c…インダクタ、205…超
電導負荷インダクタ、206…励振電源、207…励振
配線、210…QFPの超電導ル−プ、216…ジョセ
フソン素子、300…クアンタイザ−、301…クアン
タイザ−のバイアス線、302…クアンタイザ−の制御
線、303…クアンタイザ−の入力線、311、313
…超電導インダクタ、312…超電導トランス、314
…インダクタ、315…超電導トランス、316…超電
導インダクタ、318…超電導インダクタ、400…サ
ンプラ−、500…コンパレ−タ、501、502、5
03…抵抗、504、505、506、507…抵抗、
600…デコ−ダ、700a,700b,700c…量
子磁束パラメトロン。
103A, 103B, 103C, 103D ... Input transformer, 201, 202 ... Josephson element, 203a, 2
04a ... Superconducting inductor, 203b, 204b ... Inductor, 203c, 204c ... Inductor, 205 ... Superconducting load inductor, 206 ... Excitation power supply, 207 ... Excitation wiring, 210 ... QFP superconducting loop, 216 ... Josephson element, 300 ... Quantizer, 301 ... Quantizer bias line, 302 ... Quantizer control line, 303 ... Quantizer input line, 311, 313
… Superconducting inductors 312… Superconducting transformers 314
Inductor 315 Superconducting transformer 316 Superconducting inductor 318 Superconducting inductor 400 Sampler 500 Comparator 501 502 5
03 ... resistance, 504, 505, 506, 507 ... resistance,
600 ... Decoder, 700a, 700b, 700c ... Quantum magnetic flux parametron.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】二つのル−プ.インダクタとジョセフソン
素子を含む超電導ル−プ、この超電導ル−プに接続され
た負荷インダクタ、および前記ル−プ.インダクタに磁
気結合した励振インダクタから構成される量子磁束パラ
メトロン、と前記超電導ル−プと負荷インダクタの接点
に接続された制御線、前記励振インダクタに接続された
バイアス線、及び前記ル−プ.インダクタと磁気接合さ
れている入力インダクタとそれに接続された入力線にア
ナログ信号を流す手段から構成される超電導クアンタイ
ザ−(quantizer)を有する超電導アナログ.デジタル変
換器。
1. Two loops. A superconducting loop including an inductor and a Josephson element, a load inductor connected to the superconducting loop, and the loop. A quantum flux parametron composed of an exciting inductor magnetically coupled to the inductor, a control line connected to the contact point of the superconducting loop and the load inductor, a bias line connected to the exciting inductor, and the loop. A superconducting analog having a superconducting quantizer composed of an input inductor magnetically joined to the inductor and a means for sending an analog signal to the input line connected to the input inductor. Digital converter.
【請求項2】特許請求の範囲第1項において、入力線が
直接に前記クアンタイザ−のル−プ.インダクタとジョ
セフソン素子の間に接続し、アナログ信号を流す手段を
特徴とする超電導クアンタイザ−を有する超電導アナロ
グ.デジタル変換器。
2. An input line according to claim 1, wherein the input line is directly connected to the loop of the quantizer. A superconducting analog having a superconducting quantizer, which is connected between an inductor and a Josephson element and has means for flowing an analog signal. Digital converter.
【請求項3】特許請求の範囲第1項または第2項におい
て、前記量子磁束パラメトロンと、その超電導ル−プと
負荷インダクタの接点に接続された入力線と、その励振
インダクタに接続された励振線に励振電流を流す手段か
らなるサンプラ−と、 前記クアンタイザ−とを備え、アナログ入力信号が該ク
アンタイザ−を介してサンプラ−に入力され、該サンプ
ラ−の励振線に励振信号を流すことによってサンプリン
グし、増幅されることを特徴とするコンパレ−タから構
成される超電導アナログ.デジタル変換器。
3. The quantum flux parametron according to claim 1, an input line connected to a contact point of the superconducting loop and a load inductor, and an excitation connected to the excitation inductor. A sampler comprising a means for flowing an excitation current through a line, and the quantizer, wherein an analog input signal is input to the sampler via the quantizer, and sampling is performed by causing the excitation signal to flow through the excitation line of the sampler. A superconducting analog composed of a comparator which is characterized by being amplified. Digital converter.
【請求項4】特許請求の範囲第1項または第2項におい
て、前記クアンタイザ−が、前記サンプラ−とは独立し
た超電導ル−プを形成して、該クアンタイザ−の負荷イ
ンダクタと該サンプラ−の負荷インダクタとの間に並列
に超電導変圧器を設けることによって、該クアンタイザ
−と該サンプラ−が磁気結合しており、該クアンタイザ
−の入力線からアナログ入力信号が供給されることを特
徴とする超電導アナログ.デジタル変換器。
4. The quantizer according to claim 1 or 2, wherein the quantizer forms a superconducting loop independent of the sampler, and the load inductor of the quantizer and the sampler are connected to each other. By providing a superconducting transformer in parallel with a load inductor, the quantizer and the sampler are magnetically coupled, and an analog input signal is supplied from an input line of the quantizer. analog. Digital converter.
【請求項5】特許請求の範囲第1項または第2項におい
て、前記クアンタイザ−が、超電導インダクタを介し
て、前記サンプラ−と直列結合しており、該クアンタイ
ザ−の励振インダクタに接続された入力線からアナログ
入力信号が供給されることを特徴とする超電導アナロ
グ.デジタル変換器。
5. The input according to claim 1 or 2, wherein the quantizer is connected in series with the sampler via a superconducting inductor and is connected to an exciting inductor of the quantizer. A superconducting analog characterized in that an analog input signal is supplied from the wire. Digital converter.
【請求項6】特許請求の範囲第3項、第4項または第5
項において、前記サンプラ−のル−プ.インダクタに並
列にジョセフソン素子が接続されていることを特徴とす
る超電導アナログ.デジタル変換器。
6. Claims 3, 4, or 5
Section of the sampler loop. A superconducting analog in which a Josephson element is connected in parallel with an inductor. Digital converter.
【請求項7】特許請求の範囲第3項において、入力電流
を分流する入力抵抗回路が設けられており、この入力抵
抗回路により分流された各電流がそれぞれの前記コンパ
レ−タに供給されること、 バイアス電流をそれぞれコンパレ−タに供給するために
バイアス抵抗回路が設けられることを特徴とする超電導
アナログ.デジタル変換器。
7. An input resistance circuit for shunting an input current is provided in claim 3, and each current shunted by the input resistance circuit is supplied to each of the comparators. , A superconducting analog in which a bias resistance circuit is provided to supply a bias current to each comparator. Digital converter.
【請求項8】特許請求の範囲第7項において、前記入力
抵抗回路が抵抗器を梯子状に配置して構成されるもので
あることを特徴とする超電導アナログ.デジタル変換
器。
8. The superconducting analog device according to claim 7, wherein the input resistance circuit is formed by arranging resistors in a ladder shape. Digital converter.
【請求項9】特許請求の範囲第3項または第7項におい
て、複数の前記コンパレ−タのそれぞれとの結合係数が
異なり、入力信号の特定倍数または特定倍数分の1の電
流信号を各コンパレ−タに供給する入力トランスと、 バイアス電流をそれぞれコンパレ−タに供給するために
バイアス抵抗回路が設けられることを特徴とする超電導
アナログ.デジタル変換器。
9. The method according to claim 3 or 7, wherein the coupling coefficient with each of the plurality of comparators is different, and a current signal of a specific multiple or a specific multiple of the input signal is supplied to each comparator. -A superconducting analog circuit characterized in that an input transformer for supplying the bias current to the comparator and a bias resistance circuit for supplying the bias current to the comparator are provided. Digital converter.
【請求項10】特許請求の範囲第1項において、出力デ
ジタル信号がグレ−コ−ドである場合、そのグレ−コ−
ドを自然2進数に変換するために量子磁束パラメトロン
で構成されるpipelined 方式デコ−ダが設けられること
を特徴とする超電導アナログ.デジタル変換器。
10. The gray code according to claim 1, when the output digital signal is a gray code.
A superconducting analog characterized in that a pipelined type decoder composed of quantum flux parametrons is provided to convert the codes into natural binary numbers. Digital converter.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100919872B1 (en) * 2007-11-24 2009-09-30 인하대학교 산학협력단 Digital to Analog converter having binary decoder type
US11224968B2 (en) 2014-05-06 2022-01-18 Sarcos Lc Energy recovering legged robotic device
US11331809B2 (en) 2017-12-18 2022-05-17 Sarcos Corp. Dynamically controlled robotic stiffening element

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100919872B1 (en) * 2007-11-24 2009-09-30 인하대학교 산학협력단 Digital to Analog converter having binary decoder type
US11224968B2 (en) 2014-05-06 2022-01-18 Sarcos Lc Energy recovering legged robotic device
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