JPH05291956A - 超導電磁力計 - Google Patents
超導電磁力計Info
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- JPH05291956A JPH05291956A JP4076526A JP7652692A JPH05291956A JP H05291956 A JPH05291956 A JP H05291956A JP 4076526 A JP4076526 A JP 4076526A JP 7652692 A JP7652692 A JP 7652692A JP H05291956 A JPH05291956 A JP H05291956A
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/035—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using superconductive devices
- G01R33/0354—SQUIDS
- G01R33/0356—SQUIDS with flux feedback
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
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- H03M1/12—Analogue/digital converters
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- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
- Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
- Y10S505/842—Measuring and testing
- Y10S505/843—Electrical
- Y10S505/845—Magnetometer
- Y10S505/846—Magnetometer using superconductive quantum interference device, i.e. squid
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 高感度の超導電磁力計すなわちアナログディ
ジタル変換器を提供する。また、そのため、磁束電流特
性における望ましい操作点で超導電量子干渉装置を保持
する。 【構成】 ２つのジョセフソン接合２２，２４とセンタ
ータップ負荷インダクタンスを有する２重接合の超導電
量子干渉装置１０と、この負荷インダクタンスに２方向
に変化するアナログ信号電流を供給してインダクタンス
の電流の正の増分変化が第１接合を横断する出力パルス
を発生し、負の増分変化が第２接合を横断する出力パル
スを発生するようにする手段と、干渉装置を望ましい操
作点に保つ補正電流信号を負荷インダクタンスに供給す
る手段と、高周波振動信号電流を負荷インダクタンスに
供給する手段と、アナログ入力信号に等しいデジタル値
を出力パルスから発生させる手段と、デジタル値から補
正電流を発生させる手段とを備えている。
ジタル変換器を提供する。また、そのため、磁束電流特
性における望ましい操作点で超導電量子干渉装置を保持
する。 【構成】 ２つのジョセフソン接合２２，２４とセンタ
ータップ負荷インダクタンスを有する２重接合の超導電
量子干渉装置１０と、この負荷インダクタンスに２方向
に変化するアナログ信号電流を供給してインダクタンス
の電流の正の増分変化が第１接合を横断する出力パルス
を発生し、負の増分変化が第２接合を横断する出力パル
スを発生するようにする手段と、干渉装置を望ましい操
作点に保つ補正電流信号を負荷インダクタンスに供給す
る手段と、高周波振動信号電流を負荷インダクタンスに
供給する手段と、アナログ入力信号に等しいデジタル値
を出力パルスから発生させる手段と、デジタル値から補
正電流を発生させる手段とを備えている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、超導電アナログ／デ
ジタル変換器とアナログ／デジタル変換方法に関する。
なお、この発明は超導電磁力計と磁界測定方法を包含す
る。なお、この出願は、アーノルドＨ．シルバー等の”
２方向カウンターつき超導電アナログ／デジタル変換
器”と称する１９８４年９月７日出願の米国特許第648,
868 号との関連出願である。
ジタル変換器とアナログ／デジタル変換方法に関する。
なお、この発明は超導電磁力計と磁界測定方法を包含す
る。なお、この出願は、アーノルドＨ．シルバー等の”
２方向カウンターつき超導電アナログ／デジタル変換
器”と称する１９８４年９月７日出願の米国特許第648,
868 号との関連出願である。
【０００２】
【従来技術】高性能のＡ／Ｄ変換器は産業上及び軍事上
の目的から必要とされる。性能基準は感度、動的範囲及
びサンプリング率を備える。超導電装置を利用する磁力
計、勾配計等の高感度機器はその信号帯域幅、入信号の
急速回転率及び動的範囲の制限を受ける。この発明はか
かる不利益を解消するためになされたものである。
の目的から必要とされる。性能基準は感度、動的範囲及
びサンプリング率を備える。超導電装置を利用する磁力
計、勾配計等の高感度機器はその信号帯域幅、入信号の
急速回転率及び動的範囲の制限を受ける。この発明はか
かる不利益を解消するためになされたものである。
【０００３】ジョセフソン接合を利用するＡ／Ｄ変換に
ついては種々の文献がある。ジョンＰ．ハレル（John
P. Harrell)等は、電子装置に関するＩＥＥＥ会報（Vo
l.ED-27, No. 10, pp1887-96, 1980年10月）の中で公表
された”非ラッチ性のＳＱＵＩＤを備えたアナログ／デ
ジタル変換”と称する論文の中でこの技術について論じ
ている。なお、ＳＱＵＩＤは超導電量子干渉装置用かし
ら文字である。
ついては種々の文献がある。ジョンＰ．ハレル（John
P. Harrell)等は、電子装置に関するＩＥＥＥ会報（Vo
l.ED-27, No. 10, pp1887-96, 1980年10月）の中で公表
された”非ラッチ性のＳＱＵＩＤを備えたアナログ／デ
ジタル変換”と称する論文の中でこの技術について論じ
ている。なお、ＳＱＵＩＤは超導電量子干渉装置用かし
ら文字である。
【０００４】Ａ／Ｄ変換用ＳＱＵＩＤの操作理論は、ハ
レル等の上記論文の中で詳細に論じられており、ここで
は簡単にその概要を説明する。同様に、ジョセフソン接
合の操作理論は広く周知であり、多くの技術論文で論議
のテーマとなってきている。例えば、ハレル等の論文で
引用されたＢ．Ｄ．ジョセフソンの”隔壁を通過した超
電流”と称する論文（Advan. Phys., Vol. 14, pp419-5
1, 1965 年) 及びその他の論文を参照されたい。
レル等の上記論文の中で詳細に論じられており、ここで
は簡単にその概要を説明する。同様に、ジョセフソン接
合の操作理論は広く周知であり、多くの技術論文で論議
のテーマとなってきている。例えば、ハレル等の論文で
引用されたＢ．Ｄ．ジョセフソンの”隔壁を通過した超
電流”と称する論文（Advan. Phys., Vol. 14, pp419-5
1, 1965 年) 及びその他の論文を参照されたい。
【０００５】ジョセフソン接合は、電流がゼロから急激
に増大し、この時装置を横断する電圧に対応する増加が
ない領域を含む電流／電圧特性を有している。ＳＱＵＩ
Ｄは、一又はそれ以上のジョセフソン接合及び一又はそ
れ以上の誘導負荷を備えた回路である。単一接合ＳＱＵ
ＩＤは、インダクタンスを経由して接続したジョセフソ
ン接合を備える。もし電流がインダクタンスの一端に導
入され、他端が接地されるならば、その結果生ずる特性
は、ハレル論文において詳細に説明した通りＡ／Ｄ変換
用の基本を提供している。
に増大し、この時装置を横断する電圧に対応する増加が
ない領域を含む電流／電圧特性を有している。ＳＱＵＩ
Ｄは、一又はそれ以上のジョセフソン接合及び一又はそ
れ以上の誘導負荷を備えた回路である。単一接合ＳＱＵ
ＩＤは、インダクタンスを経由して接続したジョセフソ
ン接合を備える。もし電流がインダクタンスの一端に導
入され、他端が接地されるならば、その結果生ずる特性
は、ハレル論文において詳細に説明した通りＡ／Ｄ変換
用の基本を提供している。
【０００６】Ａ／Ｄ変換の見地から単一接合のＳＱＵＩ
Ｄの最も適切な特性は、ＳＱＵＩＤ内の磁束と導入電流
値との間の相互関係である。この磁束−電流の相互関係
は周期的函数で、選択された回路パラメータに依存する
複合値函数である。この相互関係の最も重要な側面は、
電流がわずかに且つ正確に反復可能増加分によって増大
するときはいつでも磁束は僅かな量により変化するとい
うことである。この磁束量は接合を経由して小さい然し
測定可能パルスを引きおこす。電流が減少すると、反対
側の極の磁束量が電流のそれぞれの正確な減少のため生
成され、反対極の対応する電圧は、接合をこえて生成さ
れる。
Ｄの最も適切な特性は、ＳＱＵＩＤ内の磁束と導入電流
値との間の相互関係である。この磁束−電流の相互関係
は周期的函数で、選択された回路パラメータに依存する
複合値函数である。この相互関係の最も重要な側面は、
電流がわずかに且つ正確に反復可能増加分によって増大
するときはいつでも磁束は僅かな量により変化するとい
うことである。この磁束量は接合を経由して小さい然し
測定可能パルスを引きおこす。電流が減少すると、反対
側の極の磁束量が電流のそれぞれの正確な減少のため生
成され、反対極の対応する電圧は、接合をこえて生成さ
れる。
【０００７】単一量子ＳＱＵＩＤの性能は、ハレル等の
論文において説明してあるＡ／Ｄ変換器用の基本を形成
する。アナログからデジタルへ変化される信号は、変化
電流として単一接合ＳＱＵＩＤに導入される。電流が予
め設定した増加分によって減少する度に、測定可能電圧
パルスは、接合を横断して発生する。このようにして、
単一接合ＳＱＵＩＤは、量子化器として機能する。この
ようにして生成するパルスはこの時一又はそれ以上のカ
ウンターで検出され且つカウントされる。もう一つの利
点は感度である。精細度を決定する電流の増加分は極端
に小さくすることができる。磁束量は単に2.０７×１０
-15 weber にすぎず、電流増加分は負荷インダクタンス
（ヘンリー＝電磁誘導係数で測定された）の数値によっ
て分割された値によって与えられる。
論文において説明してあるＡ／Ｄ変換器用の基本を形成
する。アナログからデジタルへ変化される信号は、変化
電流として単一接合ＳＱＵＩＤに導入される。電流が予
め設定した増加分によって減少する度に、測定可能電圧
パルスは、接合を横断して発生する。このようにして、
単一接合ＳＱＵＩＤは、量子化器として機能する。この
ようにして生成するパルスはこの時一又はそれ以上のカ
ウンターで検出され且つカウントされる。もう一つの利
点は感度である。精細度を決定する電流の増加分は極端
に小さくすることができる。磁束量は単に2.０７×１０
-15 weber にすぎず、電流増加分は負荷インダクタンス
（ヘンリー＝電磁誘導係数で測定された）の数値によっ
て分割された値によって与えられる。
【０００８】電流−磁束の相互関係の周期特性は高度に
精巧な装置に生ずるけれども、操作の基本モードは２つ
の重要な制限を受ける。一つは、もし入力信号の値が急
速にねじれ回転するならば、発生する磁束変化の各々を
検出することは可能ではない。もう一つは、基本形式に
おける装置の感度が一つの磁束量に限定されるというこ
とである。一つの量子以下の感度を得る試みは極度に限
定された動的範囲に生じた。微量の感度を得る一つの試
みは、磁束−電流曲線上で安定した操作点を保持するた
めフィードバック信号を使用することである。基本的に
言えば、これは高周波振動電流をジョセフソン装置に付
与し、その結果生ずる出力信号を振動周波数で感知する
ことによって達成される。フィードバックループは高周
波数出力構成要素をゼロ、即ちもし磁束−電流曲線の操
作点が望ましいある場合においてのみ得られる状態に移
動するため利用される。実際上、フィードバック信号は
程度の表示を提供し、そしてその程度に変換される入力
信号は、操作点を妨害されないままに残しておいた信号
とは異なる。然し乍ら、この構成はねじれ回転率と動的
範囲においてなお制限を受ける。加えて、この方式は装
置の精度を減じるアナログ増幅器又は積分器を使用する
必要がある。
精巧な装置に生ずるけれども、操作の基本モードは２つ
の重要な制限を受ける。一つは、もし入力信号の値が急
速にねじれ回転するならば、発生する磁束変化の各々を
検出することは可能ではない。もう一つは、基本形式に
おける装置の感度が一つの磁束量に限定されるというこ
とである。一つの量子以下の感度を得る試みは極度に限
定された動的範囲に生じた。微量の感度を得る一つの試
みは、磁束−電流曲線上で安定した操作点を保持するた
めフィードバック信号を使用することである。基本的に
言えば、これは高周波振動電流をジョセフソン装置に付
与し、その結果生ずる出力信号を振動周波数で感知する
ことによって達成される。フィードバックループは高周
波数出力構成要素をゼロ、即ちもし磁束−電流曲線の操
作点が望ましいある場合においてのみ得られる状態に移
動するため利用される。実際上、フィードバック信号は
程度の表示を提供し、そしてその程度に変換される入力
信号は、操作点を妨害されないままに残しておいた信号
とは異なる。然し乍ら、この構成はねじれ回転率と動的
範囲においてなお制限を受ける。加えて、この方式は装
置の精度を減じるアナログ増幅器又は積分器を使用する
必要がある。
【０００９】多くの特許は、種々の設計の超導電Ａ／Ｄ
変換器を開示されている。米国特許第3,983,419 号(Fan
g)は、サンプル及び保持装置又はアナログ信号に接続し
たパルス発生器のいずれかとして使用可能なＳＱＵＩＤ
を開示する。その結果生じる信号はこの時Ａ／Ｄ変換器
で使用可能で、その詳細は開示されていない。米国特許
第3,458,735 号（Fiske)は、Ａ／Ｄ変換用多数のジョセ
フソン接合を利用する方式を開示している。米国特許第
4,315,255 号(Harris 等) は、電圧ラッチ型の複合ＳＱ
ＵＩＤを利用するＡ／Ｄ変換器を開示している。
変換器を開示されている。米国特許第3,983,419 号(Fan
g)は、サンプル及び保持装置又はアナログ信号に接続し
たパルス発生器のいずれかとして使用可能なＳＱＵＩＤ
を開示する。その結果生じる信号はこの時Ａ／Ｄ変換器
で使用可能で、その詳細は開示されていない。米国特許
第3,458,735 号（Fiske)は、Ａ／Ｄ変換用多数のジョセ
フソン接合を利用する方式を開示している。米国特許第
4,315,255 号(Harris 等) は、電圧ラッチ型の複合ＳＱ
ＵＩＤを利用するＡ／Ｄ変換器を開示している。
【００１０】ジョセフソン接合を使用するＡ／Ｄ変換器
を開示するもう１つの特許に、米国特許第3,949,395 号
(Klein) がある。このクラインの米国特許は、変換の連
続近似技術における比較装置としてジョセフソン接合を
ラッチする複合電圧を利用する。上述した従来技術より
明らかな点は、超導電Ａ／Ｄ変換器にはなお改良の必要
があるということである。理想的な変換器は高感度と高
速度を備えるべきであるが、大きな動的範囲と急速なね
じれ回転つきの入力信号を受入れる能力を備えていなけ
ればならない。
を開示するもう１つの特許に、米国特許第3,949,395 号
(Klein) がある。このクラインの米国特許は、変換の連
続近似技術における比較装置としてジョセフソン接合を
ラッチする複合電圧を利用する。上述した従来技術より
明らかな点は、超導電Ａ／Ｄ変換器にはなお改良の必要
があるということである。理想的な変換器は高感度と高
速度を備えるべきであるが、大きな動的範囲と急速なね
じれ回転つきの入力信号を受入れる能力を備えていなけ
ればならない。
【００１１】
【発明の概要】この発明は、単独磁束量子の小分数に等
しい感度を有するが、然し急速な入力信号ねじれ回転率
を有するような超導電磁力計即ちアナログ／デジタル変
換器及びその変換方法に関する。端的に言えば、この発
明に係る装置は、第１及び第２接合ジョセフソン接合と
センタータップ付き負荷インダクタンスを有する２重接
合の超導電量子干渉装置（ＳＱＵＩＤ）と、一定ゲート
電流を負荷インダクタンスの中心に供給する手段と、２
方向変更アナログ信号電流を負荷インダクタンスに供給
する手段を具備する。負荷インダクタンス電流における
正の増分変化は第１接合を横断する電圧パルスの発生と
なり、一方負荷インダクタンスの負の増分変化は第２接
合を横断する電圧パルスの発生となる。
しい感度を有するが、然し急速な入力信号ねじれ回転率
を有するような超導電磁力計即ちアナログ／デジタル変
換器及びその変換方法に関する。端的に言えば、この発
明に係る装置は、第１及び第２接合ジョセフソン接合と
センタータップ付き負荷インダクタンスを有する２重接
合の超導電量子干渉装置（ＳＱＵＩＤ）と、一定ゲート
電流を負荷インダクタンスの中心に供給する手段と、２
方向変更アナログ信号電流を負荷インダクタンスに供給
する手段を具備する。負荷インダクタンス電流における
正の増分変化は第１接合を横断する電圧パルスの発生と
なり、一方負荷インダクタンスの負の増分変化は第２接
合を横断する電圧パルスの発生となる。
【００１２】加えて、この発明に係る装置は、磁束・電
流特性における望ましい操作点で超導電量子干渉装置を
保持するため補正電流信号を負荷インダクタンスに供給
する手段と、高周波振動信号電流を負荷インダクタンス
に供給する手段を備え、補正信号が超導電量子干渉装置
（ＳＱＵＩＤ）をその望ましい操作点で保持する時、振
動電流信号が各接合から出力パルスを生成するようにす
る。更に、この発明に係る装置は、アナログ入力信号に
等しいデジタル値を出力パルスから発生させる手段と、
デジタル値から補正電流を発生させる手段を備える。
流特性における望ましい操作点で超導電量子干渉装置を
保持するため補正電流信号を負荷インダクタンスに供給
する手段と、高周波振動信号電流を負荷インダクタンス
に供給する手段を備え、補正信号が超導電量子干渉装置
（ＳＱＵＩＤ）をその望ましい操作点で保持する時、振
動電流信号が各接合から出力パルスを生成するようにす
る。更に、この発明に係る装置は、アナログ入力信号に
等しいデジタル値を出力パルスから発生させる手段と、
デジタル値から補正電流を発生させる手段を備える。
【００１３】補正信号は、アナログ信号が補正電流の供
給に対し操作点をその望ましい位置から離間させる量を
表示することができる。それ故、補正信号は望ましい位
置で操作点を保持し、そうすることによって単一量子の
一部分としてのアナログ信号を表示可能なデジタル信号
を発生させる。然し乍ら、この装置の範囲は、１つの量
子に限定されない。何故なら、デジタル値を発生させる
手段は、磁束量子の整数に等しいカウントを保持するた
めの手段を備え、それによりアナログ信号は変化したた
めである。このカウントはまた次の周期的に発生し且つ
同一の操作点への静止操作点内の量子化された変化と結
合している。
給に対し操作点をその望ましい位置から離間させる量を
表示することができる。それ故、補正信号は望ましい位
置で操作点を保持し、そうすることによって単一量子の
一部分としてのアナログ信号を表示可能なデジタル信号
を発生させる。然し乍ら、この装置の範囲は、１つの量
子に限定されない。何故なら、デジタル値を発生させる
手段は、磁束量子の整数に等しいカウントを保持するた
めの手段を備え、それによりアナログ信号は変化したた
めである。このカウントはまた次の周期的に発生し且つ
同一の操作点への静止操作点内の量子化された変化と結
合している。
【００１４】より具体的に説明すると、デジタル信号を
発生させさる手段は、ＳＱＵＩＤから電圧パルスを検出
する手段と、フィードバックレジスタと、整数レジスタ
と、ＳＱＵＩＤから検出した出力パルスに応答してフィ
ードバックレジスタと整数レジスタを共に調整するため
の制御手段を備える。フィードバックレジスタは単一磁
束量子の一部分を表示可能なカウントをもつ。アナログ
信号がＳＱＵＩＤの操作点を移動させるような方法で変
化する時、制御手段はフィードバックレジスタを増加又
は減少させる。フィードバックレジスタはアナログ電流
が１つの磁束量子に等しい量によって変化する時オーバ
ーフローするように選択される。かくて、電流が磁束−
電流特性の次の転換点に操作点を移動させるに十分な量
によって変化した時、フィードバックレジスタはゼロに
クリアされ、整数レジスタは１増加する。これは効率的
に操作点を曲線上の次の望ましい位置に移動させ、整数
レジスタの中で磁束量子の数のカンウトを保持する。フ
ィードバックレジスタはデジタル／アナログ変換器に接
続しており、その出力はＳＱＵＩＤにフィードバックさ
れた補正電流である。
発生させさる手段は、ＳＱＵＩＤから電圧パルスを検出
する手段と、フィードバックレジスタと、整数レジスタ
と、ＳＱＵＩＤから検出した出力パルスに応答してフィ
ードバックレジスタと整数レジスタを共に調整するため
の制御手段を備える。フィードバックレジスタは単一磁
束量子の一部分を表示可能なカウントをもつ。アナログ
信号がＳＱＵＩＤの操作点を移動させるような方法で変
化する時、制御手段はフィードバックレジスタを増加又
は減少させる。フィードバックレジスタはアナログ電流
が１つの磁束量子に等しい量によって変化する時オーバ
ーフローするように選択される。かくて、電流が磁束−
電流特性の次の転換点に操作点を移動させるに十分な量
によって変化した時、フィードバックレジスタはゼロに
クリアされ、整数レジスタは１増加する。これは効率的
に操作点を曲線上の次の望ましい位置に移動させ、整数
レジスタの中で磁束量子の数のカンウトを保持する。フ
ィードバックレジスタはデジタル／アナログ変換器に接
続しており、その出力はＳＱＵＩＤにフィードバックさ
れた補正電流である。
【００１５】この発明に係るアナログ信号をデジタル信
号に変化させる変換方法は、操作点がヒステリシスルー
プの一つに対し中央的に位置した静止点で保持されてい
る限り、アナログ信号をＳＱＵＩＤに供給する手段と、
ゲート電流をＳＱＵＩＤに供給し周期的ヒステリシスル
ープで磁束−電流曲線を生成する手段と、高周波振動信
号をＳＱＵＩＤに供給して振動信号のサイクル毎に２つ
の出力パルスを生成する手段を備える。
号に変化させる変換方法は、操作点がヒステリシスルー
プの一つに対し中央的に位置した静止点で保持されてい
る限り、アナログ信号をＳＱＵＩＤに供給する手段と、
ゲート電流をＳＱＵＩＤに供給し周期的ヒステリシスル
ープで磁束−電流曲線を生成する手段と、高周波振動信
号をＳＱＵＩＤに供給して振動信号のサイクル毎に２つ
の出力パルスを生成する手段を備える。
【００１６】更に、上記変換方法はＳＱＵＩＤ接合から
出力パルスの存在又は不在を検出する手段、ＳＱＵＩＤ
に供給されたアナログ信号が操作点をＳＱＵＩＤ特性曲
線に沿って移動させる傾向にあるかどうかを検出したパ
ルスから決定する手段、もし移動が１サイクル内で期待
されたパルスの１つの非検出となるに十分であるならば
フィードバックレジスタを増加させる手段、フィードバ
ックレジスタに記憶された数値をアナログ補正信号に変
換する手段並びに補正信号をＳＱＵＩＤに供給して操作
点の検出した運動を補償する手段を備える。これは効果
的に望ましい位置での操作点をロックし、そしてフィー
ドバックレジスタは、アナログ信号が操作点に対応する
信号値から異なる程度を連続的に表示することができ
る。
出力パルスの存在又は不在を検出する手段、ＳＱＵＩＤ
に供給されたアナログ信号が操作点をＳＱＵＩＤ特性曲
線に沿って移動させる傾向にあるかどうかを検出したパ
ルスから決定する手段、もし移動が１サイクル内で期待
されたパルスの１つの非検出となるに十分であるならば
フィードバックレジスタを増加させる手段、フィードバ
ックレジスタに記憶された数値をアナログ補正信号に変
換する手段並びに補正信号をＳＱＵＩＤに供給して操作
点の検出した運動を補償する手段を備える。これは効果
的に望ましい位置での操作点をロックし、そしてフィー
ドバックレジスタは、アナログ信号が操作点に対応する
信号値から異なる程度を連続的に表示することができ
る。
【００１７】更に、この変換方法には、アナログ信号が
少なくとも１つの全量子以上その予め検出された値から
ねじれ回転したかどうかを検出したパルスから決定する
手段と、整数レジスタを増加させ全磁束量子の数を記録
する手段からなり、それによりアナログ信号は変化す
る。更に、この発明に係る変換方法は、アナログ信号の
運動の全量子を表示できるフィードバックレジスタが何
時オーバーフローするかを検出する手段と、且つ整数レ
ジスタを増加させ且つ同時にオーバーフローが検出され
る時フィードバックレジスタをクリアする手段を備え
る。
少なくとも１つの全量子以上その予め検出された値から
ねじれ回転したかどうかを検出したパルスから決定する
手段と、整数レジスタを増加させ全磁束量子の数を記録
する手段からなり、それによりアナログ信号は変化す
る。更に、この発明に係る変換方法は、アナログ信号の
運動の全量子を表示できるフィードバックレジスタが何
時オーバーフローするかを検出する手段と、且つ整数レ
ジスタを増加させ且つ同時にオーバーフローが検出され
る時フィードバックレジスタをクリアする手段を備え
る。
【００１８】上述の点から明らかなことは、フィードバ
ックレジスタは最も意味のない端で望ましいデジタル結
果について多数のビットを備えているという点である。
一方整数レジスタは最も意味のある端でデジタル結果の
残りを含む。この発明の制御手段は入力信号を迅速にね
じれ回転させるように配慮する。もし信号が急速にねじ
れ回転して２つの変化が同じ方向で検出されるならば、
これは装置の操作点が特性曲線上の次の複合値位置に効
果的にジャンプしたことを示す。制御手段はこの状況に
注意するため整数レジスタを増加又は減少させるので、
振動信号率よりもっと急速にねじれ回転する信号でさえ
この発明に係る装置によって正しく変換される。
ックレジスタは最も意味のない端で望ましいデジタル結
果について多数のビットを備えているという点である。
一方整数レジスタは最も意味のある端でデジタル結果の
残りを含む。この発明の制御手段は入力信号を迅速にね
じれ回転させるように配慮する。もし信号が急速にねじ
れ回転して２つの変化が同じ方向で検出されるならば、
これは装置の操作点が特性曲線上の次の複合値位置に効
果的にジャンプしたことを示す。制御手段はこの状況に
注意するため整数レジスタを増加又は減少させるので、
振動信号率よりもっと急速にねじれ回転する信号でさえ
この発明に係る装置によって正しく変換される。
【００１９】更に、上述より明らかなことは、この発明
は高性能なアナログ／デジタル変換器を提供するもの
で、この分野で際立った技術的進歩を示している。特
に、この変換器は極めて高い感度を実現しており、動的
範囲の損失はなく、高い入力信号ねじれ回転率を操作す
る能力をもつ。 実施例 この発明は、超導電アナログ／デジタル変換器とアナロ
グ／デジタル変換方法に関する。従来、このタイプの高
性能アナログ／デジタル変換器は、感度、動的範囲及び
急速高ねじれ回転率をもつ入力信号を処理する能力の点
で制約を受けている。
は高性能なアナログ／デジタル変換器を提供するもの
で、この分野で際立った技術的進歩を示している。特
に、この変換器は極めて高い感度を実現しており、動的
範囲の損失はなく、高い入力信号ねじれ回転率を操作す
る能力をもつ。 実施例 この発明は、超導電アナログ／デジタル変換器とアナロ
グ／デジタル変換方法に関する。従来、このタイプの高
性能アナログ／デジタル変換器は、感度、動的範囲及び
急速高ねじれ回転率をもつ入力信号を処理する能力の点
で制約を受けている。
【００２０】この発明によれば、２重接合超導電量子干
渉装置（ＳＱＵＩＤ）は、変換したアナログ信号の構成
要素から発生した補正信号を付与することによって磁束
・電流特性において望ましい点で作動させる。アナログ
信号が変化するにつれ、補正信号は又望ましい操作点を
保持するよう変化する。第１図に示す通り、この発明に
係る変換器は２重接合の超導電量子干渉装置１０と、２
進パルス検出器１２、制御論理１４、フィードバックレ
ジスタ１６、整数レジスタ１８と、デジタル／アナログ
変換器（ＤＡＣ）２０を備える。上記装置１０は、共通
の接地端子でもって背中合わせに接続した２つのジョセ
フソン接合２２、２４と、接地と誘導子センタータップ
間で付与したゲート電流源２８をもつ中央タップ付き負
荷誘導子を備える。電流は３つの入力巻線即ち、振動入
力巻線３０と、補正電流巻線３２と、アナログ入力巻線
３９を介し負荷誘導子に接続される。その他の方法とし
ては、単独の入力巻線を用いて、３つの入力信号を、巻
線と抵抗器の適正な接続と組合せることである。
渉装置（ＳＱＵＩＤ）は、変換したアナログ信号の構成
要素から発生した補正信号を付与することによって磁束
・電流特性において望ましい点で作動させる。アナログ
信号が変化するにつれ、補正信号は又望ましい操作点を
保持するよう変化する。第１図に示す通り、この発明に
係る変換器は２重接合の超導電量子干渉装置１０と、２
進パルス検出器１２、制御論理１４、フィードバックレ
ジスタ１６、整数レジスタ１８と、デジタル／アナログ
変換器（ＤＡＣ）２０を備える。上記装置１０は、共通
の接地端子でもって背中合わせに接続した２つのジョセ
フソン接合２２、２４と、接地と誘導子センタータップ
間で付与したゲート電流源２８をもつ中央タップ付き負
荷誘導子を備える。電流は３つの入力巻線即ち、振動入
力巻線３０と、補正電流巻線３２と、アナログ入力巻線
３９を介し負荷誘導子に接続される。その他の方法とし
ては、単独の入力巻線を用いて、３つの入力信号を、巻
線と抵抗器の適正な接続と組合せることである。
【００２１】アナログ入力信号は、アナログ入力巻線３
４に供給され、高周波クロック信号はクロック発生器３
６から振動入力巻線３０に供給される。周知の通り、超
導電量子干渉装置１０の磁束・電流特性は、第２図に示
す通り周期的に変化する函数である。周期的間隔で、曲
線はヒステリシス効果を示し、そして適切なゲート電流
でもって複合磁束値をもつ。この発明に係る装置におい
ては、クロック発生器３６からの振動信号は符号４０で
示した閉ループを介し磁束と電流を反復するに十分な増
幅をもつよう選択される。磁束の突然変化する地点４２
と４４で、出力パルスは上記装置１０により発生され
る。正に変化にとって、出力パルスは上記装置から出力
ライン４６、４８の一つに発生し、一方負の変化にとっ
て出力パルスは２つの出力ラインの他方に発生する。こ
のような方法による２重接合の超導電量子干渉装置の操
作法がクロスリファレンスの米国特許出願に開示されて
いる。装置の操作点が静止操作点５０で保持される限
り、装置は２つの出力ライン４６と４８で交互の出力パ
ルスを継続して発送する。静止操作点は周期性Φ0 ＝2.
０７×１０-15 weber をもって発生する半定量値の一つ
である。もし装置がこの操作点から離れ、例えば符号４
０に示す領域に移動するならば、これは負の変化の非発
生を招来させる結果となる。もしアナログ信号が継続し
て増大するならば、次にもう一つの正の変化がおき、こ
の時装置は曲線中の新しい操作点で操作される。
４に供給され、高周波クロック信号はクロック発生器３
６から振動入力巻線３０に供給される。周知の通り、超
導電量子干渉装置１０の磁束・電流特性は、第２図に示
す通り周期的に変化する函数である。周期的間隔で、曲
線はヒステリシス効果を示し、そして適切なゲート電流
でもって複合磁束値をもつ。この発明に係る装置におい
ては、クロック発生器３６からの振動信号は符号４０で
示した閉ループを介し磁束と電流を反復するに十分な増
幅をもつよう選択される。磁束の突然変化する地点４２
と４４で、出力パルスは上記装置１０により発生され
る。正に変化にとって、出力パルスは上記装置から出力
ライン４６、４８の一つに発生し、一方負の変化にとっ
て出力パルスは２つの出力ラインの他方に発生する。こ
のような方法による２重接合の超導電量子干渉装置の操
作法がクロスリファレンスの米国特許出願に開示されて
いる。装置の操作点が静止操作点５０で保持される限
り、装置は２つの出力ライン４６と４８で交互の出力パ
ルスを継続して発送する。静止操作点は周期性Φ0 ＝2.
０７×１０-15 weber をもって発生する半定量値の一つ
である。もし装置がこの操作点から離れ、例えば符号４
０に示す領域に移動するならば、これは負の変化の非発
生を招来させる結果となる。もしアナログ信号が継続し
て増大するならば、次にもう一つの正の変化がおき、こ
の時装置は曲線中の新しい操作点で操作される。
【００２２】第２図の特性曲線から明らかなことは、曲
線上の電流位置は、上記装置１０の出力信号の分析から
決定である。Ａ信号とＢ信号と称されるこれらの信号の
検出は、２進法パルス検出器１２において実現される。
これは上記クロスリファレンス出願に開示したこのタイ
プの一対のフリップフロップ（開示せず）を備える。フ
リップフロップはクロック発生器３６からライン６０に
よって表示されたクロック信号により実現される。制御
論理１４はライン６２によって表示される通りパルス検
出器１２中のフリップフロップの状態を監視し、そして
制御信号をフィードバックレジスタ１６へのライン６４
上に、又整数レジスタ１８へのライン６６上に発生させ
る。
線上の電流位置は、上記装置１０の出力信号の分析から
決定である。Ａ信号とＢ信号と称されるこれらの信号の
検出は、２進法パルス検出器１２において実現される。
これは上記クロスリファレンス出願に開示したこのタイ
プの一対のフリップフロップ（開示せず）を備える。フ
リップフロップはクロック発生器３６からライン６０に
よって表示されたクロック信号により実現される。制御
論理１４はライン６２によって表示される通りパルス検
出器１２中のフリップフロップの状態を監視し、そして
制御信号をフィードバックレジスタ１６へのライン６４
上に、又整数レジスタ１８へのライン６６上に発生させ
る。
【００２３】もしＡとＢの出力がクロックサイクル中に
検出されるならば、これは振動信号が意図された効果を
もち、望ましい操作点でヒステリシスループを介しサイ
クルしていることを示す。換言すれば、装置用に同で操
作点を保持するためいかなる変化も必要とされない。も
しＢ信号でなくＡ信号が検出されるならば、これは操作
点がヒステリシスループから離間したということ即ち電
流は十分な磁束量子の当量よりも少ないいくらかの量に
よって増加したということを示している。制御論理１４
によって取られた作用は、フィードバックレジスタへの
出力を＋１の数値に予め設定することである。次のクロ
ックサイクルで、アナログ信号が新しいレベルで増大し
続け且つとどまるか又は元のレベルに復帰するかのいず
れかである。もし原操作点近くの元のレベルに復帰する
ならば、Ａ信号とＢ信号は再び検出され、制御論理によ
るどのような作用も取られない。然し乍ら、もし信号が
新しいレベルで継続して増大するか又はとどまるなら
ば、１又はそれ以上のクロックサイクルがあり、その間
でＡ信号もＢ信号のいずれも検出されない。上述の実施
例において、＋１数値は１によって増大するフィードバ
ックレジスタに出力される。
検出されるならば、これは振動信号が意図された効果を
もち、望ましい操作点でヒステリシスループを介しサイ
クルしていることを示す。換言すれば、装置用に同で操
作点を保持するためいかなる変化も必要とされない。も
しＢ信号でなくＡ信号が検出されるならば、これは操作
点がヒステリシスループから離間したということ即ち電
流は十分な磁束量子の当量よりも少ないいくらかの量に
よって増加したということを示している。制御論理１４
によって取られた作用は、フィードバックレジスタへの
出力を＋１の数値に予め設定することである。次のクロ
ックサイクルで、アナログ信号が新しいレベルで増大し
続け且つとどまるか又は元のレベルに復帰するかのいず
れかである。もし原操作点近くの元のレベルに復帰する
ならば、Ａ信号とＢ信号は再び検出され、制御論理によ
るどのような作用も取られない。然し乍ら、もし信号が
新しいレベルで継続して増大するか又はとどまるなら
ば、１又はそれ以上のクロックサイクルがあり、その間
でＡ信号もＢ信号のいずれも検出されない。上述の実施
例において、＋１数値は１によって増大するフィードバ
ックレジスタに出力される。
【００２４】この発明の鍵は、フィードバックレジスタ
に記憶された数値はアナログ値に変換され、補正電流と
して超導電量子干渉装置にフィードバックされるという
ことである。アナログへの変換はデジタル／アナログ変
換器２０に発生し、その出力はフィードバック抵抗器６
８を介し補正電流巻線３２に接続されている。もしアナ
ログ信号が、Ａ信号でなくＢ信号の検出の結果生じて減
少するならば、同じような一連の事態で発生する。フィ
ードバックレジスタの出力はこの時−１の値に予め設定
され、そしてもし次のサイクルがＡ信号又はＢ信号のい
ずれも検出しないならば、−１の値がフィードバックレ
ジスタ１６に検出される。
に記憶された数値はアナログ値に変換され、補正電流と
して超導電量子干渉装置にフィードバックされるという
ことである。アナログへの変換はデジタル／アナログ変
換器２０に発生し、その出力はフィードバック抵抗器６
８を介し補正電流巻線３２に接続されている。もしアナ
ログ信号が、Ａ信号でなくＢ信号の検出の結果生じて減
少するならば、同じような一連の事態で発生する。フィ
ードバックレジスタの出力はこの時−１の値に予め設定
され、そしてもし次のサイクルがＡ信号又はＢ信号のい
ずれも検出しないならば、−１の値がフィードバックレ
ジスタ１６に検出される。
【００２５】制御論理１４に対してはその他に２つの可
能性がある。もし２又はそれ以上の継続Ａ信号が検出さ
れるならば、このことは入力信号が１クロックサイクル
で原操作点から別の操作点へねじれ回転したということ
を示す。この状態に対し補正する試みというよりむし
ろ、制御論理が代りに＋１を整数レジスタ１８に出力す
る。同様に、同じクロックサイクルでの２つの連続Ｂ信
号の検出は、整数レジスタへの−１の送信となる。
能性がある。もし２又はそれ以上の継続Ａ信号が検出さ
れるならば、このことは入力信号が１クロックサイクル
で原操作点から別の操作点へねじれ回転したということ
を示す。この状態に対し補正する試みというよりむし
ろ、制御論理が代りに＋１を整数レジスタ１８に出力す
る。同様に、同じクロックサイクルでの２つの連続Ｂ信
号の検出は、整数レジスタへの−１の送信となる。
【００２６】
【数１】
【００２７】ぞれＡでもＢでもない。次の表の第１行目
の”処理された手続き”とは超導電量子干渉装置が最初
に第２図の低曲線（−）によって指示された負の状態に
あるとみなしている。もしこの装置が正の状態（＋）で
作動されるならば、表の第１行目は−１の代りに＋１の
予め設定した出力を示すべきである。
の”処理された手続き”とは超導電量子干渉装置が最初
に第２図の低曲線（−）によって指示された負の状態に
あるとみなしている。もしこの装置が正の状態（＋）で
作動されるならば、表の第１行目は−１の代りに＋１の
予め設定した出力を示すべきである。
【００２８】
【００２９】
【数２】
【００３０】
【数３】
【００３１】
【数４】
【００３２】 Ａｎ回 オーバーフロー出力＝ｎ−１と出
力を＋１に予め設定 Ｂｎ回 オーバーフロー出力＝−（ｎ＋
１）と出力を−１に予め設定 明らかなことは、フィードバックレジスタは量を表示す
るデジタル数量をいつでも含んでいるということで、ア
ナログ信号はこの量によって望ましい操作点での電流か
ら異なる。フィードバックレジスタは装置の特性曲線に
おける隣接操作点間のスパン（径間）に等しい全ての値
を有し、そして操作点を望ましい操作点以上又はそれ以
下で駆動する傾向にあるかどうかを示すべき記号表示を
搬送する。
力を＋１に予め設定 Ｂｎ回 オーバーフロー出力＝−（ｎ＋
１）と出力を−１に予め設定 明らかなことは、フィードバックレジスタは量を表示す
るデジタル数量をいつでも含んでいるということで、ア
ナログ信号はこの量によって望ましい操作点での電流か
ら異なる。フィードバックレジスタは装置の特性曲線に
おける隣接操作点間のスパン（径間）に等しい全ての値
を有し、そして操作点を望ましい操作点以上又はそれ以
下で駆動する傾向にあるかどうかを示すべき記号表示を
搬送する。
【００３３】フィードバックレジスタがオーバーフロー
になる場合、これは装置が隣接操作点間のフルスパンに
等しい補正を行なっていることを示している。この段階
で、オーバーフロー信号はライン６９を経由して整数レ
ジスタに供給し、それを＋１又は−１増分する。フィー
ドバックレジスタは同時にクリアされ正常な機能を果す
が、それは曲線上の新しい操作点においてである。
になる場合、これは装置が隣接操作点間のフルスパンに
等しい補正を行なっていることを示している。この段階
で、オーバーフロー信号はライン６９を経由して整数レ
ジスタに供給し、それを＋１又は−１増分する。フィー
ドバックレジスタは同時にクリアされ正常な機能を果す
が、それは曲線上の新しい操作点においてである。
【００３４】フィードバックレジスタと整数レジスタは
共に入力アナログ電流に等しいデジタル値を形成する。
より正確に言えば、それらは所与の始動点に対し入力信
号の値を形成する。整数レジスタの特定の設定にとっ
て、フィードバックレジスタは曲線上の隣接操作点間で
±１フルスパンの範囲にわたり補正を適用する。この発
明の主要な利点は、アナログ／デジタル変換器が極めて
高い感度と広い動的範囲と、急速なねじれ回転率を操作
する能力を有していることである。又、アナログ／デジ
タル変換器は一体的な同質の低温構造として形成されて
いる故に、雑音問題は発生しない。変換器の感度は、ア
ナログ信号電流と、補正電流と、高周波数振動信号の相
乗的効果により生じた超導電量子干渉装置内のそれぞれ
の独立したフラクソイド（fluxoid)変化を感知すること
によって得られる。フラクソイド事態の存在又は不在は
制御論理によって翻訳され、フィードバックレジスタは
上記干渉装置用の望ましい操作点を保持する補正電流を
生成するように調節されている。
共に入力アナログ電流に等しいデジタル値を形成する。
より正確に言えば、それらは所与の始動点に対し入力信
号の値を形成する。整数レジスタの特定の設定にとっ
て、フィードバックレジスタは曲線上の隣接操作点間で
±１フルスパンの範囲にわたり補正を適用する。この発
明の主要な利点は、アナログ／デジタル変換器が極めて
高い感度と広い動的範囲と、急速なねじれ回転率を操作
する能力を有していることである。又、アナログ／デジ
タル変換器は一体的な同質の低温構造として形成されて
いる故に、雑音問題は発生しない。変換器の感度は、ア
ナログ信号電流と、補正電流と、高周波数振動信号の相
乗的効果により生じた超導電量子干渉装置内のそれぞれ
の独立したフラクソイド（fluxoid)変化を感知すること
によって得られる。フラクソイド事態の存在又は不在は
制御論理によって翻訳され、フィードバックレジスタは
上記干渉装置用の望ましい操作点を保持する補正電流を
生成するように調節されている。
【００３５】超導電量子干渉装置（ＳＱＵＩＤ）の量子
化器の通常の感度は、一つの磁束量子の量によって大き
く決定される。即ち、 Φ0 ＝ｈ／２ｅ＝2.０７×１０-15 ｗｂ． この発明によれば、この量子の一部は次の式で表わされ
る。 Φ0 ×２-N 上記式に於いて、Ｎはデジタル／アナログ変換器（ＤＡ
Ｃ）とフィードバックレジスタにおける精度のビット数
を示す。
化器の通常の感度は、一つの磁束量子の量によって大き
く決定される。即ち、 Φ0 ＝ｈ／２ｅ＝2.０７×１０-15 ｗｂ． この発明によれば、この量子の一部は次の式で表わされ
る。 Φ0 ×２-N 上記式に於いて、Ｎはデジタル／アナログ変換器（ＤＡ
Ｃ）とフィードバックレジスタにおける精度のビット数
を示す。
【００３６】この絶対感度は、ＳＱＵＩＤの入力インダ
クタンスと入力信号との接続の効率によって部分的に決
定される。これらの配慮は直流式ＳＱＵＩＤ感知器と増
幅器に関する場合も同じである。その感度は又ＤＡＣの
精度と、電流／磁束曲線に関する振動増幅の精度に依存
する。この増幅はＳＱＵＩＤを望ましい操作点にロック
することができる精度に直接影響を及ぼす。もし振動増
幅があまりに大きな場合、アナログ信号が検出なしに変
化することができるデッドゾーンが依存する。
クタンスと入力信号との接続の効率によって部分的に決
定される。これらの配慮は直流式ＳＱＵＩＤ感知器と増
幅器に関する場合も同じである。その感度は又ＤＡＣの
精度と、電流／磁束曲線に関する振動増幅の精度に依存
する。この増幅はＳＱＵＩＤを望ましい操作点にロック
することができる精度に直接影響を及ぼす。もし振動増
幅があまりに大きな場合、アナログ信号が検出なしに変
化することができるデッドゾーンが依存する。
【００３７】変換器の全動的範囲は、上述した通り、ビ
ット数Ｎによって限定されない。動的範囲は次式で表わ
される。 Φ0 ×２-M 上式において、Ｍは整数レジスタのビット数である。変
換器のサンプリング率は、パルス検出、フィードバック
レジスタにおける蓄積、デジタル／アナログ変換器（Ｄ
ＡＣ）操作及びアナログ設定時間用に必要とした全時間
であるフィードバック時間定数によって限定される。単
一の磁束量子パルスは数兆分の１秒で発生させることが
でき、ジョセフソンＤＡＣは１０億分の１秒の半分以下
でサイクルすることができる。更に、制御論理は比較的
簡単である。従って、全ループ時間は１０-9秒の順序に
なるべきで、それは１ＧＳＰ（１秒につきギガサンプ
ル）に接近し且つほゞ５００Ｍｈｚにまで帯幅にするサ
ンプリング率を実現可能にする。クロック周波数は約１
０ＧＨｚ又はそれ以上になるべきである。
ット数Ｎによって限定されない。動的範囲は次式で表わ
される。 Φ0 ×２-M 上式において、Ｍは整数レジスタのビット数である。変
換器のサンプリング率は、パルス検出、フィードバック
レジスタにおける蓄積、デジタル／アナログ変換器（Ｄ
ＡＣ）操作及びアナログ設定時間用に必要とした全時間
であるフィードバック時間定数によって限定される。単
一の磁束量子パルスは数兆分の１秒で発生させることが
でき、ジョセフソンＤＡＣは１０億分の１秒の半分以下
でサイクルすることができる。更に、制御論理は比較的
簡単である。従って、全ループ時間は１０-9秒の順序に
なるべきで、それは１ＧＳＰ（１秒につきギガサンプ
ル）に接近し且つほゞ５００Ｍｈｚにまで帯幅にするサ
ンプリング率を実現可能にする。クロック周波数は約１
０ＧＨｚ又はそれ以上になるべきである。
【００３８】ＤＡＣは従来のいずれのタイプのものも使
用できるが、高性能を得る目的上ジョセフソン接合は又
ＤＡＣの中で使用されるべきである。ＤＡＣ使用のジョ
セフソン接合用の一つの望ましい構成が第３図に示され
ている。基本的には、ＤＡＣは最小の段階から最大の段
階まで、７0.１、７0.２、７0.３及び７0.４で表示した
複合段階からなる。最小の段階は単一接合７２を含み、
次の段階は接続して２つの接合７４を用い、次の４つの
接合は連続して７６を用い、そして最大の段階は連続し
て２N 複合７８を用いる。変換されるべきデジタル量は
種々の段階に適用され、各段階は電圧発生器として機能
する。電圧は変換器からの出力用に単一追加接合８０で
付加される。各段階での単一接合と２進重量を上記段階
に適用する望ましい抵抗ラダーを使用する別の構成も選
択可能である。両方の技術とも通常のＤＡＣによって周
知で、電圧源としてのジョセフソン接合を用いて応用さ
れる。これは低温で全体のアナログ／デジタル回路を保
持する利点をもち、高速度の操作と製造コストの低減を
実現する。
用できるが、高性能を得る目的上ジョセフソン接合は又
ＤＡＣの中で使用されるべきである。ＤＡＣ使用のジョ
セフソン接合用の一つの望ましい構成が第３図に示され
ている。基本的には、ＤＡＣは最小の段階から最大の段
階まで、７0.１、７0.２、７0.３及び７0.４で表示した
複合段階からなる。最小の段階は単一接合７２を含み、
次の段階は接続して２つの接合７４を用い、次の４つの
接合は連続して７６を用い、そして最大の段階は連続し
て２N 複合７８を用いる。変換されるべきデジタル量は
種々の段階に適用され、各段階は電圧発生器として機能
する。電圧は変換器からの出力用に単一追加接合８０で
付加される。各段階での単一接合と２進重量を上記段階
に適用する望ましい抵抗ラダーを使用する別の構成も選
択可能である。両方の技術とも通常のＤＡＣによって周
知で、電圧源としてのジョセフソン接合を用いて応用さ
れる。これは低温で全体のアナログ／デジタル回路を保
持する利点をもち、高速度の操作と製造コストの低減を
実現する。
【００３９】上述より明らかな通り、この発明は顕著な
進歩性をもつアナログ／デジタル変換器である。特に、
この発明は動的範囲を犠牲にすることなしに且つ急速な
入力ねじれ回転率を処理する能力をもつ高感度な変換器
である。以上この発明を望ましい実施例に基づいて説明
したが、その具体的構成はこの発明の精神と範囲に反し
ない限り種々変更可能である。従って、この発明は上記
実施例に限定されない。
進歩性をもつアナログ／デジタル変換器である。特に、
この発明は動的範囲を犠牲にすることなしに且つ急速な
入力ねじれ回転率を処理する能力をもつ高感度な変換器
である。以上この発明を望ましい実施例に基づいて説明
したが、その具体的構成はこの発明の精神と範囲に反し
ない限り種々変更可能である。従って、この発明は上記
実施例に限定されない。
【図１】この発明に係る超導電アナログ／デジタル変換
器のブロック図、
器のブロック図、
【図２】同上変換器に使用した超導電量子干渉装置用磁
束−電流曲線のグラフ、
束−電流曲線のグラフ、
【図３】同変換器に使用するデジタル／アナログ変換器
の概略説明図である。
の概略説明図である。
１０ 超導電量子干渉装置 １２ ２進パルス検出器 １４ 制御論理 １６ フィードバックレジスタ １８ 整数レジスタ ２０ デジタル／アナログ変換器 ２２、２４ ジョセフソン接合 ２８ ゲート電流源 ３０ 振動入力巻線 ３２ 補正電流巻線 ３４ アナログ入力巻線 ３６ クロック発生器
Claims (8)
- 【請求項１】 高い感度と広い動的範囲をもつ超導電磁
力計において、 第１及び第２のジョセフソン接合とセンタータップ負荷
インダクタンスを有する２重接合の超導電量子干渉装置
と、 一定ゲート電流を前記負荷インダクタンスの中央部に供
給する手段と、 ２方向に変化するアナログ信号電流を前記負荷インダク
タンスに供給する手段であって、前記負荷インダクタン
ス電流の正の増分変化が第１接合を横断する出力パルス
の発生となり、一方負荷インダクタンス電流の負の増分
変化は第２接合を横断する出力パルスの発生となるよう
にした手段と、 更に、前記超導電量子干渉装置をその磁束−電流特性に
おける望ましい操作点に保持するため補正電流信号を負
荷インダクタンスに供給する手段と、 高周波振動信号電流を負荷インダクタンスに供給する手
段であって、前記補正信号が望ましい操作点で超導電量
子干渉装置を保持する時、振動電流信号の各サイクルが
各接合から出力パルスを生成するようにした手段と、 アナログ入力信号に等しいデジタル値を出力パルスから
発生させる手段と、 デジタル値から補正電流を発生させる手段を備え、 それにより、上記補正電流は、補正信号のない時、アナ
ログ信号が操作点をその望ましい位置から移動させる量
を表わすようにしたことを特徴とする超導電磁力計。 - 【請求項２】 デジタル値を電圧パルスから発生させる
前記装置は、 電圧パルスを超導電量子干渉装置から検出する手段と、 操作点からの移動を表わす第１の形式の増分信号と、１
つ以上の全磁束量子に等しい移動を表わす第２の形式の
増分信号を発生させるための制御論理手段であって、第
１の形式の増分信号が１つの磁束量子のスパン内で分数
信号移動を表わし、且つ第２の形式の増分信号が磁束量
子の整数倍の信号移動を表わすような制御論理手段とを
備えた特許請求の範囲第１項記載の超導電磁力計。 - 【請求項３】 出力パルスからデジタル量を発生させる
ための手段は、 第１の形式の増分信号を受信するためのフィードバック
レジスタと、 第２の形式の増分信号を受信するための整数レジスタ
と、 フィードバックレジスタに接続され、第１形式の蓄積さ
れた信号を、補正信号を供給する手段に接続するための
対応アナログ信号に変換するデジタル／アナログ変換器
を備え、 それにより補正信号が超導電量子干渉装置の望ましい操
作点を保持するようにした特許請求の範囲第２項記載の
超導電磁力計。 - 【請求項４】 出力パルスからデジタル量を発生させる
ための手段は、フィードバックレジスタのオーバーフロ
ー状態に反応し且つフィードバックレジスタをゼロにし
て整数レジスタを増加させるようにして、フィードバッ
クレジスタと整数レジスタの双方を接続するオーバーフ
ロー手段を備えた特許請求の範囲第３項記載の超導電磁
力計。 - 【請求項５】 前記デジタル／アナログ変換器と、制御
論理手段と、出力パルス検出手段は、全てビョセフソン
接合装置で、且つアナログ、デジタル変換器の他の構成
要素とモノリシックに形成された特許請求の範囲第４項
記載の超導電磁力計。 - 【請求項６】 二重接合超導電量子干渉装置を使用して
磁界を測定する方法において、 アナログ信号として磁界を検出すること、 アナログ信号を前記超導電量子干渉装置に供給するこ
と、 ゲート信号を前記干渉装置に供給して周期ヒステリシス
ループで磁束・電流曲線を生成すること、 操作点がヒステリシスループの１つの中央の静止点で保
持される限り、高周波振動信号を前記干渉装置に供給し
て、振動信号の各サイクル毎に２つの出力パルスを生成
すること、 出力パルスの存在又は不在を前記干渉装置から検出する
こと、 前記干渉装置に供給したアナログ信号がその装置の特性
曲線上の操作点を移動させるようにする傾向にあるかど
うかを検出したパルスから決定すること、 移動が１サイクルに通常望まれたパルスの１つの非検出
となるに十分であるならばフィードバックレジスタを増
加させること、 フィードバックレジスタ内に記憶された値をアナログ補
正信号に変換すること、並びに補正信号を超導電量子干
渉装置に供給して、操作点における検出した運動用に補
正し、操作点を望ましい位置でロックするという諸段階
を具備し、 それによりフィードバックレジスタは、アナログ信号が
操作点に対応するアナログ信号から異なる程度を連続的
に表示できるようにした超導電量子干渉装置利用の磁界
測定方法。 - 【請求項７】 アナログ信号が少なくとも１つの全量子
により予め検出された値からねじれ回転したかどうかを
検出したパルスから決定すること、及びアナログ信号が
変化した全量子の数を記録するための整数レジスタを増
加するという段階を具備し、それにより前記整数レジス
タとフィードバックレジスタが共にアナログ信号のデジ
タル値を表示するようにした特許請求の範囲第６項記載
の超導電量子干渉装置利用の磁界測定方法。 - 【請求項８】 フィードバックレジスタがオーバーフロ
ーになる時を検出し、その状態はアナログ信号の運動の
全量子を表示できることと、 整数レジスタを増加し且つ同時にオーバーフローがフィ
ードバックレジスタで検出された時フィードバックレジ
スタをクリアする段階を備えた特許請求の範囲第７項記
載の超導電量子干渉装置利用の磁界測定方法。
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