JPH0619685B2 - JOSEPHSON REGUILLER - Google Patents
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- JPH0619685B2 JPH0619685B2 JP61055674A JP5567486A JPH0619685B2 JP H0619685 B2 JPH0619685 B2 JP H0619685B2 JP 61055674 A JP61055674 A JP 61055674A JP 5567486 A JP5567486 A JP 5567486A JP H0619685 B2 JPH0619685 B2 JP H0619685B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明はジョセフソンレギュレータに関し、詳しくはジ
ョセフソンディジタル回路のバイアス電流レギュレータ
に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a Josephson regulator, and more particularly to a bias current regulator for a Josephson digital circuit.
台形波形を有するバイアス電源電流を必要とするジョセ
フソンディジタル回路では、従来、エーアイピー・コン
ファレンス・プロシーディングス(AIP Conference Proc
eedings)、第44巻、1978年、第470頁で述べられて
いるように、ジョセフソントンネル接合における準粒子
トンネリングの非線型I−V特性を利用したジョセフソ
ンレギュレータが使用されていた。この従来のジョセフ
ソンレギュレータは第3図に示すようにジョセフソン接
合をm個直列接続したものを電源バスと接地端子間に挿
入したものである。第3図中1はm個直列接続されたジ
ョセフソン接合からなるレギュレータ接合、2は抵抗値
Rのドロッピィング抵抗、3はジョセフソンディジタル
ゲート、4はジョセフソンディジタルゲート3の負荷抵
抗、5は電源バスである。第3図から分かるようにドロ
ッピィング抵抗2、ジョセフソンディジタルゲート3、
負荷抵抗4はそれぞれn個電源バス5に接続されてい
る。このレギュレータの動作を第4図(a),(b)を参照し
て説明する。第4図(a)はレギュレータ接合のI−V特
性図であり、横軸が電圧V縦軸が電流Iである。I0は
レギュレータ接合1の臨界電流、Iacは最大の入力電
流、Vgはギャップ電圧である。第4図(b)はレギュレ
ータ接合1への入力電流及び出力電流の時間的変化を示
す特性図であり、縦軸が電流I、横軸が時間tである。
第4図(b)中に破線で示されている正弦波入力電流は、
第4図(a)のレギュレータ接合のI−V特性中の準粒子
トンネリングによる電流ステップ(第4図(a)中d,e
間)により電圧mVgにクランプされ、電源バス5上に
は第4図(b)中に示されている出力電流が流れる。この
出力電流の平坦な部分(第4図(b)中ded間)がジョセフ
ソンディジタル回路にバイアス電流を供給する動作期間
である。一周期中動作期間のしめる割合はデューティと
よばれ、このデューティが大きければ大きいほどディジ
タル回路の効率は良くなる。In the Josephson digital circuit that requires a bias power supply current with a trapezoidal waveform, the AIP Conference Proc
Eedings), Vol. 44, 1978, p. 470, Josephson regulators have been used which take advantage of the nonlinear IV characteristics of quasiparticle tunneling in Josephson tunnel junctions. In this conventional Josephson regulator, as shown in FIG. 3, m Josephson junctions connected in series are inserted between a power supply bus and a ground terminal. In FIG. 3, 1 is a regulator junction composed of m Josephson junctions connected in series, 2 is a dropping resistance with a resistance value R, 3 is a Josephson digital gate, 4 is a load resistance of the Josephson digital gate 3, and 5 is a power supply. It's a bus. As can be seen from FIG. 3, the dropping resistor 2, the Josephson digital gate 3,
The load resistors 4 are connected to the n power supply buses 5, respectively. The operation of this regulator will be described with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b). FIG. 4 (a) is an IV characteristic diagram of the regulator junction, in which the horizontal axis represents voltage V and the vertical axis represents current I. I 0 is the critical current of the regulator junction 1, I ac is the maximum input current and V g is the gap voltage. FIG. 4 (b) is a characteristic diagram showing a temporal change of the input current and the output current to the regulator junction 1, where the vertical axis is the current I and the horizontal axis is the time t.
The sinusoidal input current shown by the broken line in FIG. 4 (b) is
Current step due to quasi-particle tunneling in the IV characteristics of the regulator junction of FIG. 4 (a) (d and e in FIG. 4 (a))
The current is clamped to the voltage mVg by the interval), and the output current shown in FIG. 4 (b) flows on the power supply bus 5. The flat part of the output current (between ded in FIG. 4 (b)) is the operation period for supplying the bias current to the Josephson digital circuit. The ratio of the operation period during one cycle is called a duty. The larger the duty, the better the efficiency of the digital circuit.
従来のジョセフソンレギュレータの問題点のいくつかを
以下に述べる。Some of the problems with the conventional Josephson regulator are described below.
(1)動作期間中の電流値の変動は、レギュレータ接合の
準粒子トンネリングによるギャップ電圧でのするどい電
流の立ち上りに依存している。つまり第4図(a)中de
間の傾斜が大きいほど、出力電流値の変動は少なくな
る。出力電流値の変動ΔIと出力電流の は、一般に使用されているPb系の接合では約7%前後
である。このような大きなバイアス電流値の変動は、各
ジョセフソンディジタルゲートの動作マージンを大きく
制限することになる。(1) The fluctuation of the current value during the operation period depends on the rise of the gradual current at the gap voltage due to the quasi-particle tunneling of the regulator junction. That is, de in Fig. 4 (a)
The larger the slope between, the smaller the fluctuation of the output current value. Output current fluctuation ΔI and output current Is about 7% in the commonly used Pb-based joining. Such a large variation in bias current value greatly limits the operation margin of each Josephson digital gate.
(2)ジョセフソンレギュレータに入力された正弦波形電
力の約半分はジョセフソンレギュレータにおいて消費さ
れ、熱を発する。デューティが上れば上るほど、この発
熱効果は著しくなる。そしてこの熱のためにレギュレー
タ接合のI−V特性の劣化が起り、前述のバイアス電流
値の変動ΔIがさらに増大する。このような発熱効果は
アイイーディーエム・テクニカル・ダイジェスツ(IEDM
Technical Digests)第34巻、第2号、1979年、第4
89頁などで報告されていて、Pb系の接合で作製され
たデューティ70%のジョセフソンレギュレータの電流
値変動 は12%にもおよび、ジョセフソンディジタルゲートの
誤動作を大変引き起しやすい。(2) About half of the sinusoidal waveform power input to the Josephson regulator is consumed in the Josephson regulator and heat is generated. As the duty increases, the heat generation effect becomes more remarkable. The heat causes the IV characteristic of the regulator junction to deteriorate, and the variation ΔI in the bias current value further increases. This kind of heat generation effect is produced by IEDM Technical Digests (IEDM
Technical Digests) Volume 34, Issue 2, 1979, Issue 4
Reported on page 89, etc., fluctuation of current value of Josephson regulator with duty of 70% made by Pb type junction. Is as high as 12%, and it is very easy to cause a malfunction of the Josephson digital gate.
(3)ジョセフソンレギュレータの出力電流の平均値は である。そして各ジョセフソンディジタルゲートに必要
なバイアス電流をIgとすると、電源バス5に出力され
るべき電流はnIg=nαIcである。このIcは各ジョセフ
ソンディジタルゲートの臨界電流値、αは回路設計時に
定める常数で通常0.5<α<1である。したがって という関係式が満足されなければならない。α,mは一
定、Vgは物理常数であるが、ドロッピィング抵抗Rと
ゲート臨界電流Icはプロセス条件などにより、設計値
からそれぞれ独立に変動する変数であるので、上記の という関係は必ずしも設計通りに満足されない。つまり
R,Icなどが設計値からずれると、Ig=αIcという設
計された最適なバイアス条件が保持されず、マージンの
劣化または誤動作の原因になる。(3) The average value of the output current of the Josephson regulator is Is. When the bias current required for each Josephson digital gate is Ig, the current to be output to the power supply bus 5 is nIg = nαIc. This Ic is a critical current value of each Josephson digital gate, and α is a constant determined at the time of circuit design, and usually 0.5 <α <1. Therefore Must be satisfied. Although α and m are constant and Vg is a physical constant, the dropping resistance R and the gate critical current Ic are variables that change independently from the design values depending on process conditions and the like. Is not always satisfied as designed. That is, when R, Ic, etc. deviate from the designed values, the designed optimum bias condition of Ig = αIc is not held, which causes deterioration of margin or malfunction.
上述した従来のジョセフソンレギュレータは、複数のジ
ョセフソン接合を直列接続した単純な構成を主とするも
のとなっているので、出力電流の安定性、温度変化及び
製造上のばらつきが大きく、動作マージンが小さく誤動
作し易いという欠点があった。Since the above-mentioned conventional Josephson regulator is mainly composed of a simple configuration in which multiple Josephson junctions are connected in series, the stability of the output current, temperature variation and manufacturing variations are large, and the operating margin is large. Has a drawback that it is small and easily malfunctions.
本発明の目的は、改善された定電流特性を有するジョセ
フソンレギュレータを提供することにある。It is an object of the present invention to provide a Josephson regulator with improved constant current characteristics.
本発明のジョセフソンレギュレータは、ジョセフソン接
合、第1,第2の超伝導インダクタをリング状に接続し
た超伝導量子干渉計と、前記第1の超伝導インダクタと
磁気的に結合した入力インダクタと、前記第2の超伝導
インダクタと磁気的に結合した超伝導負荷インダクタ
と、前記超伝導負荷インダクタの両端子間に,一つ又は
複数個並列接続されて挿入された,一のジョセフソンゲ
ートと一のドロッピングインダクタの直列回路を含む単
位回路とを有し、前記ドロッピングインダクタのインダ
クタンスLdが、前記ジョセフソンゲートに並列に接続
される負荷抵抗の抵抗値rと前記入力インダクタに印加
される交流電流の角周波数ωとの比r/ωより十分大き
いというものである。A Josephson regulator according to the present invention includes a Josephson junction, a superconducting quantum interferometer in which first and second superconducting inductors are connected in a ring shape, and an input inductor magnetically coupled to the first superconducting inductor. A superconducting load inductor magnetically coupled to the second superconducting inductor, and one Josephson gate inserted in parallel or in parallel between both terminals of the superconducting load inductor. A unit circuit including a series circuit of one dropping inductor, wherein the inductance Ld of the dropping inductor is a resistance value r of a load resistor connected in parallel to the Josephson gate and an alternating current applied to the input inductor. Is sufficiently larger than the ratio r / ω with the angular frequency ω of.
本発明は超伝導量子干渉計(SQUID)に流れる非線型循
環電流を超伝導負荷インダクタで取り出し、ドロッピン
グインダクタを介してジョセフソンゲートに供給するも
のである。The present invention extracts a non-linear circulating current flowing in a superconducting quantum interferometer (SQUID) with a superconducting load inductor and supplies it to a Josephson gate via a dropping inductor.
次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は本発明の一実施例の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention.
この実施例は、ジョセフソン接合6(シャント抵抗R
o),第1,第2の超伝導インダクタ10,11(イン
ダクタンスL1,L2)をリング状に接続した超伝導量子
干渉計7と、第1の超伝導インダクタ10と磁気的に結
合した入力インダクタ9(インダクタンスLp)と、第
2の超伝導インダクタ11と磁気的に結合した超伝導負
荷インダクタ12(インダクタンスLl)と、超伝導負
荷インダクタ12の両端子間に、複数個並列接続されて
挿入された一のジョセフソンゲート3と一のドロッピン
グインダクタ2(インダクタンスLd)の直列回路を含
む単位回路とを有し、ドロッピングインダクタLd2の
インダクタンスが、ジョセフソンゲート3に並列に接続
される負荷抵抗4の抵抗値rと入力インダクタ9に印加
される交流電流の角周波数ωとの比r/ωより十分大き
いというものである。In this embodiment, the Josephson junction 6 (shunt resistor R
o), the superconducting quantum interferometer 7 in which the first and second superconducting inductors 10 and 11 (inductances L 1 and L 2 ) are connected in a ring shape and the first superconducting inductor 10 are magnetically coupled. A plurality of input inductors 9 (inductance Lp), superconducting load inductors 12 (inductance L l ) magnetically coupled to the second superconducting inductor 11, and both terminals of the superconducting load inductor 12 are connected in parallel. A unit circuit including a series circuit of one Josephson gate 3 and one dropping inductor 2 (inductance Ld) inserted as described above, and the inductance of the dropping inductor Ld2 is connected in parallel to the Josephson gate 3. It is sufficiently larger than the ratio r / ω of the resistance value r of the resistor 4 and the angular frequency ω of the alternating current applied to the input inductor 9. .
次に、この実施例の動作を説明する前に、単接合SQUID
の循環電流について説明する。Next, before explaining the operation of this embodiment, a single junction SQUID
The circulating current will be described.
第2図(a)は単接合SQUIDにおける外部磁束と循環電流の
準静的動作時の関係を示す特性図である。FIG. 2 (a) is a characteristic diagram showing the relationship between the external magnetic flux and the circulating current in the quasi-static operation in the single-junction SQUID.
第2図(a)中横軸は外部よりSQUIDに加えられる外部磁束
φex,縦軸はSQUID回路を循環する循環電流Isであ
る。第2図(a)中破線は を示した。φoは磁束量子、Ioはジョセフソン接合の
臨界電流、LはSQUIDループのインダクタンスである。
第2図(a)中実線で示したのは循環電流の安定点であ
り、矢印は外部磁束φexがφex=0より増加した時の安
定点の変化の方向である。第2図(a)でわかるようにφ
exが変化するにつれ、Isは最大値Ioに達しその後ΔI
だけ急激に変化する、つまり鋸の刃のような波形を描
く。電流がΔI変化する度、SQUIDの量子状態はK=
0,1,2,3……と変化する。第2図(a)ではIsの
モジュレーションΔIをわかりやすくするように描いた
が、 の値はパラメータ が大きくなればなるほど小さくなり、β>>1では であるので となる。第2図(a)でのβは約1〜2である。In FIG. 2 (a), the horizontal axis is the external magnetic flux φ ex applied to the SQUID from the outside, and the vertical axis is the circulating current Is circulating in the SQUID circuit. The broken line in Fig. 2 (a) is showed that. φo is the flux quantum, Io is the critical current of the Josephson junction, and L is the inductance of the SQUID loop.
The solid line in FIG. 2 (a) indicates the stable point of the circulating current, and the arrow indicates the direction of change of the stable point when the external magnetic flux φ ex increases from φ ex = 0. Φ as seen in Fig. 2 (a)
As ex changes, Is reaches the maximum value Io and then ΔI
Only drastically changes, that is, it draws a waveform like a saw blade. Every time the current changes by ΔI, the quantum state of SQUID is K =
It changes from 0, 1, 2, 3 ... In FIG. 2 (a), the modulation ΔI of Is is drawn so as to be easy to understand. Is the parameter Becomes larger, becomes smaller, and at β >> 1 Because Becomes Β in FIG. 2 (a) is about 1-2.
第2図(b)にβ=100のSQUIDに正弦波形のφexを作用さ
せた時のIsの時間的変化を示した。第2図(b)中横軸
は時間t、縦軸はIsであり、点線はSQUIDループから
ジョセフソン接合を取り除いた時のIs、そして実線は
実際のIsを示した。第2図(b)が従来例の電流波形
(第4図(b))と類似しているのがわかる。またβ=100
とすると であるので大変安定性が良いのがわかる。第2図(b)に
示された動作期間中には、第2図(a)のような鋸の歯状
の量子状態が無数に存在していて、その隣接した量子状
態間の時間的間隔Δtは、デューティD、クロックの周
期 そしてβの関数として次のように表わされる。FIG. 2 (b) shows a temporal change of Is when a sine waveform φ ex is applied to a SQUID of β = 100. In FIG. 2 (b), the horizontal axis represents time t, the vertical axis represents Is, the dotted line shows Is when the Josephson junction is removed from the SQUID loop, and the solid line shows actual Is. It can be seen that FIG. 2 (b) is similar to the current waveform of the conventional example (FIG. 4 (b)). Also β = 100
And Therefore, it can be seen that the stability is very good. During the operation period shown in FIG. 2 (b), there are innumerable sawtooth quantum states as shown in FIG. 2 (a), and the time interval between the adjacent quantum states is large. Δt is duty D, clock cycle Then, it is expressed as a function of β as follows.
しかし、SQUIDの量子状態がKからK+1に移行する時
間τは、物理的に制限されていて、アイビーエム・ジャ
ーナル・オブ・リサーチ・アンド・ディベロプメント
(IBM Journal of Research and Development)、第2
4巻、第143頁、1980年、に述べられているように、
単純には超伝導電流が だけSQUIDループ内で消滅する時間 である。Roはジョセフソン接合のシャント抵抗であ
り、マイクロブリッジ型接合では電圧がほとんど零に近
い領域におけるダイナミック抵抗Rd(V0)、トン
ネル型接合の場合では (Cは接合容量)である。ブリッジ型接合でもトンネル
型接合でもノーマル抵抗RNNは、 という関係式で表わされる。Tは温度、Tcは臨界温度
である。Ro=ξRNNとおくと となる。Δtとτの大きさの関係に依存したSQUIDの量
子状態の移行を第2図(c)に示す。第2図(c)中縦軸はI
s,横軸は時間である。第2図(c)からわかるようにΔ
tτの時に、IsのモジュレーションΔIが一番小さ
くなる。 However, the time τ at which the quantum state of SQUID transits from K to K + 1 is physically limited, and is described in the IBM Journal of Research and Development, 2nd.
4, Volume 143, 1980,
Simply the superconducting current Time to disappear only in the SQUID loop Is. Ro is the shunt resistance of the Josephson junction, the dynamic resistance Rd (V0) in the region where the voltage is close to zero in the microbridge type junction, and the tunnel type junction in the case of the tunnel type junction. (C is the junction capacitance). The normal resistance R NN of the bridge type junction or the tunnel type junction is It is expressed by the relational expression. T is temperature and Tc is critical temperature. If Ro = ξR NN Becomes The transition of the quantum state of the SQUID depending on the relationship between the magnitudes of Δt and τ is shown in Fig. 2 (c). The vertical axis in FIG. 2 (c) is I.
s, the horizontal axis is time. As can be seen from Fig. 2 (c), Δ
At tτ, the modulation ΔI of Is becomes the smallest.
は となる。したがってΔtτが理想的条件であり、式
(1)と式(3)から、 となる。式(5)からわかるようにクロック周波数νとβ
2は反比例している。つまりSQUID回路を高速に交流外
部磁束で駆動すればするほど、SQUIDの各量子状態間の
移行が明確に循環電流に表われなくなってくる。クロッ
クIns(バイポーラでν=0.5GHz)、デューティ80
%、τ=3mVとし、ξ=1と仮定するとβは約17で
ある。つまり である。また接合部の容量の小さいブリッジ型接合を使
用すると、例えばξ=100という値を仮定すると となる。 Is Becomes Therefore, Δtτ is an ideal condition, and
From (1) and equation (3), Becomes As can be seen from equation (5), clock frequencies ν and β
2 is inversely proportional. That is, the faster the SQUID circuit is driven by the AC external magnetic flux, the less clearly the transition between quantum states of the SQUID appears in the circulating current. Clock Ins (Bipolar ν = 0.5GHz), Duty 80
%, Τ = 3 mV, and ξ = 1, β is about 17. That is Is. If a bridge type junction with a small junction capacity is used, for example, assuming a value of ξ = 100 Becomes
以上単接合SQUIDの循環電流について説明した。The circulating current of the single-junction SQUID has been described above.
この循環電流を第2の超伝導インダクタ11に磁気的に
結合した超伝導負荷インダクタ12を用いて取り出し
て、ドロッピングインダクタを介してジョセフソンディ
ジタルゲートを含む負荷へ供給するわけである。This circulating current is extracted by using the superconducting load inductor 12 magnetically coupled to the second superconducting inductor 11, and is supplied to the load including the Josephson digital gate via the dropping inductor.
次に実施例の効果について説明する。Next, the effect of the embodiment will be described.
入力インダクタ9に正弦波電流Ipを流すと、SQUIDル
ープ7に誘起される電流Isは、第2図(b)に示すよう
に、台形波形となる。その時の動作期間中の電流変化量 は式(4)によって表わされる。またデューティDはIp
の最大値、LpとL1の磁気的結合係数及びジョセフソン接
合6の最大ジョセフソン電流Ioによって決まる。そして
負荷ループ8中には第2図(b)の如くの台形波形電流が
誘起される。SQUIDループ7と負荷ループ8はおたがい
に結合しているので、SQUIDループのインダクタンス
(L1+L2)及び負荷ループインダクタンス の有効インダクタンス(L1+L2)′及び は次のようになる。When a sine wave current Ip is passed through the input inductor 9, the current Is induced in the SQUID loop 7 has a trapezoidal waveform as shown in FIG. 2 (b). Amount of current change during the operation period at that time Is represented by equation (4). The duty D is Ip
Of Lp and L 1 and the maximum Josephson current Io of the Josephson junction 6. Then, a trapezoidal waveform current as shown in FIG. 2 (b) is induced in the load loop 8. Since the SQUID loop 7 and the load loop 8 are coupled to each other, the inductance (L 1 + L 2 ) of the SQUID loop and the load loop inductance Effective inductance of (L 1 + L 2 ) ′ and Is as follows.
ここで、 kは超伝導負荷インダクタ12のインダクタンスLlと
第2の超伝導インダクタ11のインダクタンスL2の結
合係数、Ldはドロッピングインダクタ2のインダクタ
ンス、Nは第2の超伝導インダクタ11の捲数比であ
る。式(4),式(5)中のβはしたがって(L1+L2)′Io/
φoとなる。IsとIlの関係は、 負荷ループ8中のジョセフソンディジタルゲートのひと
つが超伝導状態から電圧状態にスイッチすると、バイア
ス電流はゲート負荷抵抗4の方に流れ始める。そしてこ
の電流は の時定数を持って指数関数的に減衰する。したがって が動作期間ταよりも十分長ければ、回路動作に支障は
起きない。 here, k is an inductance L l and the coupling coefficient of the inductance L 2 of the second superconducting inductor 11 of the superconducting load inductor 12, Ld is an inductance of the dropping inductor 2, N is the winding number ratio of the second superconducting inductor 11 . Β in equations (4) and (5) is therefore (L 1 + L 2 ) ′ Io /
φo. The relation between Is and I l is When one of the Josephson digital gates in load loop 8 switches from the superconducting state to the voltage state, bias current begins to flow towards gate load resistor 4. And this current is It decays exponentially with a time constant of. Therefore Is sufficiently longer than the operation period τ α , no problem occurs in the circuit operation.
とするとこの条件は、 Ldω>>2πDr ……(8) となる。式(7)から、 n個並列接続されている各ジョセフソンディジタルゲー
トのゲートバイアス電流Igとすると、Ilの最大値I
l(max)=nIgであるので、 となる。したがって式(5)よりSQUIDループのβの値が定
められ、式(8),(9)によってインダクタンス値Ld,Ll,
L1及びL2が制限される。実際の数値を使い解析を以下に
する。 Then, this condition is Ldω >> 2πDr (8). From equation (7), Assuming that the gate bias current Ig of n Josephson digital gates connected in parallel is I, the maximum value I of I l
Since l (max) = nIg, Becomes Therefore, the value of β in the SQUID loop is determined from equation (5), and the inductance values Ld, L l , and
L 1 and L 2 are limited. The analysis is performed below using actual numerical values.
デューティ80%,γ=3mV,ξ=1とすると、式(5)か
らβ17であり、その時の は式(4)から である。また式(8)からL>>0.4nHとなる。したがって
L=10nH,n=100,N=50,k=0.9でL1<<
L2,L2=Llの場合式(9)よりL2=Ll0.3nHとなる。以上
のような素子パラメーターで第1図のような回路を構成
すると、各ジョセフソンディジタルゲートには第2図
(b)の如くの台形波形電流が流れる。 If the duty is 80%, γ = 3 mV, and ξ = 1, then β17 is obtained from the equation (5). From equation (4) Is. Further, from the formula (8), L >> 0.4nH. Therefore, when L = 10 nH, n = 100, N = 50, k = 0.9, L 1 <<
If L 2 and L 2 = L l , then L 2 = L l 0.3nH from Eq. (9). If the circuit as shown in Fig. 1 is constructed with the above device parameters, each Josephson digital gate is shown in Fig. 2.
A trapezoidal waveform current as shown in (b) flows.
本発明のジョセフソンレギューレータは、各ジョセフソ
ンディジタルゲートに台形波形電流を供給出来、また従
来のジョセフソンレギュレータに比べ下記のような改善
がもたらされる。The Josephson regulator of the present invention can supply a trapezoidal waveform current to each Josephson digital gate, and provides the following improvements over the conventional Josephson regulator.
(1)従来のジョセフソンレギュレータよりも小さな動作
期間中の電流値変動が得られる。(1) The current value fluctuation during the operation period is smaller than that of the conventional Josephson regulator.
(2)SQUIDループ中のジョセフソン接合は抵抗状態に瞬間
的に移行するだけなので発熱量は少なく、また従来のジ
ョセフソンレギュレータのように準粒子トンネリングI
−V特性を利用していないので発熱によって動作期間中
の電流値変動が劣化しない。(2) Since the Josephson junction in the SQUID loop only transitions to the resistance state momentarily, the amount of heat generated is small, and quasi-particle tunneling I like the conventional Josephson regulator
Since the −V characteristic is not used, fluctuations in current value during the operation period do not deteriorate due to heat generation.
(3)従来のジョセフソンレギュレータの出力は であるので、ジョセフソンディジタルゲートの臨界電流
Icが設計値がズレると、Ig=αIcという最適バイアス
条件が保持出来ない。本発明のジョセフソンレギュレー
タの出力はSQUIDループ中のジョセフソン接合の最大ジ
ョセフソン電流値Ioに比例する。従ってもしジョセフ
ソンディジタルゲートとSQUIDループ中のジョセフソン
接合が同じプロセス条件で製作させられたならば、それ
らは同様な比率で設計値よりズレるので、最適なバイア
ス条件が必ず保たれる。(3) The output of the conventional Josephson regulator is Therefore, if the design value of the critical current Ic of the Josephson digital gate deviates, the optimum bias condition of Ig = αIc cannot be maintained. The output of the Josephson regulator of the present invention is proportional to the maximum Josephson current value Io of the Josephson junction in the SQUID loop. Therefore, if the Josephson digital gate and the Josephson junction in the SQUID loop are manufactured under the same process conditions, they will deviate from the design value by a similar ratio, so that the optimum bias condition is always maintained.
以上説明したように本発明はSQUIDの非線型循環電流を
超伝導負荷インダクタで取り出し、ドロッピングインダ
クタを介してジョセフソンゲートに供給することによ
り、極めて安定にジョセフソンディジタル回路を動作さ
せることができるという効果がある。As described above, according to the present invention, it is possible to operate the Josephson digital circuit extremely stably by extracting the non-linear circulating current of the SQUID with the superconducting load inductor and supplying it to the Josephson gate via the dropping inductor. effective.
第1図は本発明の一実施例の回路図、第2図(a)は単接
合SQUIDの循環電流と外部磁界の関係を示す特性図、第
2図(b)は単接合SQUIDを正弦波磁場で駆動した時の循環
電流と時間の関係を示す特性図、第2図(c)は第2図(b)
の部分拡大図、第3図は従来型のレギュレータ用の回路
図、第4図(a)は従来のジョセフソンレギュレータ接合
のI−V特性、第4図(b)は従来のジョセフソンレギュ
レータの入力と出力の電源波形図である。 1……レギュレータ接合、2……ドロッピィングインダ
クタ、3……ジョセフソンディジタルゲート、4……ゲ
ート負荷抵抗、5……電源バス、6……ジョセフソン接
合、7……SQUIDループ、8……負荷ループ、9……入
力インダクタ、10……第1の超伝導インダクタ、11
……第2の超伝導インダクタ、12……超伝導負荷イン
ダクタ、13……相互インダクタンス、14……シャン
ト抵抗。FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 (a) is a characteristic diagram showing the relationship between the circulating current of a single-junction SQUID and an external magnetic field, and FIG. 2 (b) is a sine wave of a single-junction SQUID. Characteristic diagram showing the relationship between circulating current and time when driven by a magnetic field, Fig. 2 (c) is Fig. 2 (b)
Fig. 3 is a partially enlarged view of Fig. 3, a circuit diagram for a conventional regulator, Fig. 4 (a) is an IV characteristic of a conventional Josephson regulator junction, and Fig. 4 (b) is a conventional Josephson regulator. It is a power supply waveform diagram of an input and an output. 1 ... Regulator junction, 2 ... Dropping inductor, 3 ... Josephson digital gate, 4 ... Gate load resistance, 5 ... Power bus, 6 ... Josephson junction, 7 ... SQUID loop, 8 ... ... load loop, 9 ... input inductor, 10 ... first superconducting inductor, 11
…… Second superconducting inductor, 12 …… Superconducting load inductor, 13 …… Mutual inductance, 14 …… Shunt resistance.
Claims (1)
ンダクタをリング状に接続した超伝導量子干渉計と、前
記第1の超伝導インダクタと磁気的に結合した入力イン
ダクタと、前記第2の超伝導インダクタと磁気的に結合
した超伝導負荷インダクタと、前記超伝導負荷インダク
タの両端子間に,一つ又は複数個並列接続されて挿入さ
れた,一のジョセフソンゲートと一のドロッピングイン
ダクタの直列回路を含む単位回路とを有し、前記ドロッ
ピングインダクタのインダクタンスLdが、前記ジョセ
フソンゲートに並列に接続される負荷抵抗の抵抗値rと
前記入力インダクタに印加される交流電流の角周波数ω
との比r/ωより十分大きいことを特徴とするジョセフ
ソンレギュレータ。1. A superconducting quantum interferometer in which a Josephson junction, first and second superconducting inductors are connected in a ring shape, an input inductor magnetically coupled to the first superconducting inductor, and the first superconducting inductor. 2, a superconducting load inductor magnetically coupled to the superconducting inductor 2, and one or more Josephson gates and one dropping inserted between the terminals of the superconducting load inductor in parallel or in parallel. A unit circuit including a series circuit of inductors, wherein the inductance Ld of the dropping inductor is a resistance value r of a load resistor connected in parallel to the Josephson gate and an angular frequency of an alternating current applied to the input inductor. ω
A Josephson regulator characterized by being sufficiently larger than the ratio r / ω with.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61055674A JPH0619685B2 (en) | 1986-03-12 | 1986-03-12 | JOSEPHSON REGUILLER |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61055674A JPH0619685B2 (en) | 1986-03-12 | 1986-03-12 | JOSEPHSON REGUILLER |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62211713A JPS62211713A (en) | 1987-09-17 |
JPH0619685B2 true JPH0619685B2 (en) | 1994-03-16 |
Family
ID=13005424
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61055674A Expired - Lifetime JPH0619685B2 (en) | 1986-03-12 | 1986-03-12 | JOSEPHSON REGUILLER |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0619685B2 (en) |
-
1986
- 1986-03-12 JP JP61055674A patent/JPH0619685B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS62211713A (en) | 1987-09-17 |
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