JPH0640124B2 - Digital squid - Google Patents

Digital squid

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JPH0640124B2
JPH0640124B2 JP62177515A JP17751587A JPH0640124B2 JP H0640124 B2 JPH0640124 B2 JP H0640124B2 JP 62177515 A JP62177515 A JP 62177515A JP 17751587 A JP17751587 A JP 17751587A JP H0640124 B2 JPH0640124 B2 JP H0640124B2
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squid
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loop
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則夫 藤巻
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Fujitsu Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 微小な磁束や電流の測定に用いられるディジタル・スク
ィドに関し, ディジタル・スクィドのフィードバック回路をジョセフ
ソン接合と超伝導インダクタンス等からなる超伝導回路
のみで構成できるようにし,ディジタル・スクィドの多
チャネル化,ワンチップ化をはかり,例えば,心磁計等
において複数個所の情報を同時に多数得て,高速に詳細
な診断ができるようすることを目的とし, スクィドの正または負の出力パルスを,それぞれ正また
は負の磁束量子に変換するジョセフソン回路と,該ジョ
セフソン回路を含み,該スクィドに磁界結合する超伝導
ループとを有し,該超伝導ループに前記磁束量子を蓄
え,これにより該超伝導ループに流れるループ電流を該
スクィドにフィードバックするように構成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Outline] Regarding a digital squid used for measuring a minute magnetic flux or current, a feedback circuit of the digital squid can be configured only by a superconducting circuit including a Josephson junction and a superconducting inductance. With the aim of enabling digital squid to have multiple channels and a single chip, for example, to obtain a large number of information at a plurality of locations at the same time in a magnetocardiograph and to enable detailed diagnosis at high speed. It has a Josephson circuit for converting a negative output pulse into a positive or negative flux quantum, and a superconducting loop including the Josephson circuit and magnetically coupled to the squid. And the loop current flowing in the superconducting loop is fed back to the squid. To do.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は高感度の磁束や電流の測定に用いられるディジ
タル・スクィドに関する。
The present invention relates to a digital squid used for highly sensitive magnetic flux and current measurement.

2個以上のジョセフソン接合と超伝導インダクタンスを
含む超伝導ループは狭義にスクィド(SQUID,Supercondu
cting Quantum Interference Device,量子干渉素子)
と呼ばれ,ジョセフソン接合が2個の場合は2接合量子
干渉計とも呼ばれている。これは現在では最高感度で磁
束(電流)を検出できる素子であり,これに対して表題
でいうスクィドとは広義に検知系,フィードバック系等
の回路を含めた磁束計としての機能をもつ全体の系をい
う。
A superconducting loop that includes two or more Josephson junctions and a superconducting inductance is squeeze in a narrow sense.
cting Quantum Interference Device)
When there are two Josephson junctions, it is also called a two-junction quantum interferometer. At present, this is an element that can detect magnetic flux (current) with the highest sensitivity. On the other hand, squid in the title is a general term that has a function as a magnetometer including circuits such as detection system and feedback system. The system.

従って,ここでは狭義のスクィドをSQUIDと表示する。Therefore, the squid in the narrow sense is indicated as SQUID here.

既に,市販されているアナログ・スクィドは,例えば身
体の神経系に流れる微小電流により発生する磁束を検出
して心磁図や脳磁図等を得る医療機器に使用されてい
る。
The analog squid, which is commercially available, has already been used in a medical device for obtaining a magnetocardiogram, a magnetoencephalogram, etc. by detecting a magnetic flux generated by a minute electric current flowing in the nervous system of the body.

これらは,電圧を検出する今までの心電図等に代わっ
て,磁束の検出により同様の,あるいはより微細な身体
の情報を得るものである。
In place of the electrocardiogram etc. which have been used to detect voltage, these obtain similar or finer body information by detecting magnetic flux.

また,SQUIDは,未だ検出に成功していないが,重力波
の検出に応用されている。
In addition, SQUID has not been successfully detected yet, but it has been applied to the detection of gravitational waves.

アナログ・スクィドは,SQUIDにdcバイアスをかけ,入
力信号に比例する電圧,または電流で出力が得られる。
これに対し,ディジタル・スクィドはバイアス電流をac
にして,入力信号に比例し,かつバイアスのacと同じ周
期をもつパルス数で出力できるようにしたものである。
The analog squid applies a dc bias to the SQUID, and an output can be obtained with a voltage or current proportional to the input signal.
In contrast, the digital squee
Then, it is possible to output with the number of pulses that is proportional to the input signal and has the same period as the bias ac.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のアナログ・スクィドではロックインアンプ等室温
の装置を多く必要としていたので,身体各部の磁束を同
時に測定してマップを作製するために必要な多チャネル
化が困難であった。
Conventional analog squid requires many room-temperature devices such as lock-in amplifiers, so it was difficult to increase the number of channels needed to simultaneously measure the magnetic flux of each part of the body and create a map.

ディジタル・スクィドは前記のように出力をパルス数で
出すため,ジョセフソン接合等からなる超伝導回路によ
るフィードバックが可能で,チップ上にフィードバック
回路を作ることができ,従って多チャネル化も容易にな
った。
Since the digital squeeze outputs the output in pulses as described above, it is possible to feed back by a superconducting circuit composed of Josephson junctions, etc., and a feedback circuit can be made on the chip, so that it is easy to make multiple channels. It was

第4図(1)〜(3)はそれぞれ従来例によるディジタル・ス
クィドの回路図,動作説明図と出力パルスを示す図であ
る。
FIGS. 4 (1) to 4 (3) are a circuit diagram, an operation explanatory diagram and an output pulse diagram of a digital squid according to a conventional example, respectively.

このディジタル・スクィドは,本発明者により提起され
たもので,正の出力パルスの数と負の出力パルスの数の
差に比例する電流Iをフィードバックすることにより
被測定磁束Φを求めるようにしたものである。
This digital squeeze has been proposed by the present inventor, and seeks the measured magnetic flux Φ C by feeding back a current If that is proportional to the difference between the number of positive output pulses and the number of negative output pulses. It is the one.

被測定磁束Φは, Φ=(L1+L2)×I. で表される。ここにIは被測定電流,L1はピックア
ップコイルとなる,L2はSQUIDに磁界結合する,いずれ
も被測定超伝導ループを構成する超伝導インダクタンス
である。
The measured magnetic flux Φ C is Φ C = (L 1 + L 2 ) × I C. It is represented by. Here, I c is the current to be measured, L 1 is the pickup coil, L 2 is the magnetic coupling to SQUID, and both are superconducting inductances that form the superconducting loop to be measured.

この方式では,フィードバックする量は正と負のパルス
数の差であって,各々の絶対値は必要でない。
In this method, the amount of feedback is the difference between the positive and negative pulse numbers, and the absolute value of each is not necessary.

つぎに,このディジタル・スクィドの動作について説明
する。
Next, the operation of this digital squeeze will be described.

図において,2個のジョセフソン接合J1,J2と,超伝導
インダクタンスLを含む超伝導ループは2接合SQUIDと
呼ばれる。
In the figure, a superconducting loop including two Josephson junctions J 1 and J 2 and a superconducting inductance L is called a two-junction SQUID.

超伝導インダクタンスL1をもつピックアップコイルに,
被測定磁束Φが交叉するとこの磁束を打ち消すように
被測定電流Iが被測定超伝導ループに流れ,これが2
接合SQUIDに磁界をつくり,2接合SQUIDの特性を変化さ
せて,その変化より磁束を求める。
For a pickup coil with superconducting inductance L 1 ,
When the measured magnetic flux Φ c intersects, the measured current I C flows in the measured superconducting loop so as to cancel this magnetic flux, and this is 2
A magnetic field is created in the junction SQUID, the characteristics of the two-junction SQUID are changed, and the magnetic flux is obtained from the change.

2接合SQUIDの注入(バイアス)端子に第1の交流波形
発生器1より第1のac電流を注入する。
A first ac waveform generator 1 injects a first ac current into the injection (bias) terminal of the two-junction SQUID.

2接合SQUIDに磁界結合する超伝導インダクタンスL
3に,第2の交流波形発生器2より第1のac電流より周
波数の低い第2のac電流を供給する。
Superconducting inductance L magnetically coupled to a two-junction SQUID
A second ac current having a frequency lower than that of the first ac current is supplied to the third AC waveform generator 2.

第3図(2)は2接合SQUIDのしきい値特性を示す図で,縦
軸は注入電流Iを,横軸は被測定電流Iを表す。
FIG. 3 (2) is a diagram showing the threshold characteristics of the two-junction SQUID, in which the vertical axis represents the injection current I G and the horizontal axis represents the measured current I C.

動作点が曲線内にあるときはSQUIDの電圧は0,曲線外
にある時はジョセフソン接合は電圧状態となり,SQUID
の電圧は有限の電圧となる。
The voltage of the SQUID is 0 when the operating point is inside the curve, and the Josephson junction is in the voltage state when the operating point is outside the curve.
Is a finite voltage.

いま,第2のac電流の波形を図示のように三角波とし,
その正方向の半周期をt1〜t2,負方向の半周期をt2〜t3
とする。
Now, make the waveform of the second ac current a triangular wave as shown in the figure,
Its positive half-cycle is t 1 to t 2 , and its negative half-cycle is t 2 to t 3.
And

まず,t1近傍ではIはA点(OAは被測定磁束Φ
変換した電流とフィードバック電流Iの差に相当す
る)付近にあり,ここで注入電流Iが入っても動作点
はしきい値を越えることなく,SQUIDはスィッチしな
い。
First, in the vicinity of t 1 , I C is near point A (OA corresponds to the difference between the current obtained by converting the measured magnetic flux Φ C and the feedback current If ), and even if the injection current I G is entered here, the operating point Does not exceed the threshold and SQUID does not switch.

t1より時間が経過してIが増加してゆくと,ある点よ
り,注入電流Iが入ったときに動作点はしきい値を越
え,SQUIDはスィッチして電圧出力が出る。注入電流I
が落ちるとその出力電圧は0となる。すなわち注入電
流パルス1個に対して出力パルス1個が出る。
When I C increases with the lapse of time from t 1, from a certain point, the operating point exceeds the threshold value when the injection current I G enters, and the SQUID switches to output a voltage. Injection current I
When G drops, its output voltage becomes zero. That is, one output pulse appears for each injection current pulse.

しきい値特性は左右非対称であるので,Iが正側にあ
るときは,出力は正側にスィッチし,負側にスィッチし
ない。
Since the threshold characteristic is asymmetrical, when I C is on the positive side, the output is switched to the positive side and not to the negative side.

反対に,t2〜t3の半周期では出力は負側にスィッチし,
正側にはスィッチしない。
On the contrary, in the half cycle of t 2 to t 3 , the output switches to the negative side,
Do not switch to the positive side.

三角波の中心が原点にありI=0の場合はしきい値特
性が原点対称であるので,出力は正側にスィッチする数
と負側にスィッチする数が等しくなる。ところがI
0の場合は,しきい値特性は左右アンバランスになり,
が正の場合は正の出力パルスが多く,Iが負の場
合は負の出力パルスが多くなる。
When the center of the triangular wave is at the origin and I C = 0, the threshold characteristic is symmetrical with respect to the origin, so that the output has the same number of switches to the positive side and the number of switches to the negative side. However, I C
When it is 0, the threshold characteristic is left-right unbalanced,
When I C is positive, there are many positive output pulses, and when I C is negative, there are many negative output pulses.

従って,正負の出力パルス数の差が入力電流Iに相当
する。
Therefore, the difference between the positive and negative output pulse numbers corresponds to the input current I C.

測定系は実際には第3図(1)のようにフィードバック回
路を付加して,ヌルメソッド(零位法)が採用されてい
る。
The measurement system actually uses a null method (zero method) by adding a feedback circuit as shown in Fig. 3 (1).

2接合SQUIDの注入端子Bから出力を取り出すが,ここ
には第4図(3)に示される出力パルスが出てくる。
The output is extracted from the injection terminal B of the two-junction SQUID, and the output pulse shown in Fig. 4 (3) appears here.

これをアップダウンカウンタ3に入れ,積分器4で積分
し,D/A変換器5でアナログ量であるフィードバック電
流Iに変換し,2接合SQUIDに磁界結合する超伝導イ
ンダクタンスLに戻す。
This is put into the up / down counter 3, integrated by the integrator 4, converted into the feedback current If which is an analog amount by the D / A converter 5, and returned to the superconducting inductance L f magnetically coupled to the two-junction SQUID.

戻し方の符号は正の出力パルスが多いときはI軸で負
方向に電流が流れる向きにする。反対の場合は逆向きに
する。
The sign of the returning method is such that the current flows in the negative direction on the I c axis when there are many positive output pulses. If the opposite is the case, reverse.

出力はIをとるか,あるいはフィードバック回路の途
中からIに相当するディジタルのパルス数をとっても
よい。
The output may take I f or take the digital pulse number corresponding to I C from the middle of the feedback circuit.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

従来のディジタル・スクィドにおいては,超伝導回路か
らなるフィードバック回路の中で,D/A変換器はビット
数が大きくなると作製が困難となる。これは,半導体回
路等のD/A変換器においてトランジスタによる高精度の
定電流特性を得る動作が,ジョセフソン回路では難しい
からである。
In the conventional digital squeeze, it is difficult to fabricate a D / A converter in a feedback circuit consisting of a superconducting circuit as the number of bits increases. This is because it is difficult for a Josephson circuit to obtain highly accurate constant-current characteristics with a transistor in a D / A converter such as a semiconductor circuit.

これに対して,本発明の目的はディジタル・スクィドの
フィードバック回路を,すなわち12〜15ビット程度のD/
A変換機能と,前段のアップダウンカウンタおよび積分
機能とをジョセフソン接合等からなる超伝導回路で実現
して,その集積化を容易にして,ディジタル・スクィド
の多チャネル化を可能にすることである。
On the other hand, an object of the present invention is to provide a digital squeeze feedback circuit, that is, a D / D of about 12 to 15 bits
By realizing the A conversion function and the up-down counter and integration function of the previous stage with a superconducting circuit composed of Josephson junctions, etc., to facilitate its integration and enable digital squid to have multiple channels. is there.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記問題点の解決は、超伝導インダクタンスと2個以上
のジョセフソン接合を含むスクィドと,被測定電流を流
し,かつ該スクィドに磁界結合するインダクタンスと,
該スクィドに交流波形のバイアス電流を与える交流波形
発生器とを有し,該スクィドに交流波形の電流を注入
し,かつ出力をパルス列で取り出すように構成されるデ
ィジタル・スクィドであって,正または負の出力パルス
を,それぞれ正または負の磁束量子に変換するジョセフ
ソン回路と,該ジョセフソン回路を含み,該スクィドに
磁界結合する超伝導ループとを有し,該超伝導ループに
前記磁束量子を蓄え,これにより該超伝導ループに流れ
るループ電流を該スクィドにフィードバックするように
構成されてなるディジタル・スクィドにより達成され
る。
To solve the above-mentioned problems, a superconducting inductance and a squid including two or more Josephson junctions, an inductance that allows a current to be measured to flow and is magnetically coupled to the squid,
An AC waveform generator that applies a bias current of an AC waveform to the squid, the digital squid being configured to inject an AC waveform current into the squid and take out an output in a pulse train, It has a Josephson circuit for converting a negative output pulse into a positive or negative flux quantum, and a superconducting loop including the Josephson circuit and magnetically coupled to the squid. Is stored in the superconducting loop and thereby the loop current flowing in the superconducting loop is fed back to the squid.

〔作用〕[Action]

ディジタル・スクィドのフィードバック回路に要求さる
機能は,スクィドから発生する正または負パルスの数の
差を求め,このパルス数差の積分値に比例するフィード
バック電流をつくり出すことである。
The function required for a digital squeeze feedback circuit is to find the difference in the number of positive or negative pulses generated from the squeeze and to create a feedback current proportional to the integral value of this pulse number difference.

このフィードバック回路を超伝導ジョセフソン回路で構
成する。
This feedback circuit consists of a superconducting Josephson circuit.

第1図は本発明の概念を説明するディジタル・スクィド
のブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of a digital squeeze illustrating the concept of the present invention.

図において,スクィド12は交流波形発生器11よりバイア
ス電流が注入され,正または負のパルス列を出力する。
ジョセフソン回路13を含む超伝導ループ14をつくり,こ
のジョセフソン回路13はスクィド12から出力パルスを受
けて,パルス1個につき,1個の量子磁束Φを超伝導
ループ14に入れ,あるいは取り出すようにする。
In the figure, the squid 12 is injected with a bias current from the AC waveform generator 11 and outputs a positive or negative pulse train.
The superconducting loop 14 including the Josephson circuit 13 is made, and this Josephson circuit 13 receives the output pulse from the squid 12, and puts or takes out one quantum magnetic flux Φ 0 into the superconducting loop 14 per pulse. To do so.

すなわち,1個の正パルスに対し正方向の磁束量子1個
を入れ,1個の負パルスに対し負方向の磁束量子1個を
入れる(あるいは,正方向の磁束量子1個を出す)。
That is, one positive magnetic flux quantum is inserted for one positive pulse, and one negative magnetic flux quantum is inserted for one negative pulse (or one positive magnetic flux quantum is output).

超伝導ループであるので,ここに蓄えられた磁束は出し
入れをしない限り永久に蓄えられ消えることはない。ま
た,この動作は磁束量子を1個ずつ足したり減らしたり
するので積分機能を含んでいる。
Since it is a superconducting loop, the magnetic flux stored here is permanently stored and does not disappear unless it is put in or taken out. In addition, this operation includes the integral function because it adds or decreases the magnetic flux quantum one by one.

フィードバック電流は,磁束量子を蓄えることにより生
ずる,この超伝導ループ14に流れるループ電流Iを使
い,これをスクィド12に磁界結合すればよい。
As the feedback current, the loop current I L flowing in the superconducting loop 14 generated by storing the magnetic flux quantum is used, and this may be magnetically coupled to the squid 12.

〔実施例〕〔Example〕

第2図は本発明の一実施例を説明するディジタル・スク
ィドの回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram of a digital squeeze for explaining an embodiment of the present invention.

図において,ジョセフソン接合J1,J2と,超伝導インダ
クタンスLを含む2接合SQUIDよりなる第1のSQUID12
と,これに磁界結合し,かつ被測定電流I=Φ/(L
1+L2)を流す超伝導インダクタンスLを有し,出力端
子を兼ねる注入端子Bは第1のSQUID12の非対称の位置
に設け,ここに振興変調波形発生器11Aより振幅変調さ
れたバイアス電流Iを注入する。
In the figure, the first SQUID 12 is composed of Josephson junctions J 1 and J 2 and a two-junction SQUID including a superconducting inductance L.
And magnetically coupled to this, and the measured current I C = Φ C / (L
1 + L 2 ) has a superconducting inductance L 2 and an injection terminal B also serving as an output terminal is provided at an asymmetrical position of the first SQUID 12, where a bias current amplitude-modulated by the promotion modulation waveform generator 11A is provided. injecting I G.

第1のSQUID12には,被測定磁束Φとフィードバック
した磁束の差に依存した出力パルスを生じる。すなわ
ち,フィードバックした磁束が正なら出力パルス数は負
側が正側より多く,フィードバックした磁束が負なら出
力パルス数は正側が負側より多くなる。
In the first SQUID 12, an output pulse depending on the difference between the measured magnetic flux Φ C and the fed back magnetic flux is generated. That is, if the fed-back magnetic flux is positive, the number of output pulses on the negative side is larger than that on the positive side, and if the fed-back magnetic flux is negative, the number of output pulses on the positive side is larger than that on the negative side.

この出力パルスは,抵抗R1とR2に分流され,抵抗R1を通
った磁界結合電流Iは超伝導インダクタンスL5によ
り,ジョセフソン回路13に磁界結合され,抵抗Rを通
った注入電流Iはジョセフソン回路13に注入される。
This output pulse is shunted to the resistors R 1 and R 2 , and the magnetic field coupling current I C passing through the resistor R 1 is magnetically coupled to the Josephson circuit 13 by the superconducting inductance L 5 and injected through the resistor R 2. The current I g is injected into the Josephson circuit 13.

このようにして,電流パルスを磁束量子に変換する機能
をもつジョセフソン回路13に加える。
In this way, the current pulse is added to the Josephson circuit 13 that has the function of converting it into magnetic flux quanta.

この例では,ジョセフソン回路13は,ジョセフソン接合
J3,J4と,超伝導インダクタンスL4を含む2接合SQUIDよ
りなる第2のSQUIDであって,この第2のSQUIDと超伝導
インダクタンスLを含む超伝導ループ14を設ける。
In this example, the Josephson circuit 13 is a Josephson junction.
A second SQUID including a two-junction SQUID including J 3 and J 4 and a superconducting inductance L 4, and a superconducting loop 14 including the second SQUID and the superconducting inductance L 3 is provided.

抵抗rは,第2のSQUIDにより超伝導ループ14に磁束量
子を入れあるいは出す際のループ電流の変化がオーバシ
ュートしないためのダンピング抵抗である。
The resistance r is a damping resistance so that the change of the loop current when the flux quantum is put into or out of the superconducting loop 14 by the second SQUID does not overshoot.

いま,第2のSQUIDのしきい値特性を利用して電流パル
スを磁束量子に変換する動作を第3図を用いて説明す
る。
Now, the operation of converting a current pulse into a magnetic flux quantum by utilizing the threshold characteristic of the second SQUID will be described with reference to FIG.

第3図は第2のSQUIDのしきい値特性を示す図である。
縦軸は注入電流I,横軸は磁界結合電流Iを表す。
FIG. 3 is a diagram showing threshold characteristics of the second SQUID.
The vertical axis represents the injection current I g , and the horizontal axis represents the magnetic field coupling current I C.

図で,実線で示されるしきい値特性は,動作点が原点側
よりここを越すと,SQUIDはスィッチして電圧状態に遷
移するが,しきい値特性同士が重なり合う点線で示され
るしきい値を越しても,電圧状態に遷移することはない
が,隣のしきい値特性内に入り込むことになる。
In the figure, the threshold characteristics shown by the solid line are SQUIDs that switch to the voltage state when the operating point crosses from the origin side, but the threshold characteristics shown by the dotted line where the threshold characteristics overlap each other. Even if the voltage exceeds the threshold, it does not transit to the voltage state, but it enters into the adjacent threshold characteristic.

超伝導ループ14に電流が流れていないときは,第2のSQ
UIDの動作点は0点にある。
When no current is flowing in the superconducting loop 14, the second SQ
The UID has an operating point of 0.

第2のSQUIDに正のパルスが加わると,抵抗R1,R2により
分流され動作点は斜上に移動する。すなわち動作点は0
→A→0と移動するが,点線で表されるモード遷移のし
きい値を2回越すことにより,正の磁束量子が1個超伝
導ループ14に蓄えられる。
When a positive pulse is applied to the second SQUID, it is shunted by the resistors R 1 and R 2 and the operating point moves obliquely. That is, the operating point is 0
It moves as → A → 0, but one positive flux quantum is stored in the superconducting loop 14 by crossing twice the threshold value of the mode transition represented by the dotted line.

つぎに,この間の動作を細分して説明する。Next, the operation during this period will be described in detail.

第2のSQUIDに正のパルスがに加わるときは,まず,パ
ルスの立ち上がり,0→Aでは,点線のしきい値(右
側)を1回越すと第2のSQUIDのジョセフソン接合J
が瞬間的に電圧状態になり,すぐに0電圧に戻る。その
結果磁束量子Φ1個が第2のSQUID内に入る。
When a positive pulse is applied to the second SQUID, first, when the pulse rises, and 0 → A, the threshold value (right side) of the dotted line is crossed once, the Josephson junction J 3 of the second SQUID is
Becomes a voltage state momentarily, and immediately returns to 0 voltage. As a result, one flux quantum Φ 0 enters the second SQUID.

つぎに,パルスの立ち下がりA→0では,点線のしきい
値(左側)を1回越すとジョセフソン接合J4が一時的に
スィッチして過渡的に電圧パルスを出し,その結果第2
のSQUID内の磁束量子Φ1個を右側の超伝導インダク
タンスL3へ送り出す。
Next, at the trailing edge of the pulse A → 0, once the threshold value (left side) of the dotted line is crossed, the Josephson junction J 4 temporarily switches and transiently outputs a voltage pulse, and as a result, the second pulse
Sends out one magnetic flux quantum Φ 0 in the SQUID to the superconducting inductance L 3 on the right side.

結局,動作点が0→A→0と移動すると,点線のしきい
値を1回ずつ越して磁束量子Φ1個がジョセフソン接
合J3,J4を通過して超伝導インダクタンスL3に入る。
After all, when the operating point moves from 0 → A → 0, one flux quantum Φ 0 passes through the Josephson junctions J 3 and J 4 and crosses the threshold of the dotted line one by one to the superconducting inductance L 3 . enter.

同様にして,第2のSQUIDに負のパルスが加わると,し
きい値特性は第3象限に移行し,動作点は0→B→0と
移動し,負の磁束量子が1個超伝導ループ14に蓄えられ
る。
Similarly, when a negative pulse is applied to the second SQUID, the threshold characteristic shifts to the third quadrant, the operating point moves from 0 → B → 0, and one negative flux quantum is generated in the superconducting loop. Stored in 14.

超伝導ループ14に磁束を蓄えると,その結果ループ電流
が流れ,Iにこの電流が加わるから動作点は,例
えば0′→A′→0′, 0′→B′→0′等となる。
When storing a magnetic flux in the superconducting loop 14, resulting loop current I L flows, the operating point from the current applied to the I g, for example 0 '→ A' → 0 ' , 0' → B '→ 0' etc. Becomes

ループ電流Iは,蓄積された磁束量子Φの数をnと
すれば, I=nΦ/L. で表され,第2のSQUIDへの注入電流はI+Iとな
り,座標の原点は0より0′にずれる。
The loop current I L is I L = nΦ 0 / L 3 .., where n is the number of accumulated magnetic flux quanta Φ 0 . , The injection current into the second SQUID becomes I g + I L , and the origin of the coordinates deviates from 0 to 0 ′.

0′が0から大きくずれると,磁束量子の出し入れがで
きなくなったり,第2のSQUIDが電圧状態に遷移する等
誤動作をするが,超伝導ループのインダクタンスL
十分大きくすれば,ループ電流Iは小さくなり,0′
が0から大きくずれることはない。
If 0 ′ is greatly deviated from 0, the magnetic flux quantum cannot be taken in or out, or the second SQUID makes a malfunction such as transition to a voltage state. However, if the inductance L 3 of the superconducting loop is made sufficiently large, the loop current I L becomes smaller, 0 '
Does not deviate significantly from zero.

このようにして,出力パルス数の差に相当する磁束量子
が超伝導ループ14に蓄えられ,これにほぼ比例するルー
プ電流Iが流れる。このループ電流Iをフィードバ
ックのため第1のSQUID12に磁界結合する。
In this way, magnetic flux quanta corresponding to the difference in the number of output pulses are stored in the superconducting loop 14, and a loop current I L that is almost proportional to this flows. This loop current I L is magnetically coupled to the first SQUID 12 for feedback.

このフィードバックにより,被測定磁束Φから第1の
SQUID12に結合する磁束と,フィードバック電流I
第1のSQUID12に結合する磁束とがほぼ打ち消し合う。
By this feedback, the measured magnetic flux Φ C
A magnetic flux coupled to SQUID12, the feedback current I L and the magnetic flux coupled to the first SQUID12 cancel substantially.

出力は,従来例と同様にこのフィードバック電流を読む
か,あるいは出力パルスから取り出せばよい。
As for the output, this feedback current may be read or extracted from the output pulse as in the conventional example.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上詳細に説明したように本発明によれば,ディジタル
・スクィドのフィードバック回路をジョセフソン接合と
超伝導インダクタンス等からなる超伝導回路のみで構成
できるので,ディジタル・スクィドの多チャネル化,ワ
ンチップ化等が容易となる。
As described in detail above, according to the present invention, the feedback circuit of the digital squid can be constituted only by the superconducting circuit composed of the Josephson junction and the superconducting inductance. Etc. becomes easy.

従って,心磁計等において複数個所の情報を同時に多数
得ることができ,高速に詳細な診断ができるようにな
る。
Therefore, a large number of pieces of information at a plurality of places can be obtained at the same time in a magnetocardiograph, and a detailed diagnosis can be performed at high speed.

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

第1図は本発明の概念を説明するディジタル・スクィド
のブロック図, 第2図は本発明の一実施例を説明するディジタル・スク
ィドの回路図, 第3図は第2のSQUIDのしきい値特性を示す図, 第4図(1)〜(3)はそれぞれ従来例によるディジタル・ス
クィドの回路図,動作説明図と出力パルスを示す図であ
る。 図において, 11は交流波形発生器, 12は第1のSQUID, J1,J2はジョセフソン接合, Lは超伝導インダクタンス, 13はジョセフソン回路で第2のSQUID, J3,J4はジョセフソン接合, L4は超伝導インダクタンス, 14は超伝導ループ, L3はフィードバック用 超伝導インダクタンス, Iは出力の第2のSQUIDへの磁界結合電流, Φは被測定磁束, L1はピックアップコイルで 超伝導インダクタンス, L2は被測定超伝導ループの 超伝導インダクタンス, L5は第2のSQUIDへの磁界結合用 超伝導インダクタンス, Bは注入端子, Iは第1のSQUIDへの注入電流, Iは第2のSQUIDへの注入電流, Iはフィードバック用ループ電流, R1,R2は分流抵抗 である。
FIG. 1 is a block diagram of a digital squeeze for explaining the concept of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of the digital squeeze for explaining one embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a threshold value of a second SQUID. FIGS. 4 (1) to 4 (3) are diagrams showing the characteristics, respectively, a circuit diagram, an operation explanatory diagram and an output pulse diagram of a conventional digital squeeze. In the figure, 11 is an AC waveform generator, 12 is the first SQUID, J 1 and J 2 are Josephson junctions, L is a superconducting inductance, 13 is a Josephson circuit, and the second SQUIDs, J 3 and J 4 are Josephson junction, L 4 is a superconducting inductance, 14 is a superconducting loop, L 3 is a feedback superconducting inductance, I C is the magnetic field coupling current to the second SQUID of the output, Φ c is the measured magnetic flux, L 1 superconducting inductance pickup coil, L 2 is superconducting inductance of the measured superconducting loop, L 5 is superconducting inductance magnetic field coupled to the second SQUID, B is injection terminal, I G is the first SQUID the injection current, I g of current injected into the second SQUID, I L is the loop current feedback, R 1, R 2 is shunt resistor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】超伝導インダクタンスと2個以上のジョセ
フソン接合を含むスクィドと,被測定電流を流し,かつ
該スクィドに磁界結合するインダクタンスと,該スクィ
ドに交流波形のバイアス電流を与える交流波形発生器と
を有し,該スクィドに交流波形の電流を注入し,出力を
パルス列で取り出すように構成されているディジタル・
スクィドであって, 正または負の出力パルスを,それぞれ正または負の磁束
量子に変換するジョセフソン回路と, 該ジョセフソン回路を含み,該スクィドに磁界結合する
超伝導ループとを有し, 該超伝導ループに前記磁束量子を蓄え,これにより該超
伝導ループに流れるループ電流を該スクィドにフィード
バックするように構成されてなることを特徴とするディ
ジタル・スクィド。
1. A squid including a superconducting inductance and two or more Josephson junctions, an inductance for applying a current to be measured and magnetically coupling to the squid, and an AC waveform generating for applying an AC waveform bias current to the squid. And a digital circuit configured to inject a current of an alternating waveform into the squid and take out the output as a pulse train.
A squid having a Josephson circuit for converting a positive or negative output pulse into a positive or negative flux quantum, respectively, and a superconducting loop including the Josephson circuit and magnetically coupled to the squid, A digital squid characterized in that it stores the magnetic flux quantum in a superconducting loop and thereby feeds back the loop current flowing in the superconducting loop to the squid.
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