JPH07174834A - Digital squid and measuring system using the squid - Google Patents

Digital squid and measuring system using the squid

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JPH07174834A
JPH07174834A JP5319403A JP31940393A JPH07174834A JP H07174834 A JPH07174834 A JP H07174834A JP 5319403 A JP5319403 A JP 5319403A JP 31940393 A JP31940393 A JP 31940393A JP H07174834 A JPH07174834 A JP H07174834A
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digital
josephson
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comparator
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栄里子 武田
Juichi Nishino
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Abstract

PURPOSE:To provide a digital SQUID with which measurement at low noise and high precision can be carried out without error operation and the increase of the noise attributed to the cross-talk and the alteration ground potential and to provide a measurement system using the digital SQUID. CONSTITUTION:A measurement system is composed of at least a SQUID 1 driven by a DC power supply a comparator 2 to recognize the magnitude of the output voltage or the output current of the SQUID, and a read-out circuit 3 including a Josephson conjunction and driven by DC power supply to read out the output of the comparator 2.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、信号の大きさをデジ
タル出力で得ることのできるデジタルSQUID(SQ
UID:Superconducting Quantum Interference Devic
e 超電導量子干渉素子)、および、これを用いた計測
システムに関し、特に、低雑音化と測定精度の向上、お
よび、誤動作防止に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a digital SQUID (SQ) capable of obtaining a signal magnitude with a digital output.
UID: Superconducting Quantum Interference Devic
e Superconducting quantum interference device) and a measurement system using the same, and more particularly to noise reduction, improvement in measurement accuracy, and prevention of malfunction.

【0002】[0002]

【従来の技術】SQUIDは超電導の性質を利用して、
微小な磁場を検出することができる素子である。SQU
IDは本来アナログ磁束信号を入力して、アナログ電圧
信号を出力するセンサであるが、これをデジタル信号と
して出力するセンサとして使用し、機能を向上させるこ
とについては公知であり、これらはデジタルSQUID
と呼ばれている。SQUIDの場合も他の多くのセンサ
技術と同様に、デジタル化することは信号処理やデータ
の伝送を容易にするものである。従って、デジタル化そ
のものはSQUIDに特有の技術ではなく、また、具体
的な方法についても、これまでに幾つかの方法が開示さ
れている。
2. Description of the Related Art SQUID utilizes the property of superconductivity to
It is an element that can detect a minute magnetic field. SQU
The ID is originally a sensor that inputs an analog magnetic flux signal and outputs an analog voltage signal, but it is known to use this as a sensor that outputs a digital signal to improve its function, and these are digital SQUIDs.
is called. In the case of SQUIDs, as with many other sensor technologies, digitization facilitates signal processing and data transmission. Therefore, the digitization itself is not a technology unique to SQUID, and some specific methods have been disclosed so far.

【0003】デジタルSQUIDを実現する1つの方法
は、特開昭64−21379号において開示されてい
る。また、そのデジタルSQUIDを複数個有する多チ
ャンネルデジタルSQUID磁束計の駆動方法に関して
は、例えば、特開平3−197885号に開示されてい
る。
One method of realizing a digital SQUID is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 64-21379. A driving method of a multi-channel digital SQUID magnetometer having a plurality of digital SQUIDs is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 3-197885.

【0004】図20は、従来技術におけるデジタルSQ
UIDを示す回路図である。従来技術におけるデジタル
SQUIDは、センサである超電導量子干渉素子が交流
電流源59で駆動され、入力された磁束の大きさに依存
して正または負のパルスが出力される。この正または負
のパルスの数をカウントして、その差に比例する電流を
帰還することにより被測定磁束の大きさを求めることが
できる。
FIG. 20 shows a conventional digital SQ.
It is a circuit diagram which shows UID. In the conventional digital SQUID, a superconducting quantum interference device that is a sensor is driven by an alternating current source 59, and a positive or negative pulse is output depending on the magnitude of the input magnetic flux. The magnitude of the magnetic flux to be measured can be obtained by counting the number of positive or negative pulses and feeding back a current proportional to the difference.

【0005】次に、このデジタルSQUIDの動作につ
いて図20を用いて説明する。ピックアップコイル70
0で検出した信号磁束はインプットコイル220によっ
てSQUIDに入力される。SQUIDは交流電流源5
9によりバイアスされ、ジョセフソン接合110とイン
ダクタンス221から構成される。SQUIDには、イ
ンプットコイル220からの磁束信号量と帰還磁束量の
差に相当する入力磁束に応じた正または負の電流パルス
を、やはり交流電流源で駆動される論理積ゲート80
1、論理和ゲート800から構成される切り換え回路8
10を介して帰還回路に出力する。帰還回路は、インダ
クタンス223とジョセフソン接合111を含む超電導
ループ、および、切り換え回路810を介して送られる
パルスを磁束量子に変換する書き込みゲートからなる。
この書き込みゲートはインダクタンス223と磁気結合
する他のインダクタンス222からなる。書き込みゲー
トを通過したパルスは磁束量子に変換されインダクタン
ス224を含んで構成される超電導ループに蓄えられ
る。
Next, the operation of this digital SQUID will be described with reference to FIG. Pickup coil 70
The signal magnetic flux detected at 0 is input to the SQUID by the input coil 220. SQUID is AC current source 5
It is biased by 9 and consists of a Josephson junction 110 and an inductance 221. In the SQUID, a positive or negative current pulse according to the input magnetic flux corresponding to the difference between the magnetic flux signal amount from the input coil 220 and the feedback magnetic flux amount is supplied to the AND gate 80 which is also driven by the alternating current source.
1. Switching circuit 8 composed of OR gate 800
It outputs to the feedback circuit via 10. The feedback circuit consists of a superconducting loop including the inductance 223 and the Josephson junction 111, and a write gate that converts the pulses sent through the switching circuit 810 into flux quanta.
This write gate consists of another inductance 222 that is magnetically coupled to the inductance 223. The pulse passing through the write gate is converted into a flux quantum and stored in the superconducting loop including the inductance 224.

【0006】インダクタンス224はSQUIDのイン
ダクタンス221と磁気結合900を介して結合してお
り、インダクタンス224を含む超電導ループに蓄えら
れた磁束量子はSQUIDに帰還される。従って、帰還
回路はSQUIDから出力されたパルスを計測し、その
結果に応じた磁束量子をSQUIDに帰還することがで
きる。
The inductance 224 is coupled with the inductance 221 of the SQUID via the magnetic coupling 900, and the magnetic flux quantum stored in the superconducting loop including the inductance 224 is fed back to the SQUID. Therefore, the feedback circuit can measure the pulse output from the SQUID and return the magnetic flux quantum corresponding to the result to the SQUID.

【0007】デジタルSQUIDを実現する別の方法に
ついては、ドゥラング等によって、クライオジェニック
ス 1986年 第26巻 623頁から627頁に詳
細に述べられている。ドゥラング等は、交流電流源で駆
動されるコンパレータをSQUIDに組み合わせて用い
る方法について述べている。しかし、出力されたデジタ
ル信号の処理方法等については何ら言及していない。
Another method for implementing a digital SQUID is described in detail by Dr. Lang et al., In Cryogenics 1986, Vol. 26, pp. 623-627. Durang et al. Describe a method of using a comparator driven by an alternating current source in combination with an SQUID. However, no reference is made to the method of processing the output digital signal.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ドゥラング等が開示し
たデジタルSQUIDにおいては、SQUID、およ
び、コンパレータを組み合わせた回路から出力されるデ
ジタル信号を処理する技術について何ら言及されておら
ず、従って、デジタル信号処理と高精度な磁束信号の検
出とを両立させるために必要な技術的視点がもともと存
在していなかった。デジタルSQUIDの技術におい
て、上記のデジタル信号処理と磁束信号の検出とを同時
に行うために必要な技術は、前述の特開昭64−213
79号において開示されている。この従来技術において
は、SQUIDの駆動に交流電流源を用いることによっ
て、SQUIDそのものにコンパレータとしての動作を
実行させ、SQUIDのデジタル化を実現している。従
って、交流電流源を用いることは必須である。さらに、
出力されたデジタル信号の処理、あるいは、帰還による
制御には交流電流源によって駆動されるジョセフソン論
理回路を用いていた。このような交流電流源で駆動する
SQUID、あるいは、ジョセフソン論理回路を用いて
デジタルSQUIDを構成する場合は、回路に高い周波
数の交流電流を供給しなければならず、以下に述べる主
に3種類の問題が生じた。
In the digital SQUID disclosed by Durang et al., There is no mention of a technique for processing a digital signal output from a circuit in which the SQUID and a comparator are combined, and therefore, the digital signal is not described. Originally, there was no technical viewpoint necessary for achieving both processing and detection of a highly accurate magnetic flux signal. In the digital SQUID technology, the technology required to perform the digital signal processing and the magnetic flux signal detection at the same time is described in JP-A 64-213 described above.
No. 79. In this conventional technique, by using an alternating current source for driving the SQUID, the SQUID itself performs an operation as a comparator, and the SQUID is digitized. Therefore, it is essential to use an alternating current source. further,
A Josephson logic circuit driven by an alternating current source was used for processing the output digital signal or controlling by feedback. When configuring a digital SQUID using an SQUID driven by such an AC current source or a Josephson logic circuit, a high frequency AC current must be supplied to the circuit, and there are three main types described below. The problem arose.

【0009】第1は高周波の反射である。電流源からの
配線のインピーダンスと、SQUIDあるいはジョセフ
ソン論理回路のインピーダンスを完全に一致させること
は非常に困難である。このため、外部から供給した高周
波電流はSQUIDやジョセフソン論理回路に入る直前
の配線部分において反射するため入力波形がくずれる。
このためSQUIDやデジタル論理回路の誤動作が生じ
る。
The first is high frequency reflection. It is very difficult to completely match the impedance of the wiring from the current source with the impedance of the SQUID or Josephson logic circuit. Therefore, the high-frequency current supplied from the outside is reflected at the wiring portion immediately before entering the SQUID or Josephson logic circuit, and the input waveform is distorted.
This causes malfunction of the SQUID and the digital logic circuit.

【0010】第2はクロストークである。数十から数百
mAに達する高周波の大電流を配線に流すために、電磁
誘導により周辺の別の配線や、SQUIDそのものへ誘
導電流が発生する。このように配線間に生じたクロスト
ークは雑音を発生する。特にSQUIDに生じたクロス
トークによる雑音は、測定精度の劣化を引き起こし、帰
還回路などの測定回路系に伝達された雑音は回路の誤動
作、ひいてはシステムの誤動作を引き起こす。
The second is crosstalk. Since a high-frequency large current of several tens to several hundreds mA is applied to the wiring, an induction current is generated in another wiring in the vicinity or the SQUID itself by electromagnetic induction. The crosstalk generated between the wirings in this way causes noise. In particular, noise due to crosstalk generated in the SQUID causes deterioration of measurement accuracy, and noise transmitted to the measurement circuit system such as a feedback circuit causes malfunction of the circuit and eventually malfunction of the system.

【0011】第3はグランド電位の変動である。これに
伴って、発生した雑音は同様に測定精度の劣化を引き起
こす。
Third is the fluctuation of the ground potential. Along with this, the generated noise similarly causes deterioration in measurement accuracy.

【0012】SQUIDと同様に、デジタル信号処理の
ためのジョセフソン論理回路も従来技術においては交流
電流源で駆動していたので、上記の問題が生じ測定精度
の劣化、システムの誤動作を引き起こしていた。
Like the SQUID, the Josephson logic circuit for digital signal processing is also driven by an alternating current source in the prior art, so that the above problems occur, which deteriorates the measurement accuracy and causes the system to malfunction. .

【0013】このように従来のデジタルSQUIDにお
いては、デジタル動作、あるいは、出力信号のデジタル
信号処理を行った場合の、磁束などの微弱な信号の測定
に対する低雑音化、測定精度の向上、および、システム
の誤動作防止に関する視点が存在していなかったか、あ
るいは、十分な注意が払われていなかった。
As described above, in the conventional digital SQUID, when the digital operation or the digital signal processing of the output signal is performed, noise reduction for measurement of a weak signal such as magnetic flux, improvement of measurement accuracy, and There was no perspective on system malfunction prevention, or sufficient attention was not paid.

【0014】本発明の目的は上記従来技術の持つ問題点
を解決し、低雑音、かつ高性能のデジタルSQUID、
および、これを用いた計測システムを提供することであ
る。
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to realize a low noise and high performance digital SQUID,
And to provide a measurement system using the same.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的は、2つのジョ
セフソン接合と、前記2つのジョセフソン接合をつない
で配置された超電導リングを含んで構成されたSQUI
Dと、ジョセフソン接合を含んで構成され前記SQUI
Dの出力電圧もしくは出力電流の大きさを識別するコン
パレータと、ジョセフソン接合を含んで構成され前記コ
ンパレータの出力を読み出すための読み出し回路とを少
なくとも含んで構成するとともに、前記SQUID、お
よび、前記読み出し回路は直流電流源で駆動する、こと
によって達成することができる。
SUMMARY OF THE INVENTION The above object is to provide an SQUI including two Josephson junctions and a superconducting ring arranged to connect the two Josephson junctions.
D and a SQUIS including a Josephson junction
The SQUID and the read circuit are configured to include at least a comparator that identifies the magnitude of the output voltage or the output current of D and a read circuit that includes a Josephson junction and that reads the output of the comparator. The circuit can be achieved by driving with a direct current source.

【0016】[0016]

【作用】直流電流源でSQUIDを駆動する場合は、一
般的には、出力はアナログ電圧になる。この場合、SQ
UIDを制御するためにはロックインアンプなどの室温
で動作するアナログ回路が必要となり、これらは液体ヘ
リウム温度で動作するSQUIDに比べて熱雑音が大き
く、SQUIDの感度低下の原因になる。これに対し
て、SQUIDの出力をデジタル化すれば、付属回路も
ジョセフソン接合を含む超電導回路で作製できるように
なる。従って、同一チップ上で情報処理ができる。また
アナログ方式において信号の帰還に一般的に使用されて
いるFLL(Flux Locked Loop)方式
を使用する必要がなくなる。その結果、FLLの磁束変
調周波数で制限されていた帯域をより広くすることがで
き、SQUIDを高性能化、かつ、高機能化することが
できる。これらの事情はSQUIDをデジタル化するた
めに交流電流源を用いてSQUIDを駆動する、あるい
はジョセフソン接合を用いて信号処理回路を駆動した場
合と全く同じである。
When the SQUID is driven by the direct current source, the output is generally an analog voltage. In this case, SQ
An analog circuit that operates at room temperature, such as a lock-in amplifier, is required to control the UID, and these have large thermal noise as compared with the SQUID that operates at the liquid helium temperature, which causes a decrease in the sensitivity of the SQUID. On the other hand, if the output of the SQUID is digitized, the auxiliary circuit can be made of a superconducting circuit including a Josephson junction. Therefore, information processing can be performed on the same chip. In addition, it is not necessary to use the FLL (Flux Locked Loop) system that is generally used for signal feedback in the analog system. As a result, the band limited by the magnetic flux modulation frequency of the FLL can be widened, and the SQUID can have high performance and high functionality. These circumstances are exactly the same as when the SQUID is driven by using an alternating current source to digitize the SQUID or when the signal processing circuit is driven by using the Josephson junction.

【0017】しかしながら、SQUIDによる磁束等の
信号の計測とデジタル信号処理とを組み合わせた時に始
めて生じる問題である前記の高周波の反射、クロストー
ク、および、グランド電位変動の問題は、直流電流源で
SQUID、および、信号の読み出し回路を駆動するこ
とによって、全くなくすことができるか、あるいは、後
で詳細に説明するごとく、発生したとしても従来技術に
比べてその影響を100分の1以下に小さくすることが
できる。
However, the above-mentioned problems of high-frequency reflection, crosstalk, and ground potential fluctuation, which are problems that occur only when the measurement of a signal such as a magnetic flux by SQUID and digital signal processing are combined, are caused by the SQUID at the DC current source. , And by driving the signal readout circuit, or, as will be described in detail later, even if it occurs, its effect is reduced to 1/100 or less as compared with the prior art. be able to.

【0018】図1(a)は本発明のデジタルSQUID
の代表的な実施形態にもとづき、その概念を示したブロ
ック図である。磁束そのもの、あるいは、電流信号によ
って発生した磁束が入力されることによってSQUID
1に生じたアナログ信号1000はコンパレータ2に入
力されてデジタル信号1100に変換される。このデジ
タル信号1100は直流電流源5で駆動された読み出し
回路3を経て帰還手段4および出力処理回路、表示回路
へ伝達される。帰還手段4および出力処理回路、表示回
路は、それらを併用することによって本発明の効果を大
きくすることができる。
FIG. 1A shows a digital SQUID of the present invention.
3 is a block diagram showing the concept based on the representative embodiment of FIG. SQUID by inputting the magnetic flux itself or the magnetic flux generated by the current signal
The analog signal 1000 generated at 1 is input to the comparator 2 and converted into the digital signal 1100. The digital signal 1100 is transmitted to the feedback means 4, the output processing circuit, and the display circuit via the read circuit 3 driven by the direct current source 5. The effect of the present invention can be enhanced by using the feedback means 4, the output processing circuit, and the display circuit together.

【0019】読み出し回路3はコンパレータ2からのデ
ジタル信号を一定のタイミングでラッチする機能のほ
か、その値を外部回路、あるいは出力処理回路、表示回
路などへ出力する機能、さらにはSQUID1への帰還
による制御を行うための帰還手段4への帰還量に相当す
る信号を出力する機能を有する。また、必要に応じて積
算や平均化、デジタルフィルタなどのデジタル信号処理
の機能を持たせることができる。この構成によれば、ア
ナログ方式ではできなかったデジタル信号処理技術を活
用したSQUIDの高性能化と高機能化を可能にすると
ともに、交流電流源駆動のデジタルSQUIDでは問題
となっていた、雑音の増加や、測定精度の劣化、システ
ムの誤動作などを回避することができる。
The read circuit 3 has a function of latching the digital signal from the comparator 2 at a constant timing, a function of outputting the value to an external circuit, an output processing circuit, a display circuit, or the like, and further, a feedback to the SQUID 1. It has a function of outputting a signal corresponding to the amount of feedback to the feedback means 4 for controlling. Further, functions of integration, averaging, digital signal processing such as a digital filter can be provided as necessary. According to this configuration, it is possible to realize high performance and high functionality of the SQUID by utilizing the digital signal processing technology which could not be performed by the analog method, and the noise of the digital SQUID driven by the alternating current source has been a problem. It is possible to avoid an increase, deterioration of measurement accuracy, malfunction of the system, and the like.

【0020】以下本発明の構成が従来技術の問題点の解
決にどのように働くかを詳細に述べる。
The following is a detailed description of how the structure of the present invention works to solve the problems of the prior art.

【0021】構成要素の一つであるコンパレータ2の駆
動は交流電流源でも直流電流源でもどちらでも良い。な
ぜなら、コンパレータ2はSQUID1に対して1対1
に対応させて設けてあり、デジタルSQUIDを複数有
する場合であっても各々のSQUIDの測定が終了した
後に、電源電流を変化させてコンパレータをリセットす
ることができる。従って、仮に交流の電流源を用いても
測定の速度を犠牲にすればコンパレータ2のリセットに
よって発生する雑音がSQUID1による磁束そのも
の、あるいは、電流信号によって発生した磁束の測定結
果に影響しないようにすることができる。従って、コン
パレータ2のみを交流電流源で駆動してもデジタルSQ
UIDの雑音にはならないため、測定精度に影響を及ぼ
さない。このようにコンパレータ2について、動作方法
の工夫により交流電流源の駆動が可能になるのは、コン
パレータ2がラッチとして働き、情報の記憶を行い、測
定のタイミングとリセットのタイミングを完全に分割で
きるからである。もちろん、コンパレータ2も直流電流
源駆動にすれば測定の速度、すなわち帯域を犠牲にする
必要もなくなり、システムとしても動作のタイミングを
容易にすることができるという特別の利点もある。従っ
て、この場合にも本発明の目的を達成できることは明ら
かである。
The comparator 2, which is one of the constituent elements, may be driven by either an alternating current source or a direct current source. Because the comparator 2 has a one-to-one correspondence with SQUID1.
Even if a plurality of digital SQUIDs are provided, it is possible to reset the comparator by changing the power supply current after the measurement of each SQUID is completed. Therefore, even if an AC current source is used, if the measurement speed is sacrificed, the noise generated by the reset of the comparator 2 will not affect the magnetic flux itself by the SQUID 1 or the measurement result of the magnetic flux generated by the current signal. be able to. Therefore, even if only the comparator 2 is driven by the alternating current source, the digital SQ
Since it does not become noise of UID, it does not affect the measurement accuracy. In this way, with respect to the comparator 2, it is possible to drive the AC current source by devising the operation method, because the comparator 2 functions as a latch, stores information, and completely divides the measurement timing and the reset timing. Is. Of course, if the comparator 2 is also driven by a direct current source, it is not necessary to sacrifice the measurement speed, that is, the band, and there is a special advantage that the operation timing can be facilitated as a system. Therefore, it is clear that the object of the present invention can be achieved in this case as well.

【0022】本発明のデジタルSQUIDにおいては、
図1(a)に示したコンパレータ2以外の構成要素であ
る、SQUID1、読み出し回路3は、いずれも磁束そ
のもの、あるいは、電流信号によって発生した磁束の測
定のタイミングと分離して動作させることができない。
これは以下の理由による。第一にコンパレータ2の場合
は単にリセットを行うだけでよいので、複数個ある場合
でも全てのコンパレータを一度にリセットすれば良く、
その制御も容易に実現できる。これに対して、読み出し
回路3はジョセフソン論理回路による信号処理回路であ
り、測定結果のデジタル信号処理、および、帰還信号の
制御等の機能を有するが、その動作はコンパレータに比
べてはるかに複雑である。このため、交流電流源で駆動
する読み出し回路3を用いた場合には、1回の磁束その
もの、あるいは、電流信号によって発生した磁束の測定
中に何回か電源のオンとオフを繰り返す必要が生じ、こ
れによる雑音の発生が避けられない。従って、読み出し
回路3の動作を測定のタイミングと分離しようとする
と、このタイミングの制御のために大規模な論理回路が
別に必要になりシステムが大型化してしまうことに加え
て、スピードの低下のために回路の信号処理能力が大幅
に低下する。
In the digital SQUID of the present invention,
The components other than the comparator 2 shown in FIG. 1A, which are the SQUID 1 and the read circuit 3, cannot be operated separately from the timing of measuring the magnetic flux itself or the magnetic flux generated by the current signal. .
This is for the following reason. First, in the case of the comparator 2, it is only necessary to reset, so even if there are multiple comparators, it is sufficient to reset all the comparators at once.
The control can be easily realized. On the other hand, the read circuit 3 is a signal processing circuit using a Josephson logic circuit and has functions such as digital signal processing of measurement results and control of a feedback signal, but its operation is much more complicated than that of a comparator. Is. Therefore, when the read circuit 3 driven by the alternating current source is used, it is necessary to turn on and off the power supply several times during the measurement of the magnetic flux itself or the magnetic flux generated by the current signal. However, the generation of noise due to this is inevitable. Therefore, if the operation of the read circuit 3 is to be separated from the measurement timing, a large-scale logic circuit is additionally required to control this timing, and the system becomes bulky. Moreover, the signal processing capability of the circuit is significantly reduced.

【0023】第二にデジタルSQUIDにおいて従来の
FLLと同様の機能を実現するためには、磁束そのも
の、あるいは、電流信号によって発生した磁束の入力信
号に対して帰還による制御を行いつつ、SQUIDによ
る磁束そのもの、あるいは、電流信号によって発生した
磁束の測定を繰り返して行う必要がある。このため帰還
手段4へ所定の帰還量に相当する信号を出力する読み出
し回路3はSQUID1と同じタイミングで動作してい
る必要がある。このためSQUID1と読み出し回路3
は全て同じタイミングで動作させて、なおかつ、信号の
反射やクロストーク、さらには、グランド電位の変動に
よる雑音の発生が生じないように回路を構成する必要が
ある。
Second, in order to realize the same function as the conventional FLL in the digital SQUID, the magnetic flux itself or the magnetic flux generated by the current signal is controlled by feedback while controlling the magnetic flux by the SQUID. It is necessary to repeat the measurement of itself or the magnetic flux generated by the current signal. Therefore, the read circuit 3 that outputs a signal corresponding to a predetermined feedback amount to the feedback unit 4 needs to operate at the same timing as the SQUID 1. Therefore, SQUID1 and read circuit 3
Must be operated at the same timing, and a circuit must be configured so that signal reflection, crosstalk, and noise due to fluctuations in the ground potential do not occur.

【0024】本発明によれば、これら2つの構成要素、
すなわち、SQUID1と読み出し回路3は直流電流源
で駆動されるジョセフソン論理回路によって構成されて
いるため上記の問題による雑音が発生しない。これは以
下の理由による。
According to the invention, these two components,
That is, since the SQUID 1 and the read circuit 3 are composed of the Josephson logic circuit driven by the DC current source, noise due to the above problem does not occur. This is for the following reason.

【0025】直流電流源を用いれば電磁誘導によるクロ
ストークは発生しない。さらに直流電流源であるから、
インピーダンスの不整合部分における反射が生じること
もない。さらに直流電流源で駆動されるジョセフソン論
理回路は、一般に2つ以上の電流の経路のうちのどちら
か1つに電流を切り換えることによって動作する。従っ
て、電源からグランドへ流れ込む電流値は上記論理回路
のスイッチング、すなわち、一方の経路から他方へ電流
を切り換えても変化せず一定であり、従ってグランド電
位の変動も無視できるほど小さい。
If a direct current source is used, crosstalk due to electromagnetic induction will not occur. Furthermore, because it is a direct current source,
No reflection occurs at the impedance mismatch portion. In addition, Josephson logic circuits driven by direct current sources typically operate by switching the current to either one of two or more current paths. Therefore, the value of the current flowing from the power supply to the ground does not change even when the logic circuit is switched, that is, the current is switched from one path to the other, and is constant.

【0026】これに対して、交流電流源で駆動されるジ
ョセフソン論理回路においては、ジョセフソン接合のイ
ンピーダンスがスイッチングの前後で大きく変化するた
め、スイッチングにともなってグランドに流れる電流の
値が変化しこれが雑音の原因となる。また、そもそも電
源電流が交流であるためグランドに流れる電流値は大き
く変動することになる。従って、配線、あるいは、グラ
ンドプレーンに存在するインダクタンスの値に依存して
グランド電位が発生する。このため、測定の制度を向上
させるには交流電流源の周波数を下げて電磁誘導による
雑音の発生を抑える必要があり、その結果、測定の帯域
が制限されていたわけである。これらの交流電流源駆動
のジョセフソン論理回路を使用したことによる問題点は
本発明によって容易に解決できる。特に、測定の帯域に
ついてはグランド電位の変動を考慮しなくても良いた
め、数GHz程度まで引き上げることが可能となり、こ
れは従来技術においては実現不可能である。
On the other hand, in the Josephson logic circuit driven by the AC current source, the impedance of the Josephson junction largely changes before and after the switching, so that the value of the current flowing to the ground changes with the switching. This causes noise. Moreover, since the power supply current is an alternating current, the value of the current flowing to the ground fluctuates greatly. Therefore, the ground potential is generated depending on the wiring or the value of the inductance existing in the ground plane. Therefore, in order to improve the measurement accuracy, it is necessary to lower the frequency of the alternating current source to suppress the generation of noise due to electromagnetic induction, and as a result, the measurement band is limited. The problems caused by using these Josephson logic circuits driven by an alternating current source can be easily solved by the present invention. In particular, since it is not necessary to consider the fluctuation of the ground potential in the measurement band, it is possible to raise it to about several GHz, which cannot be realized by the conventional technique.

【0027】また、デジタルSQUIDを複数個有する
場合は、読み出し回路の一部分としてマルチプレクサを
用いることができ、複数のデジタルSQUIDに対して
1個ないし複数個の処理回路を共通に用いることによっ
てシステムを構成することができるため、複数ヶ所の磁
束そのもの、あるいは、電流信号によって発生した磁束
を同時に測定でき、かつ、この共通化により回路規模を
小さくして、システムを小型化することが可能になる。
When a plurality of digital SQUIDs are provided, a multiplexer can be used as a part of the read circuit, and one or a plurality of processing circuits are commonly used for the plurality of digital SQUIDs to configure the system. Therefore, the magnetic flux itself at a plurality of locations or the magnetic flux generated by the current signal can be measured at the same time, and the commonality can reduce the circuit scale and downsize the system.

【0028】本発明の思想を活かすためには、SQUI
D、コンパレータ、および読み出し回路を同一チップ上
にモノリシックに集積化し、これら全てを極低温環境に
置くことが最も望ましい。これによって、室温に置いた
回路からの雑音等の外来の雑音を小さくできるととも
に、これら構成要素の間の配線を短くできるので、駆動
周波数を上げて、測定の高速化が可能になる。
In order to utilize the idea of the present invention, SQUI
It is most desirable to monolithically integrate the D, the comparator, and the readout circuit on the same chip, all in a cryogenic environment. As a result, external noise such as noise from a circuit placed at room temperature can be reduced and the wiring between these components can be shortened, so that the drive frequency can be increased and the measurement speed can be increased.

【0029】本発明の思想を活かすためには、さらにコ
ンパレータもしくは読み出し回路の少なくとも一方に、
SQUIDの出力信号に従ってスイッチした読み出し回
路をスイッチ前の状態に戻すためのリセット手段を設け
ることが望ましい。通常SQUIDの出力信号は非常に
微弱であってこの値の変化をコンパレータによって検出
する。このリセット手段を用いずに、直流電源で駆動す
る読み出し回路を動作させる場合には、SQUIDの出
力信号によって読み出し回路のスイッチとリセットの両
方の動作を行う必要がある。スイッチ動作は、一定のバ
イアス電流をSQUIDの信号と重ねあわせることで実
現できるが、SQUIDの出力信号が微弱であるためリ
セットまで確実に行なうことは難しい。このためリセッ
ト手段を併用することが本発明の思想を活かすために極
めて望ましい。このように従来のSQUIDとジョセフ
ソン論理回路を組み合わせだけでは、デジタルSQUI
Dは完全には動作しない。このように、本発明によって
実現されるデジタルSQUIDは、従来のSQUIDと
ジョセフソン論理回路を組み合わせただけでは得ること
のできない効果を提供することができる。この事実をよ
り明確にするために、本発明のデジタルSQUIDがい
かに低雑音で、その結果高感度な計測を可能にしたのか
を数値で示す。
In order to make full use of the idea of the present invention, at least one of the comparator and the read circuit is further provided with
It is desirable to provide reset means for returning the read circuit switched according to the output signal of the SQUID to the state before the switch. Normally, the output signal of the SQUID is very weak, and the change in this value is detected by the comparator. When operating the read circuit driven by the DC power supply without using the reset means, it is necessary to perform both the switch operation and the reset operation of the read circuit by the output signal of the SQUID. The switch operation can be realized by superimposing a constant bias current on the SQUID signal, but it is difficult to reliably perform resetting because the output signal of the SQUID is weak. Therefore, it is extremely desirable to use the reset means together in order to utilize the idea of the present invention. In this way, by combining the conventional SQUID and Josephson logic circuit alone, a digital SQUID can be obtained.
D does not work perfectly. As described above, the digital SQUID realized by the present invention can provide an effect that cannot be obtained only by combining the conventional SQUID and the Josephson logic circuit. In order to make this fact clearer, a numerical value is shown how the digital SQUID of the present invention enables low noise and, as a result, highly sensitive measurement.

【0030】本発明によるデジタルSQUIDの感度特
性を図1(b)に示す。この図は、SQUID単独、S
QUIDとコンパレータの組み合わせ、SQUID、コ
ンパレータおよび読み出し回路の組み合わせ、における
雑音の大きさを従来技術と比較して示した。本発明によ
れば感度を従来技術に比べて20倍以上高くして、1/
106(Φ0/√Hz)以下にすることができるので、従
来技術では測定できなかった脳が発生する磁界の検出が
可能となるなど、極めて高感度の計測が実現できる。
The sensitivity characteristic of the digital SQUID according to the present invention is shown in FIG. This figure shows SQUID alone, S
The magnitude of noise in the combination of the QUID and the comparator, the combination of the SQUID, the comparator, and the readout circuit is shown in comparison with the prior art. According to the present invention, the sensitivity is increased 20 times or more as compared with the prior art, and
Since it can be set to 10 60 / √Hz) or less, extremely high-sensitivity measurement can be realized, for example, it becomes possible to detect a magnetic field generated by the brain, which cannot be measured by the conventional technique.

【0031】以上述べたように、本発明の構成によれ
ば、低雑音、かつ、高性能のデジタルSQUID、およ
び、これを用いた計測システムを実現することができ
る。
As described above, according to the configuration of the present invention, it is possible to realize a low noise and high performance digital SQUID and a measurement system using the same.

【0032】[0032]

【実施例】【Example】

(実施例1)本発明による実施例を以下に述べる。図2
から図7は、本発明の原理構成図を示す図1の点線枠内
の、すなわち、SQUID1とコンパレータ2の回路図
を示したものである。本実施例においては、図1に示し
た構成図において、SQUID1に加えてコンパレータ
2、読み出し回路3は直流電流源で駆動するジョセフソ
ン接合素子を含んだ回路によって構成されている。コン
パレータ2はSQUID1からの出力信号をデジタル化
する1ビットのアナログデジタルコンバータとして動作
する。読み出し回路3はコンパレータ2からのデジタル
出力に従った帰還信号を生成して帰還手段4へ送る。帰
還量の増減は読み出し回路3によって判定する。また、
信号の積算やデジタルフィルタ処理などのデジタル信号
処理も読み出し回路3で行うことができる。磁束測定の
タイミングをクロックなどによって設定したい場合には
読み出し回路3にクロックに同期したラッチの機能を含
ませることによって、これを実現できる。これらについ
ては、以下に述べる他の実施例についても同様である。
Example 1 An example according to the present invention will be described below. Figure 2
7 to 7 are circuit diagrams of the SQUID 1 and the comparator 2 within the dotted frame of FIG. 1 showing the principle configuration of the present invention. In this embodiment, in addition to the SQUID 1 in the configuration diagram shown in FIG. 1, the comparator 2 and the reading circuit 3 are constituted by a circuit including a Josephson junction element driven by a direct current source. The comparator 2 operates as a 1-bit analog-digital converter that digitizes the output signal from the SQUID 1. The readout circuit 3 generates a feedback signal according to the digital output from the comparator 2 and sends it to the feedback means 4. The increase / decrease in the feedback amount is determined by the read circuit 3. Also,
The reading circuit 3 can also perform digital signal processing such as signal integration and digital filter processing. When it is desired to set the timing of magnetic flux measurement by a clock or the like, this can be realized by including the latch function synchronized with the clock in the reading circuit 3. The same applies to the other examples described below.

【0033】図2から図7は、直流電流源で駆動するコ
ンパレータを用いてSQUIDの出力をデジタル化する
場合の回路構成図を示す。このコンパレータはジョセフ
ソン量子干渉計を使用し、直流電流源で駆動されるフリ
ップ・フロップ型のジョセフソン回路により構成されて
いる。図2は、このコンパレータの構成要素であるジョ
セフソン量子干渉計を表わす回路図であり、以下本発明
の実施例を示す回路図においては、このジョセフソン量
子干渉計を図3のごとく表わすものとする。
2 to 7 are circuit configuration diagrams in the case where the output of the SQUID is digitized by using a comparator driven by a direct current source. This comparator uses a Josephson quantum interferometer and is composed of a flip-flop type Josephson circuit driven by a direct current source. FIG. 2 is a circuit diagram showing a Josephson quantum interferometer which is a constituent element of this comparator. In the circuit diagram showing the embodiment of the present invention, this Josephson quantum interferometer is shown as shown in FIG. To do.

【0034】図4において、コンパレータ2000は、
直流電流源5によって駆動され、少なくとも2つのジョ
セフソン量子干渉計150の直列接続体と、2つの負荷
抵抗401および402の直列接続体とを、並列に接続
し、前記の2つの直列接続体の中間接点をインダクタン
ス204によって接続した回路を含んで構成され、2つ
のジョセフソン量子干渉計150への信号入力により、
どちらか一方のジョセフソン量子干渉計を電圧状態に、
他方を超電導状態にすることによって動作するフリップ
・フロップである。直流電流源52は、コンパレータ2
000の動作点を設定するために設けてある。また直流
電流源51はリセット手段として用いており、この電源
から電流信号を流すことによってコンパレータの出力を
逆符号の電流に反転させ、これによって読みだし回路を
リセットしている。本実施例ではコンパレータにリセッ
ト手段を設けたが、読みだし回路に設けてもよい。
In FIG. 4, the comparator 2000 is
Driven by the direct current source 5, at least two Josephson quantum interferometers 150 connected in series and two load resistors 401 and 402 connected in series are connected in parallel, and It is configured to include a circuit in which an intermediate contact is connected by an inductance 204, and by inputting a signal to two Josephson quantum interferometers 150,
Put one of the Josephson quantum interferometers in the voltage state,
It is a flip-flop that operates by putting the other into a superconducting state. The direct current source 52 is the comparator 2
It is provided to set 000 operating points. Further, the direct current source 51 is used as a reset means, and a current signal is caused to flow from this power source to invert the output of the comparator into a current having an opposite sign, thereby resetting the reading circuit. In this embodiment, the reset means is provided in the comparator, but it may be provided in the reading circuit.

【0035】SQUIDは、直流電流源5によって駆動
され、少なくとも、ジョセフソン接合101とインダク
タンス203および抵抗400とから構成される。本実
施例のSQUIDでは、LC共振による電圧ステップの
ダンピング抵抗による除去が的確に行えるようにインダ
クタンス203、および、ジョセフソン接合101の容
量などは左右対称になるように設計した。図には示され
ていないが、磁束の入力手段からSQUIDに入力され
た磁束信号が変化することによって生じたSQUIDの
出力電圧の変化は抵抗400を経て電流の変化となり、
信号入力用の端子307から信号入力用の端子308へ
流れる電流が変化する。その電流の変化がインダクタン
スを介してコンパレータの構成要素であるジョセフソン
量子干渉計150と磁気結合することによって、コンパ
レータに信号が入力され、その結果、磁束信号の変化が
デジタル信号に変換され、信号出力用の端子310に出
力される。SQUIDおよびコンパレータは両者とも超
電導体によって構成されているため、通常の、超電導体
にNbを用いた集積回路のプロセス技術により、同一チ
ップ上に作製することができた。同様に、図1に示した
構成要素の中で、SQUID1、コンパレータ2、およ
び、読み出し回路3を同一チップ上に作製しても良く、
さらに、帰還手段4、および、図には示されていないが
磁束の入力手段も同一チップ上に作製しても良い。
The SQUID is driven by the direct current source 5 and is composed of at least a Josephson junction 101, an inductance 203 and a resistor 400. In the SQUID of this embodiment, the inductance 203 and the capacitance of the Josephson junction 101 are designed to be bilaterally symmetrical so that the voltage step due to LC resonance can be accurately removed by the damping resistor. Although not shown in the figure, the change in the output voltage of the SQUID caused by the change in the magnetic flux signal input to the SQUID from the magnetic flux input means becomes a change in the current via the resistor 400.
The current flowing from the signal input terminal 307 to the signal input terminal 308 changes. The change in the current is magnetically coupled to the Josephson quantum interferometer 150, which is a constituent element of the comparator, through the inductance, whereby a signal is input to the comparator, and as a result, the change in the magnetic flux signal is converted into a digital signal. It is output to the output terminal 310. Since both the SQUID and the comparator are composed of superconductors, they could be manufactured on the same chip by the usual process technology of an integrated circuit using Nb for the superconductors. Similarly, among the constituent elements shown in FIG. 1, the SQUID 1, the comparator 2, and the readout circuit 3 may be manufactured on the same chip,
Further, the feedback unit 4 and the magnetic flux input unit (not shown) may be formed on the same chip.

【0036】このようにSQUID、コンパレータ、お
よび、読み出し回路を直流電流源駆動とすることで、交
流電流源駆動のデジタルSQUIDに比較して、クロス
トークを減少させることにより誤動作をなくすことがで
きる。同様の機能を交流電流源で駆動するデジタルSQ
UIDによって実現した場合、コンパレータ、および、
信号読み出し回路のゲート数を40ゲートと仮定すると
電源の交流電流は20mA程度に達する。これに対し
て、本発明では交流の電流としては測定のタイミングを
外部から指定する場合に必要になるクロック信号のみで
あり、その値は0.1mA程度と小さい。このため本実
施例では、グランド端子309を介してのグランドへの
配線のインダクタンスによって生じるグランド電位の変
動を、約100分の1以下に抑えることができ、低雑音
化することができた。
By thus driving the SQUID, the comparator, and the readout circuit with a direct current source, it is possible to eliminate malfunctions by reducing crosstalk as compared with a digital SQUID driven with an alternating current source. Digital SQ with similar function driven by AC current source
When realized by UID, comparator and
Assuming that the number of gates of the signal reading circuit is 40, the AC current of the power supply reaches about 20 mA. On the other hand, in the present invention, the AC current is only the clock signal required when the measurement timing is designated from the outside, and its value is as small as about 0.1 mA. Therefore, in this embodiment, the fluctuation of the ground potential caused by the inductance of the wiring to the ground via the ground terminal 309 can be suppressed to about 1/100 or less, and the noise can be reduced.

【0037】また、ジョセフソン量子干渉計を用いて構
成した直流電流源駆動のコンパレータには図4の破線内
に回路図を示した構成によるものの他に、図5、図6に
回路図を示した構成によるものを用いることも可能であ
る。図5は、ジョセフソン量子干渉計151とインダク
タンス205との直列接続体を、2つ並列に接続するこ
とにより2つの電流経路を設けた回路を含んで構成さ
れ、信号入力用の端子307、あるいは、308から
の、ジョセフソン量子干渉計への信号入力により、電流
を上記2つの電流経路のどちらか一方に切り換えること
によって動作するフリップ・フロップを用いて構成した
コンパレータである。図6は、2つのジョセフソン量子
干渉計151を直列に接続し、この直列接続体を定電流
源5とジョセフソン接合102によって構成される定電
圧源に接続した回路を含んでおり、信号入力用の端子3
07、あるいは308からのジョセフソン量子干渉計1
51への信号入力により、どちらか一方のジョセフソン
量子干渉計を電圧状態に、他方を超電導状態にすること
によって動作するフリップ・フロップを用いて構成した
コンパレータである。これらのどの種類をコンパレータ
として用いても同様の効果が得られることは明白であ
る。
Further, the DC current source driven comparator constituted by using the Josephson quantum interferometer has a circuit diagram shown in a broken line in FIG. 4 and circuit diagrams shown in FIGS. 5 and 6. It is also possible to use a device having a different configuration. FIG. 5 is configured to include a circuit in which two current paths are provided by connecting two series-connected bodies of the Josephson quantum interferometer 151 and the inductance 205 in parallel, and a signal input terminal 307, or , 308 from the signal input to the Josephson quantum interferometer, the comparator is configured by using a flip-flop that operates by switching the current to one of the two current paths. FIG. 6 includes a circuit in which two Josephson quantum interferometers 151 are connected in series and the series connection body is connected to a constant voltage source composed of a constant current source 5 and a Josephson junction 102. Terminal 3 for
07 or 308 Josephson quantum interferometer 1
It is a comparator configured by using a flip-flop that operates by inputting a signal to 51 to put one of the Josephson quantum interferometers in a voltage state and the other in a superconducting state. It is obvious that the same effect can be obtained by using any of these types of comparators.

【0038】コンパレータが入力電流を弁別するしきい
電流の値は、直流電流源51と52から供給される直流
電流の値によって決まる。このため、この直流電流の値
を一定にしておけばコンパレータは上述のごとく1ビッ
トのアナログデジタルコンバータとして動作する。これ
に対して上記の直流電流を階段的に変化させた場合、コ
ンパレータは2つ以上のしきい電流に対して入力電流を
弁別することになり、実質的に2ビットのアナログデジ
タルコンバータとして使用することができる。このよう
にコンパレータそのものは直流電流源で駆動されている
ので雑音を小さく保ったままバイアスに相当する直流電
流源を変化させてしきい電流を変え、1つのコンパレー
タを多ビットのアナログデジタルコンバータとして使用
することができる。これは本実施例に限らず実現できる
利点である。
The value of the threshold current at which the comparator discriminates the input current is determined by the value of the direct current supplied from the direct current sources 51 and 52. Therefore, if the value of this DC current is kept constant, the comparator operates as a 1-bit analog-digital converter as described above. On the other hand, when the above DC current is changed stepwise, the comparator discriminates the input current with respect to two or more threshold currents, and is used substantially as a 2-bit analog-digital converter. be able to. Since the comparator itself is driven by the DC current source, the DC current source corresponding to the bias is changed to change the threshold current while keeping the noise small, and one comparator is used as a multi-bit analog-digital converter. can do. This is an advantage that can be realized without being limited to this embodiment.

【0039】また、図1において読み出し回路3はデー
タのラッチ機能に加えて積算による高精度化を行うため
の回路を含んで構成している。図7はラッチ機能を有す
るジョセフソン量子干渉計で構成したレジスタ回路の一
例であり直流電流源で動作する。
In addition, in FIG. 1, the read circuit 3 is configured to include a circuit for increasing the accuracy by integration in addition to the data latch function. FIG. 7 shows an example of a register circuit composed of a Josephson quantum interferometer having a latch function, which operates with a direct current source.

【0040】また、図8に回路図を示した磁束計におい
ては、図2から図7と同様に直流電流源駆動のコンパレ
ータへ磁気結合によりSQUIDからの出力を入力して
いるが、容量500と抵抗400から構成されたローパ
スフィルターを挿入している。このような回路構成とす
ることにより、SQUIDのジョセフソン接合101か
ら交流ジョセフソン効果によって発生するジョセフソン
雑音を、このローパスフィルターによりカットし、より
低雑音化するとともに測定精度を向上させることができ
る。
In the magnetic flux meter whose circuit diagram is shown in FIG. 8, the output from the SQUID is input to the comparator driven by the direct current source by magnetic coupling as in FIGS. A low pass filter composed of a resistor 400 is inserted. With this circuit configuration, the Josephson noise generated by the AC Josephson effect from the SQUID Josephson junction 101 can be cut by this low-pass filter to further reduce the noise and improve the measurement accuracy. .

【0041】(実施例2)本発明による他の実施例を次
に述べる。図9は、交流電流源のコンパレータを用いた
場合の回路図である。実際には、実施例1と同様に図1
に示した構成を有する。SQUIDの出力電圧は抵抗4
00によって電流成分となり、ジョセフソン接合10
3、および、インダクタンス207によって構成される
コンパレータへ、信号電流として注入される。SQUI
Dからの信号電流と交流電流源59からの交流バイアス
によって注入される電流の合計の値が、4つのジョセフ
ソン接合103の臨界電流値に依存して決まるコンパレ
ータの最大超電導電流よりも大きい場合はコンパレータ
は電圧状態にスイッチし、小さい場合は超電導状態を保
つことでアナログ電圧をデジタル信号に変換する。本実
施例では、コンパレータの駆動に交流電流源を用いてい
るが、測定終了後にコンパレータをリセットすれば、リ
セットに伴う雑音は測定の精度に影響を及ぼすことはな
い。従って、本発明におけるデジタルSQUIDにおい
ても、SQUID、および、読み出し回路の駆動を直流
電流源で行うことにより、磁束計を低雑音化することが
できた。
(Embodiment 2) Another embodiment according to the present invention will be described below. FIG. 9 is a circuit diagram when a comparator of an alternating current source is used. Actually, as shown in FIG.
It has the configuration shown in. Output voltage of SQUID is resistance 4
00 causes a current component, and the Josephson junction 10
It is injected as a signal current into the comparator constituted by 3 and the inductance 207. SQUI
When the total value of the signal current from D and the current injected by the AC bias from the AC current source 59 is larger than the maximum superconducting current of the comparator which is determined depending on the critical current values of the four Josephson junctions 103. The comparator switches to a voltage state and, if small, maintains a superconducting state to convert the analog voltage into a digital signal. In this embodiment, an AC current source is used to drive the comparator, but if the comparator is reset after the measurement is completed, the noise associated with the reset does not affect the measurement accuracy. Therefore, also in the digital SQUID of the present invention, by driving the SQUID and the reading circuit with the DC current source, the noise of the magnetometer can be reduced.

【0042】本実施例では、コンパレータは抵抗400
を介して注入される電流によってスイッチする電流注入
型である。これに加えて、抵抗400を介して流れる電
流が発生する磁束によってスイッチする磁気結合型のコ
ンパレータを用いても良いことは言うまでもない。この
場合にも、測定終了後にコンパレータをリセットすれ
ば、リセットに伴う雑音は測定の精度に影響を及ぼすこ
とはない。
In this embodiment, the comparator is a resistor 400.
It is a current injection type that is switched by the current injected through the. In addition to this, it goes without saying that a magnetic coupling type comparator that switches by the magnetic flux generated by the current flowing through the resistor 400 may be used. Also in this case, if the comparator is reset after the measurement is completed, the noise accompanying the reset does not affect the measurement accuracy.

【0043】また、図10に示したように、コンパレー
タが超電導状態から電圧状態にスイッチしたときに発生
する電圧によって、コンパレータからSQUIDへ逆に
電流が流れないようにするために、逆流防止手段として
ジョセフソン接合104をコンパレータとSQUIDの
間に設けても、同様の効果が得られる。この場合には、
コンパレータから逆流した電流によって、SQUIDと
磁気結合している帰還手段へ不要な雑音が伝わり正常な
帰還動作ができなくなることを防止する効果がある。
Further, as shown in FIG. 10, in order to prevent the reverse current from flowing from the comparator to the SQUID by the voltage generated when the comparator is switched from the superconducting state to the voltage state, a backflow preventing means is provided. The same effect can be obtained by providing the Josephson junction 104 between the comparator and the SQUID. In this case,
There is an effect of preventing unnecessary noise from being transmitted to the feedback means magnetically coupled to the SQUID by the current flowing back from the comparator, thereby preventing normal feedback operation.

【0044】(実施例3)本発明による他の実施例を次
に述べる。図11は本発明の他の実施例を示す原理構成
図である。本実施例では直流電流源駆動のSQUID1
1がコンパレータの役割を兼ねており、SQUIDから
直接デジタル出力を得られるようにしたものである。本
実施例におけるSQUIDにおいては、図12(a)中
のA点として示したごとくに、SQUIDの臨界電流値
よりもわずかに小さな値の電流をSQUIDのバイアス
電流として流す。従って、SQUIDに磁束が入力され
れば、図12(a)中のA点で示した超電導状態からB
点で示した電圧状態に遷移する。バイアス電流の値を小
さくすれば、それだけ大きな磁束信号の変化がないと遷
移が起こらなくなり、これによって磁束信号の大きさを
弁別できる。電圧の有無を論理の1と0に対応させるこ
とでデジタル信号に変換することができる。
(Embodiment 3) Another embodiment of the present invention will be described below. FIG. 11 is a principle block diagram showing another embodiment of the present invention. In this embodiment, SQUID 1 driven by a direct current source
Reference numeral 1 also serves as a comparator so that a digital output can be directly obtained from the SQUID. In the SQUID of this embodiment, as indicated by point A in FIG. 12A, a current having a value slightly smaller than the critical current value of the SQUID is supplied as the bias current of the SQUID. Therefore, if magnetic flux is input to the SQUID, the superconducting state indicated by the point A in FIG.
Transition to the voltage state indicated by the dot. If the value of the bias current is reduced, the transition does not occur unless the magnetic flux signal has a large change, and thus the magnitude of the magnetic flux signal can be discriminated. It can be converted into a digital signal by associating the presence or absence of a voltage with the logic 1 and 0.

【0045】本実施例においては帰還手段として超電導
コイルを用いた帰還手段41を用いた。この超電導コイ
ルはSQUID11と磁気的に結合している。読み出し
回路3から出力された帰還量に相当するデジタル信号1
400に従って、デジタルアナログコンバータ6から電
流信号が超電導コイルへ送られる。超電導コイルの発生
する磁束がSQUID11に結合して、帰還信号120
0がSQUID1に伝わる。図12(b)はデジタルア
ナログコンバータ6の回路図である。このデジタルアナ
ログコンバータ6は、SQUID11、読み出し回路3
と同様に直流電流源によって駆動することができる。こ
のため、雑音を減らして本発明の目的を達成することが
できた。
In this embodiment, the feedback means 41 using a superconducting coil is used as the feedback means. This superconducting coil is magnetically coupled to SQUID 11. Digital signal 1 corresponding to the amount of feedback output from the read circuit 3
According to 400, a current signal is sent from the digital-analog converter 6 to the superconducting coil. The magnetic flux generated by the superconducting coil is coupled to the SQUID 11 and the feedback signal 120
0 is transmitted to SQUID1. FIG. 12B is a circuit diagram of the digital-analog converter 6. The digital-analog converter 6 includes a SQUID 11 and a read circuit 3
It can be driven by a DC current source as well. Therefore, the noise can be reduced and the object of the present invention can be achieved.

【0046】(実施例4)本発明の他の実施例を示す原
理構成図を図13に示す。図13においてはSQUID
12からコンパレータ21への磁束の入力にインダクタ
ンスを用いた磁気結合900を用いている。図14はS
QUIDの出力をデジタル信号に変換する手段として2
ビットのアナログデジタルコンバータを用いた場合の回
路図を示している。SQUID12に生じた電圧をラダ
ー抵抗409を用いて電流に変換し、そのなかの電流成
分が2つのコンパレータ21にそれぞれ入力されること
によって、全体で2ビットのアナログデジタルコンバー
タを形成している。SQUIDの抵抗408は、ラダー
抵抗409の合成抵抗に等しい値を挿入する。
(Embodiment 4) FIG. 13 shows a principle block diagram showing another embodiment of the present invention. In FIG. 13, SQUID
A magnetic coupling 900 using an inductance is used for inputting a magnetic flux from 12 to the comparator 21. FIG. 14 shows S
2 as a means to convert the output of the QUID into a digital signal
The circuit diagram at the time of using the bit analog-digital converter is shown. The voltage generated in the SQUID 12 is converted into a current by using the ladder resistor 409, and the current components in the current are input to the two comparators 21 to form a 2-bit analog-digital converter as a whole. The SQUID resistance 408 inserts a value equal to the combined resistance of the ladder resistance 409.

【0047】本実施例の場合もSQUID、アナログデ
ジタルコンバータ、および、読み出し回路は、ともに直
流電流源駆動であるため、クロストークやグランド電位
の変動を防ぐことができ低雑音化することができた。本
実施例においても、超電導コイルを用いた帰還手段41
とデジタルアナログコンバータ6の構成は実施例3と同
様でよい。本実施例においても、雑音を減らして本発明
の目的を達成することができた。
Also in the case of this embodiment, since the SQUID, the analog-digital converter, and the readout circuit are all driven by a direct current source, crosstalk and fluctuations in the ground potential can be prevented, and noise can be reduced. . Also in this embodiment, the feedback means 41 using the superconducting coil is used.
The configuration of the digital-analog converter 6 may be similar to that of the third embodiment. Also in this embodiment, it was possible to reduce noise and achieve the object of the present invention.

【0048】(実施例5)図15は、本発明のデジタル
SQUID磁束計を複数個有するデジタルSQUID磁
束計システムにおいて、読み出し回路として直流電流源
駆動のマルチプレクサを用いて構成した場合の原理構成
図である。各々のSQUID12に対して、1つのコン
パレータ21が対応している。各コンパレータからのデ
ジタル信号はマルチプレクサ8によって順次切り変えら
れシリアルデータに変換される。この部分では信号配線
の数を1対に減らすことができるので、SQUIDが動
作する極低温環境から室温への信号伝送に、シリアル信
号に変換されたデータを使用することは、熱の侵入を防
いで冷凍機の負担を軽減できる効果がある。伝送された
シリアル信号は、デマルチプレクサ9によって、パラレ
ル信号に戻され、それぞれ出力処理、表示回路へとデー
タが転送される。一方、SQUIDへの帰還信号はメモ
リ7に蓄えられる。このメモリ7は各コンパレータから
出力された信号の大きさをSQUID1ないしSQUI
D nに対応づけて記憶するものである。メモリ7に蓄
えられた信号の大きさをもとに、超電導ループを用いた
帰還手段42を経てデマルチプレクサ9を介して各SQ
UIDに帰還される。
(Embodiment 5) FIG. 15 is a principle configuration diagram in a case where a digital SQUID magnetometer system having a plurality of digital SQUID magnetometers of the present invention is constituted by using a multiplexer driven by a direct current source as a read circuit. is there. One comparator 21 corresponds to each SQUID 12. The digital signal from each comparator is sequentially switched by the multiplexer 8 and converted into serial data. Since the number of signal wirings can be reduced to one pair in this part, it is possible to prevent the intrusion of heat by using the data converted into the serial signal for the signal transmission from the cryogenic environment in which the SQUID operates to the room temperature. This has the effect of reducing the burden on the refrigerator. The transmitted serial signal is returned to the parallel signal by the demultiplexer 9, and the data is transferred to the output processing and display circuit, respectively. On the other hand, the feedback signal to the SQUID is stored in the memory 7. This memory 7 determines the magnitude of the signal output from each comparator from SQUID1 to SQUID.
It is stored in association with D n. Based on the magnitude of the signal stored in the memory 7, each SQ is passed through the demultiplexer 9 via the feedback means 42 using a superconducting loop.
Returned to UID.

【0049】この超電導ループは、ジョセフソン接合素
子、もしくは、ジョセフソン量子干渉計を含んで構成さ
れている。メモリ7からの出力信号によってこの超電導
ループに磁束を蓄え、この磁束をSQUID1ないしS
QUID nに結合させることにより帰還による制御を
行う。デマルチプレクサ9はジョセフソン量子干渉計を
複数個並べることによって構成されるスイッチで、ジョ
セフソン量子干渉計の最大超電導電流を制御することに
より所望のSQUIDのみに帰還を行うように帰還手段
42からの信号を切り変えることができた。
The superconducting loop includes a Josephson junction element or a Josephson quantum interferometer. A magnetic flux is stored in this superconducting loop by the output signal from the memory 7, and this magnetic flux is stored in SQUID1 to SQUID
Control by feedback by coupling to QUIND n. The demultiplexer 9 is a switch formed by arranging a plurality of Josephson quantum interferometers. By controlling the maximum superconducting current of the Josephson quantum interferometers, the demultiplexer 9 is fed back from only the desired SQUID. I was able to switch the signal.

【0050】図16に、本実施例に関し2チャンネルの
デジタルSQUID磁束計システムに相当するSQUI
D1、コンパレータ2およびマルチプレクサ8の回路図
を示す。本回路においては、すべて直流電流源駆動にな
っている。さらに図に示されていないが読み出し回路も
直流電流源駆動のジョセフソン論理回路により構成され
ている。SQUID1からの出力信号は、コンパレータ
2によってデジタル信号に変換され、ジョセフソン量子
干渉計152を4個用いて構成されたフリップ・フロッ
プ型のマルチプレクサ8に入力される。マルチプレクサ
8は、直流電流源57により駆動され、選択信号55に
より、信号入力用の配線600と601を介して入力さ
れる2つの入力データのどちらか一方の信号を出力する
ことができる。信号56は読み出し回路のリセット手段
である。本実施例のごとく、SQUID、コンパレー
タ、読み出し回路などの全ての回路を直流電流源駆動に
した場合は、グランド電位の変動や配線間のクロストー
クなども防ぐことができ、かつ、コンパレータのリセッ
トに伴う雑音の発生を防ぐことができるため、SQUI
D磁束計の低雑音化および広帯域化を図ることができ
る。
FIG. 16 shows an SQUI corresponding to a 2-channel digital SQUID magnetometer system according to this embodiment.
The circuit diagram of D1, the comparator 2, and the multiplexer 8 is shown. In this circuit, all are driven by a direct current source. Although not shown in the drawing, the read circuit is also composed of a Josephson logic circuit driven by a direct current source. The output signal from the SQUID 1 is converted into a digital signal by the comparator 2 and input to the flip-flop type multiplexer 8 configured by using four Josephson quantum interferometers 152. The multiplexer 8 is driven by the DC current source 57, and can output either one of the two input data input via the signal input wirings 600 and 601 by the selection signal 55. Signal 56 is the reset means of the readout circuit. When all the circuits such as the SQUID, the comparator, and the readout circuit are driven by the direct current source as in the present embodiment, it is possible to prevent the fluctuation of the ground potential and the crosstalk between the wirings, and to reset the comparator. Since it is possible to prevent the generation of accompanying noise, SQUI
It is possible to achieve low noise and wide band of the D magnetometer.

【0051】以上の実施例においては、図4の破線内に
示したフリップ・フロップ型の直流電流源で駆動するジ
ョセフソン回路を用いた場合について述べたが、これに
加えて図5、図6の破線内に示したジョセフソン回路を
用いても、同様の効果が得られることは言うまでもな
い。
In the above embodiment, the case where the Josephson circuit driven by the flip-flop type direct current source shown in the broken line of FIG. 4 is used, but in addition to this, FIGS. It is needless to say that the same effect can be obtained by using the Josephson circuit shown in the broken line.

【0052】また、2チャンネル以上の計測システムを
構成する場合は、マルチプレクサを必要に応じた段数組
み上げれば良い。このような2チャンネル以上の計測シ
ステムの構成例として、図17に本発明によるデジタル
SQUID計測システムの構成を示す。この例では脳か
ら発生する磁束3008の計測を行っている。液体ヘリ
ウム3007を入れた樹脂によって構成した断熱容器3
002の中に、検出コイル3001、デジタルSQUI
Dチップ3000を設ける。デジタルSQUIDチップ
3000には図には示されていないがSQUID、コン
パレータおよび読みだし回路がモノリシックに、複数チ
ャンネル分、集積化されている。この場合も信号が全て
デジタルで蓄積できるうえに、測定感度に優れているの
で、脳からの信号を高い精度で検出できる効果がある。
When a measurement system having two or more channels is constructed, the multiplexers may be assembled in the required number of stages. As an example of the configuration of such a measurement system with two or more channels, FIG. 17 shows the configuration of the digital SQUID measurement system according to the present invention. In this example, the magnetic flux 3008 generated from the brain is measured. Thermal insulation container 3 made of resin containing liquid helium 3007
002 includes a detection coil 3001, a digital SQUI
A D chip 3000 is provided. Although not shown in the figure, the digital SQUID chip 3000 monolithically integrates SQUIDs, comparators, and read circuits for a plurality of channels. In this case as well, all the signals can be stored digitally and the measurement sensitivity is excellent, so there is an effect that the signals from the brain can be detected with high accuracy.

【0053】(実施例6)図18は微弱な磁気を帯びた
試料の磁気の分布を測定するための装置であるSQUI
D顕微鏡の構成を示している。液体ヘリウム3007を
入れた樹脂によって構成した断熱容器3002の中に、
検出コイル3001、デジタルSQUIDチップ300
0を設ける。デジタルSQUIDチップ3000には図
には示されていないがSQUID、コンパレータおよび
読みだし回路がモノリシックに集積化されている。分布
を持って磁化した試料3005はやはり樹脂製の可動台
3006の上に置かれている。可動台3006は平面内
で2次元的に動く。
(Embodiment 6) FIG. 18 is an SQUI which is an apparatus for measuring the magnetic distribution of a weakly magnetized sample.
The structure of a D microscope is shown. In a heat insulating container 3002 made of resin containing liquid helium 3007,
Detection coil 3001, digital SQUID chip 300
0 is set. Although not shown in the figure, the digital SQUID chip 3000 monolithically integrates the SQUID, the comparator and the reading circuit. A sample 3005 magnetized with a distribution is also placed on a movable base 3006 made of resin. The movable table 3006 moves two-dimensionally in a plane.

【0054】可動台3006を小きざみに移動しなが
ら、試料3005からの磁束を測定する。室温に置いた
中継回路3003に、デジタルSQUIDチップ300
0からのデジタル信号を蓄積し、表示装置3004に画
像として表示する。これによって試料3005の2次元
的な磁束の分布を測定することができる。本実施例で
は、可動台3006は断熱容器3002の底面に近接し
て設けたが、断熱容器3002の内部に設けても良いこ
とは言うまでもない。本実施例のデジタルSQUID計
測システムは例えば、材料の非破壊検査に用いることが
できるが、この場合も信号が全てデジタルで蓄積できる
うえに、測定感度に優れているので、材料の亀裂や腐食
等の欠陥を高い精度で検出できる効果がある。
The magnetic flux from the sample 3005 is measured while moving the movable table 3006 in small steps. The digital SQUID chip 300 is added to the relay circuit 3003 placed at room temperature.
Digital signals from 0 are accumulated and displayed as an image on the display device 3004. Thereby, the two-dimensional magnetic flux distribution of the sample 3005 can be measured. In this embodiment, the movable table 3006 is provided near the bottom surface of the heat insulating container 3002, but it goes without saying that it may be provided inside the heat insulating container 3002. The digital SQUID measurement system of this embodiment can be used, for example, for nondestructive inspection of materials, but in this case as well, since all signals can be accumulated digitally and the measurement sensitivity is excellent, material cracking, corrosion, etc. There is an effect that the defect can be detected with high accuracy.

【0055】(実施例7)図19は本発明の別の実施例
におけるデジタルSQUID計測システムの構成を示
す。ここでは断熱容器3002の壁面の一部に石英ガラ
スでできた窓3010を設けここから入射する高周波電
磁界信号3011をアンテナ3012で受信し、その信
号をデジタルスクイド3000チップに導いている。デ
ジタルSQUIDチップ3000には図には示されてい
ないがSQUID、コンパレータおよび読みだし回路が
モノリシックに集積化されている。室温に置いた中継回
路3003に、デジタルSQUIDチップ3000から
のデジタル信号を蓄積し、表示装置3004に表示す
る。これによって高周波電磁界信号3011を高感度に
検出することができる。本実施例のデジタルSQUID
計測システムは例えば、高周波微弱信号の検出に用いる
ことができる。この場合も信号が全てデジタルで蓄積で
きるうえに、測定感度に優れているので、信号を高い精
度で検出できる効果がある。本実施例では、アンテナ3
012を用いて信号を受信したが、アンテナ3012に
替えてボロメータを用いれば、赤外線領域の信号の微弱
信号の検出を高感度に行うことが可能である。
(Embodiment 7) FIG. 19 shows the configuration of a digital SQUID measuring system in another embodiment of the present invention. Here, a window 3010 made of quartz glass is provided on a part of the wall surface of the heat insulating container 3002, and a high frequency electromagnetic field signal 3011 incident from here is received by an antenna 3012, and the signal is guided to a digital SQUID 3000 chip. Although not shown in the figure, the digital SQUID chip 3000 monolithically integrates the SQUID, the comparator and the reading circuit. The digital signal from the digital SQUID chip 3000 is stored in the relay circuit 3003 placed at room temperature and displayed on the display device 3004. As a result, the high frequency electromagnetic field signal 3011 can be detected with high sensitivity. Digital SQUID of this embodiment
The measurement system can be used, for example, to detect a high frequency weak signal. In this case as well, all the signals can be stored digitally and the measurement sensitivity is excellent, so that the signals can be detected with high accuracy. In this embodiment, the antenna 3
Although the signal is received using 012, if a bolometer is used instead of the antenna 3012, it is possible to detect a weak signal of a signal in the infrared region with high sensitivity.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上詳述したごとく、直流電流源駆動の
SQUIDと、交流もしくは直流電流源駆動のコンパレ
ータを組み合わせて出力信号をデジタル化し、その信号
を直流電流源駆動の読み出し回路を用いて読みだすよう
にデジタルSQUIDを構成することによって、高周波
の反射を原因とした回路の誤動作、クロストークやグラ
ンド電位の変動による雑音の増加を防ぐことができ、低
雑音、かつ、高精度のデジタルSQUID、および、こ
れを用いた計測システムを提供することができる。
As described in detail above, the SQUID for driving the DC current source and the comparator for driving the AC or DC current source are combined to digitize the output signal, and the signal is read by the read circuit for driving the DC current source. By configuring the digital SQUID so as to output, it is possible to prevent the malfunction of the circuit due to the reflection of the high frequency, the increase of the noise due to the crosstalk and the fluctuation of the ground potential, and the low noise and high precision digital SQUID, And the measurement system using this can be provided.

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

【図1】(a)本発明の原理構成図である。 (b)本発明における雑音低減による感度の向上を示す
特性図である。
FIG. 1A is a principle configuration diagram of the present invention. (B) A characteristic diagram showing an improvement in sensitivity due to noise reduction in the present invention.

【図2】ジョセフソン量子干渉計の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of a Josephson quantum interferometer.

【図3】ジョセフソン量子干渉計の回路記号図である。FIG. 3 is a circuit symbol diagram of a Josephson quantum interferometer.

【図4】直流電流源駆動のコンパレータを用いた場合の
回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram when a comparator driven by a direct current source is used.

【図5】直流電流源駆動のコンパレータの変形例を示す
図である。
FIG. 5 is a diagram showing a modification of a comparator driven by a direct current source.

【図6】直流電流源駆動のコンパレータの変形例を示す
図である。
FIG. 6 is a diagram showing a modification of a comparator driven by a direct current source.

【図7】直流電流源駆動のレジスタの回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of a register for driving a direct current source.

【図8】ローパスフィルターを有する場合の回路図であ
る。
FIG. 8 is a circuit diagram in the case of having a low-pass filter.

【図9】交流電流源駆動のコンパレータを用いた場合の
回路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram when a comparator driven by an alternating current source is used.

【図10】逆流防止手段を有する場合の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram when a backflow prevention unit is included.

【図11】本発明の他の実施例を示す原理構成図であ
る。
FIG. 11 is a principle configurational diagram showing another embodiment of the present invention.

【図12】(a)図6に示す磁束計のSQUIDのバイ
アス方法である。 (b)直流電流源駆動のデジタルアナログコンバータの
回路図である。
12 (a) is a biasing method of the SQUID of the magnetometer shown in FIG. FIG. 3B is a circuit diagram of a digital-analog converter driven by a direct current source.

【図13】本発明の他の実施例を示す原理構成図であ
る。
FIG. 13 is a principle configurational diagram showing another embodiment of the present invention.

【図14】直流電流源駆動の2ビットのアナログデジタ
ルコンバータを用いた場合の回路図である。
FIG. 14 is a circuit diagram when a 2-bit analog-digital converter driven by a direct current source is used.

【図15】本発明の他の実施例を示す原理構成図であ
る。
FIG. 15 is a principle configurational diagram showing another embodiment of the present invention.

【図16】直流電流源駆動のマルチプレクサを読み出し
回路に用いた場合の回路図である。
FIG. 16 is a circuit diagram when a multiplexer driven by a direct current source is used in a read circuit.

【図17】本発明による脳磁界計測装置の構成図であ
る。
FIG. 17 is a configuration diagram of a brain magnetic field measuring apparatus according to the present invention.

【図18】本発明によるSQUID顕微鏡の構成図であ
る。
FIG. 18 is a block diagram of an SQUID microscope according to the present invention.

【図19】本発明による高周波電磁界検出装置の構成図
である。
FIG. 19 is a configuration diagram of a high-frequency electromagnetic field detection device according to the present invention.

【図20】従来の交流電流源駆動のデジタルSQUID
の回路図である。
FIG. 20: Conventional AC current source driven digital SQUID
It is a circuit diagram of.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11,12…SQUID、 2,21…コンパレータ、 3…読み出し回路、 4…帰還手段、 41…超電導コイルを利用した帰還手段、 42…超電導ループを利用した帰還手段、 5,51,52,53,54,55,56,57…直流
電流源、 59…交流電流源、 6…デジタルアナログコンバータ、 7…メモリ、8…マルチプレクサを用いた読み出し回
路、 9…デマルチプレクサを用いた読み出し回路、 10,320…出力処理回路,表示回路への端子、 100,101,102,103,104,110,1
11…ジョセフソン接合、 200,201,202,203,204,205,2
06,207,221,222,223,224…イン
ダクタンス、 220…インプットコイル、 150,151,152…ジョセフソン量子干渉計(J
I)、 303,304,307,308…信号入力用の端子、 301,302,305,306…電源電流用の端子、 309…グランド端子、 310…信号出力用の端子、 400,401,402,403,404,405,4
06,407,408…抵抗、 409…ラダー抵抗、 500…容量、 600,601…信号入力用の配線、 700…ピックアップコイル、 800…論理和ゲート、 801…論理積ゲート、 810…切り変え回路、 900…磁気結合、 1000…SQUIDからコンパレータに入力されるア
ナログ信号、 1100…コンパレータから読み出し回路に入力される
デジタル信号、 1200…帰還信号、 1300…SQUIDから読み出し回路に入力されるデ
ジタル信号、 1400…読み出し回路からデジタルアナログコンバー
タに入力されるデジタル信号、 2000,2001,2002…ジョセフソン量子干渉
計を用いたコンパレータ、 3000…デジタルSQUIDチップ、 3001…検出コイル、 3002…断熱容器、 3003…中継回路、 3004…表示装置、 3005…試料、 3006…可動台、 3007…液体ヘリウム、 3008…脳から発生する磁束、 3010…石英ガラスでできた窓、 3011…高周波電磁界信号、 3012…アンテナ。
1, 11, 12 ... SQUID, 2, 21 ... Comparator, 3 ... Read-out circuit, 4 ... Feedback means, 41 ... Feedback means using superconducting coil, 42 ... Feedback means using superconducting loop, 5, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57 ... DC current source, 59 ... AC current source, 6 ... Digital-analog converter, 7 ... Memory, 8 ... Readout circuit using multiplexer, 9 ... Readout circuit using demultiplexer, 10 , 320 ... Output processing circuit, terminals to display circuit, 100, 101, 102, 103, 104, 110, 1
11 ... Josephson junction, 200, 201, 202, 203, 204, 205, 2
06,207,221,222,223,224 ... Inductance, 220 ... Input coil, 150, 151, 152 ... Josephson quantum interferometer (J
I), 303, 304, 307, 308 ... Signal input terminal, 301, 302, 305, 306 ... Power supply current terminal, 309 ... Ground terminal, 310 ... Signal output terminal, 400, 401, 402, 403, 404, 405, 4
06, 407, 408 ... Resistance, 409 ... Ladder resistance, 500 ... Capacitance, 600, 601 ... Wiring for signal input, 700 ... Pickup coil, 800 ... OR gate, 801, AND gate, 810 ... Switching circuit, 900 ... Magnetic coupling, 1000 ... Analog signal input from SQUID to comparator, 1100 ... Digital signal input to read circuit from comparator, 1200 ... Feedback signal, 1300 ... Digital signal input to read circuit from SQUID, 1400 ... Digital signals input from the readout circuit to the digital-analog converter, 2000, 2001, 2002 ... Comparator using Josephson quantum interferometer, 3000 ... Digital SQUID chip, 3001 ... Detection coil, 3002 ... Adiabatic container, 3003 Relay circuit, 3004 ... display device, 3005 ... Sample, 3006 ... movable table, 3007 ... liquid helium, the magnetic flux generated from the 3008 ... brain, windows made of 3010 ... quartz glass, 3011 ... high-frequency electromagnetic field signals, 3012 ... antenna.

Claims (58)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】2つのジョセフソン接合と、前記2つのジ
ョセフソン接合をつないで配置された超電導リングを含
んで構成されたSQUIDと、ジョセフソン接合を含ん
で構成され前記SQUIDの出力電圧もしくは出力電流
の大きさを識別するコンパレータと、ジョセフソン接合
を含んで構成され前記コンパレータの出力を読み出すた
めの読み出し回路とを少なくとも含んで構成するととも
に、前記SQUID、および、前記読み出し回路は直流
電流源で駆動されることを特徴とするデジタルSQUI
D。
1. An SQUID including two Josephson junctions and a superconducting ring arranged by connecting the two Josephson junctions, and an output voltage or output of the SQUID including the Josephson junctions. At least a comparator for identifying the magnitude of current and a read circuit configured to include a Josephson junction for reading the output of the comparator are included, and the SQUID and the read circuit are DC current sources. Digital SQUI characterized by being driven
D.
【請求項2】請求項1において、前記SQUIDへの磁
束の入力手段を含んで構成されたことを特徴とするデジ
タルSQUID。
2. The digital SQUID according to claim 1, wherein the digital SQUID is configured to include a magnetic flux input means to the SQUID.
【請求項3】請求項1または2において、前記読み出し
回路の出力信号、もしくは前記コンパレータの出力信号
に対応して、前記SQUIDへの制御信号を帰還するた
めの帰還手段を含んで構成されたことを特徴とするデジ
タルSQUID。
3. A feedback means for feeding back a control signal to the SQUID according to the output signal of the read circuit or the output signal of the comparator, according to claim 1 or 2. A digital SQUID.
【請求項4】請求項1ないし3に記載のいずれかにおい
て、前記SQUID、前記コンパレータ、前記読み出し
回路は同一チップ上に集積されていることを特徴とする
デジタルSQUID。
4. The digital SQUID according to claim 1, wherein the SQUID, the comparator, and the readout circuit are integrated on the same chip.
【請求項5】請求項1ないし4に記載のいずれかにおい
て、前記コンパレータもしくは前記読み出し回路の少な
くとも一方に、前記SQUIDの出力信号に従ってスイ
ッチした前記読み出し回路をスイッチ前の状態に戻すた
めのリセット手段を設けたことを特徴とするデジタルS
QUID。
5. The reset means according to claim 1, wherein at least one of the comparator and the read circuit returns the read circuit switched in accordance with the output signal of the SQUID to a state before switching. Digital S characterized by having
QUID.
【請求項6】請求項5において、前記リセット手段は、
前記SQUIDの出力信号を一定の値だけシフトさせる
ための信号発生手段であることを特徴とするデジタルS
QUID。
6. The reset means according to claim 5,
A digital S, which is a signal generating means for shifting the output signal of the SQUID by a constant value.
QUID.
【請求項7】請求項6において、前記信号発生手段は、
前記コンパレータに設けた配線であって、それを通して
入力された電流が、前記SQUIDの出力電流に加算あ
るいは減算されるごとくに配線したことを特徴とするデ
ジタルSQUID。
7. The signal generating means according to claim 6,
A digital SQUID, which is a wiring provided in the comparator, in which a current inputted through the wiring is added or subtracted from an output current of the SQUID.
【請求項8】請求項6において、前記信号発生手段は、
前記コンパレータに設けた配線であって、それを通して
入力された電流が発生する磁束信号が、前記SQUID
の出力電流が発生し前記コンパレータに印加される磁束
信号に加算あるいは減算されるごとくに配線したことを
特徴とするデジタルSQUID。
8. The signal generating means according to claim 6,
The magnetic flux signal generated by the current input through the wiring provided in the comparator is the SQUID.
The digital SQUID is characterized in that the output current is generated and added to or subtracted from the magnetic flux signal applied to the comparator.
【請求項9】請求項5において、前記リセット手段は、
前記SQUIDの出力信号によってコンパレータがスイ
ッチした際のSQUIDの出力電流とは逆符号の電流を
前記コンパレータへ流すための信号発生手段であること
を特徴とするデジタルSQUID。
9. The reset means according to claim 5,
A digital SQUID, which is a signal generating means for causing a current having a sign opposite to that of the output current of the SQUID when the comparator is switched by the output signal of the SQUID to flow to the comparator.
【請求項10】請求項5において、前記リセット手段
は、前記コンパレータの出力信号を一定の値だけシフト
させるための信号発生手段であることを特徴とするデジ
タルSQUID。
10. The digital SQUID according to claim 5, wherein the reset means is signal generation means for shifting the output signal of the comparator by a constant value.
【請求項11】請求項10において、前記信号発生手段
は、前記読み出し回路に設けた配線であって、それを通
して入力された電流が、前記コンパレータの出力電流に
加算あるいは減算されるごとくに配線したことを特徴と
するデジタルSQUID。
11. The signal generating means according to claim 10, wherein the signal generating means is a wiring provided in the reading circuit, and the current input through the wiring is added or subtracted from the output current of the comparator. A digital SQUID characterized by that.
【請求項12】請求項10において、前記信号発生手段
は、前記読み出し回路に設けた配線であって、それを通
して入力された電流が発生し前記読み出し回路に印加さ
れる磁束信号が、前記コンパレータの出力電流によって
発生し前記読み出し回路に印加される磁束信号に加算あ
るいは減算されるごとくに配線したことを特徴とするデ
ジタルSQUID。
12. The signal generating means according to claim 10, wherein the signal generating means is a wiring provided in the reading circuit, and a magnetic flux signal applied to the reading circuit due to a current input through the wiring is generated by the comparator. A digital SQUID characterized by being wired so as to be added to or subtracted from a magnetic flux signal generated by an output current and applied to the read circuit.
【請求項13】請求項5において、前記リセット手段
は、前記SQUIDの出力信号によってコンパレータが
スイッチした際のコンパレータの出力電流とは逆符号の
電流を前記読み出し回路へ流すための信号発生手段であ
ることを特徴とするデジタルSQUID。
13. The resetting means according to claim 5, wherein the reset means is a signal generating means for causing a current having a sign opposite to that of the output current of the comparator when the comparator is switched by the output signal of the SQUID to the read circuit. A digital SQUID characterized by that.
【請求項14】請求項1ないし13に記載のいずれかに
おいて、前記SQUIDに含まれる2つのジョセフソン
接合は、その臨界電流値がほぼ等しく、かつ、バイアス
電流の注入点に対して左右に存在する前記超電導リング
を構成する超電導配線のインダクタンスの値がほぼ等し
いことを特徴とするデジタルSQUID。
14. The Josephson junction according to claim 1, wherein the two Josephson junctions included in the SQUID have substantially the same critical current value and exist on the left and right with respect to the injection point of the bias current. The digital SQUID, wherein the superconducting wirings forming the superconducting ring have substantially the same inductance value.
【請求項15】請求項1ないし14に記載のいずれかに
おいて、前記SQUIDは、前記コンパレータの機能を
兼ね備えていることを特徴とするデジタルSQUID。
15. The digital SQUID according to claim 1, wherein the SQUID also has a function of the comparator.
【請求項16】請求項1ないし14に記載のいずれかに
おいて、前記コンパレータは、前記SQUIDとは別に
設けられていることを特徴とするデジタルSQUID。
16. The digital SQUID according to any one of claims 1 to 14, wherein the comparator is provided separately from the SQUID.
【請求項17】請求項16において、前記コンパレータ
は交流電流源で駆動されることを特徴とするデジタルS
QUID。
17. The digital S according to claim 16, wherein the comparator is driven by an alternating current source.
QUID.
【請求項18】請求項16において、前記コンパレータ
は直流電流源で駆動されることを特徴とするデジタルS
QUID。
18. The digital S according to claim 16, wherein the comparator is driven by a direct current source.
QUID.
【請求項19】請求項17または18において、前記コ
ンパレータに印加する電源は、直流電流源にあってはそ
の電流値が、交流電流源にあってはその電流の最大値が
階段的に増加する電流源から供給されるとともに、直流
電流源にあっては1回の増加とその次の増加の間におい
ては直流の電流源と見なせることを特徴とするデジタル
SQUID。
19. The power supply applied to the comparator according to claim 17 or 18, wherein the current value of a direct current source increases and the maximum value of the current increases stepwise in an alternating current source. A digital SQUID that is supplied from a current source and can be regarded as a DC current source between one increase and the next increase in a DC current source.
【請求項20】請求項16ないし19に記載のいずれか
において、前記コンパレータは2個以上存在し、全体と
して2ビット以上の分解能を有するアナログデジタルコ
ンバータを構成していることを特徴とするデジタルSQ
UID。
20. The digital SQ according to any one of claims 16 to 19, wherein two or more comparators are present and constitute an analog-digital converter having a resolution of 2 bits or more as a whole.
UID.
【請求項21】請求項1ないし14、16、18ないし
20に記載のいずれかにおいて、前記コンパレータはジ
ョセフソン量子干渉計を使用した、直流電流源駆動のフ
リップ・フロップ型のジョセフソン回路により構成され
ていることを特徴とするデジタルSQUID。
21. The comparator according to claim 1, wherein the comparator is a flip-flop type Josephson circuit driven by a direct current source using a Josephson quantum interferometer. A digital SQUID that is characterized.
【請求項22】請求項21において、前記ジョセフソン
回路は、少なくとも2つのジョセフソン量子干渉計の直
列接続体と、2つの負荷抵抗の直列接続体とを、並列に
接続し、前記の2つの直列接続体の中間接点をインダク
タンスによって接続した回路を含んで構成され、前記ジ
ョセフソン量子干渉計への信号入力により、どちらか一
方の前記ジョセフソン量子干渉計を電圧状態に、他方を
超電導状態にすることによって動作するフリップ・フロ
ップであることを特徴とするデジタルSQUID。
22. The Josephson circuit according to claim 21, wherein a series connection body of at least two Josephson quantum interferometers and a series connection body of two load resistors are connected in parallel to each other, and It is configured to include a circuit in which the intermediate contacts of the series connection body are connected by an inductance, and a signal input to the Josephson quantum interferometer causes one of the Josephson quantum interferometers to be in a voltage state and the other to be in a superconducting state. A digital SQUID, which is a flip-flop that operates by:
【請求項23】請求項21において、前記ジョセフソン
回路は、2つのジョセフソン量子干渉計を直列に接続
し、この直列接続体を定電圧源に接続した回路を含んで
構成され、前記ジョセフソン量子干渉計への信号入力に
より、どちらか一方の前記ジョセフソン量子干渉計を電
圧状態に、他方を超電導状態にすることによって動作す
るフリップ・フロップであることを特徴とするデジタル
SQUID。
23. The Josephson circuit according to claim 21, wherein the Josephson circuit includes a circuit in which two Josephson quantum interferometers are connected in series, and the series connection body is connected to a constant voltage source. A digital SQUID, which is a flip-flop operated by putting one of the Josephson quantum interferometers into a voltage state and the other into a superconducting state by a signal input to the quantum interferometer.
【請求項24】請求項21において、前記ジョセフソン
回路はジョセフソン量子干渉計とインダクタンスとの直
列接続体を、2つ並列に接続することにより2つの電流
経路を設けた回路を含んで構成され、前記ジョセフソン
量子干渉計への信号入力により、電流を上記2つの電流
経路のどちらか一方に切り換えることによって動作する
フリップ・フロップであることを特徴とするデジタルS
QUID。
24. The Josephson circuit according to claim 21, wherein the Josephson circuit includes a circuit in which two current paths are provided by connecting two series connection bodies of a Josephson quantum interferometer and an inductance in parallel. A digital S, which is a flip-flop that operates by switching a current to either one of the two current paths by a signal input to the Josephson quantum interferometer.
QUID.
【請求項25】請求項1ないし14、16ないし24に
記載のいずれかにおいて、前記コンパレータは前記SQ
UIDの出力電流を前記コンパレータを構成する超電導
配線の一部分、もしくは前記コンパレータを構成するジ
ョセフソン接合、もしくは前記ジョセフソン量子干渉計
に直接注入することによって動作することを特徴とする
デジタルSQUID。
25. The comparator according to any one of claims 1 to 14 and 16 to 24, wherein:
A digital SQUID, which operates by directly injecting an output current of a UID into a part of a superconducting wire forming the comparator, a Josephson junction forming the comparator, or the Josephson quantum interferometer.
【請求項26】請求項25において、前記SQUIDと
前記コンパレータの間に、抵抗、容量、もしくはインダ
クタンスによって構成したローパスフィルタを挿入した
ことを特徴とするデジタルSQUID。
26. The digital SQUID according to claim 25, wherein a low-pass filter constituted by a resistor, a capacitor, or an inductance is inserted between the SQUID and the comparator.
【請求項27】請求項25ないし26に記載のいずれか
において、前記コンパレータの出力が電圧状態に遷移し
た後で、前記コンパレータから前記SQUIDへ電流が
逆流することを防ぐ逆流防止手段を設けたことを特徴と
するデジタルSQUID。
27. The backflow prevention means according to any one of claims 25 to 26, wherein the backflow prevention means is provided to prevent a current from flowing back from the comparator to the SQUID after the output of the comparator transits to a voltage state. A digital SQUID.
【請求項28】請求項27において、前記逆流防止手段
は少なくとも前記コンパレータと前記SQUIDを結ぶ
配線の一部に設けたジョセフソン接合を含んで構成され
ることを特徴とするデジタルSQUID。
28. The digital SQUID according to claim 27, wherein the backflow prevention means includes at least a Josephson junction provided in a part of a wiring connecting the comparator and the SQUID.
【請求項29】請求項1ないし14、16ないし24に
記載のいずれかにおいて、前記SQUIDと前記コンパ
レータは磁気結合していることを特徴とするデジタルS
QUID。
29. The digital S according to any one of claims 1 to 14 and 16 to 24, wherein the SQUID and the comparator are magnetically coupled.
QUID.
【請求項30】請求項29において、前記コンパレータ
と磁気結合している前記SQUIDのインダクタンス部
分と、前記SQUIDに含まれるジョセフソン接合の間
に、抵抗、容量、もしくはインダクタンスによって構成
したローパスフィルタを挿入したことを特徴とするデジ
タルSQUID。
30. A low-pass filter formed by a resistor, a capacitor, or an inductance is inserted between an inductance portion of the SQUID magnetically coupled to the comparator and a Josephson junction included in the SQUID. A digital SQUID that is characterized.
【請求項31】請求項29または30において、前記S
QUIDと前記コンパレータの間は、両者を結ぶための
配線を除いてグランドプレーンや駆動用の配線など、超
電導体によって構成される部品が存在しないことを特徴
とするデジタルSQUID。
31. The S according to claim 29 or 30,
The digital SQUID is characterized in that there is no component constituted by a superconductor such as a ground plane or a wiring for driving, between the QUID and the comparator, except for a wiring for connecting the both.
【請求項32】請求項3ないし31に記載のいずれかに
おいて、前記SQUIDへ制御信号を帰還するための前
記帰還手段は、少なくとも超電導ループと前記超電導ル
ープの一部に設けたジョセフソン接合とを含んで構成さ
れていることを特徴とするデジタルSQUID。
32. The feedback means for returning a control signal to the SQUID according to claim 3, wherein at least the superconducting loop and a Josephson junction provided in a part of the superconducting loop are provided. A digital SQUID characterized in that it is configured to include.
【請求項33】請求項32において、前記帰還手段は、
これを構成する前記超電導ループに流れる永久電流の発
生する磁界によって、前記SQUIDへの制御信号の帰
還を行うごとくに構成されていることを特徴とするデジ
タルSQUID。
33. The return means according to claim 32,
A digital SQUID characterized in that it is configured to return a control signal to the SQUID by a magnetic field generated by a permanent current flowing in the superconducting loop which constitutes the SQUID.
【請求項34】請求項3ないし31に記載のいずれかに
おいて、前記SQUIDへ制御信号を帰還するための帰
還手段は、少なくとも超電導コイルを含んで構成されて
いることを特徴とするデジタルSQUID。
34. The digital SQUID according to claim 3, wherein the feedback means for feeding back the control signal to the SQUID includes at least a superconducting coil.
【請求項35】請求項34において、前記帰還手段は、
これを構成する前記超電導コイルに流す電流によって、
前記SQUIDへの制御信号の帰還を行うごとくに構成
されていることを特徴とするデジタルSQUID。
35. The return means according to claim 34,
By the current flowing in the superconducting coil that constitutes this,
A digital SQUID, characterized in that it is configured to provide feedback of a control signal to the SQUID.
【請求項36】請求項1ないし35に記載のいずれかに
おいて、前記読み出し回路は、ジョセフソン量子干渉計
を使用した、直流電流源で駆動されるフリップ・フロッ
プ型のジョセフソン回路を用いて構成されていることを
特徴とするデジタルSQUID。
36. The read circuit according to claim 1, wherein the readout circuit is a flip-flop type Josephson circuit driven by a direct current source using a Josephson quantum interferometer. A digital SQUID that is characterized.
【請求項37】請求項36において、前記ジョセフソン
回路は、少なくとも2つのジョセフソン量子干渉計の直
列接続体と、2つの負荷抵抗の直列接続体とを、並列に
接続し、前記2つの直列接続体の中間接点をインダクタ
ンスによって接続した回路を含んで構成され、前記ジョ
セフソン量子干渉計への信号入力により、どちらか一方
の前記ジョセフソン量子干渉計を電圧状態に、他方を超
電導状態にすることによって動作するフリップ・フロッ
プであることを特徴とするデジタルSQUID。
37. The Josephson circuit according to claim 36, wherein a series connection body of at least two Josephson quantum interferometers and a series connection body of two load resistors are connected in parallel to each other, and It is configured to include a circuit in which an intermediate contact of a connection body is connected by an inductance, and by inputting a signal to the Josephson quantum interferometer, one of the Josephson quantum interferometers is brought into a voltage state and the other is brought into a superconducting state. A digital SQUID characterized in that it is a flip-flop that operates according to the above.
【請求項38】請求項36において、前記ジョセフソン
回路は、2つのジョセフソン量子干渉計を直列に接続
し、この直列接続体を定電圧源に接続した回路を含んで
構成され、前記ジョセフソン量子干渉計への信号入力に
より、どちらか一方の前記ジョセフソン量子干渉計を電
圧状態に、他方を超電導状態にすることによって動作す
るフリップ・フロップであることを特徴とするデジタル
SQUID。
38. The Josephson circuit according to claim 36, wherein the Josephson circuit includes a circuit in which two Josephson quantum interferometers are connected in series, and the series connection body is connected to a constant voltage source. A digital SQUID, which is a flip-flop operated by putting one of the Josephson quantum interferometers into a voltage state and the other into a superconducting state by a signal input to the quantum interferometer.
【請求項39】請求項36において、前記ジョセフソン
回路はジョセフソン量子干渉計とインダクタンスとの直
列接続体を、2つ並列に接続することにより2つの電流
経路を設けた回路を含んで構成され、前記ジョセフソン
量子干渉計への信号入力により、電流を上記2つの電流
経路のどちらか一方に切り換えることによって動作する
フリップ・フロップであることを特徴とするデジタルS
QUID。
39. The Josephson circuit according to claim 36, wherein the Josephson circuit includes a circuit in which two current paths are provided by connecting two series connection bodies of a Josephson quantum interferometer and an inductance in parallel. A digital S, which is a flip-flop that operates by switching a current to either one of the two current paths by a signal input to the Josephson quantum interferometer.
QUID.
【請求項40】請求項1ないし39に記載のいずれかに
おいて、前記デジタルSQUIDを複数含んで構成した
ことを特徴とするデジタルSQUID計測システム。
40. A digital SQUID measuring system according to any one of claims 1 to 39, wherein a plurality of said digital SQUIDs are included.
【請求項41】請求項40において、前記読み出し回路
の出力信号、もしくは前記コンパレータの出力信号に対
応して、前記SQUIDへの制御信号を帰還するための
帰還手段を含んで構成されたことを特徴とするデジタル
SQUID計測システム。
41. A feedback means for feeding back a control signal to the SQUID in response to an output signal of the readout circuit or an output signal of the comparator, according to claim 40. Digital SQUID measuring system.
【請求項42】請求項41において、前記デジタルSQ
UIDの前記帰還手段のうち、前記超電導ループ、もし
くは前記超電導コイルを除く部分は、少なくとも複数の
前記デジタルSQUIDの間で共通化されていることを
特徴とするデジタルSQUID計測システム。
42. The digital SQ according to claim 41.
A digital SQUID measuring system, wherein at least a part of the feedback unit of the UID excluding the superconducting loop or the superconducting coil is shared among a plurality of the digital SQUIDs.
【請求項43】請求項41または42において、前記デ
ジタルSQUIDの前記帰還手段によって、前記超電導
コイルあるいは前記超電導ループへ帰還する帰還量に相
当する量を蓄えるためのメモリ回路を備えていることを
特徴とするデジタルSQUID計測システム。
43. A memory circuit according to claim 41 or 42, further comprising a memory circuit for storing an amount corresponding to a feedback amount returned to the superconducting coil or the superconducting loop by the feedback means of the digital SQUID. Digital SQUID measuring system.
【請求項44】請求項41ないし43に記載のいずれか
において、前記帰還手段は、少なくともジョセフソン量
子干渉計を使用した、直流電流源で駆動されるフリップ
・フロップ型のジョセフソン回路を含んで構成されてい
ることを特徴とするデジタルSQUID計測システム。
44. The flip-flop type Josephson circuit driven by a direct current source, comprising at least a Josephson quantum interferometer according to claim 41, wherein said feedback means comprises at least a Josephson quantum interferometer. A digital SQUID measurement system characterized by being configured.
【請求項45】請求項44において、前記ジョセフソン
回路は、少なくとも2つのジョセフソン量子干渉計の直
列接続体と、2つの負荷抵抗の直列接続体とを、並列に
接続し、前記2つの直列接続体の中間接点をインダクタ
ンスによって接続した回路を含んで構成され、前記ジョ
セフソン量子干渉計への信号入力により、どちらか一方
の前記ジョセフソン量子干渉計を電圧状態に、他方を超
電導状態にすることによって動作するフリップ・フロッ
プであることを特徴とするデジタルSQUID計測シス
テム。
45. The Josephson circuit according to claim 44, wherein a series connection body of at least two Josephson quantum interferometers and a series connection body of two load resistors are connected in parallel to each other, and It is configured to include a circuit in which an intermediate contact of a connection body is connected by an inductance, and by inputting a signal to the Josephson quantum interferometer, one of the Josephson quantum interferometers is brought into a voltage state and the other is brought into a superconducting state. A digital SQUID measurement system characterized by being a flip-flop that operates according to the above.
【請求項46】請求項44において、前記ジョセフソン
回路は、2つのジョセフソン量子干渉計を直列に接続
し、この直列接続体を定電圧源に接続した回路を含んで
構成され、前記ジョセフソン量子干渉計への信号入力に
より、どちらか一方の前記ジョセフソン量子干渉計を電
圧状態に、他方を超電導状態にすることによって動作す
るフリップ・フロップであることを特徴とするデジタル
SQUID計測システム。
46. The Josephson circuit according to claim 44, wherein the Josephson circuit includes a circuit in which two Josephson quantum interferometers are connected in series, and the series connection body is connected to a constant voltage source. A digital SQUID measuring system, which is a flip-flop that operates by putting one of the Josephson quantum interferometers into a voltage state and the other into a superconducting state by a signal input to the quantum interferometer.
【請求項47】請求項44において、前記ジョセフソン
回路はジョセフソン量子干渉計とインダクタンスとの直
列接続体を、2つ並列に接続することにより2つの電流
経路を設けた回路を含んで構成され、前記ジョセフソン
量子干渉計への信号入力により、電流を上記2つの電流
経路のどちらか一方に切り換えることによって動作する
フリップ・フロップであることを特徴とするデジタルS
QUID計測システム。
47. The Josephson circuit according to claim 44, wherein the Josephson circuit includes a circuit in which two current paths are provided by connecting two series connection bodies of a Josephson quantum interferometer and an inductance in parallel. A digital S, which is a flip-flop that operates by switching a current to either one of the two current paths by a signal input to the Josephson quantum interferometer.
QUID measurement system.
【請求項48】請求項40ないし47に記載のいずれか
において、各々の前記デジタルSQUIDの読み出し回
路の出力信号をシリアルデータに変換する回路と、前記
帰還手段を経由し、前記SQUIDへ制御信号を帰還す
る際に、前記シリアルデータをパラレルデータに変換し
て帰還することを特徴とするデジタルSQUID計測シ
ステム。
48. A control signal according to any one of claims 40 to 47, wherein a control signal is sent to said SQUID via a circuit for converting an output signal of each digital SQUID read circuit into serial data and said feedback means. A digital SQUID measuring system, characterized in that when returning, the serial data is converted into parallel data and returned.
【請求項49】請求項48において、前記読み出し回路
の出力信号を前記シリアルデータに変換するための手段
として、ジョセフソン量子干渉計を使用した、直流電流
源で駆動されるフリップ・フロップ型の回路を用いて構
成されたマルチプレクサを使用することを特徴とするデ
ジタルSQUID計測システム。
49. A flip-flop type circuit driven by a direct current source, wherein a Josephson quantum interferometer is used as a means for converting the output signal of the readout circuit into the serial data. A digital SQUID measurement system using a multiplexer configured by using the.
【請求項50】請求項49において、前記マルチプレク
サは、少なくとも2つのジョセフソン量子干渉計の直列
接続体と、2つの負荷抵抗の直列接続体とを、並列に接
続し、前記2つの直列接続体の中間接点をインダクタン
スによって接続した回路を含んで構成され、前記ジョセ
フソン量子干渉計への信号入力により、どちらか一方の
前記ジョセフソン量子干渉計を電圧状態に、他方を超電
導状態にすることによって動作するフリップ・フロップ
であることを特徴とするデジタルSQUID計測システ
ム。
50. The multiplexer according to claim 49, wherein at least two series connection bodies of Josephson quantum interferometers and two load resistance series connection bodies are connected in parallel, and the two series connection bodies are connected. By including a circuit in which the intermediate contacts of are connected by an inductance, by inputting a signal to the Josephson quantum interferometer, one of the Josephson quantum interferometers is brought into a voltage state and the other is brought into a superconducting state. A digital SQUID measurement system characterized by being a flip-flop that operates.
【請求項51】請求項49において、前記マルチプレク
サは、2つのジョセフソン量子干渉計を直列に接続し、
この直列接続体を定電圧源に接続した回路を含んで構成
され、前記ジョセフソン量子干渉計への信号入力によ
り、どちらか一方の前記ジョセフソン量子干渉計を電圧
状態に、他方を超電導状態にすることによって動作する
フリップ・フロップであることを特徴とするデジタルS
QUID計測システム。
51. The multiplexer of claim 49, wherein the multiplexer connects two Josephson quantum interferometers in series,
It is configured to include a circuit in which this series connection body is connected to a constant voltage source, and a signal input to the Josephson quantum interferometer causes one of the Josephson quantum interferometers to be in a voltage state and the other to be in a superconducting state. Digital S characterized by being a flip-flop that operates by
QUID measurement system.
【請求項52】請求項49において、前記マルチプレク
サはジョセフソン量子干渉計とインダクタンスとの直列
接続体を、2つ並列に接続することにより2つの電流経
路を設けた回路を含んで構成され前記ジョセフソン量子
干渉計への信号入力により、電流を上記2つの電流経路
のどちらか一方に切り換えることによって動作するフリ
ップ・フロップであることを特徴とするデジタルSQU
ID計測システム。
52. The multiplexer according to claim 49, wherein the multiplexer includes a circuit in which two current paths are provided by connecting two series connection bodies of a Josephson quantum interferometer and an inductance in parallel. A digital SQU, which is a flip-flop that operates by switching a current to either one of the above two current paths by a signal input to a Son quantum interferometer.
ID measurement system.
【請求項53】請求項40ないし52に記載のいずれか
において、前記SQUIDおよび前記コンパレータのグ
ランドプレーンは1対1対応となるごとくに、超電導的
には接続されていない別々の超電導体として配置されて
いることを特徴とするデジタルSQUID計測システ
ム。
53. In any one of claims 40 to 52, the SQUID and the ground plane of the comparator are arranged as separate superconductors which are not superconductingly connected in a one-to-one correspondence. A digital SQUID measurement system characterized in that
【請求項54】請求項40ないし53に記載のいずれか
において、前記SQUID、前記コンパレータ、およ
び、前記マルチプレクサは低温漕内に設置し、各々のデ
ジタルSQUIDから出力されたデータを、前記マルチ
プレクサによってシリアルデータに変換し室温側の回路
に出力することを特徴とするデジタルSQUID計測シ
ステム。
54. The SQUID, the comparator, and the multiplexer according to claim 40, wherein the SQUID, the comparator, and the multiplexer are installed in a cold bath, and the data output from each digital SQUID is serialized by the multiplexer. A digital SQUID measurement system characterized by converting to data and outputting to a circuit on the room temperature side.
【請求項55】2つのジョセフソン接合と、前記2つの
ジョセフソン接合をつないで配置された超電導リングを
含んで構成されたSQUIDと、前記SQUIDへの磁
束の入力手段と、ジョセフソン接合を含んで構成され前
記SQUIDの出力電圧もしくは出力電流の大きさを識
別するコンパレータと、ジョセフソン接合を含んで構成
され前記磁束の大きさ、もしくは前記コンパレータの出
力を読み出すための読み出し回路と、前記読み出し回路
の出力信号、もしくは前記コンパレータの出力に対応し
て、前記SQUIDへの制御信号を帰還するための帰還
手段とを、少なくとも含んで構成し、前記SQUID、
前記磁束の入力手段、前記コンパレータ、前記読み出し
回路、および、前記帰還手段は同一チップ上に集積され
ており、前記SQUID、および、前記読み出し回路は
直流電流源で駆動されることを特徴とするデジタルSQ
UID。
55. An SQUID including two Josephson junctions and a superconducting ring arranged by connecting the two Josephson junctions, a magnetic flux input means to the SQUID, and a Josephson junction. A read circuit for reading the magnitude of the magnetic flux or the output of the comparator, which includes a Josephson junction, and a comparator for identifying the magnitude of the output voltage or output current of the SQUID A feedback means for feeding back a control signal to the SQUID in response to the output signal of the SQUID or the output of the comparator.
The magnetic flux input means, the comparator, the readout circuit, and the feedback means are integrated on the same chip, and the SQUID and the readout circuit are driven by a direct current source. SQ
UID.
【請求項56】2つのジョセフソン接合と、前記2つの
ジョセフソン接合をつないで配置された超電導リングを
含んで構成されたSQUIDと、ジョセフソン接合を含
んで構成され前記SQUIDの出力電圧もしくは出力電
流の大きさを識別するコンパレータと、ジョセフソン接
合を含んで構成され前記磁束の大きさ、もしくは前記コ
ンパレータの出力を読み出すための読み出し回路とを、
少なくとも含んで構成し、前記読み出し回路は、複数の
電流経路を設け、電流の流れる前記電流経路を切り変え
ることによって動作するフリップ・フロップ型の論理回
路を用いて構成されており、グランドに流れ込む電流が
一定量になるように構成されていることを特徴とするデ
ジタルSQUID。
56. An SQUID including two Josephson junctions and a superconducting ring arranged by connecting the two Josephson junctions, and an output voltage or output of the SQUID including Josephson junctions. A comparator for identifying the magnitude of the current, and a read circuit for reading the magnitude of the magnetic flux or the output of the comparator, which is configured to include a Josephson junction,
The read circuit is configured to include at least a plurality of current paths, and is configured using a flip-flop type logic circuit that operates by switching the current path through which the current flows, and a current flowing to the ground. Is configured to be a constant amount, a digital SQUID.
【請求項57】2つのジョセフソン接合と、前記2つの
ジョセフソン接合をつないで配置された超電導リングを
含んで構成されたSQUIDと、ジョセフソン接合を含
んで構成され前記SQUIDの出力電圧もしくは出力電
流の大きさを識別するコンパレータと、ジョセフソン接
合を含んで構成され前記磁束の大きさ、もしくは前記コ
ンパレータの出力を読み出すための読み出し回路とを、
少なくとも含んで構成したデジタルSQUIDにおい
て、デジタル信号を入力しデジタル信号を出力する回
路、および、アナログ信号を入力しアナログ信号を出力
する回路は、直流電流源で駆動されることを特徴とする
デジタルSQUID。
57. A SQUID including two Josephson junctions and a superconducting ring arranged by connecting the two Josephson junctions, and an output voltage or output of the SQUID including the Josephson junctions. A comparator for identifying the magnitude of the current, and a read circuit for reading the magnitude of the magnetic flux or the output of the comparator, which is configured to include a Josephson junction,
In the digital SQUID configured to include at least, a circuit for inputting a digital signal and outputting a digital signal, and a circuit for inputting an analog signal and outputting an analog signal are driven by a direct current source, digital SQUID .
【請求項58】2つのジョセフソン接合と、前記2つの
ジョセフソン接合をつないで配置された超電導リングを
含んで構成されたSQUIDと、ジョセフソン接合を含
んで構成され前記SQUIDの出力電圧もしくは出力電
流の大きさを識別するコンパレータと、ジョセフソン接
合を含んで構成され前記磁束の大きさ、もしくは前記コ
ンパレータの出力を読み出すための読み出し回路とを、
少なくとも含んで構成し、前記SQUID、および、前
記読み出し回路は直流電流源で駆動されることを特徴と
するデジタルSQUIDを用いた計測システム。
58. An SQUID configured to include two Josephson junctions and a superconducting ring arranged to connect the two Josephson junctions, and an output voltage or output of the SQUID configured to include the Josephson junctions. A comparator for identifying the magnitude of the current, and a read circuit for reading the magnitude of the magnetic flux or the output of the comparator, which is configured to include a Josephson junction,
A measurement system using a digital SQUID, which is configured to include at least the SQUID and the read circuit are driven by a direct current source.
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