JPH0816693B2 - 狭帯域ｆｌｌ回路 - Google Patents
狭帯域ｆｌｌ回路Info
- Publication number
- JPH0816693B2 JPH0816693B2 JP5263145A JP26314593A JPH0816693B2 JP H0816693 B2 JPH0816693 B2 JP H0816693B2 JP 5263145 A JP5263145 A JP 5263145A JP 26314593 A JP26314593 A JP 26314593A JP H0816693 B2 JPH0816693 B2 JP H0816693B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- feedback
- circuit
- loop
- band
- squid
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- Expired - Lifetime
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、心磁波、脳磁波、眼筋
磁場等の生体磁気計測、または、地磁気計測、あるいは
物質の帯磁率計測、さらには磁気的信号伝送用のインタ
ーフェイス等に適したＳＱＵＩＤ（Superconducting Qu
antum Interference Device ：超伝導量子干渉デバイ
ス）磁束計に用いるＦＬＬ回路（Flux Locked Loop：磁
束ロックループ）に関する。ここに、ＳＱＵＩＤとは、
低温状態に維持され、ループ内にジョセフソン接合を含
む超伝導ループであるＳＱＵＩＤループ内に、ピックア
ップコイルや入力コイル等を介して外部からの磁束が結
合されて印加されると、ＳＱＵＩＤループに周回電流が
誘起され、ループ内のジョセフソン接合における量子的
な干渉効果により、印加された外部磁束の微小な変化が
周回電流の大きな変化となって現れることを利用して、
微小磁束変化を測定するものである。また、ＦＬＬ回路
とは、入力コイル，ＳＱＵＩＤループ，増幅器，及び帰
還コイル等を備えた回路であって、ＳＱＵＩＤの出力電
圧を、増幅器に入力し、その出力を帰還コイルに加算し
てネガティブフィードバックする構成となっている。測
定すべき磁場は、上記のフィードバック量を出力値でモ
ニターすることにより得ることができる。
磁場等の生体磁気計測、または、地磁気計測、あるいは
物質の帯磁率計測、さらには磁気的信号伝送用のインタ
ーフェイス等に適したＳＱＵＩＤ（Superconducting Qu
antum Interference Device ：超伝導量子干渉デバイ
ス）磁束計に用いるＦＬＬ回路（Flux Locked Loop：磁
束ロックループ）に関する。ここに、ＳＱＵＩＤとは、
低温状態に維持され、ループ内にジョセフソン接合を含
む超伝導ループであるＳＱＵＩＤループ内に、ピックア
ップコイルや入力コイル等を介して外部からの磁束が結
合されて印加されると、ＳＱＵＩＤループに周回電流が
誘起され、ループ内のジョセフソン接合における量子的
な干渉効果により、印加された外部磁束の微小な変化が
周回電流の大きな変化となって現れることを利用して、
微小磁束変化を測定するものである。また、ＦＬＬ回路
とは、入力コイル，ＳＱＵＩＤループ，増幅器，及び帰
還コイル等を備えた回路であって、ＳＱＵＩＤの出力電
圧を、増幅器に入力し、その出力を帰還コイルに加算し
てネガティブフィードバックする構成となっている。測
定すべき磁場は、上記のフィードバック量を出力値でモ
ニターすることにより得ることができる。
【０００２】
【従来の技術】従来、磁束計等に用いる狭帯域ＦＬＬ回
路として、出願人らは、図３に示すような回路を提案し
ていた。この狭帯域ＦＬＬ回路２１は、図３に示すよう
に、２つのジョセフソン接合２５，２６を含むＳＱＵＩ
Ｄループ（超伝導ループ）２２に増幅器３３を設けた構
成になっている。測定すべき磁場は、ピックアップコイ
ル２３によって検出され、入力コイル２４を通じて入力
磁束としてＳＱＵＩＤループ２２に結合される。ＳＱＵ
ＩＤループ２２に隣接するコイルＭfCは第１帰還コイル
である。増幅器３３の出力は、第１帰還抵抗ＲfCを介し
て第１帰還コイルＭfCに帰還磁束として印加される。ま
た、上記増幅器３３の出力は、狭帯域化回路３５、第２
帰還抵抗ＲfnoiseC 、第２帰還コイルＭfnoiseC を介し
てＳＱＵＩＤループ２２に帰還磁束ΦfnoiseC として印
加される。図３のＦＬＬ回路に用いる狭帯域化回路３５
としては、Twin−Ｔ型帯域除去フィルタ等を使用するこ
とができる。図３の狭帯域ＦＬＬ回路２１においては、
狭帯域化回路３５をＦＬＬ回路の通常の帰還系とは別個
に設けた点に特徴がある。このように狭帯域化回路を用
いると、目的信号の周波数帯域の信号を含む磁束Φels
はＳＱＵＩＤループ２２にＲfCを通してしか帰還されな
いので、打ち消しがあまりおこらず他の周波数成分の信
号よりも振幅が大きくなる。それ以外の不要帯域の信号
を含む磁束ΦfnoiseCはＲfnoiseC を通してもＳＱＵＩ
Ｄループ２２に帰還されるので、この狭帯域ＦＬＬ回路
２１の入力側で打ち消されることになり、目的信号以外
の不要帯域（雑音成分）の信号は出力Ｖout 側には現れ
ない。従って、目的信号以外の外来ノイズにより系が飽
和することがない（特願平５−１６５８８２号参照）。
上記の図３に示すＳＱＵＩＤでは、回路構成を単純化す
るため、帰還信号をＳＱＵＩＤループ２２に入力するコ
イルは、ＳＱＵＩＤ２２に対して相互インダクタンスＭ
fCが小さいものであった。このように構成された従来の
ＳＱＵＩＤ２２において、不要帯域の大振幅磁束入力信
号ΦfnoiseC を打ち消すためには、このＳＱＵＩＤ２２
に同じ大きさの磁気帰還信号ΦnoiseCを加える必要があ
り、その場合、下記の式 ΦnoiseC＝ΦfnoiseC ＝ＭfC×ＩfnoiseC ＝ＭfC×Ｖout ／ＲfnoiseC ………（１） が成立する。
路として、出願人らは、図３に示すような回路を提案し
ていた。この狭帯域ＦＬＬ回路２１は、図３に示すよう
に、２つのジョセフソン接合２５，２６を含むＳＱＵＩ
Ｄループ（超伝導ループ）２２に増幅器３３を設けた構
成になっている。測定すべき磁場は、ピックアップコイ
ル２３によって検出され、入力コイル２４を通じて入力
磁束としてＳＱＵＩＤループ２２に結合される。ＳＱＵ
ＩＤループ２２に隣接するコイルＭfCは第１帰還コイル
である。増幅器３３の出力は、第１帰還抵抗ＲfCを介し
て第１帰還コイルＭfCに帰還磁束として印加される。ま
た、上記増幅器３３の出力は、狭帯域化回路３５、第２
帰還抵抗ＲfnoiseC 、第２帰還コイルＭfnoiseC を介し
てＳＱＵＩＤループ２２に帰還磁束ΦfnoiseC として印
加される。図３のＦＬＬ回路に用いる狭帯域化回路３５
としては、Twin−Ｔ型帯域除去フィルタ等を使用するこ
とができる。図３の狭帯域ＦＬＬ回路２１においては、
狭帯域化回路３５をＦＬＬ回路の通常の帰還系とは別個
に設けた点に特徴がある。このように狭帯域化回路を用
いると、目的信号の周波数帯域の信号を含む磁束Φels
はＳＱＵＩＤループ２２にＲfCを通してしか帰還されな
いので、打ち消しがあまりおこらず他の周波数成分の信
号よりも振幅が大きくなる。それ以外の不要帯域の信号
を含む磁束ΦfnoiseCはＲfnoiseC を通してもＳＱＵＩ
Ｄループ２２に帰還されるので、この狭帯域ＦＬＬ回路
２１の入力側で打ち消されることになり、目的信号以外
の不要帯域（雑音成分）の信号は出力Ｖout 側には現れ
ない。従って、目的信号以外の外来ノイズにより系が飽
和することがない（特願平５−１６５８８２号参照）。
上記の図３に示すＳＱＵＩＤでは、回路構成を単純化す
るため、帰還信号をＳＱＵＩＤループ２２に入力するコ
イルは、ＳＱＵＩＤ２２に対して相互インダクタンスＭ
fCが小さいものであった。このように構成された従来の
ＳＱＵＩＤ２２において、不要帯域の大振幅磁束入力信
号ΦfnoiseC を打ち消すためには、このＳＱＵＩＤ２２
に同じ大きさの磁気帰還信号ΦnoiseCを加える必要があ
り、その場合、下記の式 ΦnoiseC＝ΦfnoiseC ＝ＭfC×ＩfnoiseC ＝ＭfC×Ｖout ／ＲfnoiseC ………（１） が成立する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上式（１）に
おいて、狭帯域ＦＬＬ回路２１の出力電圧Ｖout は、電
子回路の電源電圧で制限されるので、電圧値をあまり大
きくできない。従って、上式（１）において帰還磁束Φ
fnoiseC の値を大きくするためには、第２帰還抵抗Ｒ
fnoiseC を小さく設定するか、あるいは第１帰還コイル
の相互インダクタンスＭfCを大きく設定しなければなら
ない。しかし、第２帰還抵抗ＲfnoiseC の値を小さく設
定すると、帰還系の帰還電流ＩfnoiseC が大きくなり、
電子回路の消費電力が増大し、実用的に問題が生じる。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもの
であり、不要帯域信号を除去するための大きな磁気帰還
信号ΦfnoiseC を印加することが可能な狭帯域ＦＬＬ回
路を提供することを目的とする。
おいて、狭帯域ＦＬＬ回路２１の出力電圧Ｖout は、電
子回路の電源電圧で制限されるので、電圧値をあまり大
きくできない。従って、上式（１）において帰還磁束Φ
fnoiseC の値を大きくするためには、第２帰還抵抗Ｒ
fnoiseC を小さく設定するか、あるいは第１帰還コイル
の相互インダクタンスＭfCを大きく設定しなければなら
ない。しかし、第２帰還抵抗ＲfnoiseC の値を小さく設
定すると、帰還系の帰還電流ＩfnoiseC が大きくなり、
電子回路の消費電力が増大し、実用的に問題が生じる。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもの
であり、不要帯域信号を除去するための大きな磁気帰還
信号ΦfnoiseC を印加することが可能な狭帯域ＦＬＬ回
路を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係る狭帯域ＦＬＬ回路は、信号磁束が入力
されるＳＱＵＩＤループと増幅器と帰還手段とを有し、
当該増幅器の出力を当該帰還手段により当該ＳＱＵＩＤ
ループに負帰還し磁束ロックループを監視することによ
り磁気値を測定するＦＬＬ回路と、前記増幅器の出力の
周波数帯域を狭帯域化して除去し、狭帯域化用帰還手段
を介して前記ＳＱＵＩＤループに帰還させる狭帯域化回
路と、を有する狭帯域ＦＬＬ回路であって、前記狭帯域
ＦＬＬ回路の狭帯域化用帰還手段は、前記ＳＱＵＩＤル
ープに対する入力信号の磁束量に相当する帰還量を、当
該狭帯域化回路の帰還電流で取得可能な相互インダクタ
ンスを有する帰還コイルとしたことを特徴とする。
め、本発明に係る狭帯域ＦＬＬ回路は、信号磁束が入力
されるＳＱＵＩＤループと増幅器と帰還手段とを有し、
当該増幅器の出力を当該帰還手段により当該ＳＱＵＩＤ
ループに負帰還し磁束ロックループを監視することによ
り磁気値を測定するＦＬＬ回路と、前記増幅器の出力の
周波数帯域を狭帯域化して除去し、狭帯域化用帰還手段
を介して前記ＳＱＵＩＤループに帰還させる狭帯域化回
路と、を有する狭帯域ＦＬＬ回路であって、前記狭帯域
ＦＬＬ回路の狭帯域化用帰還手段は、前記ＳＱＵＩＤル
ープに対する入力信号の磁束量に相当する帰還量を、当
該狭帯域化回路の帰還電流で取得可能な相互インダクタ
ンスを有する帰還コイルとしたことを特徴とする。
【０００５】
【作用】上記構成を有する本発明によれば、電子回路の
消費電力をいたずらに増大させることなく、狭帯域化回
路からＳＱＵＩＤループに負帰還させる帰還量をＳＱＵ
ＩＤループに対する入力信号の磁束量に相当させること
ができるので、不要帯域において大振幅信号が生じて
も、容易にこれを打ち消すことができる。
消費電力をいたずらに増大させることなく、狭帯域化回
路からＳＱＵＩＤループに負帰還させる帰還量をＳＱＵ
ＩＤループに対する入力信号の磁束量に相当させること
ができるので、不要帯域において大振幅信号が生じて
も、容易にこれを打ち消すことができる。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図にもとづいて説明
する。まず、本発明の第１実施例を図１に示す。本実施
例は、既に提案された狭帯域ＦＬＬ回路のＳＱＵＩＤル
ープに不要帯域信号除去用の帰還磁束を印加する帰還コ
イルのＳＱＵＩＤループに対する相互インダクタンスを
従来よりもさらに大きくして構成されている。
する。まず、本発明の第１実施例を図１に示す。本実施
例は、既に提案された狭帯域ＦＬＬ回路のＳＱＵＩＤル
ープに不要帯域信号除去用の帰還磁束を印加する帰還コ
イルのＳＱＵＩＤループに対する相互インダクタンスを
従来よりもさらに大きくして構成されている。
【０００７】すなわち、図１に示すように、この狭帯域
ＦＬＬ回路１Ａは、２つのジョセフソン接合５Ａ，６Ａ
を含む超伝導ループ（ＳＱＵＩＤループ）２Ａに図示し
ないバイアス電流源及び増幅器１３Ａを設けた構成にな
っている。測定すべき磁場は、ピックアップコイル３Ａ
によって検出され、入力コイル４Ａを通じて入力磁束Φ
inとしてＳＱＵＩＤループ２Ａに結合される。ＳＱＵＩ
Ｄループ２Ａに隣接するコイルのうち、ＭfAは第１帰還
コイルである。増幅器１３Ａの出力は、第１帰還抵抗Ｒ
fAを介してこの第１帰還コイルＭfAに帰還磁束ΦfAとし
て印加される。また一方、増幅器１３Ａの出力は、狭帯
域化回路１５Ａ及び狭帯域化用帰還手段としての第２帰
還コイルＭfnoiseA を介してＳＱＵＩＤループ２Ａに帰
還磁束として印加される。
ＦＬＬ回路１Ａは、２つのジョセフソン接合５Ａ，６Ａ
を含む超伝導ループ（ＳＱＵＩＤループ）２Ａに図示し
ないバイアス電流源及び増幅器１３Ａを設けた構成にな
っている。測定すべき磁場は、ピックアップコイル３Ａ
によって検出され、入力コイル４Ａを通じて入力磁束Φ
inとしてＳＱＵＩＤループ２Ａに結合される。ＳＱＵＩ
Ｄループ２Ａに隣接するコイルのうち、ＭfAは第１帰還
コイルである。増幅器１３Ａの出力は、第１帰還抵抗Ｒ
fAを介してこの第１帰還コイルＭfAに帰還磁束ΦfAとし
て印加される。また一方、増幅器１３Ａの出力は、狭帯
域化回路１５Ａ及び狭帯域化用帰還手段としての第２帰
還コイルＭfnoiseA を介してＳＱＵＩＤループ２Ａに帰
還磁束として印加される。
【０００８】この場合、第１帰還コイルのインダクタン
ス値ＭfAと第２帰還コイルのインダクタンス値Ｍ
fnoiseA との間には、下式 ＭfnoiseA ＞＞ＭfA ………（２） の関係がある。例えば、ＭfnoiseA の値がＭfAの値の１
００倍などである。
ス値ＭfAと第２帰還コイルのインダクタンス値Ｍ
fnoiseA との間には、下式 ＭfnoiseA ＞＞ＭfA ………（２） の関係がある。例えば、ＭfnoiseA の値がＭfAの値の１
００倍などである。
【０００９】上記のように構成することにより、上式
（１）より、図１の状態で、不要帯域の入力信号を打ち
消すための帰還磁束ΦfnoiseA の値を大きくとることが
可能となる。本実施例においては、図１に示すように、
目的信号の周波数帯域の信号は、他の周波数帯域の信号
に比べて少ししかＳＱＵＩＤに帰還されないので、出力
振幅は大きくなるが、それ以外の不要帯域の信号は狭帯
域化回路１５Ａ，第１帰還抵抗ＲfnoiseA ，第１帰還コ
イルＭfnoiseA を介して帰還されるので、このＦＬＬ回
路の入力側で打ち消されることになり、目的信号以外の
不要帯域の信号は出力Ｖout 側には現れない。従って、
目的信号以外の外来ノイズにより系が飽和することがな
い。
（１）より、図１の状態で、不要帯域の入力信号を打ち
消すための帰還磁束ΦfnoiseA の値を大きくとることが
可能となる。本実施例においては、図１に示すように、
目的信号の周波数帯域の信号は、他の周波数帯域の信号
に比べて少ししかＳＱＵＩＤに帰還されないので、出力
振幅は大きくなるが、それ以外の不要帯域の信号は狭帯
域化回路１５Ａ，第１帰還抵抗ＲfnoiseA ，第１帰還コ
イルＭfnoiseA を介して帰還されるので、このＦＬＬ回
路の入力側で打ち消されることになり、目的信号以外の
不要帯域の信号は出力Ｖout 側には現れない。従って、
目的信号以外の外来ノイズにより系が飽和することがな
い。
【００１０】次に、本発明の第２実施例を図３に示す。
本実施例は、従来型のＦＬＬ回路に帯域除去型の伝達特
性を持った狭帯域化回路１５Ｂを付加して構成されてい
る点では上記第１実施例と共通するが、狭帯域化回路１
５Ｂを含む帰還回路系をＦＬＬ回路の入力コイル４Ｂ側
へ接続した点で上記の第１実施例と異なる。すなわち、
本実施例においては、入力コイル４Ｂを狭帯域化帰還手
段として用いるのである。このように構成すれば、もと
もと帰還コイルよりも相互インダクタンスの大きい入力
コイルを、不要帯域信号除去用の帰還コイルとして兼用
でき、第１実施例に比べ部品点数を節約できる、等のメ
リットがある。
本実施例は、従来型のＦＬＬ回路に帯域除去型の伝達特
性を持った狭帯域化回路１５Ｂを付加して構成されてい
る点では上記第１実施例と共通するが、狭帯域化回路１
５Ｂを含む帰還回路系をＦＬＬ回路の入力コイル４Ｂ側
へ接続した点で上記の第１実施例と異なる。すなわち、
本実施例においては、入力コイル４Ｂを狭帯域化帰還手
段として用いるのである。このように構成すれば、もと
もと帰還コイルよりも相互インダクタンスの大きい入力
コイルを、不要帯域信号除去用の帰還コイルとして兼用
でき、第１実施例に比べ部品点数を節約できる、等のメ
リットがある。
【００１１】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではない。上記実施例は、例示であり、本発明の特
許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な
構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる
ものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
ものではない。上記実施例は、例示であり、本発明の特
許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な
構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる
ものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように、上記構成を有する
本発明によれば、電子回路の消費電力をいたずらに増大
させることなく、狭帯域化回路からＳＱＵＩＤループに
負帰還させる帰還量をＳＱＵＩＤループに対する入力信
号の磁束量に相当させることができるので、不要帯域に
おいて大振幅信号が生じても、容易にこれを打ち消すこ
とができる。
本発明によれば、電子回路の消費電力をいたずらに増大
させることなく、狭帯域化回路からＳＱＵＩＤループに
負帰還させる帰還量をＳＱＵＩＤループに対する入力信
号の磁束量に相当させることができるので、不要帯域に
おいて大振幅信号が生じても、容易にこれを打ち消すこ
とができる。
【図１】本発明の第１実施例である狭帯域ＦＬＬ回路用
ＳＱＵＩＤの構成を示す回路図である。
ＳＱＵＩＤの構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施例である狭帯域ＦＬＬ回路用
ＳＱＵＩＤの構成を示す回路図である。
ＳＱＵＩＤの構成を示す回路図である。
【図３】従来の狭帯域ＦＬＬ回路用ＳＱＵＩＤの構成を
示す回路図である。
示す回路図である。
１Ａ，１Ｂ 狭帯域ＦＬＬ回路 ２Ａ，２Ｂ ＳＱＵＩＤループ ３Ａ，３Ｂ ピックアップコイル ４Ａ，４Ｂ 入力コイル ５Ａ，５Ｂ ジョセフソン接合 ６Ａ，６Ｂ ジョセフソン接合 １３Ａ，１３Ｂ 増幅器 １５Ａ，１５Ｂ 狭帯域化回路 ２１ 狭帯域ＦＬＬ回路 ２２ ＳＱＵＩＤループ ２３ ピックアップコイル ２４ 入力コイル ２５，２６ ジョセフソン接合 ３３ 増幅器 ３５ 狭帯域化回路 ＭfA，ＭfB，ＭfC 第１帰還コイル ＭfnoiseA 第２帰還コイル ＲfA，ＲfB，ＲfC 第１帰還抵抗 ＲfnoiseA ，ＲfnoiseB ，ＲfnoiseC 第２帰還抵抗
Claims (1)
- 【請求項１】 信号磁束が入力されるＳＱＵＩＤループ
と増幅器と帰還手段とを有し、当該増幅器の出力を当該
帰還手段により当該ＳＱＵＩＤループに負帰還し磁束ロ
ックループを監視することにより磁気値を測定するＦＬ
Ｌ回路と、 前記増幅器の出力の周波数帯域を狭帯域化して除去し、
狭帯域化用帰還手段を介して前記ＳＱＵＩＤループに帰
還させる狭帯域化回路と、を有する狭帯域ＦＬＬ回路で
あって、 前記狭帯域ＦＬＬ回路の狭帯域化用帰還手段は、前記Ｓ
ＱＵＩＤループに対する入力信号の磁束量に相当する帰
還量を、当該狭帯域化回路の帰還電流で取得可能な相互
インダクタンスを有する帰還コイルとしたことを特徴と
する狭帯域ＦＬＬ回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5263145A JPH0816693B2 (ja) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | 狭帯域ｆｌｌ回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5263145A JPH0816693B2 (ja) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | 狭帯域ｆｌｌ回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0798370A JPH0798370A (ja) | 1995-04-11 |
| JPH0816693B2 true JPH0816693B2 (ja) | 1996-02-21 |
Family
ID=17385436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5263145A Expired - Lifetime JPH0816693B2 (ja) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | 狭帯域ｆｌｌ回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0816693B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104198961B (zh) * | 2014-07-18 | 2017-06-13 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 采用单个运算放大器的超导量子干涉器磁传感器 |
-
1993
- 1993-09-28 JP JP5263145A patent/JPH0816693B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0798370A (ja) | 1995-04-11 |
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