JPH08180687A - Josephson latch circuit - Google Patents

Josephson latch circuit

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JPH08180687A
JPH08180687A JP6320803A JP32080394A JPH08180687A JP H08180687 A JPH08180687 A JP H08180687A JP 6320803 A JP6320803 A JP 6320803A JP 32080394 A JP32080394 A JP 32080394A JP H08180687 A JPH08180687 A JP H08180687A
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inductance
josephson junction
josephson
resistor
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Shinichi Yorozu
伸一 萬
Shuichi Tawara
修一 田原
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NEC Corp
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Abstract

PURPOSE: To decrease a number of input signals to a circuitry, to reduce a number of I/O pins and to improve the efficiency of the circuit by writing magnetic flux into a data holding loop by directly inputting only a true signal. CONSTITUTION: When the calculated result in the operating region of a Josephson logic circuit is '1', an input 1 from a product arithmetic circuit is passed through a separator circuit 25, a current is made to flow through a magnetism holding loop composed of a Josephson junction 7 and an inductance, the Josephson junction 7 is made to be a superconducting state and a persistent current is made to flow through the loop. When the calculated result is '0', the product arithmetic circuit 24 is not switched over and the circuit is not operated. When the persistent current does not flow at the rising time of a gate current, since a Josephson junction 13 becomes a voltage state, the read signal is outputted to an auxiliary signal output line 23 by making a current flow through a Josephson junction 14. By sending the output of a true signal line 22 to an inductance 19, resetting is performed by means of a pulse. At this time, mal-function due to the pulse is prevented by the separator circuit 25.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ジョセフソン接合を用
いたラッチ回路に関し、特に真信号、補信号を回路の中
で利用する論理回路において、前のクロックサイクルに
おける論理演算の結果を一時蓄え、その真信号、補信号
の二つの形で出力するラッチ回路に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a latch circuit using a Josephson junction, and more particularly, to a logic circuit that uses a true signal and a complementary signal in a circuit, and temporarily stores a result of a logical operation in a previous clock cycle. , A true signal and a complementary signal.

【0002】[0002]

【従来の技術】ラッチング動作に基づいたジョセフソン
接合素子論理ゲートにおいては、1クロックサイクルご
とに電源電流を0に戻すことでラッチング動作をリセッ
トするAC電源方式が一般的にとられている。このよう
な方式で論理回路を組むためには、電源電流が0の間、
前のクロックサイクルの情報を維持するラッチ回路が本
質的に必要となる。また、ジョセフソン接合を用いた論
理回路では、インバーターを構成するためにはタイミン
グ信号が必要で、構成が半導体に比べて難しく、動作の
高速化にも障害となる。従って、入力された情報の真信
号と補信号が同時に出力されるラッチ回路は、ジョセフ
ソン素子を用いた論理回路の高性能化に必要不可欠のも
のといえる。
2. Description of the Related Art In a Josephson junction element logic gate based on a latching operation, an AC power supply system in which a latching operation is reset by returning a power supply current to 0 every clock cycle is generally adopted. In order to form a logic circuit in this manner, while the power supply current is 0,
A latch circuit that essentially maintains the information of the previous clock cycle is required. Further, in a logic circuit using a Josephson junction, a timing signal is required to configure an inverter, and the configuration is more difficult than that of a semiconductor, which hinders high-speed operation. Therefore, a latch circuit that outputs a true signal and a complementary signal of input information at the same time is indispensable for improving the performance of a logic circuit using a Josephson element.

【0003】従来、いくつかのラッチ回路が提案され研
究されてきているが、ここでは図5に示す従来例を説明
する。この従来例のラッチ回路の動作については、特開
平2−244495号公報に詳しいので、ここでは簡単
に述べるにとどめる。図5は、従来例の等価回路を示し
ており、図5において、501は真信号入力線、502
は補信号入力線、503,508,519はジョセフソ
ン接合、504,505,506はインダクタンス、5
07はジョセフソン接合とインダクタンスからなるセン
ス回路(2接合SQUID)、509はゲート電流線、
510,511は出力抵抗、512は真信号出力線、5
13は補信号出力線、514はラッチイネーブル信号
線、515,516は積演算回路、517は真信号入力
線、518は補信号入力線であり、ジョセフソン接合5
03とインダクタンス504,505,506からデー
タ保持ループを構成する。
Conventionally, several latch circuits have been proposed and studied. Here, a conventional example shown in FIG. 5 will be described. The operation of this conventional latch circuit is described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-244495, and will be described only briefly here. FIG. 5 shows an equivalent circuit of a conventional example. In FIG. 5, 501 is a true signal input line and 502 is a true signal input line.
Is a complement signal input line, 503, 508, 519 are Josephson junctions, 504, 505, 506 are inductances,
07 is a sense circuit (two-junction SQUID) composed of a Josephson junction and an inductance, 509 is a gate current line,
510 and 511 are output resistors, 512 is a true signal output line, and 5
13 is a complementary signal output line, 514 is a latch enable signal line, 515 and 516 are product operation circuits, 517 is a true signal input line, 518 is a complementary signal input line, and Josephson junction 5
03 and the inductances 504, 505 and 506 form a data holding loop.

【0004】あるクロックサイクルにおける計算の結果
が1のときは、真信号入力線501に電流が流れ、0の
ときは、補信号入力線502に電流が流れる。真信号入
力線501を流れる電流は、磁気結合によりインダクタ
ンス504を通して磁束保持ループを流れる電流とな
り、ジョセフソン接合503が電圧状態にスイッチして
磁束量子を記憶する。この磁束量子分に相当する永久電
流が、保持ループには流れている。計算結果が0の場
合、補信号入力線502とインダクタンス505の磁気
結合を通して保持ループに誘起される電流は、真信号の
入力により誘起される電流の逆向きに、つまり永久電流
の向きに同じくなるように設計し、永久電流と重畳した
ときにジョセフソン接合503が電圧状態になり、重畳
しないときには電圧状態にならないように設計してお
く。そうすれば、保持ループに磁束が書き込まれている
ときに補信号入力は磁束ループ内の量子磁束を打ち消
し、書き込まれていない場合はそのままの状態を保つ。
このようにして、計算結果の情報は記録される。その情
報の読み出しには、保持ループ内のインダクタンス50
6とセンス回路507の磁気結合を通して誘起される磁
束を入力とするセンス回路により行われる。このセンス
回路の電圧状態に移行する電流値は、磁束保持ループに
磁束が書き込まれているか否かで違ってくる。その電流
値の関係を、ジョセフソン接合508との大小関係にお
いて、(磁束がある時の電圧状態移行電流)<(ジョセ
フソン接合508の電圧状態移行電流)<(磁束がない
ときの電圧状態移行電流)、と設計しておけば、前記保
持ループに磁束が書き込まれているときのみセンス回路
507がスイッチし、磁束が書き込まれていない場合
は、センス回路507よりジョセフソン接合508が先
にスイッチするようになる。センス回路507がスイッ
チしたときには、ゲート電流線509より供給されたゲ
ート電流は、抵抗511を通し、真信号出力線512へ
流れ(抵抗510も分岐するが、分岐された電流はジョ
セフソン接合519を通し、接地へ流れ、補信号出力線
513へは流れない)、ジョセフソン接合508がスイ
ッチしたときには、ゲート電流は抵抗510を通し、ジ
ョセフソン接合519へ流れ、ジョセフソン接合519
をスイッチし、補信号出力線513へと流れる。すなわ
ち、前記保持ループへの保持磁束の有無に対応して(デ
ータ“1”,“0”に対応して)真信号、補信号が出力
されることになる。このようにして、ジョセフソンラッ
チ回路が実現できる。
When the result of the calculation in a certain clock cycle is 1, a current flows through the true signal input line 501, and when the result is 0, a current flows through the complementary signal input line 502. The current flowing through the true signal input line 501 becomes a current flowing through the magnetic flux holding loop through the inductance 504 by magnetic coupling, and the Josephson junction 503 switches to the voltage state to store the magnetic flux quantum. A permanent current corresponding to the flux quantum flows through the holding loop. When the calculation result is 0, the current induced in the holding loop through the magnetic coupling between the complementary signal input line 502 and the inductance 505 is the same as the direction of the current induced by the input of the true signal, that is, the direction of the permanent current. The Josephson junction 503 is designed to be in a voltage state when superimposed on a permanent current, and not in a voltage state when not superimposed. Then, when a magnetic flux is written in the holding loop, the complementary signal input cancels out the quantum magnetic flux in the magnetic flux loop, and when no magnetic flux is written, the state remains as it is.
In this way, the information of the calculation result is recorded. To read the information, the inductance 50 in the holding loop is used.
6 is performed by a sense circuit that receives a magnetic flux induced through magnetic coupling between the sense circuit 6 and the sense circuit 507 as an input. The current value of the sense circuit that shifts to the voltage state differs depending on whether or not a magnetic flux is written in the magnetic flux holding loop. The relationship of the current values is represented by the magnitude relationship with the Josephson junction 508: (voltage state transition current when magnetic flux exists) <(voltage state transition current of Josephson junction 508) <(voltage state transition when no magnetic flux exists) Current)), the sense circuit 507 switches only when the magnetic flux is written in the holding loop, and when the magnetic flux is not written, the Josephson junction 508 switches before the sense circuit 507. Come to do. When the sense circuit 507 switches, the gate current supplied from the gate current line 509 flows through the resistor 511 to the true signal output line 512 (the resistor 510 also branches, but the branched current flows through the Josephson junction 519). When the Josephson junction 508 is switched, the gate current flows through the resistor 510, to the Josephson junction 519, and to the Josephson junction 519.
And flows to the complementary signal output line 513. That is, a true signal and a complementary signal are output according to the presence or absence of the holding magnetic flux in the holding loop (corresponding to data “1” and “0”). In this way, a Josephson latch circuit can be realized.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たラッチ回路には次のような問題がある。第一に、デー
タの書き込みには必ず真信号と補信号の二つが必要にな
ることである。これは、論理回路を組むときデュアルレ
ール方式を採用しなければならないことを意味する。デ
ュアルレール方式は、ジョセフソン接合を用いた回路で
一般的に使われる方式であるが、補信号が必要ないとこ
ろでも補信号を維持するためのゲートを用意しなければ
ならず、特にジョセフソン論理ゲートを組み合わせて複
雑な論理システムを実現しようとしたときに、意味無く
全ゲート数を増やす可能性がある。また、チップの入出
力部分のピン数も同様で、例えば64ビットの乗算器の
場合をあげると、入力に128ピン、出力に64ピン必
要で、これをデュアルレール方式を用いて実現しようと
すると、384ピンの入出力ピンが必要となる。このよ
うなチップを、液体ヘリウムにより冷却しなければなら
ないジョセフソンチップで実現するのは望ましくない。
However, the above-mentioned latch circuit has the following problems. Firstly, the writing of data always requires two signals, a true signal and a complementary signal. This means that a dual rail system must be employed when building a logic circuit. The dual-rail method is a method commonly used in circuits using Josephson junctions.However, it is necessary to prepare a gate to maintain the complementary signal even where a complementary signal is not required, and especially the Josephson logic When trying to realize a complex logic system by combining gates, there is a possibility that the total number of gates will increase without meaning. The same applies to the number of pins of the input / output portion of the chip. For example, in the case of a 64-bit multiplier, 128 pins are required for input and 64 pins are required for output. , 384 input / output pins are required. It is undesirable to implement such chips with Josephson chips that must be cooled with liquid helium.

【0006】第二に、信号線の結合に磁気結合を用いて
いることである。磁気結合は、通常配線層を重ねて実現
するが、磁気結合は、直接結合する場合に比べ、制御し
にくい。そのため、結合の度合いが弱く、またプロセス
への依存度も高いため、設計をより困難にする。上述の
回路を実現しようとすると、インダクタンス504,5
05は、真、補信号の独立した磁気結合入力用インダク
タンスであるために、それぞれの相互インダクタンス値
を稼ぐためにどちらも大きな値とならなければならなく
なるし、そこに誘起させるために、信号線501,50
2に流さねばならなくなる電流も増やさなければならな
くなる。また、インダクタンス506、センス回路50
7のインダクタンス部分のインダクタンス値についても
同様で、結局回路の配線面積を大きくし、回路全体の小
型化を阻む。さらに、センス回路507のLI積と、イ
ンダクタンス506とセンス回路507のインダクタン
スとの間で誘起される書き込み磁束の関係は、このラッ
チ回路の動作マージンを決める大事な関係であるが、磁
気結合方式をとる限り、この関係を最適なものにするこ
とは非常に困難である。その理由は、センス回路507
のインダクタンスを適当なものにしてLI積を最適化し
ても、そのインダクタンス値に対応する相互インダクタ
ンスが稼げないために、センス回路507への書き込み
磁束が小さくなることによるものである。このことは、
ラッチ回路の動作マージンが小さくなることを意味す
る。このようなラッチ回路は、LSIを構成するべきラ
ッチ回路としては望ましくない。
Secondly, magnetic coupling is used for coupling the signal lines. Magnetic coupling is usually realized by stacking wiring layers, but magnetic coupling is harder to control than direct coupling. Therefore, the degree of coupling is low and the degree of dependence on the process is high, which makes the design more difficult. To realize the circuit described above, the inductances 504, 5
Numeral 05 is a true and complementary signal independent magnetic coupling input inductance, so both must have a large value to gain each mutual inductance value. 501,50
The current that must be passed through 2 must also be increased. In addition, the inductance 506 and the sense circuit 50
The same applies to the inductance value of the inductance portion of the circuit 7, which eventually increases the wiring area of the circuit and prevents the circuit from being downsized. Further, the relationship between the LI product of the sense circuit 507 and the write magnetic flux induced between the inductance 506 and the inductance of the sense circuit 507 is an important relationship that determines the operation margin of the latch circuit. As far as we can, it is very difficult to optimize this relationship. The reason is that the sense circuit 507
This is because even if the LI product is optimized by setting the appropriate inductance, the mutual inductance corresponding to the inductance value cannot be obtained, so that the magnetic flux written to the sense circuit 507 becomes small. This is
This means that the operation margin of the latch circuit is reduced. Such a latch circuit is not desirable as a latch circuit to constitute an LSI.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明のジョセフソンラ
ッチ回路は、単一もしくは複数のジョセフソン接合と超
伝導インダクタンスよりなるデータ保持ループと、この
データ保持ループに直接結合した分離回路と、この分離
回路に直接結合した信号入力線と、前記データ保持ルー
プに直接結合したセンス回路と、このセンス回路により
前記データ保持ループに保持された情報を読み取り真信
号出力と補信号出力とを発生する出力回路と、この出力
回路の真信号出力を分岐し前記データ保持ループの一部
に磁気的に結合したリセットパルス回路とを備えること
を特徴としている。
The Josephson latch circuit of the present invention comprises a data holding loop composed of a single or a plurality of Josephson junctions and a superconducting inductance, an isolation circuit directly coupled to the data holding loop, and A signal input line directly connected to the separation circuit, a sense circuit directly connected to the data holding loop, and an output for reading the information held in the data holding loop by the sense circuit and generating a true signal output and a complementary signal output. And a reset pulse circuit in which a true signal output of the output circuit is branched and magnetically coupled to a part of the data holding loop.

【0008】[0008]

【作用】本発明のデータ保持ループへの磁束の書き込み
は、計算結果の真信号のみの入力を分離回路を通したの
ち直接入力する方法で行われる。書き込み磁束は、保持
ループと直接結合したSQUIDにより読み出される。
直接結合方式を採ったため、SQUIDの回路パラメー
タは最適な感度に調整可能である。書き込み磁束のリセ
ットは、その磁束が真信号が出力されるときにしかない
ことを利用し、その真信号出力の一部をリセットパルス
回路を通し、保持ループの永久電流を打ち消すことで行
う。パルスは、きわめて短時間のものであるため、次の
クロックサイクルにおける入力に影響を与えない。パル
ス発生によるダイナミックな効果による誤動作は、分離
回路を用いることで防止する。
The magnetic flux is written into the data holding loop according to the present invention by a method of directly inputting only the true signal of the calculation result after passing through the separation circuit. The write flux is read by the SQUID directly coupled to the holding loop.
Since the direct coupling method is adopted, the circuit parameter of the SQUID can be adjusted to the optimum sensitivity. The write magnetic flux is reset by utilizing the fact that the magnetic flux exists only when a true signal is output, and a part of the true signal output is passed through a reset pulse circuit to cancel the permanent current of the holding loop. The pulses are so short that they do not affect the input in the next clock cycle. Malfunction due to the dynamic effect of pulse generation is prevented by using a separation circuit.

【0009】[0009]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings.

【0010】図1は、本発明に係るジョセフソンラッチ
回路の一実施例の等価回路を示す図である。分離回路2
5は、信号入力線1より抵抗4とインダクタンス6と抵
抗5が順に直列に接続され、インダクタンス6と抵抗5
の間がジョセフソン接合3を介して接地されている。ジ
ョセフソン接合7とインダクタンス10とインダクタン
ス9とインダクタンス8は、順にループ状に接続され、
ジョセフソン接合7とインダクタンス10の間は、分離
回路に接続され、インダクタンス9とインダクタンス8
の間は、接地されている。ジョセフソン接合11とジョ
セフソン接合12とインダクタンス9およびインダクタ
ンス8は、ループ状に接続され、ジョセフソン接合11
とジョセフソン接合12との間が出力となっている。こ
の出力は、抵抗17を介して真信号出力線22に接続さ
れている。また、この出力は、ジョセフソン接合13と
抵抗15と抵抗16を順に介して補信号出力線23に接
続され、ジョセフソン接合13と抵抗15との間は、ゲ
ート電流線26に接続され、抵抗15と抵抗16の間
は、ジョセフソン接合14を介して接地されている。リ
セットパルス回路は、真信号出力線22が抵抗20と抵
抗21を介して接地され、抵抗20と抵抗21の間がジ
ョセフソン接合18とインダクタンス19を介して接地
され、インダクタンス19がインダクタンス10と磁気
的に結合されている。
FIG. 1 is a diagram showing an equivalent circuit of an embodiment of the Josephson latch circuit according to the present invention. Separation circuit 2
5, the resistor 4, the inductor 6, and the resistor 5 are sequentially connected in series from the signal input line 1, and the inductor 6 and the resistor 5 are connected.
Are grounded via a Josephson junction 3. Josephson junction 7, inductance 10, inductance 9, and inductance 8 are sequentially connected in a loop,
A separation circuit is connected between the Josephson junction 7 and the inductance 10, and the inductance 9 and the inductance 8
Is grounded. The Josephson junction 11, the Josephson junction 12, the inductance 9 and the inductance 8 are connected in a loop, and the Josephson junction 11
And between the Josephson junction 12 are output. This output is connected to the true signal output line 22 via the resistor 17. This output is connected to an auxiliary signal output line 23 via a Josephson junction 13, a resistor 15, and a resistor 16, and a gate current line 26 is connected between the Josephson junction 13 and the resistor 15. 15 and the resistor 16 are grounded via the Josephson junction 14. In the reset pulse circuit, the true signal output line 22 is grounded via a resistor 20 and a resistor 21, the resistor 20 and the resistor 21 are grounded via a Josephson junction 18 and an inductance 19, and the inductance 19 is Are combined.

【0011】ジョセフソン接合7のオーダーパラメータ
の位相差をθとすると、分離回路の出力抵抗5より入力
される電流Ieとの特性は、図2に示すようになる。図
2において、201から206まではそれぞれ動作点を
示す。この特性は、ジョセフソン接合7の臨界電流値と
インダクタンス8,9,10の値を決めることで設計す
ることができる。
When the phase difference of the order parameter of the Josephson junction 7 is θ, the characteristic with the current Ie input from the output resistance 5 of the separation circuit is as shown in FIG. In FIG. 2, 201 to 206 show operating points. This characteristic can be designed by determining the critical current value of the Josephson junction 7 and the values of the inductances 8, 9, and 10.

【0012】図3は、ジョセフソン論理回路のゲート電
流波形の一例で、単極性AC駆動の場合を模式的に示し
たものである。301は動作領域、302はデータ書き
込み領域、303はデータ保持領域、304はマシンサ
イクル、305はデータ読み出し領域を示す。図3に示
す動作領域301において計算された結果は、信号入力
線1から積演算回路24へ入力される。計算結果が1の
場合、ラッチイネーブル信号が入力されると、積演算回
路24を経て信号が分離回路25に伝達される。分離回
路25中のジョセフソン接合3の臨界電流値は、積算回
路からの入力電流値より小さく設計されていて、入力電
流は、結局、ジョセフソン接合7とインダクタンス8,
9,10より構成される磁束保持ループに流れる。分離
回路の役割は後述する。磁束保持ループに流れた電流
は、ジョセフソン接合7を電圧状態に移行させ、磁束保
持ループの中に1磁束量子を記録する。すなわち、図2
において、動作点は201を通って202へ移る。ゲー
ト電流波形が立ち下がると動作点は203に移り、デー
タ保持領域303の間データが保持される。このときジ
ョセフソン接合は超伝導状態に戻り、磁束保持ループに
は永久周回電流が流れている。計算結果が0の場合に
は、積演算回路24がスイッチせず、分離回路に電流は
流れない。すなわち、磁束保持ループの状態は変化しな
い。
FIG. 3 is an example of a gate current waveform of the Josephson logic circuit, schematically showing the case of unipolar AC driving. Reference numeral 301 denotes an operation area, 302 denotes a data write area, 303 denotes a data holding area, 304 denotes a machine cycle, and 305 denotes a data read area. The result calculated in the operation area 301 shown in FIG. 3 is input from the signal input line 1 to the product operation circuit 24. When the calculation result is 1, when the latch enable signal is input, the signal is transmitted to the separation circuit 25 via the product operation circuit 24. The critical current value of the Josephson junction 3 in the separation circuit 25 is designed to be smaller than the input current value from the integrating circuit, and the input current eventually becomes the Josephson junction 7 and the inductance 8,
A magnetic flux holding loop composed of 9 and 10 flows. The role of the separation circuit will be described later. The current flowing in the flux holding loop causes the Josephson junction 7 to transition to a voltage state, recording one flux quantum in the flux holding loop. That is, FIG.
At, the operating point moves through 201 to 202. When the gate current waveform falls, the operating point shifts to 203, and data is held in the data holding area 303. At this time, the Josephson junction returns to the superconducting state, and a permanent circulating current flows through the magnetic flux holding loop. When the calculation result is 0, the product operation circuit 24 does not switch, and no current flows through the separation circuit. That is, the state of the magnetic flux holding loop does not change.

【0013】読み出しは、ゲート電流の立ち上がりの時
に行われる。データ保持ループに周回電流が流れている
場合には、読み出しSQUIDを構成しているインダク
タンス8,9、ジョセフソン接合11,12の臨界電流
値がジョセフソン接合13の臨界電流値よりも小さくな
るように、保持ループに周回電流が流れていないとき
は、SQUIDの臨界電流値がジョセフソン接合13よ
りも大きくなるように設計しておく。周回電流が流れて
いる場合、ゲート電流が増えるに従い、まずSQUID
がスイッチし、電流は抵抗17に流れ、真信号出力線2
2に出力が現れる。同時に抵抗15へも電流は分流する
が、その電流は、ジョセフソン接合14を通って接地へ
流れ込む。周回電流が流れていない場合は、ゲート電流
が増えると、先にジョセフソン接合13が電圧状態にス
イッチし、電流は抵抗15に流れ、まず、そのままジョ
セフソン接合14に流れるが、ジョセフソン接合13,
14は同じ臨界電流値に設定するので、ジョセフソン1
4もすぐスイッチし、結局、電流は抵抗16を通り、補
信号出力線23に現れる。真信号出力線には電流は流れ
ない。
Reading is performed when the gate current rises. When a circulating current is flowing through the data holding loop, the critical current values of the inductances 8 and 9 and the Josephson junctions 11 and 12 constituting the read SQUID are smaller than the critical current value of the Josephson junction 13. When the circulating current is not flowing through the holding loop, the SQUID is designed to have a critical current value larger than that of the Josephson junction 13. When the circulating current is flowing, first, as the gate current increases, the SQUID
Is switched, the current flows through the resistor 17, and the true signal output line 2
The output appears at 2. At the same time, the current shunts to the resistor 15, but the current flows to the ground through the Josephson junction 14. When the circulating current is not flowing, when the gate current increases, the Josephson junction 13 switches to the voltage state first, and the current flows to the resistor 15 and first flows to the Josephson junction 14 as it is. ,
14 is set to the same critical current value, so that Josephson 1
4 also switches immediately, and eventually the current passes through the resistor 16 and appears on the auxiliary signal output line 23. No current flows through the true signal output line.

【0014】上述したような方法で、ラッチ回路の読み
出し、書き込み動作が行われる。しかし、記録される磁
束保持ループは、各クロックごとにリセットされていな
ければならない。従来例においては、補信号入力が磁束
保持ループの磁束リセットに寄与するように設計されて
いるが、本発明では、その作業はリセット回路を用いて
行われる。本発明では、入力が1、すなわち真信号が1
の時にのみ磁束が書き込まれる。従って、リセットは、
次の出力が真信号線に出るときのみ行えばよい。本発明
では、真信号出力線22からの出力線の一部を用いてリ
セットを行う。リセットは、次の動作領域でのデータ保
持ループの信号書き込み動作を妨げてはならない。その
ため、パルス信号を用いてリセット動作を行う。すなわ
ち、真信号出力線の一部を抵抗20、ジョセフソン接合
18を通して保持ループのインダクタンス10と磁気的
に結合させたインダクタンス19に送る。ジョセフソン
接合18の臨界電流値は、リセットのために流れる電流
より小さく設計しておく。そうすればジョセフソン接合
18は、リセット電流が流れた直後スイッチし、インダ
クタンス19にはパルス電流が流れ、残りは抵抗21に
流れ込む。このようにして、データ保持ループへの信号
入力にタイミングの点で影響を与えずに、リセット動作
を完了することができる。
Reading and writing operations of the latch circuit are performed by the method as described above. However, the recorded flux holding loop must be reset every clock. In the conventional example, the complementary signal input is designed to contribute to the magnetic flux reset of the magnetic flux holding loop, but in the present invention, the work is performed using the reset circuit. In the present invention, the input is 1, that is, the true signal is 1
The magnetic flux is written only when. Therefore, resetting
It should be performed only when the next output is output to the true signal line. In the present invention, resetting is performed using a part of the output line from the true signal output line 22. The reset must not disturb the signal writing operation of the data holding loop in the next operation area. Therefore, a reset operation is performed using a pulse signal. That is, a part of the true signal output line is sent to the inductance 19 magnetically coupled to the holding loop inductance 10 through the resistor 20 and the Josephson junction 18. The critical current value of the Josephson junction 18 is designed to be smaller than the current flowing for resetting. Then, the Josephson junction 18 switches immediately after the reset current flows, the pulse current flows through the inductance 19, and the rest flows into the resistor 21. In this way, the reset operation can be completed without affecting the signal input to the data holding loop in terms of timing.

【0015】リセット動作はパルス電流で行うので、従
来例などで行われている定常的なリセット電流に比べて
大きな量の電流パルスを流さねばならない。従って、こ
の非常に短時間で大きな電流を流すことによるダイナミ
ックな効果が無視できなくなり、動作マージンの低下に
つながる。LSIを構成する場合、最も顕著に起こり得
る誤動作は、このダイナミックな効果により、信号入力
線1の前段に位置することになるLSIを構成する論理
ゲートの計算結果が0のときでも、つまり入力がないと
きでも、そのゲート電流だけでスイッチしてしまい、信
号入力線1に電流が流れてしまうことである。このため
分離回路25を設ける。実施例には、その一例が示して
ある。抵抗4,5、インダクタンス6を時間的に急峻な
電流変化を押さえるような回路パラメータに、ジョセフ
ソン接合3をリセットパルスにより誘起された保持ルー
プからの漏れ電流や、その他の誤動作により前段のゲー
トがゲート電流だけでスイッチしてしまった場合その入
力電流を吸収できる程度に設定し、磁束リセットの際の
ダイナミックな効果による御動作を前段の回路から分離
する働きをする。
Since the reset operation is performed by a pulse current, a larger amount of a current pulse must be applied as compared with a steady reset current performed in a conventional example. Therefore, the dynamic effect of flowing a large current in a very short time cannot be ignored, leading to a reduction in the operating margin. In the case of configuring an LSI, the most probable malfunction is caused by this dynamic effect even when the calculation result of the logic gate configuring the LSI, which is located in the preceding stage of the signal input line 1, is 0, that is, when the input is Even when there is no switch, switching is performed only by the gate current, and current flows through the signal input line 1. Therefore, the separation circuit 25 is provided. The embodiment shows one example. The resistors 4 and 5 and the inductance 6 are used as circuit parameters for suppressing a steep current change with time, and the preceding gate is caused by leakage current from the holding loop induced by the reset pulse of the Josephson junction 3 and other malfunctions. When switching is performed only by the gate current, the input current is set to be absorbed so that the operation by the dynamic effect at the time of magnetic flux reset is separated from the previous circuit.

【0016】以上のようにして本発明のラッチ回路は動
作するが、入力信号線、SQUIDを用いた読み取り回
路の部分を、従来例のような磁気結合型とせずに直接結
合型とした理由を、一例として読み取り感度の基本設計
と関連づけ、以下に述べる。図4は、磁束保持ループと
読み出しSQUIDの部分を非常に簡略化して描いたも
のである。図4において、401,406,407はジ
ョセフソン接合、402,403,404は自己インダ
クタンス、405は402と404の間の相互インダク
タンスを表す。インダクタンス403は、本実施例にお
けるリセット回路磁気結合用のインダクタンス10と等
価なものである。ここで、それぞれの回路パラメータ量
を、インダクタンス402はL1、インダクタンス40
3はL3、インダクタンス404はLr、相互インダク
タンス405はM、ジョセフソン接合406,407は
0 であるとする。ジョセフソン接合を用いた論理回路
においては、異なる配線層を重ねることで磁気結合を得
る。このため、これらのパラメータの間には、次のよう
な関係があるとすることができる。
Although the latch circuit of the present invention operates as described above, the reason why the input signal line and the portion of the read circuit using the SQUID are not of the magnetic coupling type as in the conventional example but are of the direct coupling type. An example is described below in connection with the basic design of the reading sensitivity. FIG. 4 is a very simplified drawing of the magnetic flux holding loop and the read SQUID. In FIG. 4, 401, 406, and 407 represent Josephson junctions, 402, 403, and 404 represent self-inductances, and 405 represents a mutual inductance between 402 and 404. The inductance 403 is equivalent to the reset circuit magnetic coupling inductance 10 in this embodiment. Here, each circuit parameter amount is represented by L1 for the inductance 402 and L40 for the inductance.
3 L3, inductor 404 Lr, the mutual inductance 405 M, the Josephson junction 406 and 407 is assumed to be I 0. In the logic circuit using the Josephson junction, magnetic coupling is obtained by stacking different wiring layers. Therefore, the following relationships can be established between these parameters.

【0017】M=α×Lr (1) Lr=β×L1 (2) α,βは定数であり、後述するが磁気結合型と直接結合
型とで違う値を持つ。また、読み取り用SQUIDの最
適感度を得るために、そのLI積と書き込み磁束につい
て、磁束が保持ループに書き込まれているときの循環電
流をIcirとすれば、高感度が得られる典型的な設定
として、 Lr×I0 =Φ0 /4 (3) Icir=Φ0 /(L1+L3) (4) M×Icir=Φ0 /2 (5) があげられる。式(1)から式(5)より、 L3=(2×α×β−1)×Φ0 /(4×β×I0 ) (6) 式(6)に典型的な値を代入し、L3を求める。磁気結
合の場合、α=0.7、β=0.5、I0 =0.1(m
A)でL3=−3.105(pH)<0である。一方、
直接結合をとると、α=1、β=1、I0 =0.1(m
A)でL3=5.175(pH)である。磁気結合の場
合、明らかに式(3)から式(5)の関係を満たす設計
が不可能であることが分かる。さらに、実際にループを
レイアウトすると、通常1(pH)程度の余分なインダ
クタンスが発生してしまう。このため磁束結合型で回路
を組むのは著しく感度を落とすパラメータセットをとら
ざるを得なくなる。一方の直線結合を用いて回路を構成
すれば、高感度動作が可能となる動作点にもっていくこ
とができる。また、この場合、最も大きなインダクタン
スはL3となるが、本発明で唯一磁気結合をとっている
リセットパルスの部分、すなわちインダクタンス19と
10の部分が最も大きな面積を要求するわけで、それが
同じ場所であるということは、回路の面積の小型化にも
寄与する。
M = α × Lr (1) Lr = β × L1 (2) α and β are constants, and have different values between the magnetic coupling type and the direct coupling type, as described later. Further, in order to obtain the optimum sensitivity of the reading SQUID, assuming that the circulating current when the magnetic flux is written in the holding loop is Icir with respect to the LI product and the writing magnetic flux, a typical setting for obtaining high sensitivity is as follows. , Lr × I 0 = Φ 0 /4 (3) Icir = Φ 0 / (L1 + L3) (4) M × Icir = Φ 0/2 (5) and the like. From Equations (1) to (5), L3 = (2 × α × β−1) × Φ 0 / (4 × β × I 0 ) (6) Substitute a typical value into Equation (6), Find L3. In the case of magnetic coupling, α = 0.7, β = 0.5, I 0 = 0.1 (m
In A), L3 = -3.105 (pH) <0. on the other hand,
Taking a direct bond, α = 1, β = 1, I 0 = 0.1 (m
In A), L3 = 5.175 (pH). In the case of magnetic coupling, it can be clearly seen that it is impossible to design to satisfy the relationships of equations (3) to (5). Further, when the loop is actually laid out, an extra inductance of about 1 (pH) usually occurs. For this reason, it is inevitable to form a circuit of the flux coupling type with a parameter set that remarkably lowers the sensitivity. If a circuit is configured using one of the linear combinations, it can be brought to an operating point where high-sensitivity operation is possible. In this case, the largest inductance is L3, but the reset pulse portion which is the only magnetically coupled in the present invention, that is, the portions of the inductances 19 and 10, require the largest area. That also contributes to the miniaturization of the circuit area.

【0018】以上のように本回路を用いてジョセフソン
ラッチ回路を実現することができる。本回路は、入力に
真信号のみで動作を行うことのできる単極性AC駆動方
式用のラッチ回路である。出力としては真信号と補信号
を発生する。
As described above, a Josephson latch circuit can be realized by using this circuit. This circuit is a latch circuit for a unipolar AC drive system that can operate only with a true signal at the input. As the output, a true signal and a complementary signal are generated.

【0019】[0019]

【発明の効果】本発明のラッチ回路は、単極性AC駆動
方式の時に用いることができるその動作のために、いか
なるタイミングシーケンスも必要としない。本ラッチ回
路を動作させるのに必要な入力信号は真信号一つである
ため、I/Oピンの削減に寄与することができる。ま
た、データ保持のためのループは単一のジョセフソン接
合を用い、入力やループの情報を読みとるために直接ル
ープと結合させる方式を採っているため、読みとり感度
の向上と、回路の占有面積の小型化に大きく寄与する。
The latch circuit of the present invention does not require any timing sequence for its operation which can be used in a unipolar AC drive scheme. Since only one true signal is needed to operate the present latch circuit, it is possible to contribute to the reduction of I / O pins. In addition, the loop for data retention uses a single Josephson junction and employs a method of directly coupling to the loop to read input and loop information, thus improving read sensitivity and increasing circuit occupation area. It greatly contributes to downsizing.

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

【図1】本発明の一実施例の等価回路を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an equivalent circuit of one embodiment of the present invention.

【図2】保持ループにおけるジョセフソン接合のオーダ
ーパラメータの位相差と保持ループへの入力電流との電
流−位相特性を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a current-phase characteristic of a phase difference of an order parameter of a Josephson junction in a holding loop and an input current to the holding loop.

【図3】ジョセフソン論理回路のゲート電流波形の一例
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a gate current waveform of a Josephson logic circuit.

【図4】磁束保持ループと読み出しSQUIDの部分を
簡略化して描いた図である。
FIG. 4 is a simplified drawing of a magnetic flux holding loop and a read SQUID portion.

【図5】従来例の等価回路を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an equivalent circuit of a conventional example.

【符号の説明】 1 信号入力線 2,514 ラッチイネーブル信号線 3,7,11,12,13,14,18,401,40
6,407,503,508 ジョセフソン接合 4,5,15,16,17,20,21,510,51
1 抵抗 6,8,9,10,19,402,403,404,5
04,505,506インダクタンス 22,512 真信号出力線 23,513 補信号出力線 24,515,516 積演算回路 25 分離回路 26,509 ゲート電流線 201,202,203,204,205,206 動
作点 301 動作領域 302 データ書き込み領域 303 データ保持領域 304 マシンサイクル 305 データ読み出し領域 405 相互インダクタンス 501,517 真信号入力線 502,518 補信号入力線 507 センス回路(SQUID)
[Description of Reference Signs] 1 signal input line 2,514 latch enable signal line 3,7,11,12,13,14,18,401,40
6,407,503,508 Josephson junction 4,5,15,16,17,20,21,510,51
1 Resistance 6,8,9,10,19,402,403,404,5
04,505,506 Inductance 22,512 True signal output line 23,513 Complementary signal output line 24,515,516 Product arithmetic circuit 25 Separation circuit 26,509 Gate current line 201,202,203,204,205,206 Operating point 301 Operation area 302 Data writing area 303 Data holding area 304 Machine cycle 305 Data reading area 405 Mutual inductance 501,517 True signal input line 502,518 Complementary signal input line 507 Sense circuit (SQUID)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】単一もしくは複数のジョセフソン接合と超
伝導インダクタンスよりなるデータ保持ループと、 このデータ保持ループに直接結合した分離回路と、 この分離回路に直接結合した信号入力線と、 前記データ保持ループに直接結合したセンス回路と、 このセンス回路により前記データ保持ループに保持され
た情報を読み取り真信号出力と補信号出力とを発生する
出力回路と、 この出力回路の真信号出力を分岐し前記データ保持ルー
プの一部に磁気的に結合したリセットパルス回路とを備
えることを特徴とするジョセフソンラッチ回路。
1. A data retention loop comprising a single or a plurality of Josephson junctions and a superconducting inductance, a separation circuit directly coupled to the data retention loop, a signal input line directly coupled to the separation circuit, and the data. A sense circuit directly coupled to the holding loop, an output circuit that reads the information held in the data holding loop by the sense circuit and generates a true signal output and a complementary signal output, and a true signal output of this output circuit is branched. A Josephson latch circuit, comprising: a reset pulse circuit magnetically coupled to a part of the data holding loop.
【請求項2】信号入力線より第1の抵抗と第1のインダ
クタンスと第2の抵抗が順に直列に接続され、第1のイ
ンダクタンスと第2の抵抗の間が第1のジョセフソン接
合を介して接地された分離回路と、 第2のジョセフソン接合と第2のインダクタンスと第3
のインダクタンスと第4のインダクタンスが順にループ
状に接続され、第2のジョセフソン接合と第2のインダ
クタンスの間が前記分離回路に接続され、第3のインダ
クタンスと第4のインダクタンスの間が接地されたデー
タ保持ループと、 第3のジョセフソン接合と第4のジョセフソン接合と前
記第3のインダクタンスおよび第4のインダクタンスが
ループ状に接続され、第3のジョセフソン接合と第4の
ジョセフソン接合との間が出力とされたセンス回路と、 このセンス回路の出力が第5のジョセフソン接合と第3
の抵抗と第4の抵抗を順に介して補信号出力線に接続さ
れ、第5のジョセフソン接合と第3の抵抗の間がゲート
電流線に接続され、第3の抵抗と第4の抵抗の間が第6
のジョセフソン接合を介して接地され、さらに前記セン
ス回路の出力が第5の抵抗を介して真信号出力線に接続
された出力回路と、 前記真信号出力線が第6の抵抗と第7の抵抗を介して接
地され、第6の抵抗と第7の抵抗の間が第7のジョセフ
ソン接合と第5のインダクタンスを介して接地され、第
5のインダクタンスが前記第2のインダクタンスと磁気
的に結合されたリセットパルス回路とを備えることを特
徴とするジョセフソンラッチ回路。
2. A first resistance, a first inductance, and a second resistance are sequentially connected in series from a signal input line, and the first inductance and the second resistance are connected via a first Josephson junction. Grounded isolation circuit, second Josephson junction, second inductance and third
And the fourth inductance are sequentially connected in a loop, the space between the second Josephson junction and the second inductance is connected to the separation circuit, and the space between the third inductance and the fourth inductance is grounded. A third data processing loop, a third Josephson junction, a fourth Josephson junction, the third inductance and the fourth inductance connected in a loop, and a third Josephson junction and a fourth Josephson junction. And a sense circuit whose output is between the fifth Josephson junction and the third
Is connected to the complementary signal output line through the resistor and the fourth resistor in order, and the gate current line is connected between the fifth Josephson junction and the third resistor, and the third resistor and the fourth resistor are connected. 6th interval
An output circuit in which the output of the sense circuit is connected to a true signal output line via a fifth resistor; and the true signal output line is connected to a sixth resistor and a seventh resistor. A sixth resistor and a seventh resistor are grounded via a seventh Josephson junction and a fifth inductance, and the fifth inductance is magnetically connected to the second inductance. And a coupled reset pulse circuit.
【請求項3】請求項2記載のジョセフソンラッチ回路に
おいて、前記第1のジョセフソン接合の臨界電流値が信
号入力線からの電流値より小さくなるように設定し、前
記データ保持ループに周回電流が流れている場合に第3
および第4のジョセフソン接合の臨界電流値が第5およ
び第6ののジョセフソン接合の臨界電流値よりも小さく
なるように、かつ周回電流が流れていない場合に第3お
よび第4のジョセフソン接合の臨界電流値が第5のおよ
び第6のジョセフソン接合の臨界電流値よりも大きくな
るように設定したことを特徴とするジョセフソンラッチ
回路。
3. The Josephson latch circuit according to claim 2, wherein a critical current value of the first Josephson junction is set to be smaller than a current value from a signal input line, and a circulating current is supplied to the data holding loop. 3
And the third and fourth Josephson devices when the critical current value of the fourth Josephson junction is smaller than the critical current values of the fifth and sixth Josephson junctions and when no circulating current flows. A Josephson latch circuit, wherein the critical current value of the junction is set to be larger than the critical current values of the fifth and sixth Josephson junctions.
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