JPH09298323A - High-frequency power supply equipment for josephson integrated circuit - Google Patents

High-frequency power supply equipment for josephson integrated circuit

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JPH09298323A
JPH09298323A JP8113371A JP11337196A JPH09298323A JP H09298323 A JPH09298323 A JP H09298323A JP 8113371 A JP8113371 A JP 8113371A JP 11337196 A JP11337196 A JP 11337196A JP H09298323 A JPH09298323 A JP H09298323A
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power supply
integrated circuit
josephson
josephson integrated
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Masahiro Aoyanagi
昌宏 青柳
Hiroshi Nakagawa
博 仲川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve high-frequency characteristics of an impedance conversion transformer which is required when high frequency electric power is supplied to Josephson integrated circuits in accordance with a balanced power supply method. SOLUTION: A neutral point is arranged on a primary winding of an impedance conversion transformer 20 and earthed to a ground plane. First phase power supply current ϕ1 from a high-frequency power supply 11 is supplied to one end of a primary winding, and a second phase power supply current ϕ2 whose phase is different by 180 deg. from the first phase power supply current ϕ1 is supplied to the other end. A DC bias current 1b from a DC bias current power supply 12 is supplied to the neutral point of a secondary winding. Secondary output currents iS-1, iS-2 are supplied to Josephson integrated circuits 41, 41 of a first set and a second set, respectively, as final power supply currents iP-1, iP-2 via voltage regulators 31, 31.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に1GHz以上も
の高速動作が可能なジョセフソン集積回路への電源供給
に適した装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to a device suitable for supplying power to a Josephson integrated circuit capable of high-speed operation of 1 GHz or higher.

【0002】[0002]

【従来の技術】基板チップ上に構築されたジョセフソン
論理ゲートの集合群から成るジョセフソン集積回路も、
実際にジョセフソンコンピュータシステム等に組込まれ
て稼働するときには、他の能動電子回路と同様、当然の
ことながら電源電力の供給を受ける必要がある。ただ特
徴的なことに、ジョセフソン論理ゲートは通常、ラッチ
ングモードで動作するため、電源電流波形は原理的には
単極性の脈流波形(ただし、立ち下がった時に少し逆極
性領域に入ることもある)とされ、それもゲートの持つ
本質的な高速動作性を損なうことのないように、相当に
高い周波数、例えば1GHz以上もの周波数に及ぶ脈流波形
が要求される。また、原理的に単なる組合せ回路では単
相の脈流電源でも良いものの、順序回路では電源電流が
半導体論理回路でのクロック信号に相当するので、クロ
ック間での信号伝送を行うために、実際の集積回路では
互いに位相の異なる多相脈流電源、基本的には互いに位
相が180°異なる二相脈流電源が使用される。
2. Description of the Related Art A Josephson integrated circuit composed of a group of Josephson logic gates constructed on a substrate chip is also
When actually incorporated into a Josephson computer system or the like to operate, it is naturally necessary to be supplied with power source power, like other active electronic circuits. However, characteristically, since the Josephson logic gate normally operates in the latching mode, the power supply current waveform is in principle a unipolar pulsating current waveform (however, when it falls, it may enter a slightly opposite polarity region. It is said that a pulsating flow waveform that covers a considerably high frequency, for example, a frequency of 1 GHz or more, is required so as not to impair the intrinsic high-speed operability of the gate. In principle, although a simple combinational circuit may be a single-phase pulsating current power supply, in a sequential circuit, the power supply current corresponds to the clock signal in the semiconductor logic circuit, so in order to perform signal transmission between clocks, the actual In an integrated circuit, multiphase pulsating current power supplies with different phases, basically two-phase pulsating current power supplies with 180 ° different phases are used.

【0003】さらに、各集積回路の電位基準、すなわち
一般に接地電位は当該集積回路が構築される基板チップ
上のグラウンドプレーン電位とされるが、比較的微小な
電圧を取扱うこの種のジョセフソン集積回路ではそうし
た接地電位ないしグラウンドプレーン電位の僅かな変動
でも大きな問題となるので、これが変動しないようにい
わゆる平衡給電方式が採用され、基板チップの外部に設
けられた高周波電力源から互いに位相が 180°異なる第
一、第二相電源電流が供給される。その上で、電源側と
被駆動集積回路側とのインピーダンス整合をとるため、
高周波電力源と各集積回路との間にはインピーダンス変
換トランスが必要とされる。
Further, the potential reference of each integrated circuit, that is, the ground potential is generally the ground plane potential on the substrate chip on which the integrated circuit is constructed, but this type of Josephson integrated circuit that handles a relatively small voltage. However, even a slight fluctuation in the ground potential or ground plane potential poses a big problem, so a so-called balanced power supply method is adopted to prevent it from varying, and the phase is 180 ° different from the high-frequency power source provided outside the substrate chip. First and second phase power supply currents are supplied. On top of that, in order to achieve impedance matching between the power supply side and the driven integrated circuit side,
An impedance conversion transformer is required between the high frequency power source and each integrated circuit.

【0004】図3には、このような種々の条件を満たす
ために構築されたジョセフソン集積装置における高周波
電源供給部分の代表的な従来構成例が示されている。高
周波電力源11は平衡給電のために互いに位相が 180°異
なる第一相、第二相の電源電流φ1,φ2 を出力し、ま
た、高周波電力源11の接地端子Eに対し、超伝導集積回
路41が搭載される基板チップ40の接地電位を確立すべき
グラウンドプレーン(本図中では単に接地記号で示して
ある)は、一般に高周波電力源11からの電源電流φ1,φ
2 の出力線路を囲繞するシールド被覆導体を介して接続
される。なお、基板チップ40の外に設けられる高周波電
力源11を始め、図示しない他の外部回路と基板チップ40
上に搭載された回路との接続には、一般に基板チップ40
の周縁部に沿って点々と設けられたボンディングパッド
42が適宜用いられる。
FIG. 3 shows a typical conventional configuration example of a high-frequency power supply portion in a Josephson integrated device constructed to satisfy such various conditions. The high-frequency power source 11 outputs first-phase and second-phase power supply currents φ1 and φ2 whose phases are different from each other by 180 ° for balanced feeding, and the superconducting integrated circuit is connected to the ground terminal E of the high-frequency power source 11. The ground plane (which is simply indicated by the ground symbol in this figure) for establishing the ground potential of the substrate chip 40 on which 41 is mounted is generally the power supply currents φ1, φ from the high frequency power source 11.
Connected via a shielded conductor that surrounds the 2 output line. It should be noted that the high-frequency power source 11 provided outside the substrate chip 40 and other external circuits (not shown) and the substrate chip 40 are not shown.
The board chip 40 is generally used for connection to the circuit mounted on the board.
Bonding pads provided along the peripheral edge of the
42 is used as appropriate.

【0005】基板チップ40上には平衡給電方式の採用に
呼応し、第一相、第二相の各々の電源電流φ1,φ2 を一
次巻線にて受けるインピーダンス変換トランス50,50が
設けられている。電源電流φ1,φ2 の波形は、後に本発
明に関し説明する図1中に併示されている波形を援用で
き、互いに位相が 180°ずれた正弦波形である。
On the substrate chip 40, impedance conversion transformers 50, 50 are provided which receive the power supply currents φ1, φ2 of the first phase and the second phase by the primary winding in response to the adoption of the balanced power feeding method. There is. As the waveforms of the power supply currents φ1 and φ2, the waveforms shown in FIG. 1, which will be described later in connection with the present invention, can be applied, and they are sine waveforms that are 180 ° out of phase with each other.

【0006】しかるに、従来は上記のインピーダンス変
換トランス50に入力がシングル、出力がプッシュプルの
ものを用いていた。つまり、各インピーダンス変換トラ
ンス50,50の一次巻線は単巻きで、その一端に高周波電
力源11の出力するそれぞれの位相の電源電流φ1,φ2 の
出力線路が接続され、他端は共にグラウンドプレーンに
接続(接地)される。他方、二次巻線は中点を有する直
列巻きで、これも図1に併示の波形を援用して説明する
と、二次巻線両端のそれぞれに表れる、互いには位相が
180°異なる二次出力電流iS-1,iS-2の片側波高値Iaよ
りもdIだけ小さい大きさの直流バイアス電流Ibがこの二
次巻線中点に供給される結果、それら二次出力電流iS-
1,iS-2は、共に大きさIbの分だけ、所定の極性方向
(例えば図示のように正方向)にシフトを受けた波形と
なる。
However, conventionally, the impedance conversion transformer 50 has a single input and a push-pull output. That is, the primary winding of each impedance conversion transformer 50, 50 is a single winding, the output line of the power supply current φ1, φ2 of each phase output from the high-frequency power source 11 is connected to one end, and the other end is a ground plane. Is connected to (grounded). On the other hand, the secondary winding is a series winding having a midpoint, which will also be described with reference to the waveforms shown in FIG. 1 together.
The secondary output currents iS-1 and iS-2, which are different by 180 °, are supplied to the midpoint of the secondary winding with a DC bias current Ib of a magnitude smaller than the one-side peak value Ia of the secondary output currents iS-1 and iS-2. iS-
Both 1 and iS-2 have waveforms that are shifted in the predetermined polarity direction (for example, the positive direction as shown in the figure) by the size Ib.

【0007】このようにされた二次出力電流iS-1,iS-2
は、次いで一対の電圧レギュレータ(電流クランパ)3
1,31に与えられ、その結果、波形の頭が所定の大きさ
にクランプされた形、つまりは互いに位相が 180°ずれ
た二相脈流電流波形iP-1,iP-2となって基板チップ40上
に形成された一対のジョセフソン集積回路41,41の各々
に対し最終的な電源電流として給電される。
The secondary output currents iS-1, iS-2 thus configured
Then a pair of voltage regulators (current clampers) 3
1 and 31, and as a result, the waveform heads are clamped to a certain size, that is, two-phase pulsating current waveforms iP-1 and iP-2 with a phase difference of 180 ° from each other. Power is supplied as a final power supply current to each of the pair of Josephson integrated circuits 41, 41 formed on the chip 40.

【0008】なお、ジョセフソン集積回路41,41は既述
のようにそれら自体が少なくとも一つまたは複数の公知
のジョセフソン論理ゲートの集合体であるが、本発明は
その回路内容にまで係るものではないので、図示及び説
明を省略する。ただし、一般に第一相、第二相の各脈流
電流iP-1,iP-2で駆動される第一組、第二組の少なくと
も一対のジョセフソン集積回路41,41の等価インピーダ
ンスZc,Zcは原則として等しくされる。そうしなくても
インピーダンス変換トランス50の二次巻線の中点を挟む
インピーダンス比を変えれば対応できるが、同じ値の方
が設計製作上も容易である外、動作の対称性が保てるの
で回路信頼性も高まる。またちなみに、各ジョセフソン
集積回路41の等価インピーダンスZcは結構低いので、イ
ンピーダンス変換トランス50は入出力インピーダンスに
関していわゆるダウンコンバータとなる。例えば一次巻
線対二次巻線の巻線比は 4:1 等に選ばれ、インピーダ
ンス比にして16:1 になるように等される。
As described above, the Josephson integrated circuits 41, 41 are themselves an assembly of at least one or more known Josephson logic gates, but the present invention relates to the circuit contents. Therefore, illustration and description thereof are omitted. However, in general, the equivalent impedances Zc, Zc of at least a pair of Josephson integrated circuits 41, 41 of the first set and the second set driven by the pulsating currents iP-1 and iP-2 of the first phase and the second phase, respectively. Are in principle equalized. Even if you do not do so, you can cope by changing the impedance ratio sandwiching the middle point of the secondary winding of the impedance conversion transformer 50, but the same value is easier to design and manufacture, and the operation symmetry can be maintained, so the circuit Reliability also increases. By the way, since the equivalent impedance Zc of each Josephson integrated circuit 41 is quite low, the impedance conversion transformer 50 is a so-called down converter in terms of input / output impedance. For example, the winding ratio of the primary winding to the secondary winding is chosen to be 4: 1 and so on, so that the impedance ratio is 16: 1.

【0009】さらに、インピーダンス変換トランス50の
二次巻線の各端部と中点との間の巻線部分に対してそれ
ぞれ並列に挿入される電圧レギュレータ31,31は、一般
に複数 n個のジョセフソン接合を直列に接続して構成さ
れ、これによりその両端電圧をジョセフソン接合一個の
ギャップ電圧Vgの n倍の電圧n・Vgに安定化するものであ
る。ただし、既述のように、図1中に併示されたインピ
ーダンス変換トランス50,50の二次出力電流iS-1,iS-
2、ないし各ジョセフソン集積回路41,41に供給される
最終的な電源電流としての各電圧レギュレータ31,31か
らの脈流出力電流iP-1,iP-2に認められるように、その
立ち下がり時にdIの分だけ少し逆極性領域(図示の場合
は負の領域)に入れるのは、各電圧レギュレータ31,31
に用いられているジョセフソン接合に流れる電流が零に
なっても位相の回転は直ちには零とならず、何もしない
といわゆるパンチスルー現象が生じ易くなるからで、強
制的かつ早急に位相を零に戻すことでこの不都合を避け
るためである。この場合の当該電流分dIの大きさは、各
電圧レギュレータ31,31に用いられているジョセフソン
接合の臨界電流値Icより小さな値範囲内で選ばれる。
Further, the voltage regulators 31 and 31 which are respectively inserted in parallel with the winding portions between the ends of the secondary winding of the impedance conversion transformer 50 and the midpoint are generally composed of a plurality of n Joseph's. It is configured by connecting Sonson junctions in series, thereby stabilizing the voltage across the junction to a voltage n · Vg that is n times the gap voltage Vg of one Josephson junction. However, as described above, the secondary output currents iS-1 and iS- of the impedance conversion transformers 50 and 50 shown in FIG.
2 or, as can be seen in the pulsating current output currents iP-1 and iP-2 from the voltage regulators 31 and 31 as the final power supply currents supplied to the Josephson integrated circuits 41 and 41, their falling edges. Sometimes it is necessary to put each voltage regulator 31, 31 into the reverse polarity region (negative region in the figure) by a little dI.
Even if the current flowing in the Josephson junction used in the above becomes zero, the rotation of the phase does not immediately become zero, and if nothing is done, the so-called punch-through phenomenon easily occurs, so the phase is forced and promptly changed. This is to avoid this inconvenience by returning to zero. The magnitude of the current component dI in this case is selected within a value range smaller than the critical current value Ic of the Josephson junction used in each voltage regulator 31, 31.

【0010】図4は、図3中に示されているインピーダ
ンス変換トランス50,50として用い得るトランス一個分
の従前における平面構成例を示している。ただし、グラ
ウンドプレーン53、二次巻線52、一次巻線51の各々を構
成する超伝導体ないし超伝導線路の間に設けられている
絶縁層は図面を簡明にするために図示を省略し、それら
超伝導体ないし超伝導線路をのみ取り出して示してい
る。周知のように、ジョセフソン集積回路では高周波電
源電流及び高周波信号電流の伝送のため、超伝導線路に
はグラウンドプレーン53を接地導体とするいわゆるマイ
クロストリップ線路構造が採用される。しかし、インピ
ーダンス変換トランス50を設けるべき所にこの構造があ
ったのでは磁気結合回路が完成しないので、グラウンド
プレーン53には開口54が開けられ、この開口54の上を渡
し越すようにして二次、一次の各巻線52,51がパターニ
ング形成される。この場合、二次巻線52の方が一次巻線
51の下に設けられていて、一巻き分の巻線形状に形成さ
れ、その中点部分に直流バイアス電流Ibの供給される端
子部分が設けられている。
FIG. 4 shows an example of a conventional plane structure for one transformer that can be used as the impedance conversion transformers 50, 50 shown in FIG. However, the insulating layer provided between the superconductor or the superconducting line forming each of the ground plane 53, the secondary winding 52, and the primary winding 51 is omitted in order to simplify the drawing, Only those superconductors or lines are taken out and shown. As is well known, in the Josephson integrated circuit, a so-called microstrip line structure using the ground plane 53 as a ground conductor is adopted for the superconducting line in order to transmit a high frequency power source current and a high frequency signal current. However, since the magnetic coupling circuit is not completed if this structure is provided where the impedance conversion transformer 50 should be provided, an opening 54 is opened in the ground plane 53 and the secondary surface is passed over the opening 54. The primary windings 52 and 51 are patterned. In this case, the secondary winding 52 is the primary winding
It is provided under 51 and is formed in a winding shape for one turn, and a terminal portion to which the DC bias current Ib is supplied is provided at a midpoint portion thereof.

【0011】一次巻線51は二次巻線52の上にあって一端
が高周波電力源11(本図では図示せず:図3参照)から
供給される第一相電源電流φ1 または第二相電源電流φ
2 の供給を受ける端子部分となっており、そこから内巻
きに適当回数巻かれた渦巻きパタンを有し、渦巻きの最
内端部でグラウンドコンタクト55を介しグラウンドプレ
ーン53に接続することで接地される。なお、図示の場合
は全くの説明のため、一次巻線51の巻回数はほぼ三巻き
分程度であり、従ってインピーダンス変換比もほぼ 9:
1 程度であるが、実際にはもっと低く設定されることも
ある。逆に、上述した16:1 以上に高めることは、後述
する理由もあって現今の技術では周波数特性の悪化等に
より難しいことが多い。
The primary winding 51 is located on the secondary winding 52 and has one end supplied from the high frequency power source 11 (not shown in the figure: see FIG. 3) with the first phase power supply current φ1 or the second phase. Power supply current φ
It is a terminal part that receives the supply of 2 and has a spiral pattern which is wound inward from the terminal appropriately, and is grounded by connecting it to the ground plane 53 via the ground contact 55 at the innermost end of the spiral. It It should be noted that, in the case shown, for the sake of complete explanation, the number of turns of the primary winding 51 is about three turns, and therefore the impedance conversion ratio is also about 9:
It is about 1, but it may actually be set lower. On the other hand, it is often difficult to raise the ratio to 16: 1 or more with the current technology due to deterioration of frequency characteristics and the like for the reason described later.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかるに、インピーダ
ンス変換トランス50には、図3中にて集中定数的に併示
のように、一般に一次巻線の接地に接続された一端に対
し、いわゆるホット側となる他端部までの間に等価イン
ダクタンスLpが見込まれ、同様に他端部側では接地に対
し、仮想線で示すように浮遊キャパシタンスCsが存在す
る。そのため、これらのインダクタンスLpとキャパシタ
ンスCsとにより共振系が構成され、その共振周波数frは
周知の式に従い、fr=1/{2π(LpCs)1/2}となる。従って
インピーダンス変換トランス50はこの共振周波数frによ
ってその高周波特性に制約を受け、実際上、当該共振周
波数fr以下の周波数範囲でしか、実働に供することがで
きない。
However, in the impedance conversion transformer 50, as shown in FIG. 3 in a lumped constant manner, the so-called hot side is generally connected to one end of the primary winding connected to the ground. An equivalent inductance Lp is expected up to the other end, and similarly, a stray capacitance Cs exists with respect to the ground on the other end side as shown by a virtual line. Therefore, the resonance system is configured by the inductance Lp and the capacitance Cs, and the resonance frequency fr is fr = 1 / {2π (LpCs) 1/2 } according to a well-known formula. Therefore, the impedance conversion transformer 50 is restricted in its high frequency characteristics by the resonance frequency fr, and can be practically used only in the frequency range below the resonance frequency fr.

【0013】にもかかわらず、従前のインピーダンス変
換トランスでは上述の通り、入力がシングルのものを用
いているため、その等価インダクタンスLpはかなり大き
く、その結果、上記式から明らかな通り、共振周波数fr
が低くなり易くて、潜在能力的に高周波動作が可能なジ
ョセフソン集積回路の本来の高速性能を十分に発揮でき
ないという問題があった。
Nevertheless, as described above, since the conventional impedance conversion transformer uses a single input, its equivalent inductance Lp is considerably large. As a result, as is clear from the above equation, the resonance frequency fr
However, there is a problem that the original high-speed performance of the Josephson integrated circuit that can potentially operate at a high frequency cannot be fully exerted because of a low value.

【0014】本発明はこの点に鑑みてなされたもので、
ジョセフソン集積回路の高速動作を実現するため、イン
ピーダンス変換トランスにおける共振周波数frを高め、
当該トランスにおける高周波特性の劣化を抑制せんとす
るものである。
The present invention has been made in view of this point,
In order to realize the high speed operation of the Josephson integrated circuit, the resonance frequency fr in the impedance conversion transformer is increased,
It is intended to suppress deterioration of high frequency characteristics of the transformer.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明では上記目的を達
成するため、(a) インピーダンス変換トランスの一次巻
線に中点を設け、(b) この一次巻線の中点をジョセフソ
ン集積回路を搭載する基板チップに設けられたグラウン
ドプレーンに接続した上で、(c) 高周波電力源が平衡給
電方式に従って出力する第一相電源電流の出力線路を一
次巻線の一端に接続し、他端に第一相電源電流とは位相
が 180°異なる第二相電源電流の出力線路を接続する。
In the present invention, in order to achieve the above object, (a) a middle point is provided in the primary winding of an impedance conversion transformer, and (b) the middle point of the primary winding is a Josephson integrated circuit. (C) Connect the output line of the first-phase power supply current output by the high-frequency power source according to the balanced feeding method to one end of the primary winding, and connect it to the ground plane provided on the board chip Then, connect the output line of the second-phase power supply current, which is 180 ° out of phase with the first-phase power supply current.

【0016】してみるに、本発明の基本的な目的からす
れば、インピーダンス変換トランスの二次側は実は単相
駆動のジョセフソン集積回路をのみ駆動するものであっ
ても本発明の適用が可能である。しかし、一般的には冒
頭に述べたように順序回路を構築する必要に駆られるの
で、そうした場合にはインピーダンス変換トランスの二
次巻線にも中点を設けて、この二次巻線の中点に直流バ
イアス電流を供給すると共に、二次巻線の一端側と当該
中点との間の巻線部分、他端側と当該中点との間の巻線
部分に対しそれぞれ並列に電圧レギュレータを設け、ジ
ョセフソン集積回路は少なくとも第一組と第二組とし
て、二次巻線の一端から第一組のジョセフソン集積回路
に対し、また二次巻線の他端から第二組のジョセフソン
集積回路に対し、それぞれへの電源電流を供給するよう
に図れば良い。
In view of the basic object of the present invention, the present invention can be applied even if the secondary side of the impedance conversion transformer actually drives only a single-phase driven Josephson integrated circuit. It is possible. However, in general, it is necessary to construct a sequential circuit as described at the beginning, so in such a case, a middle point is also provided in the secondary winding of the impedance conversion transformer, and DC bias current is supplied to the point, and the voltage regulator is connected in parallel to the winding part between the one end side of the secondary winding and the midpoint and the winding part between the other end side and the midpoint. The Josephson integrated circuit is provided as at least a first set and a second set, from one end of the secondary winding to the Josephson integrated circuit of the first set, and from the other end of the secondary winding to the second set of Josephson The power supply current may be supplied to each Son integrated circuit.

【0017】なお、インピーダンス変換トランスはジョ
セフソン集積回路の設けられている基板チップと同じ基
板チップ上に搭載されていても良いし、ジョセフソン集
積回路の設けられている基板チップを支持するチップキ
ャリア上に設けられていても良い。
The impedance conversion transformer may be mounted on the same substrate chip as the substrate chip on which the Josephson integrated circuit is provided, or a chip carrier that supports the substrate chip on which the Josephson integrated circuit is provided. It may be provided above.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】図1には本発明の望ましい実施形
態として、図3に示した従来装置を改良した場合が示さ
れている。従って図3中と同じ符号は同様ないし同一の
構成要素を示し、本項での再説を避けるものもあり、逆
にそのような構成要素については先の説明を援用するこ
とができる。
FIG. 1 shows a preferred embodiment of the present invention in which the conventional device shown in FIG. 3 is improved. Therefore, the same reference numerals as those in FIG. 3 indicate the same or the same components, and some may avoid reiteration in this section, and conversely, the above description can be applied to such components.

【0019】本発明による改良部分はインピーダンス変
換トランス20、それも特にその一次巻線側の構成に認め
られる。一次巻線は中点を有する直列巻きで、当該中点
が基板チップ40に設けられたグラウンドプレーン(本図
中では接地記号で示す)に接続している。一次巻線の両
端の一方は外部に設けられた高周波電力源11の第一相電
源電流φ1 の出力線路に接続し、他端は第一相電源電流
φ1 とは位相が 180°異なる第二相電源電流φ2 の出力
線路に接続している。高周波電力源11の接地端子Eは電
源電流線路をシールドするシールド被覆導体を介し基板
チップ40のグラウンドプレーンに接続し、これにより平
衡給電方式が実現されている。
The improvement according to the invention is found in the impedance transformation transformer 20, and in particular in its primary winding side construction. The primary winding is a series winding having a midpoint, and the midpoint is connected to a ground plane (indicated by a ground symbol in this figure) provided on the substrate chip 40. One of both ends of the primary winding is connected to the output line of the first-phase power supply current φ1 of the external high-frequency power source 11, and the other end of the second-phase is 180 ° out of phase with the first-phase power supply current φ1. It is connected to the output line of power supply current φ2. The ground terminal E of the high-frequency power source 11 is connected to the ground plane of the substrate chip 40 via a shield coating conductor that shields the power supply current line, thereby realizing the balanced power feeding method.

【0020】このように、インピーダンス変換トランス
20の一次巻線をいわゆるプッシュプル入力型に構成し、
その両端に互いに位相が 180°異なる電流を供給する
と、その中点電位は変動しない。従ってグラウンドプレ
ーンの電位、ひいては基板チップ上に搭載されたジョセ
フソン集積回路41,41の基準電位となる接地電位は変動
しないことになり、従来例と異なり、基本的には単一の
インピーダンス変換トランス20をのみ用いるだけで平衡
給電方式が採用できる。従来においては原理構成上、最
低二つのインピーダンス変換トランス50,50が必要であ
ったのと異なり、スペースファクタが向上したり、ある
いはまた設計自由度が大いに増す。
In this way, the impedance conversion transformer
Configure the primary winding of 20 in the so-called push-pull input type,
When currents with 180 ° phase difference are supplied to both ends, the midpoint potential does not change. Therefore, the potential of the ground plane, and thus the ground potential, which is the reference potential of the Josephson integrated circuits 41, 41 mounted on the substrate chip, does not change, and unlike the conventional example, basically, a single impedance conversion transformer is used. A balanced feeding system can be adopted by using only 20. In the past, at least two impedance conversion transformers 50, 50 were required due to the principle configuration, but the space factor is improved, or the degree of freedom in design is greatly increased.

【0021】しかも、従前のインピーダンス変換トラン
ス50と同一規模での比較では、本発明で用いるインピー
ダンス変換トランス20の場合、図1中に模式的に併示の
ように、一次巻線の等価インダクタンスは従前のものに
おける半分のLp/2、浮遊容量も半分のCs/2となるので、
それらによる共振周波数frは倍になる。つまり、本発明
で用いるインピーダンス変換トランス20の高周波特性は
大いに改善されたものとなり、従来よりも高い周波数の
電源電流をジョセフソン集積回路41に供給することがで
き、ジョセフソン集積回路41の持つ本質的な高速性能を
十分に発揮させることができる。
Further, in comparison with the conventional impedance conversion transformer 50 on the same scale, in the case of the impedance conversion transformer 20 used in the present invention, as shown schematically in FIG. 1, the equivalent inductance of the primary winding is Since half of the conventional one is Lp / 2 and the stray capacitance is also half of Cs / 2,
The resonance frequency fr due to them is doubled. In other words, the high frequency characteristic of the impedance conversion transformer 20 used in the present invention is greatly improved, and a power supply current having a higher frequency than before can be supplied to the Josephson integrated circuit 41, and the essence of the Josephson integrated circuit 41 is High speed performance can be fully exerted.

【0022】本発明で用いるインピーダンス変換トラン
ス20の二次側の回路構成については従前の構成に比し、
特に改変を要する所はない。図示の場合に即して言えば
インピーダンス変換トランス20の二次巻線も中点を有す
るプッシュプル出力型に構成され、その中点に直流バイ
アス電流源12からの直流バイアス電流Ibが流し込まれ
る。この場合、先に述べたパンチスルー現象を防ぐと言
う理由により、二次側出力電流iS-1,iS-2の片側振幅Ia
より電流値dIだけ若干小さい値に当該直流バイアス電流
Ibの大きさが選ばれるのが良く、これにより互いに 180
°の位相差を置く二次出力電流iS-1,iS-2はいずれも立
ち下がった時に少しだけ負領域に入るようにされてい
る。
The circuit configuration on the secondary side of the impedance conversion transformer 20 used in the present invention is
There is no particular need for modification. Speaking in the illustrated case, the secondary winding of the impedance conversion transformer 20 is also configured as a push-pull output type having a midpoint, and the DC bias current Ib from the DC bias current source 12 is flown into the midpoint. In this case, the one-sided amplitude Ia of the secondary side output currents iS-1 and iS-2 is used because the punch-through phenomenon described above is prevented.
DC bias current to a value slightly smaller than the current value dI
The size of Ib should be chosen so that it is 180
The secondary output currents iS-1 and iS-2, which have a phase difference of °, are designed to enter the negative region only slightly when they fall.

【0023】二次巻線の中点と各端部との間には並列に
電圧レギュレータ31,31が接続されているが、これ自体
にも特には改変の必要はなく、例えばギャップ電圧が
2.8mVのNb/AlOx/Nb接合による単位のジョセフソン接
合が例えば四つ、直列に接続されて構成され、従ってク
ランプ電圧値は11.2mVである。なお、直流バイアス電流
Ibに関して説明した上述の電流値dIは、用いるジョセフ
ソン接合の臨界電流値Icより僅か小さい値に選ぶのが良
い。
Voltage regulators 31, 31 are connected in parallel between the midpoint of the secondary winding and each end, but there is no particular need for modification in itself, and for example, the gap voltage is
For example, four unit Josephson junctions with a 2.8 mV Nb / AlOx / Nb junction are connected in series, so that the clamp voltage value is 11.2 mV. DC bias current
The above-mentioned current value dI described for Ib is preferably selected to be a value slightly smaller than the critical current value Ic of the Josephson junction used.

【0024】このようにして電圧クランプされ、結果と
して電流クランプされた各電流波形iP-1,iP-2は、第一
組のジョセフソン集積回路41と第二組のジョセフソン集
積回路41とに最終的な電源電流としてそれぞれ供給さ
れ、これにより二相脈流電源駆動が満足される。先に述
べたように、一対のジョセフソン集積回路41,41の電源
側から見たインピーダンスZcは共に等しい方が好ましい
が、これに限らない。また、インピーダンス変換トラン
ス20における一次、二次巻線比も一般には 4:1程度以
下(インピーダンス比にして16:1 程度以下)である
が、本発明によると高周波特性が改善される結果、もう
少し大きな巻線比のトランスも実用化し得る余地が生ま
れる。
The current waveforms iP-1 and iP-2 thus voltage-clamped and consequently current-clamped to the Josephson integrated circuit 41 of the first set and the Josephson integrated circuit 41 of the second set. Each is supplied as a final power supply current, which satisfies the two-phase pulsating current power supply drive. As described above, it is preferable that the impedances Zc of the pair of Josephson integrated circuits 41, 41 viewed from the power supply side are equal, but the impedance is not limited to this. Further, the primary / secondary winding ratio in the impedance conversion transformer 20 is generally about 4: 1 or less (impedance ratio is about 16: 1 or less), but according to the present invention, the high frequency characteristics are improved, There is room for commercializing a transformer with a large winding ratio.

【0025】図2は本発明で用いるインピーダンス変換
トランス20の平面構成例を示している。ただし各超伝導
体層ないし超伝導体線路間の絶縁層は図面の簡明化のた
め図示を省略している。基板チップ40(図1)に設けら
れるグラウンドプレーン23に開けられた開口24を渡し越
すように二次、一次の各巻線22,21が設けられ、これに
より磁気結合回路、すなわちトランス部分が構築されて
いる点は図4に即して説明した従前の構成例と同様であ
り、二次巻線22の中点部分に直流バイアス電流Ibの入力
端子が設けられていることも同じである。異なるのは一
次巻線21の中点部分にグラウンドコンタクト25が設けら
れ、ここで接地される一方、巻き始めの部分には高周波
電力源11からの第一相電源電流φ1 が、巻き終わりの最
内端部にはベースコンタクト26を介して一次巻線25の下
を潜る線路部分を介し第二相電源電流φ2 が供給される
点である。ただしもちろん、図示の巻線数は全くの説明
のための例示であって、個々の必要に応じて変更される
設計的問題である。
FIG. 2 shows a planar configuration example of the impedance conversion transformer 20 used in the present invention. However, the illustration of the superconductor layers or the insulating layer between the superconductor lines is omitted for the sake of simplicity. The secondary and primary windings 22 and 21 are provided so as to pass over the opening 24 opened in the ground plane 23 provided on the substrate chip 40 (FIG. 1), thereby constructing a magnetic coupling circuit, that is, a transformer portion. This is the same as the previous configuration example described with reference to FIG. 4, and the same applies to the fact that the input terminal for the DC bias current Ib is provided at the midpoint of the secondary winding 22. The difference is that the ground contact 25 is provided at the midpoint of the primary winding 21 and is grounded here, while the first-phase power supply current φ1 from the high-frequency power source 11 is at the beginning of the winding and the maximum at the end of the winding. The second end is the point at which the second-phase power supply current φ 2 is supplied to the inner end portion via the base contact 26 and the line portion under the primary winding 25. However, of course, the number of windings shown is merely an example for the purpose of explanation, and is a design problem that is changed according to individual needs.

【0026】以上、本発明の望ましい実施形態につき説
明したが、本発明の要旨構成に即する限り、任意の改変
は自由である。本発明はそもそも、基本的にはインピー
ダンス変換トランスの高周波特性改善に関する工夫を開
示するものであるので、先に少し述べたように、原則と
しては二次側は二相脈流電源駆動のジョセフソン集積回
路でなくても適用できる。そうしたものでも、少なくと
も一次側では平衡給電方式に従い、外部に設けられた高
周波電力源11からの給電が望ましいことが多いからであ
る。
Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, any modification is free as long as it complies with the gist of the present invention. Since the present invention basically discloses a device for improving the high frequency characteristics of the impedance conversion transformer, as described above, in principle, the secondary side is a two-phase pulsating current power source-driven Josephson power source. It is applicable even if it is not an integrated circuit. This is because even in such a case, it is often desirable to feed power from the high-frequency power source 11 provided outside, according to the balanced feeding method at least on the primary side.

【0027】さらに、本発明によるインピーダンス変換
トランスは小型に作製できるので、ジョセフソン集積回
路41の搭載された基板チップ40と同じ基板チップ40上に
形成することができ、実際、その方が望ましいことが多
い。しかし、これは限定的なことではなく、場合によっ
ては基板チップ40を物理的に支持し、この種の分野で良
く用いられるチップキャリア(図示せず)の上に設ける
こともできる。
Further, since the impedance conversion transformer according to the present invention can be manufactured in a small size, it can be formed on the same substrate chip 40 as the substrate chip 40 on which the Josephson integrated circuit 41 is mounted. In fact, it is preferable. There are many. However, this is not limiting and in some cases the substrate chip 40 may be physically supported and provided on a chip carrier (not shown) that is often used in this type of field.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明によると、ジョセフソン集積回路
への高周波電源供給装置として、単一のインピーダンス
変換トランスで平衡給電方式を実現し得る外、高周波特
性に優れるため、被駆動ジョセフソン集積回路をそれの
持つ本来の高速性を十分発揮させながら駆動することが
できる。
According to the present invention, as a high-frequency power supply device for a Josephson integrated circuit, a balanced impedance feeding system can be realized by a single impedance conversion transformer, and in addition, the driven Josephson integrated circuit has excellent high-frequency characteristics. Can be driven while fully exhibiting its original high speed.

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

【図1】本発明に従うジョセフソン集積回路用高周波電
源供給装置の望ましい実施形態の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a preferred embodiment of a high frequency power supply device for a Josephson integrated circuit according to the present invention.

【図2】本発明に用い得るインピーダンス変換トランス
の平面構成に関する説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram related to a planar configuration of an impedance conversion transformer that can be used in the present invention.

【図3】従前のジョセフソン集積回路用高周波電源供給
装置の代表的一例の概略構成図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a typical example of a conventional high-frequency power supply device for Josephson integrated circuits.

【図4】図3に示す従前の装置に用いられていたインピ
ーダンス変換トランスの平面構成に関する説明図であ
る。
FIG. 4 is an explanatory diagram related to a planar configuration of an impedance conversion transformer used in the conventional device shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 高周波電力源, 12 直流バイアス電流源, 20 インピーダンス変換トランス, 21 一次巻線, 22 二次巻線, 23 グラウンドプレーン, 24 開口, 25 グラウンドコンタクト, 26 ベースコンタクト, 31 電圧レギュレータ(電流クランパ), 40 基板チップ, 41 ジョセフソン集積回路. 11 high frequency power source, 12 DC bias current source, 20 impedance conversion transformer, 21 primary winding, 22 secondary winding, 23 ground plane, 24 aperture, 25 ground contact, 26 base contact, 31 voltage regulator (current clamper), 40 substrate chips, 41 Josephson integrated circuits.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板チップの外部に設けられた高周波電
力源と該基板チップ上に設けられたジョセフソン集積回
路との間に介在して該高周波電力源から平衡給電方式に
従って出力される電源電流の供給に関し該高周波電力源
と該ジョセフソン集積回路との間のインピーダンス整合
を取るためのインピーダンス変換トランスを有するジョ
セフソン集積回路用高周波電源供給装置であって;上記
インピーダンス変換トランスの一次巻線に中点を設け;
該一次巻線の該中点をジョセフソン集積回路を搭載する
基板チップに設けられたグラウンドプレーンに接続した
上で;上記高周波電力源が上記平衡給電方式に従って出
力する第一相電源電流の出力線路を該一次巻線の一端に
接続し、他端には該第一相電源電流と位相が 180°異な
る第二相電源電流の出力線路を接続したこと;を特徴と
するジョセフソン集積回路用高周波電源供給装置。
1. A power supply current output from the high-frequency power source according to a balanced power supply method, interposed between a high-frequency power source provided outside the substrate chip and a Josephson integrated circuit provided on the substrate chip. A high-frequency power supply device for a Josephson integrated circuit having an impedance conversion transformer for impedance matching between the high-frequency power source and the Josephson integrated circuit for the supply of Set a midpoint;
After connecting the middle point of the primary winding to a ground plane provided on a substrate chip on which a Josephson integrated circuit is mounted; an output line of a first-phase power supply current output from the high-frequency power source according to the balanced feeding method. Is connected to one end of the primary winding, and the other end is connected to an output line of a second-phase power supply current having a phase difference of 180 ° from the first-phase power supply current; Power supply device.
【請求項2】 請求項1記載の装置であって;上記イン
ピーダンス変換トランスの上記二次巻線も中点を有し;
該二次巻線の該中点には直流バイアス電流が供給される
と共に;該二次巻線の一端側と該中点との間の巻線部
分、他端側と該中点との間の巻線部分にはそれぞれ並列
に電圧レギュレータが設けられ;上記ジョセフソン集積
回路は少なくとも第一組と第二組とを有し;該二次巻線
の該一端から該第一組のジョセフソン集積回路に対し、
該二次巻線の該他端から該第二組のジョセフソン集積回
路に対し、それぞれへの電源電流が供給されること;を
特徴とする装置。
2. The apparatus of claim 1, wherein the secondary winding of the impedance transformation transformer also has a midpoint;
A direct current bias current is supplied to the middle point of the secondary winding; a winding portion between one end side and the middle point of the secondary winding, between the other end side and the middle point Voltage regulators are provided in parallel in the respective winding portions of the windings; the Josephson integrated circuit has at least a first set and a second set; from the one end of the secondary winding to the first set of Josephson For integrated circuits,
A power supply current is supplied to the second set of Josephson integrated circuits from the other end of the secondary winding, respectively.
【請求項3】 請求項1または2記載の装置であって;
上記インピーダンス変換トランスは上記ジョセフソン集
積回路の設けられている上記基板チップと同じ基板チッ
プ上に搭載されていること;を特徴とする装置。
3. A device according to claim 1 or 2;
The impedance conversion transformer is mounted on the same substrate chip as the substrate chip on which the Josephson integrated circuit is provided;
【請求項4】 請求項1または2記載の装置であって;
上記インピーダンス変換トランスは上記ジョセフソン集
積回路の設けられている上記基板チップを支持するチッ
プキャリア上に設けられていること;を特徴とする装
置。
4. The device according to claim 1 or 2, wherein:
The impedance conversion transformer is provided on a chip carrier that supports the substrate chip on which the Josephson integrated circuit is provided.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020529160A (en) * 2017-07-25 2020-10-01 ノースロップ グラマン システムズ コーポレイションNorthrop Grumman Systems Corporation Superconducting bidirectional current driver
JP2022508812A (en) * 2018-11-13 2022-01-19 ノースロップ グラマン システムズ コーポレーション Superconducting transmission line driver system

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