JPH0983319A - Superconducting delay element - Google Patents

Superconducting delay element

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JPH0983319A
JPH0983319A JP7239513A JP23951395A JPH0983319A JP H0983319 A JPH0983319 A JP H0983319A JP 7239513 A JP7239513 A JP 7239513A JP 23951395 A JP23951395 A JP 23951395A JP H0983319 A JPH0983319 A JP H0983319A
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josephson
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維▲禮▼ 丘
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英幸 永石
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睦 細谷
Shinya Kominami
信也 小南
Juichi Nishino
壽一 西野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a superconducting delay element which can easily set the delay time with high controllability and also can flexibly correct the margin against the variance of the circuit parameter value. SOLUTION: A superconducting switch 104 is driven by an AC power supply, and a control input line 141 applies a control current to control the lowest power current level that is needed for switching a superconducting state to a voltage state. Then the delay time when the power current of the switch 104 reaches a specific level and then an output signal is outputted after the power current is set at the lowest level is set by the control current. Therefore, a switching phase can easily be set against the power current of a stable waveform. In addition, the designing of a circuit is facilitated compared with a fast clock signal owing to the DC control current, and an optimum control current can be set according to the variance of element characteristic of a produced circuit.

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素子を用い
た超電導デジタル回路、特に、超高速で動作する超電導
論理回路素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting digital circuit using a Josephson element, and more particularly to a superconducting logic circuit element which operates at a very high speed.

【0002】[0002]

【従来の技術】ジョセフソン素子はピコ秒程度のスイッ
チング遅延特性とμW程度の消費電力よりクロック周波
数が数GHzオーダーの超高速スイッチング回路の応用
に研究されて来た。ヒステリシスをもつジョセフソン接
合で構成されるスイッチング回路は電圧状態にスイッチ
するとその状態にラッチする性質があり、次の動作をす
る前に一回電源を落としてリセットしなければならない
ため、交流電源を必要とする。この交流電源はクロック
の役割を重ねて担うことができる。
2. Description of the Related Art Josephson devices have been researched for application to ultra-high speed switching circuits having a clock frequency of several GHz due to switching delay characteristics of picoseconds and power consumption of μW. A switching circuit composed of Josephson junctions with hysteresis has the property of latching to that state when switched to a voltage state, and the AC power source must be reset by turning it off once before the next operation. I need. This AC power supply can also serve as a clock.

【0003】デジタル回路応用ではしばしば局所的に前
記クロック信号と異なる位相に同期を取る、又は、遅延
時間を挿入してスイッチの動作し始める時点を制御する
ことがある。従来の技術では別のクロック信号を新たに
導入する必要がある。
In digital circuit applications, it is often necessary to locally synchronize a phase different from that of the clock signal, or insert a delay time to control the time when the switch starts to operate. In the conventional technology, it is necessary to newly introduce another clock signal.

【0004】例えば、タイムドインバータという否定論
理回路では前記のような遅延機能が用いられる。ラッチ
型ジョセフソン素子は入力信号だけで電圧状態から超電
導状態にリセットすることが難しいため、’0’から’
1’への否定演算ではデフォルト電流を予め出力する方
法が用いられる。入力信号が’0’の場合、否定演算素
子はスイッチせず、デフォルト電流はそのまま伝達さ
れ、次段の素子をスイッチさせる。入力信号が’1’の
場合、否定演算素子はスイッチして出力電流が激減して
わずかしか出力しないゆえ、次段の素子はスイッチしな
い。否定演算が終わるまで、否定演算の出力信号を入力
にする次段の素子(出力素子)がデフォルト電流でスイ
ッチしないためには出力素子の電源電流を遅らせる必要
がある。従来の技術では出力素子の電源線に直列に遅延
素子を挿入し、電源の位相より遅れた別のクロック信号
で遅延素子をスイッチさせ、出力素子に電源電流を供給
する手段が用いられてきた。
For example, a negative logic circuit called a timed inverter uses the delay function as described above. Since it is difficult to reset the latch type Josephson element from the voltage state to the superconducting state only with the input signal,
In the negative operation to 1 ', a method of outputting the default current in advance is used. When the input signal is '0', the negative operation element is not switched, the default current is transmitted as it is, and the element of the next stage is switched. When the input signal is "1", the negative operation element is switched and the output current is drastically reduced to output only a small amount. Therefore, the element of the next stage is not switched. Until the negative operation ends, it is necessary to delay the power supply current of the output element so that the element in the next stage (output element) that inputs the output signal of the negative operation does not switch with the default current. In the prior art, a means has been used in which a delay element is inserted in series in the power supply line of the output element, the delay element is switched by another clock signal delayed from the phase of the power supply, and the power supply current is supplied to the output element.

【0005】以上に述べられたタイムドインバータは、
例えば、菅野卓雄監修早川尚夫編「超高速ジョセフソン
・デバイス」のページ88〜89に書いており、本研究
分野では周知である。図9は従来のタイムドインバータ
の概略回路図である。超電導スイッチ201は否定演算
素子である。最初、電源電流が供給されるとき、超電導
スイッチ201、超電導スイッチ202と超電導スイッ
チ203に電源電流が流れる。この状態に供給される電
源電流で超電導スイッチ203が動作できないように分
流抵抗117aは分流抵抗117bより抵抗値が充分に
小さく設定される。すると、超電導スイッチ201を通
して、大きい入力電流が流れても超電導スイッチ203
はスイッチしない。入力Aが’0’の場合、超電導スイ
ッチ201はスイッチしない。そのとき、超電導スイッ
チ202がクロック信号Tの入力でスイッチすると、そ
れを流れていた電源電流は超電導スイッチ203の電源
電流に迂回され、超電導スイッチ203はスイッチして
信号’1’を出力する。入力Aが’1’の場合、超電導
スイッチ201がスイッチして超電導スイッチ203に
入力されていた電流は激減してしまう。そのとき、超電
導スイッチ202がクロック信号Tの入力でスイッチし
ても超電導スイッチ203はスイッチせず、信号’0’
を出力する。
The timed inverter described above is
For example, it is written on pages 88 to 89 of "Ultra High Speed Josephson Device" edited by Takao Sugano and edited by Nao Hayakawa, and is well known in this research field. FIG. 9 is a schematic circuit diagram of a conventional timed inverter. The superconducting switch 201 is a negative operation element. First, when the power supply current is supplied, the power supply current flows through the superconducting switch 201, the superconducting switch 202 and the superconducting switch 203. The shunt resistor 117a is set to have a resistance value sufficiently smaller than that of the shunt resistor 117b so that the superconducting switch 203 cannot operate with the power supply current supplied in this state. Then, even if a large input current flows through superconducting switch 201, superconducting switch 203
Does not switch. When the input A is "0", the superconducting switch 201 does not switch. At that time, when the superconducting switch 202 switches at the input of the clock signal T, the power supply current flowing through it is diverted to the power supply current of the superconducting switch 203, and the superconducting switch 203 switches and outputs the signal "1". When the input A is "1", the superconducting switch 201 switches and the current input to the superconducting switch 203 is drastically reduced. At that time, even if the superconducting switch 202 is switched by the input of the clock signal T, the superconducting switch 203 is not switched and the signal “0” is output.
Is output.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来のタイムドインバ
ータのように電源電流と異なる位相に別のクロック信号
を正確に導入することは数GHzオーダの動作周波数で
は極めて困難であり、最大周波数の制限やマージンの低
減につながる。
It is extremely difficult to accurately introduce another clock signal into a phase different from the power supply current as in the conventional timed inverter at an operating frequency on the order of several GHz, and the maximum frequency is limited. And margin reduction.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題を解
決するために制御入力線から直流の制御電流を入力して
おき、電源電流の立上りでスイッチする遅延素子を提案
する。
In order to solve the above problems, the present invention proposes a delay element in which a DC control current is input from a control input line and is switched at the rise of the power supply current.

【0008】例えば、第1制御入力線を設けた第1超電
導スイッチから構成され、該第1制御入力線を流れる制
御電流の大きさによってスイッチする最小電源電流レベ
ルが設定できる遅延素子が考えられる。該遅延素子は前
記第1超電導スイッチが第1ジョセフソン接合と第1負
荷抵抗の並列回路からなり、該第1ジョセフソン接合に
制御電流を注入できるように前記第1制御入力線が該並
列回路と接続している構造をとする。前記第1超電導ス
イッチが第1ジョセフソン干渉素子と第1負荷抵抗の並
列回路からなり、前記第1制御入力線が上記第1ジョセ
フソン干渉素子と磁気的に結合している構造を有するこ
ともできる。
For example, a delay element which is composed of a first superconducting switch provided with a first control input line and which can set a minimum power supply current level to be switched depending on the magnitude of a control current flowing through the first control input line can be considered. In the delay element, the first superconducting switch comprises a parallel circuit of a first Josephson junction and a first load resistor, and the first control input line has the parallel circuit so that a control current can be injected into the first Josephson junction. The structure connected with. The first superconducting switch may have a structure in which a first Josephson interference element and a first load resistor are connected in parallel, and the first control input line is magnetically coupled to the first Josephson interference element. it can.

【0009】上記遅延素子は、前記第1超電導スイッチ
が、第1分流抵抗と第1ジョセフソン接合の直列回路が
第1負荷抵抗と並列に接続して構成する並列回路からな
り、前記第1制御入力線が該第1分流抵抗と該第1ジョ
セフソン接合の接点に該第1ジョセフソン接合に制御電
流を注入できるように該並列回路と接続している構造に
してもよい。また、前記第1超電導スイッチが、第1分
流抵抗と第1ジョセフソン干渉素子の直列回路が第1負
荷抵抗と並列に接続して構成する並列回路からなり、前
記第1制御入力線が該第1ジョセフソン干渉素子と磁気
的に結合している構造にしてもよい。
In the delay element, the first superconducting switch comprises a parallel circuit constituted by connecting a series circuit of a first shunt resistance and a first Josephson junction in parallel with a first load resistance, and the first control circuit. The input line may be connected to the parallel circuit so that a control current can be injected to the contact point of the first shunt resistor and the first Josephson junction. The first superconducting switch may be a parallel circuit configured by connecting a series circuit of a first shunt resistance and a first Josephson interference element in parallel with a first load resistance, and the first control input line may be the first control input line. The structure may be magnetically coupled to one Josephson interference element.

【0010】前記遅延素子を使用する基本的な超電導回
路は、前記第1負荷抵抗の先端に第2超電導スイッチの
電源端子が接続している構造を有する遅延付き超電導ス
イッチが適すると考えられる。否定論理ゲートに使用す
る場合は、該第2超電導スイッチの入力端子に第3超電
導スイッチの接地端子が接続している構造にする。該第
3超電導スイッチは、出力端子に接地した第1シャント
抵抗が接続している。
A basic superconducting circuit using the delay element is considered to be a superconducting switch with delay having a structure in which the power source terminal of the second superconducting switch is connected to the tip of the first load resistor. When used for a negative logic gate, the structure is such that the input terminal of the second superconducting switch is connected to the ground terminal of the third superconducting switch. An output terminal of the third superconducting switch is connected to a first shunt resistor which is grounded.

【0011】[0011]

【作用】数GHzの高い周波数で動作するとき、形が整
っている矩形波を外部発振器からチップ内に送り込むこ
とが困難であり、波形が丸めて正弦波に近い形になる。
従って、電源電流の立上り時間が長い。本発明が提案す
る遅延素子はこのことを逆に利用する。一般の素子と比
べてより大きい最低動作電源電流でスイッチする素子は
電源電流がそれぞれの最低動作電源レベルに達する時間
の差で遅れて動作する。この現象を利用して、制御電流
の大きさで遅延素子の最低動作電源レベルを設定すれば
一般の素子のスイッチする時点から遅延素子がスイッチ
するまでの遅延時間を制御性良く設定できる。
When operating at a high frequency of several GHz, it is difficult to send a well-shaped rectangular wave into the chip from the external oscillator, and the waveform is rounded to a shape close to a sine wave.
Therefore, the rise time of the power supply current is long. The delay element proposed by the present invention uses this in reverse. An element which switches with a larger minimum operating power supply current than a general element operates with a delay due to a difference in time when the power supply current reaches each minimum operating power supply level. By using this phenomenon, if the minimum operating power supply level of the delay element is set by the magnitude of the control current, the delay time from the switching of the general element to the switching of the delay element can be set with good controllability.

【0012】また、制御電流が外部から設定できるよう
に設計すれば作成した回路の素子特性のばらつきに応じ
て遅延時間を変えることもできる。
If the control current is designed so that it can be set from the outside, the delay time can be changed according to the variations in the element characteristics of the circuits created.

【0013】ジョセフソン接合部を含む遅延素子を構成
する本発明の一実施態様では、電源電流の流れる配線に
当該配線(電源線)と接地電位との間にジョセフソン接
合部を含む回路を接続する。さらにこの回路の電源線接
続部とジョセフソン接合部との間に制御電流入力線と出
力線とを接続する。電源線と制御電流入力線からは、電
流がジョセフソン接合部と出力線に流入するが、ジョセ
フソン接合部が超電導状態のとき(即ち、電流が当該ジ
ョセフソン接合部の臨界電流値以下の場合)、殆どの電
流はジョセフソン接合を通り接地電位へ流れる。しか
し、電源線と制御電流入力線からの電流がこの臨界電流
値を超える(ジョセフソン接合部が電圧状態になる)
と、電流は出力線へも流れる。従って、電源線からの電
流と制御入力線からの電流との関係を調整することによ
り、出力線への電流供給(即ち、信号出力)のオン、オ
フが決められる。電源線が交流電流やパルス状の電流を
供給し、制御電流入力線から直流電流を供給する場合、
電流の立上りの過程でジョセフソン接合部は超電導状態
から電圧状態に移る。従って、このような遅延素子で
は、ジョセフソン接合部の臨界電流を最低動作電流とし
て、電源電流の立上りにより遅延時間を設定する。即ち
本発明では、従来のクロック電源の役目を電源電流自ら
担う点に特徴がある。
In one embodiment of the present invention which constitutes a delay element including a Josephson junction, a circuit including the Josephson junction is connected to a wiring through which a power supply current flows between the wiring (power supply line) and the ground potential. To do. Further, a control current input line and an output line are connected between the power supply line connecting portion and the Josephson junction portion of this circuit. Current flows from the power supply line and the control current input line to the Josephson junction and the output line, but when the Josephson junction is in the superconducting state (that is, when the current is below the critical current value of the Josephson junction). ), Most of the current flows through the Josephson junction to ground potential. However, the current from the power supply line and the control current input line exceeds this critical current value (the Josephson junction becomes a voltage state).
Then, the current also flows to the output line. Therefore, by adjusting the relationship between the current from the power supply line and the current from the control input line, ON / OFF of the current supply (that is, signal output) to the output line is determined. When the power supply line supplies alternating current or pulsed current and the control current input line supplies direct current,
In the process of rising current, the Josephson junction shifts from the superconducting state to the voltage state. Therefore, in such a delay element, the critical time of the Josephson junction is set as the minimum operating current, and the delay time is set by the rise of the power supply current. That is, the present invention is characterized in that the power supply current itself plays the role of the conventional clock power supply.

【0014】[0014]

【実施例】図1は本発明の第1実施例を示す。図1aは
その概略回路図である。超電導スイッチ104には制御
入力線141がある。電源電流は電源バス121から電
源供給抵抗111を通って供給される。電源電流と制御
電流の間の関係は図1bの代表的な閾値特性で表わせ
る。Imは無入力状態の臨界電流であり、入力Icがか
かっているときはImより低い、入力Icに依存する電
源電流Igで電圧状態にスイッチする。本発明の特徴
は、まず超電導スイッチ104に制御電流をIcに印加
しておいてから電源電流をかけることにある。上昇して
いる電源電流がIgに達すると超電導スイッチ104は
電圧状態にスイッチする。Icの設定値によってIgを
変えることができるため、電源電流の波形が安定してい
れば電源に対して制御性良くスイッチする位相が設定で
きる。この遅延回路は電源が立ち上がる時点から決めら
れた遅延時間後に信号を送り出すために用いられる。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. FIG. 1a is a schematic circuit diagram thereof. The superconducting switch 104 has a control input line 141. The power supply current is supplied from the power supply bus 121 through the power supply resistance 111. The relationship between the power supply current and the control current can be represented by the typical threshold characteristic of FIG. 1b. Im is a critical current in a non-input state, and when the input Ic is applied, it switches to a voltage state with a power supply current Ig depending on the input Ic, which is lower than Im. A feature of the present invention is that a control current is first applied to the superconducting switch 104 at Ic and then a power supply current is applied. When the rising power supply current reaches Ig, superconducting switch 104 switches to the voltage state. Since Ig can be changed by the set value of Ic, if the waveform of the power supply current is stable, the phase for switching to the power supply with good controllability can be set. This delay circuit is used to send out a signal after a predetermined delay time from the time when the power is turned on.

【0015】図2は本発明の第2実施例の概略回路図で
ある。接地しているジョセフソン接合151のもう一端
は電源供給抵抗111、負荷抵抗116a、制御入力線
141と接続している。まず制御入力線141より制御
入力Icが注入される。電源電流Igをかけ、制御入力
Icと電源電流Igの合計がジョセフソン接合151の
臨界電流Imより大きくなると超電導スイッチ104は
電圧状態にスイッチする。電圧状態にある超電導スイッ
チ104の等価抵抗より抵抗値が数倍小さい負荷抵抗1
16aの先端が接地していれば、電源電流の大部分は負
荷抵抗116aを通って出力電流として出力される。
FIG. 2 is a schematic circuit diagram of the second embodiment of the present invention. The other end of the Josephson junction 151, which is grounded, is connected to the power supply resistance 111, the load resistance 116a, and the control input line 141. First, the control input Ic is injected from the control input line 141. When the power supply current Ig is applied and the total of the control input Ic and the power supply current Ig becomes larger than the critical current Im of the Josephson junction 151, the superconducting switch 104 switches to the voltage state. Load resistance 1 having a resistance value several times smaller than the equivalent resistance of the superconducting switch 104 in the voltage state
If the tip of 16a is grounded, most of the power supply current is output as an output current through the load resistor 116a.

【0016】図3は本発明の第3実施例の概略回路図で
ある。回路は第2実施例と類似しており、ジョセフソン
接合151の代わりに接地している磁束入力型ジョセフ
ソン素子102が用いられる。磁束入力型ジョセフソン
素子には図4aのような2接合ジョセフソン干渉器、又
は、図4bのような3接合ジョセフソン干渉器がある。
それぞれの典型的なしきい値曲線は図5a,5bに示さ
れる。これらのジョセフソン干渉器の詳細については菅
野卓雄監修早川尚夫編「超高速ジョセフソン・デバイ
ス」のページ77〜88に書いてあり、この分野の専門
家では周知のため、説明を省略する。本発明による図3
の超電導回路の動作は次のとおりである。まず制御入力
線141より制御入力Icを注入し、ジョセフソン干渉
器に磁束を印加する。次に電源電流Igをかけ、状態が
しきい値曲線を超えると超電導スイッチ104は電圧状
態にスイッチする。十分小さい抵抗値の負荷抵抗116
aの先端が接地していれば、電源電流の大部分は負荷抵
抗116aを通って出力電流として出力される。
FIG. 3 is a schematic circuit diagram of the third embodiment of the present invention. The circuit is similar to that of the second embodiment, and the magnetic flux input type Josephson element 102 which is grounded is used instead of the Josephson junction 151. The magnetic flux input type Josephson element includes a two-junction Josephson interferometer as shown in FIG. 4a or a three-junction Josephson interferometer as shown in FIG. 4b.
Typical threshold curves for each are shown in Figures 5a and 5b. Details of these Josephson interferometers are described on pages 77 to 88 of "Ultra-high-speed Josephson device" edited by Takao Sugano and edited by Nao Hayakawa. FIG. 3 according to the present invention
The operation of the superconducting circuit is as follows. First, the control input Ic is injected from the control input line 141 to apply a magnetic flux to the Josephson interferometer. Then, the power supply current Ig is applied, and when the state exceeds the threshold curve, the superconducting switch 104 switches to the voltage state. Load resistance 116 with sufficiently small resistance value
If the tip of a is grounded, most of the power supply current is output as an output current through the load resistor 116a.

【0017】図6は本発明の第4実施例の概略回路図で
ある。図2と同じ超電導回路の負荷抵抗116aの先端
に超電導スイッチ101の電源端子が接続している。ジ
ョセフソン接合151がスイッチしなければ超電導スイ
ッチ101に電源電流が流れない。入力端子131に入
力が印加されても出力端子132には出力がない。ジョ
セフソン接合151のスイッチする時点を制御すること
によって、超電導スイッチ101のスイッチする時点を
制御することができる。ジョセフソン接合151は増加
する電源電流と制御電流の足した電流値が臨界電流に達
しスイッチすると、超電導スイッチ101は電源電流が
供給され、初めてスイッチできる状態になる。
FIG. 6 is a schematic circuit diagram of the fourth embodiment of the present invention. The power supply terminal of the superconducting switch 101 is connected to the tip of the load resistor 116a of the same superconducting circuit as in FIG. If the Josephson junction 151 does not switch, the power supply current does not flow in the superconducting switch 101. Even if an input is applied to the input terminal 131, there is no output at the output terminal 132. By controlling the switching time of the Josephson junction 151, the switching time of the superconducting switch 101 can be controlled. When the Josephson junction 151 is switched when the current value obtained by adding the increasing power supply current and the control current reaches a critical current, the superconducting switch 101 is supplied with the power supply current and becomes the first switchable state.

【0018】図7は本発明の第5実施例の概略回路図で
ある。回路は第6実施例と類似しており、接地している
ジョセフソン接合151は分流抵抗116bと直列に接
続している。分流抵抗116bのもう一端は電源供給抵
抗111、負荷抵抗116aと接続している。ジョセフ
ソン接合151と分流抵抗116bの接点に制御入力線
141が接続している。負荷抵抗116aの先端に超電
導スイッチ101の電源端子が接続している。この回路
の動作は次のとおりである。まず制御入力線141より
制御入力Icが注入される。電源バス121から電源電
流Ig’が流れるとき、分流抵抗116bと負荷抵抗1
16aに電源電流が分配される。入力が無ければジョセ
フソン接合151がスイッチしても超電導スイッチ10
1がスイッチしないように分流抵抗116bと負荷抵抗
116aの抵抗値を設定する。また、ジョセフソン接合
151がスイッチして状態が安定するまで超電導スイッ
チ101がスイッチしないように制御電流値を設定す
る。このようにジョセフソン接合151がスイッチする
前に超電導スイッチ101に少量の電源電流を供給して
おくと超電導スイッチ101がスイッチする時間は短縮
される効果がある。ジョセフソン接合151の代わりに
ジョセフソン干渉素子を使用しても同じような動作が得
られることは第3実施例の説明からわかる。
FIG. 7 is a schematic circuit diagram of the fifth embodiment of the present invention. The circuit is similar to that of the sixth embodiment, and the Josephson junction 151, which is grounded, is connected in series with the shunt resistor 116b. The other end of the shunt resistor 116b is connected to the power supply resistor 111 and the load resistor 116a. The control input line 141 is connected to the contacts of the Josephson junction 151 and the shunt resistance 116b. The power supply terminal of the superconducting switch 101 is connected to the tip of the load resistor 116a. The operation of this circuit is as follows. First, the control input Ic is injected from the control input line 141. When the power supply current Ig 'flows from the power supply bus 121, the shunt resistance 116b and the load resistance 1
The power supply current is distributed to 16a. If there is no input, even if the Josephson junction 151 switches, the superconducting switch 10
The resistance values of the shunt resistor 116b and the load resistor 116a are set so that 1 does not switch. Further, the control current value is set so that the superconducting switch 101 does not switch until the Josephson junction 151 switches and the state stabilizes. If a small amount of power supply current is supplied to the superconducting switch 101 before the Josephson junction 151 switches as described above, the switching time of the superconducting switch 101 is shortened. It can be seen from the description of the third embodiment that similar operation can be obtained by using a Josephson interference element instead of the Josephson junction 151.

【0019】図8は本発明の第6実施例の概略回路図で
ある。第6実施例は第4実施例の回路を使用した否定論
理演算回路である。超電導スイッチ103は電源端子が
電源供給抵抗112と、接地端子が超電導スイッチ10
1の入力端子と接続している。超電導スイッチ103と
電源供給抵抗112の接点に接地したシャント抵抗11
5が接続している。先ず電源バス121から電源電流を
供給しはじめる。超電導状態にある超電導スイッチ10
3を通った電流が超電導スイッチ101の入力端子に印
加される。このときに、超電導スイッチ101にはまだ
電源電流が供給されていないため、前記入力電流ではス
イッチしない。否定論理演算が入力信号を’0’から’
1’に反転する場合、超電導スイッチ103は入力信号
が’0’のため、スイッチせず、常に超電導状態にあ
る。増加する電源電流でジョセフソン接合151がスイ
ッチすると、超電導スイッチ101は電源電流が供給さ
れ、スイッチする。否定論理演算が入力信号を’1’か
ら’0’に反転する場合、超電導スイッチ103は入力
信号’1’が印加されると、スイッチして電圧状態にな
る。超電導スイッチ103を流れていた電源電流はほと
んどがシャント抵抗115に迂回されてしまい、超電導
スイッチ103を通って超電導スイッチ101の入力に
流れる電流は激減する。増加する電源電流でジョセフソ
ン接合151がスイッチし、超電導スイッチ101は電
源電流が供給されても、スイッチしない。
FIG. 8 is a schematic circuit diagram of the sixth embodiment of the present invention. The sixth embodiment is a negative logic operation circuit using the circuit of the fourth embodiment. The power supply terminal of the superconducting switch 103 is a power supply resistor 112, and the ground terminal is the superconducting switch 10
1 is connected to the input terminal. Shunt resistor 11 grounded at the contact point between the superconducting switch 103 and the power supply resistor 112
5 is connected. First, power supply current is started to be supplied from the power supply bus 121. Superconducting switch 10 in superconducting state
The current passing through 3 is applied to the input terminal of the superconducting switch 101. At this time, since the power supply current is not yet supplied to the superconducting switch 101, the superconducting switch 101 does not switch with the input current. Negative logic operation makes input signal from "0" to "
When it is inverted to 1 ', the superconducting switch 103 does not switch because the input signal is'0' and is always in the superconducting state. When the Josephson junction 151 switches with the increasing power supply current, the superconducting switch 101 is supplied with the power supply current and switches. If the negative logic operation inverts the input signal from '1' to '0', the superconducting switch 103 switches to the voltage state when the input signal '1' is applied. Most of the power supply current flowing through the superconducting switch 103 is diverted to the shunt resistor 115, and the current flowing through the superconducting switch 103 to the input of the superconducting switch 101 is drastically reduced. The increasing power supply current switches the Josephson junction 151, and the superconducting switch 101 does not switch even when the power supply current is supplied.

【0020】ジョセフソン接合とそれを使用した超電導
スイッチは作製プロセスのばらつきで閾値特性が変動
し、スイッチする時点が変動するため、設計のときに入
力マージンを大きく設ける必要が有る。そのために、電
源変動に対するマージンが減少する。しかし、実際の回
路の出来具合で素子特性のばらつきが小さいとき、もっ
と狭い入力マージンでも安定した正常な動作が得られる
ことが有る。本発明の回路では直流制御電流を外部から
調整するように設計すれば入力マージンを変えることが
できるため、余分の入力マージンを電源マージンに置き
換えることができる。
In the Josephson junction and the superconducting switch using the same, the threshold characteristics fluctuate due to variations in the manufacturing process, and the switching time fluctuates. Therefore, it is necessary to provide a large input margin at the time of design. Therefore, the margin for power supply fluctuation is reduced. However, when variations in element characteristics are small due to the actual circuit performance, stable and normal operation may be obtained even with a narrower input margin. In the circuit of the present invention, the input margin can be changed by designing the DC control current to be adjusted from the outside, so that the extra input margin can be replaced with the power supply margin.

【0021】[0021]

【発明の効果】本発明の提案する超電導回路では簡単
な、しかも、制御性が良い方法で、遅延時間を設定でき
る。否定論理回路に応用した場合、回路パラメータのバ
ラツキに対して柔軟に遅延時間を矯正でき、マージンを
最有効に使用することもできる。
In the superconducting circuit proposed by the present invention, the delay time can be set by a simple method with good controllability. When applied to a negative logic circuit, the delay time can be flexibly corrected against variations in circuit parameters, and the margin can be used most effectively.

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

【図1】本発明の第1実施例における(a)概略回路
と、(b)超電導スイッチの代表的な閾値特性を示す図
である。
FIG. 1 is a diagram showing (a) a schematic circuit and (b) representative threshold characteristics of a superconducting switch according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施例の概略回路図を示す。FIG. 2 shows a schematic circuit diagram of a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3実施例の概略回路図を示す。FIG. 3 shows a schematic circuit diagram of a third embodiment of the present invention.

【図4】ジョセフソン干渉器の構成に関し、(a)2接
合ジョセフソン干渉器の概略回路図を、(b)3接合ジ
ョセフソン干渉器の概略回路図を夫々示す。
4A and 4B show a schematic circuit diagram of a two-junction Josephson interferometer and a schematic circuit diagram of a three-junction Josephson interferometer, respectively, regarding the configuration of the Josephson interferometer.

【図5】ジョセフソン干渉器の閾値特性に関し、(a)
2接合ジョセフソン干渉器の閾値特性を、(b)3接合
ジョセフソン干渉器の閾値特性を夫々示す図である。
FIG. 5 is a graph showing a threshold characteristic of a Josephson interferometer,
It is a figure which shows the threshold characteristic of a 2-junction Josephson interferometer, and (b) respectively shows the threshold characteristic of a 3-junction Josephson interferometer.

【図6】本発明の第4実施例の概略回路図を示す。FIG. 6 shows a schematic circuit diagram of a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第5実施例の概略回路図を示す。FIG. 7 shows a schematic circuit diagram of a fifth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第6実施例の概略回路図を示す。FIG. 8 shows a schematic circuit diagram of a sixth embodiment of the present invention.

【図9】従来のタイムドインバ−タの概略回路図を示
す。
FIG. 9 shows a schematic circuit diagram of a conventional timed inverter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、102、103…超電導スイッチ、104…遅
延素子、111、112、113…電源供給抵抗、11
4、116a…負荷抵抗115…シャント抵抗、116
b、117a、117b…分流抵抗、121、122…
電源バス、131…入力端子、132…出力端子、13
3…制御入力端子、141…制御入力線、151…ジョ
セフソン接合、201、202、203…超電導スイッ
チ。
101, 102, 103 ... Superconducting switch, 104 ... Delay element, 111, 112, 113 ... Power supply resistance, 11
4, 116a ... Load resistance 115 ... Shunt resistance, 116
b, 117a, 117b ... Shunt resistance, 121, 122 ...
Power bus, 131 ... Input terminal, 132 ... Output terminal, 13
3 ... Control input terminal, 141 ... Control input line, 151 ... Josephson junction, 201, 202, 203 ... Superconducting switch.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小南 信也 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 西野 壽一 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shinya Konan 1-280 Higashi Koikekubo, Kokubunji, Tokyo Inside Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Toshikazu Nishino 1-280 Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Hitachi Ltd. Central Research Center

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】交流電源で駆動される第1超電導スイッチ
を含み、前記第1超電導スイッチが超電導状態から電圧
状態にスイッチするための最小電源電流レベルを制御電
流を印加することによって制御する第1制御入力線を有
して構成し、前記第1超電導スイッチの電源電流が第1
電源電流レベルに達する時点から前記電源電流が前記最
小電源電流レベルに達し出力信号が出力されるまでの遅
延時間が前記制御電流によって設定されることを特徴と
する超電導遅延素子。
1. A first superconducting switch driven by an AC power source, wherein the first superconducting switch controls a minimum power supply current level for switching from a superconducting state to a voltage state by applying a control current. A control input line is provided, and the power supply current of the first superconducting switch is the first
A superconducting delay element, wherein a delay time from when the power supply current level is reached to when the power supply current reaches the minimum power supply current level and an output signal is output is set by the control current.
【請求項2】請求項1において、上記第1超電導スイッ
チが、第1ジョセフソン接合と第1負荷抵抗が並列に接
続された第1並列回路を有し、前記第1制御入力線が前
記第1ジョセフソン接合に上記制御電流を注入できるよ
うに前記第1並列回路と接続している構造を有すること
を特徴とする超電導遅延素子。
2. The first superconducting switch according to claim 1, wherein the first superconducting switch has a first parallel circuit in which a first Josephson junction and a first load resistor are connected in parallel, and the first control input line is the first parallel circuit. A superconducting delay element having a structure in which the first parallel circuit is connected so that the control current can be injected into one Josephson junction.
【請求項3】請求項1において、上記第1超電導スイッ
チが、第1ジョセフソン干渉素子と第1負荷抵抗が並列
に接続された第2並列回路を有し、上記第1制御入力線
が前記第1ジョセフソン干渉素子と磁気的に結合してい
る構造を有することを特徴とする超電導遅延素子。
3. The first superconducting switch according to claim 1, wherein the first superconducting switch has a second parallel circuit in which a first Josephson interference element and a first load resistor are connected in parallel, and the first control input line is the same. A superconducting delay element having a structure magnetically coupled to a first Josephson interference element.
【請求項4】請求項1において、上記第1超電導スイッ
チは、第1分流抵抗と第1ジョセフソン接合の直列回路
が第1負荷抵抗と並列に接続された第3並列回路を有
し、上記第1制御入力線が前記第1分流抵抗と前記第1
ジョセフソン接合の接点に接続され前記第1ジョセフソ
ン接合に前記制御電流を注入できる構造を有することを
特徴とする超電導遅延素子。
4. The first superconducting switch according to claim 1, further comprising a third parallel circuit in which a series circuit of a first shunt resistance and a first Josephson junction is connected in parallel with a first load resistance, A first control input line is connected to the first shunt resistor and the first shunt resistor.
A superconducting delay element, which is connected to a contact of a Josephson junction and has a structure capable of injecting the control current into the first Josephson junction.
【請求項5】請求項1において、上記第1超電導スイッ
チは、第1分流抵抗と第1ジョセフソン干渉素子の直列
回路が第1負荷抵抗と並列に接続された第4並列回路を
有し、上記第1制御入力線が前記第1ジョセフソン干渉
素子と磁気的に結合している構造を有することを特徴と
する超電導遅延素子。
5. The first superconducting switch according to claim 1, further comprising a fourth parallel circuit in which a series circuit of a first shunt resistance and a first Josephson interference element is connected in parallel with a first load resistance, A superconducting delay element having a structure in which the first control input line is magnetically coupled to the first Josephson interference element.
【請求項6】第2超電導スイッチを有し、請求項2、請
求項3、請求項4又は請求項5の超電導遅延回路の第1
負荷抵抗の先端と前記第2超電導スイッチの電源端子が
接続している構造を有することを特徴とする超電導素
子。
6. A first superconducting delay circuit according to claim 2, claim 3, claim 4, or claim 5, comprising a second superconducting switch.
A superconducting element having a structure in which a tip of a load resistor and a power supply terminal of the second superconducting switch are connected.
【請求項7】請求項6の超電導回路において、接地して
いる第1シャント抵抗と、出力端子に前記第1シャント
抵抗が接続しており、接地端子が上記第2超電導スイッ
チの入力端子に接続している、第2ジョセフソン干渉素
子を有して構成されることを特徴とする超電導素子。
7. The superconducting circuit according to claim 6, wherein the first shunt resistor grounded and the first shunt resistor are connected to the output terminal, and the ground terminal is connected to the input terminal of the second superconducting switch. A superconducting device having a second Josephson interference device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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