JPH10221381A - 平衡検出器の精密検証方法及びシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】０Ｖ近傍（−数ｍＶから＋数ｍＶの範囲）での
平衡検出器の絶対値特性及び／または直線性をデッドゾ
ーンなしに高精度で評価できるようにする。 【解決手段】２台のジョセフソン電圧発生器１,２を用
意し、セシウム原子周波数基準源３からの基準周波数に
基づいて生成されたミリ波周波数により、各ジョセフソ
ン電圧発生器１,２においてＡＣジョセフソン効果によ
るジョセフソン電圧を発生させ、これらの差電圧を被検
証対象の平衡検出器４０に入力する。セシウム基準周波
数信号に基づいて動作するソースロックカウンタ２７や
周波数シンセサイザ１５により、一方のジョセフソン電
圧発生器１でのミリ波周波数を微小に変化させ、平衡検
出器４０への入力電圧を０Ｖの近傍で変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流電圧の精密測
定などに使用され微小な電位差を検出する平衡検出器の
性能を検証する方法及びシステムに関し、特に、ＡＣ
（交流）ジョセフソン効果を用いて平衡検出器の絶対値
特性及び／または直線性を精密に検証する精密検証方法
及びシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】直流電圧の精密測定には、被測定電圧と
基準電圧の差電圧を検出し、基準電圧を変化させてその
差電圧を無限に小さくすることにより被測定電圧を決定
する平衡検出法が用いられている。差電圧を検出するた
めには、微小な電位差を検出できる平衡検出器が使用さ
れるが、この平衡検出器の絶対値特性や直線性が信頼で
きるものでなければ、平衡検出法による測定は成り立た
ない。すなわち、０Ｖ近傍（−数ｍＶ〜＋数ｍＶ）の電
位差範囲において、平衡検出器の絶対値特性や直線性を
精密に検証する必要がある。ここで平衡検出器の絶対値
特性とは、端的にいえば、絶対値が同じ入力電圧であれ
ば、極性の正負によらず、出力電圧の絶対値も同じであ
るということである。

【０００３】ところで、平衡検出器としては、アナログ
式の差動増幅器（例えば、英国EM Electronics社製のＤ
ＣナノボルトメータN1aなど）や、デジタル式の電圧計
（例えば、アドバンテスト社製のR6561や、米国ＨＰ社
製のモデル3458Aなど）が使用されている。そして、平
衡検出器の直線性（非直線性誤差）や絶対値特性（オフ
セット誤差）の測定には、これまで、次に述べるような
方法があった。

【０００４】(1)ツェナーダイオードを基準電圧発生源
とした可変精密電圧発生器（例えば、米国Fluke社のCal
ibrater 5700Aなど）により精密電圧を発生し、その出
力値を平衡検出器で読み取り、読み取り誤差から精度を
検出する。この方法では、基準電圧発生源のツェナーダ
イオードの電圧変動（長期的には数ｐｐｍ、短期的には
０.０５ｐｐｍ／数時間の非線形変動）が精度限界にな
る。

【０００５】(2)基準電圧としてツェナー精密電圧基準
発生器（例えば、米国Fluke社の732A, 732Bなど）の出
力電圧を平衡検出器の差動入力の一方の端子に入力し、
それとほぼ等しい出力電圧を発生する可変精密電圧発生
器（例えば、米国Fluke社のCalibrater 5700Aなど）の
出力電圧を差動入力の他方の端子に入力し、平衡検出器
がその差電圧に対応する出力を示しているかどうかによ
って精度を検出する。この方法でも、電圧発生源のツェ
ナーダイオードの電圧変動が精度限界となる。

【０００６】以上述べた(1)や(2)の方法が、これまでの
一般的な評価方法であるが、より高精度で検証する方法
として、ＡＣジョセフソン効果によるジョセフソン電圧
基準を用いる方法もある。以下、ジョセフソン効果を用
いた従来の検証方法について、説明する。

【０００７】ＡＣジョセフソン効果は、端的にいえば、
周波数を直流電圧に正確に変換する量子現象である。超
伝導状態にあるジョセフソン接合に対し、例えばマイク
ロ波あるいはミリ波帯の周波数の電磁波を照射すると、
ジョセフソン接合を介する電流−電圧特性において等間
隔のステップ電圧が現れ、各ステップ間の電圧（ジョセ
フソン電圧Ｖ_n）は、式(1)のように表わされる。

【０００８】

【数１】 ここで、ｎはステップ次数であって整数、ｆはジョセフ
ソン素子に照射するマイクロ波の周波数である。また、
Ｋ_J-90は、プランク定数をｈ、素電荷をｅとして、式
(2)で表わされるジョセフソン定数であり、現在求めら
れている値としては、４８３５９７.９ＧＨｚ／Ｖであ
る。

【０００９】

【数２】 例えば、照射するミリ波の周波数ｆを９４ＧＨｚとする
と、各ステップ間の電圧差は、１９４.３７６μＶとな
る。このステップ電圧は、式(1),(2)から明らかなよう
に、基礎物理定数のみに依存して原理的に正確であり、
ＡＣジョセフソン効果による直流電圧基準は、現在、国
家標準としても使用されている。

【００１０】ＡＣジョセフソン効果による電圧ステップ
を順次捕獲し、平衡検出器などの電圧計によりこの電圧
ステップの電圧値を読み取ることにより、理論値と読み
取り値との差から、電圧計の絶対値特性や直線性を評価
できる。この方法は、デジタル電圧計の絶対値特性や直
線性を厳密に検証する方法として最近採用されている優
れた方法である。電圧がやや高い（数ｍＶ以上）の領域
では、ＡＣジョセフソン効果での特定の次数のステップ
を捕獲したまま照射する周波数を微小変化させて発生電
圧を変え、それにより、デジタル電圧計中のアナログ／
デジタル変換器の１ＬＳＢ（Least Significant bit：
最下位ビット）ごとの直線性評価さえ可能である。１Ｌ
ＳＢは、例えば、１０Ｖを２４ビットでデジタル化する
場合には、０.５９６μＶとなる。

【００１１】しかしながら、上述したＡＣジョセフソン
効果を用いる方法では、平衡検出器の評価を行う場合の
ように、０Ｖ近傍のせいぜい±数ｍＶの範囲での絶対値
特性や直線性を評価しようとすると、ＡＣジョセフソン
効果での各ステップごとの評価は行えるものの、ステッ
プ間の微細な電圧を発生させることが困難であって、こ
のステップ間の電圧範囲が評価におけるデッドゾーンと
なってしまう。以下、ＡＣジョセフソン効果に基づく従
来の具体的な測定系を例にあげ、デッドゾーンの発生に
ついて説明する。

【００１２】図３は、ＡＣジョセフソン効果を用いたジ
ョセフソン電圧発生器を１台用いる従来の方法によって
平衡検出器５０の絶対値特性や直線性の評価を行うとき
の配置を示すブロック図である。

【００１３】ジョセフソン接合アレイ５１が液体ヘリウ
ム容器５２内に配置されて超伝導状態に維持されるとと
もに、ジョセフソン接合アレイ５１にはバイアス電流を
印加するためのバイアス回路５３が接続されている。ミ
リ波を発生するためにガンダイオードを用いたガン発振
器５５が設けられており、ガン発振器５５からのミリ波
は、アイソレータ５６及び方向性結合器５７を経て、誘
電体導波路５８を介して、液体ヘリウム容器５２内のジ
ョセフソン接合アレイ５１に照射される。ガン発振器５
５での発振周波数は、原子周波数基準源５９が発生する
基準周波数によって制御されている。すなわち、原子周
波数基準源５９から基準周波数によって動作し所望の周
波数の信号を発生する周波数シンセサイザ６０が設けら
れ、周波数シンセサイザ６０からの信号はソースロック
カウンタ６１に入力している。ガン発振器５５からのミ
リ波のうち方向性結合器５７によって分岐し外部ミキサ
６２によって周波数変換された成分も、ソースロックカ
ウンタ６１に入力している。ソースロックカウンタ６１
は、周波数シンセサイザからの周波数信号と外部ミキサ
６２からの信号を比較して位相検波を行うものであり、
ソースロックカウンタ６１の出力によって、ガン発振器
５５を駆動するための駆動回路６３が制御されている。
したがって、周波数シンセサイザ６８での発生周波数を
変化させることにより、ガン発振器５５が発生するミリ
波の周波数を変化させることができる。

【００１４】このようなシステムを用いて平衡検出器５
０の絶対値特性や直線性を検証する場合には、平衡検出
器５０に、差動入力電圧として、ジョセフソン接合アレ
イ５１にバイアス電流を流したときにＡＣジョセフソン
効果により発生する電圧を印加する。

【００１５】平衡検出器５０の０Ｖ近傍での直線性を検
証する場合を考える。この場合には、式(1)でｎ＝１を
選ぶものとする（ｎ≧２ではジョセフソン接合アレイ５
１での発生電圧がより高くなる）。ガン発振器５５の発
生するミリ波の周波数が９４ＧＨｚであるとすると、こ
のミリ波を超伝導状態にあるジョセフソン接合アレイ５
１に照射したときに、ジョセフソン接合アレイ５１で発
生するジョセフソン電圧Ｖ₁は、式(1)より、

【００１６】

【数３】 Ｖ₁ ＝ １・ｆ／Ｋ_J-90 ＝９４(GHz)／４８３５９７.６(GHz/V) ＝１９４.３７６μＶ である。ところで、ガン発振器の周波数可変範囲は比較
的狭く、その下限周波数である９０ＧＨｚにまで下げて
も、ジョセフソン電圧Ｖ₁は、

【００１７】

【数４】 Ｖ₁ ＝ １・ｆ／Ｋ_J-90 ＝９０(GHz)／４８３５９７.６(GHz/V) ＝１８６.１０５μＶ にまでしか低下しない。結局、この下限周波数に対応す
る電圧から０Ｖまでの間がデッドゾーンとなり、平衡検
出器の０Ｖ近傍での直線性や絶対値特性を検証できない
ことになる。また、ミリ波の周波数を９０ＧＨｚから９
４ＧＨｚの間で変化させるとして、それによりＡＣジョ
セフソン効果による電圧ステップ間の電圧をくまなく掃
引するためには、この場合、ｎが２４以上である必要が
ある。すなわち、＋５ｍＶ以上あるいは−５ｍＶ以下の
領域でなければ、ステップ次数の変化とミリ波の周波数
の変化とを併用しても、電圧の連続掃引を行うことがで
きず、−５ｍＶと＋５ｍＶの間の領域では、何らかのデ
ッドゾーンが存在することになる。平衡検出器が検出対
象とする差動入力電圧は、ちょうど−数ｍＶから＋数ｍ
Ｖの領域であり、上述した従来の方法では、印加電圧に
おけるデッドゾーンの存在により、平衡検出器の絶対値
特性や直線性を精密に検証することが困難になってい
る。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、０Ｖ
近傍（−数ｍＶから＋数ｍＶの範囲）での平衡検出器の
絶対値特性及び／または直線性をデッドゾーンなしに高
精度で評価することができる精密検証方法及び精密検証
システムを提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の平衡検出器の精
密検証方法は、微小電位差の検出を行う平衡検出器の絶
対値特性及び／または直線性の検証を精密に行う方法に
おいて、基準周波数に基づいて第１の周波数信号及び第
２の周波数信号を生成し、第１の周波数信号によるＡＣ
ジョセフソン効果により第１の電圧を発生させ、第２の
周波数信号によるＡＣジョセフソン効果により第２の電
圧を発生させ、第１の電圧と第２の電圧との差電圧を平
衡検出器に印加し、第１の周波数信号と第２の周波数信
号の間の周波数差を変化させながら平衡検出器の出力を
観測する。

【００２０】本発明の平衡検出器の精密検証システム
は、微小電位差の検出を行う平衡検出器の絶対値特性及
び／または直線性の検証を精密に行うためのシステムに
おいて、基準周波数を出力する基準周波数源と、基準周
波数に基づいて第１の周波数信号を生成する第１の周波
数信号生成手段と、基準周波数に基づいて第２の周波数
信号を生成する第２の周波数信号生成手段と、第１の周
波数信号が照射されるＡＣジョセフソン接合を含んで第
１の電圧を発生する第１のジョセフソン電圧発生手段
と、第２の周波数信号が照射されるＡＣジョセフソン接
合を含んで第２の電圧を発生する第２のジョセフソン電
圧発生手段と、を有し、第１の周波数信号生成手段と第
２の周波数信号生成手段の少なくとも一方は、発生する
周波数を変化させることができるものであり、第１の電
圧と第２の電圧との差電圧を測定対象の平衡検出器に出
力する。

【００２１】本発明では、ＡＣジョセフソン効果を用い
た２つのジョセフソン電圧発生器（ジョセフソン電圧発
生手段）を使用し、これらジョセフソン電圧発生器に加
えるマイクロ波帯あるいはミリ波帯の電磁波を基準周波
数に基づいて生成するとともに、２つのジョセフソン電
圧発生器に加える電磁波間に周波数差を設定できるよう
にしている。ジョセフソン電圧発生器に加える電磁波が
マイクロ波帯あるいはミリ波帯のものであっても、周波
数差は０や０に近い極めて小さな値とすることができる
ので、両方のジョセフソン電圧発生器からの出力電圧の
差電圧は、ＡＣジョセフソン効果を用いて発生可能な実
用的なステップ間電圧よりも微小なものとすることがで
き、また、０Ｖから連続的に変化させることができる。
すなわち本発明よれば、基準周波数に基づきＡＣジョセ
フソン効果によって発生した正確な電位差であって０Ｖ
近傍の±数ｍＶ程度の範囲の電位差を、デッドゾーンを
含まずに発生させることが可能になり、このような微小
な電位差を平衡検出器に入力することによって、平衡検
出器の絶対値特性や直線性などの精密な検証を行うこと
ができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の
一形態の平衡検出器の精密検証システムの構成を示すブ
ロック図である。この精密検証システムは、平衡検出器
４０の絶対値特性や直線性を本発明の方法に基づいて精
密に検証する際に、使用されるものである。

【００２３】この検証システムは、ジョセフソン電圧発
生手段として２つのジョセフソン電圧発生器（第１のジ
ョセフソン電圧発生器１及び第２のジョセフソン電圧発
生器２）を備えている。また、第１のジョセフソン電圧
発生器１及び第２のジョセフソン電圧発生器２に共通
に、基準周波数を発生するためのセシウム原子周波数基
準源３が設けられている。ジョセフソン電圧発生器１,
２は、それぞれジョセフソン接合アレイ１１,１２を備
えており、ジョセフソン接合アレイ１１,１２は、それ
ぞれ液体ヘリウム容器１３,１４内に格納されて超伝導
状態に維持される。また、ジョセフソン接合アレイ１
１,１２には、バイアス電流を印加するためのバイアス
回路１５,１６が接続されており、バイアス電流値を変
化させることによって、ＡＣジョセフソン効果での電圧
ステップ次数を選択できるようになっている。

【００２４】さて、第１のジョセフソン電圧発生器１に
供給するミリ波を発生するために、ガンダイオードを用
いたガン発振器１７が設けられている。ガン発振器１７
からのミリ波は、アイソレータ１９及び方向性結合器２
１を経て、誘電体導波路２３を介して第１のジョセフソ
ン電圧発生器１に供給され、ジョセフソン接合アレイ１
１を照射する。アイソレータ１９は、途中の伝送路から
の反射波によってガン発振器１７が破壊されることがな
いようにするために挿入されている。ガン発振器１７の
発振周波数をセシウム原子周波数基準源３からの基準周
波数に基づいて制御するために、この基準周波数に基づ
いて動作する周波数シンセサイザ２５と、周波数シンセ
サイザ２５で生成した周波数信号が入力するソースロッ
クカウンタ２７と、方向性結合器２１の分岐側に接続さ
れた外部ミキサ２９とが設けられている。外部ミキサ２
９は、ガン発振器１７の発振周波数をより低い周波数に
変換してソースロックカウンタ２７に入力するためのも
のである。ガン発振器１７はガン発振器駆動回路３１に
よって駆動されるようになっている。ここでソースロッ
クカウンタ２７は、外部から入力する信号（ここでは外
部ミキサ２９から入力する信号）と、内部または外部の
基準信号源から周波数信号（ここでは周波数シンセサイ
ザ２５からの信号）とを比較して位相検波を行い、その
出力により、対象とする発振器（ここではガン発振器１
７）を位相同期する機能をもっている。そして、ガン発
振器駆動回路３１は、ソースロックカウンタ２７の出力
電圧に対し、レベルシフトを施し、また位相同期動作の
最適化のための利得補償及び位相補償を行って、ソース
ロックカウンタ２７の出力電圧をガン発振器１７のバイ
アス端子に入力する。

【００２５】結局、周波数シンセサイザ２５、ソースロ
ックカウンタ２７、外部ミキサ２９及びガン発振器駆動
回路３１は、セシウム原子周波数基準源３からの基準周
波数に基づいて動作し、ガン発振器１７の発生する周波
数を安定化する位相同期回路を構成していることにな
る。

【００２６】同様に、第２のジョセフソン電圧発生器２
内のジョセフソン接合アレイ１２を照射するミリ波を発
生するために、ガン発振器１８が設けられている。ガン
発振器１８からのミリ波は、アイソレータ２０及び方向
性結合器２２を経て、誘電体導波路２４を介してジョセ
フソン接合アレイ１２に供給される。ガン発振器１８は
ガン発振器駆動回路３２によって駆動される。上述と同
じように、ガン発振器１８の発振周波数を安定化するた
めに、ソースロックカウンタ２８及び外部ミキサ３０か
らなる位相同期回路が構成されている。本実施の形態で
は、第１のジョセフソン電圧発生器１側において微細な
周波数設定を行うようにしているので、第２のジョセフ
ソン電圧発生器２には周波数シンセサイザは設けられて
おらず、セシウム原子周波数基準源３からの基準周波数
はソースロックカウンタ２８に直接供給されている。

【００２７】本実施の形態の精密検証システムでは、Ａ
Ｃジョセフソン効果により第１のジョセフソン電圧発生
器１内のジョセフソン接合アレイ１１に生じた電圧と、
同じくＡＣジョセフソン効果により第２のジョセフソン
電圧発生器２内のジョセフソン接合アレイ１２に生じた
電圧との差電圧が、平衡検出器４０の差動入力に印加さ
れるようにしている。そこで、ジョセフソン接合アレイ
１１の１対の電圧出力端子のうち、一方はコモンノード
３３に接続し、他方を平衡検出器４０の一方の入力端子
４１に接続している。同様に、もう１つのジョセフソン
接合アレイ１２の１対の電圧出力端子のうち、一方はコ
モンノード３３に接続し、他方を平衡検出器４０の他方
の入力端子４２に接続している。

【００２８】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。

【００２９】本実施の形態では、第１のジョセフソン電
圧発生器１と第２のジョセフソン電圧発生器２との間に
正確な差電圧が生じるようにすることが必要である。ジ
ョセフソン電圧は厳密に式(1)に従うので、周波数を正
確に把握できれば、差電圧を正確に知ることができる。
そこで、ジョセフソン電圧発生器１,２が同一のジョセ
フソン電圧ステップ次数を捕獲したとして、少なくとも
一方のジョセフソン電圧発生器へのミリ波周波数を正確
に変化させる必要がある。ここでは、上述したように、
第１のジョセフソン電圧発生器１のミリ波周波数を変化
させるものとしている。この精密検証システムでは、ソ
ースロックカウンタ２７自体でも周波数設定機能を有
し、その設定周波数分解能は例えば１０ｋＨｚである
が、より微細に周波数設定を行いたい場合には、周波数
シンセサイザ２５の発生する信号の周波数を変化させ、
ソースロックカウンタ２７において外部ミキサ２９から
の周波数をカウントする際のゲート時間を変化させれば
よい。もちろん、第１のジョセフソン電圧発生器１への
ミリ波の周波数を固定し、第２のジョセフソン電圧発生
器２へのミリ波の周波数を変化させるようにしてもよ
い。

【００３０】以下、この精密検証システムを用いて平衡
検出器４０の絶対値特性や直線性を測定する際の手順を
説明する。

【００３１】各ジョセフソン電圧発生器１,２におい
て、液体ヘリウム容器１３,１４内の液体ヘリウム中に
配置したジョセフソン接合アレイ１１,１２にミリ波を
照射してジョセフソン電圧をそれぞれ発生させるため
に、ガン発振器１７,１８を発振させる。ジョセフソン
接合アレイ１１に照射されるミリ波の周波数は、セシウ
ム原子周波数基準源３からの基準周波数に基づいて周波
数シンセサイザ１５とソースロックカウンタ２７の設定
により決定し、ジョセフソン接合アレイ１２に照射され
るミリ波の周波数は、セシウム原子周波数基準源３から
の基準周波数に基づいてソースロックカウンタ２８の設
定により決定するから、まず、同一の周波数のミリ波が
各ジョセフソン接合アレイ１１,１２に照射されるよう
にする。このとき、各バイアス回路１５,１６を調整
し、各ジョセフソン接合アレイ１１,１２が同一のステ
ップ次数ｎを捕獲するようにする。この際、ステップ次
数は、使用するミリ波の周波数範囲に応じて、デッドゾ
ーンの起こらない範囲を選択する。例えば９４ＧＨｚ帯
のミリ波を用いるのであれば、ｎ＞２５であるようにす
る。ジョセフソン電圧発生器１,２が発生するジョセフ
ソン電圧は、それぞれ平衡検出器４０の２つの入力端子
４１,４２に入力するが、この状態では両方のジョセフ
ソン電圧は同一であり、したがって、同一の電圧が入力
した平衡検出器４０の表示値（読み取り値）は０Ｖを示
すはずである。

【００３２】次に、第２のジョセフソン電圧発生器２で
のミリ波周波数と選択されたステップ次数を固定したま
まで、平衡検出器４０をチェックしようとする電圧幅に
対応するように、ジョセフソン電圧発生器１でのミリ波
周波数を変化させる。チェックしようとする電圧幅がや
や大きい場合には、ソースロックカウンタ２７の周波数
設定機能で、それよりも微細設定する場合には周波数シ
ンセサイザ２５での周波数設定を併用する。また、チェ
ックしようとする電圧領域が広い場合には、第１のジョ
セフソン電圧発生器１において、隣り合うステップ次数
を順次選択しながら、周波数設定と併用する。本実施の
形態では、ステップ次数ｎを２６以上としていることに
より、第１のジョセフソン電圧発生器１において、周波
数設定とステップ次数の選択とを組み合わせることによ
って、第１のジョセフソン電圧発生器１が発生するジョ
セフソン電圧と第２のジョセフソン電圧発生器２が発生
するジョセフソン電圧との差電圧、すなわち、平衡検出
器４０に入力する電圧は、０Ｖを中心として正負の両方
向に、デッドゾーンなしで変化させることができる。し
たがって、本実施の形態では、０Ｖ近傍での平衡検出器
４０の特性をデッドゾーンなしでチェックできることに
なる。

【００３３】図２、０Ｖ近傍の領域でデッドゾーンなし
に正確に電圧を発生できる原理を説明した図である。こ
こで、整数ｎはステップ次数、ｆはジョセフソン接合ア
レイに照射するミリ波周波数（例えば９４ＧＨｚ）、Ｋ
_J-90はジョセフソン定数である。ｎ次のジョセフソンス
テップ電圧Ｖ_nは、

【００３４】

【数５】Ｖ_n＝ｎｆ／Ｋ_J-90 で表わされる。各ジョセフソン電圧発生器１,２におい
て同一の周波数ｆ₀のミリ波を照射したとすると、第２
のジョセフソン電圧発生器２の発生電圧は図示(a)に示
すようになり、第１のジョセフソン電圧発生器１の発生
電圧は図示(b)に示すようになる。ここで、第１のジョ
セフソン電圧発生器１において周波数を±Δｆだけずら
したとすると、第１のジョセフソン電圧発生器１が発生
するジョセフソン電圧は、ΔＶ＝ｎΔｆ／Ｋ_J-90だけず
れることになり、それぞれ、図示(c),(d)に示すように
なる。したがって、２つのジョセフソン電圧発生器１,
２の間の差電圧も、ΔＶとなり、これが平衡検出器４０
に印加される。使用するミリ波の周波数帯によらずΔｆ
は０から連続的に変化させることができるから、図示斜
線部で示すように、０Ｖ近傍の電圧をデッドゾーンなし
で正確に発生させることができるのである。

【００３５】さて、ＡＣジョセフソン効果により発生す
る電圧の正確さは、(1)式より、ジョセフソン接合に照
射するミリ波の周波数の正確さに対応し、本実施の形態
において、平衡検出器４０に入力する電圧の正確さもミ
リ波周波数の正確さのオーダーである。ここでは、セシ
ウム原子周波数基準源３が発生する基準周波数に基づい
て、ジョセフソン接合アレイに照射するミリ波の周波数
を制御しており、このミリ波周波数の正確さは、ほぼ１
×１０^-11のレベルであって、電圧の正確さもこのオー
ダーである。ツェナーダイオードの出力電圧を基準とす
る従来のアナログ方式では、電圧の正確さは１×１０^-7
程度であり、本発明の方法によれば、平衡検出器の検証
精度を大幅に高めることができる。なお、本発明の方法
は、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）の０Ｖ近傍領
域のオフセットや非直線性誤差測定にも応用できる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、２台のジ
ョセフソン電圧発生器を用いてこれらの差電圧を発生さ
せることにより、０Ｖ近傍の領域の電圧をデッドゾーン
なしで正確に発生させることができるので、平衡検出器
の特性の厳密な検証を行うことができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の平衡検出器の精密検証
システムの構成を示すブロック図である。

【図２】図１の精密検証システムにおいて０Ｖ近傍の電
圧を発生する原理を説明する図である。

【図３】従来の方法により平衡検出器の絶対値特性及び
直線性の検証を行う際の配置を示すブロック図である。

【符号の説明】

１,２ ジョセフソン電圧発生器 ３ セシウム原子周波数基準源 １１,１２ ジョセフソン接合アレイ １３,１４ 液体ヘリウム容器 １５,１６ バイアス回路 １７,１８ ガン発振器 １９,２０ アイソレータ ２１,２２ 方向性結合器 ２３,２４ 誘電体導波路 ２５ 周波数シンセサイザ ２７,２８ ソースロックカウンタ ２９,３０ 外部ミキサ ３１,３２ ガン発振器駆動回路 ３３ コモンノード ４０ 平衡検出器 ４１,４２ 入力端子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微小電位差の検出を行う平衡検出器の絶
   対値特性及び／または直線性の検証を精密に行う方法に
   おいて、 同一の基準周波数に基づいて第１の周波数信号及び第２
   の周波数信号を生成し、 前記第１の周波数信号によるＡＣジョセフソン効果によ
   って第１の電圧を発生させ、 前記第２の周波数信号によるＡＣジョセフソン効果によ
   って第２の電圧を発生させ、 前記第１の電圧と前記第２の電圧との差電圧を前記平衡
   検出器に印加し、 前記第１の周波数信号と前記第２の周波数信号との間の
   周波数差を変化させながら前記平衡検出器の出力を観測
   することを特徴とする、平衡検出器の精密検証方法。
2. 【請求項２】 前記周波数差を変化させる際に、まず、
   前記第１の周波数信号と前記第２の周波数信号を同一周
   波数に設定して前記差電圧が０となるようにし、そのの
   ち、前記各ジョセフソン電圧発生器でのステップ電圧次
   数を固定したまま、前記第１の周波数信号及び前記第２
   の周波数信号のいずれか一方の周波数を変化させる、請
   求項１の記載の平衡検出器の精密検証方法。
3. 【請求項３】 微小電位差の検出を行う平衡検出器の絶
   対値特性及び／または直線性の検証を精密に行うための
   システムにおいて、 基準周波数を出力する基準周波数源と、前記基準周波数
   に基づいて第１の周波数信号を生成する第１の周波数信
   号生成手段と、前記基準周波数に基づいて第２の周波数
   信号を生成する第２の周波数信号生成手段と、前記第１
   の周波数信号が照射されるＡＣジョセフソン接合を含ん
   で第１の電圧を発生する第１のジョセフソン電圧発生手
   段と、前記第２の周波数信号が照射されるＡＣジョセフ
   ソン接合を含んで第２の電圧を発生する第２のジョセフ
   ソン電圧発生手段と、を有し、 前記第１の周波数信号生成手段と前記第２の周波数信号
   生成手段の少なくとも一方は、発生する周波数を変化さ
   せることができるものであり、 前記第１の電圧と前記第２の電圧との差電圧を測定対象
   の平衡検出器に出力することを特徴とする、平衡検出器
   の精密検証システム。
4. 【請求項４】 前記各ジョセフソン電圧発生手段におい
   て前記ＡＣジョセフソン接合が同一のステップ電圧次数
   で動作し、前記第１の周波数信号と前記第２の周波数信
   号との差周波数が０を含む範囲で可変である、請求項３
   に記載の平衡検出器の精密検証システム。