JPS6053091A - 電流注入形ジヨセフソンスイツチ回路 - Google Patents
電流注入形ジヨセフソンスイツチ回路Info
- Publication number
- JPS6053091A JPS6053091A JP58160350A JP16035083A JPS6053091A JP S6053091 A JPS6053091 A JP S6053091A JP 58160350 A JP58160350 A JP 58160350A JP 16035083 A JP16035083 A JP 16035083A JP S6053091 A JPS6053091 A JP S6053091A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- currents
- current
- resistor
- josephson
- Prior art date
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- Pending
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- Logic Circuits (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔促明の利用分野〕
本発明は超電導素子、特にジョセフソン素子を使ったス
イッチ回路に関する。
イッチ回路に関する。
ジョセフソン素子を用いた論理回路を構成するためには
高速動作、低消費電力動作を保障するのみでなく、高電
流利得特性、広い動作余裕、入出力・電流分離、高集、
慣化などの機能を備えている必要がある。ジョセフソン
素子を使った回路に直接電流を注入してスイッチさせる
、いわゆる電流注入形の回路は、磁場制御形と比べ磁束
を回路に鎖ダさせないため回路UkJ積は小さく、磁束
を発生するコントロール配線も不要なため、高集積化に
向いている。しかしながら、電流利得が小さく動作余裕
が狭いという欠点をもつ。第1図は従来技術による電流
注入形回路の例である。以下に第1図を使って従来技術
による電流注入形回路の動作原理とその欠点について説
明する。第1図に示す回路は第1のジョセフソン素子1
0と第1の抵抗6を直列接続し、その中点を入力端子3
0に接続し第1の抵抗6の1端子を接地した回路と、第
2のジョセフソン素子11と第2の抵抗5を直列接続し
その中点を、負荷抵抗4を介して接地し、第2のジョセ
フソン素子11の1端を接地した回路を並列に接続し、
その接続点に抵抗2、電源線1を介して電流を供給する
構造である。第1のジョセフソン素子10と第2のジョ
セフソンi子11の最大超電導トンネル電流を各々1m
l l In2とし、第1の抵抗6と第2の抵抗5の抵
抗値を各々RI+R2とすれば、第1図に示す回路条件
はである。第1、第2のジョセフソン素子10゜11と
もに超電導状態にあるときに、端子30を介して流れ込
む入力信号電流■。と、抵抗2を介して流れ込むゲート
電流■2と、第1、第2ジョセフソン素子10.11に
流れる電流I+ 、I2の関係は に =−(I、+Ic) 明・・(3) K+ 1 となる。第1図の回路では入力信号電流Ic−1増加す
ると、まず第2のジョセフソン素子11が電圧状態に遷
移し、そのため第2のジョセフソン素子11に流れてい
た電流が第1のジョセフソン素子10に流れ込み第1の
ジョセフソン素子1oを電圧状態に遷移させて、ゲート
電流■、を負荷抵抗4に流すのがスイッチ動作の原理で
ある。そのため第1、第2のジョセフソン素子10.1
1が超電導状態にあるためには、 ■・)〒、−(■・+I・)≦に■・・ °゛°゛(4
)でなければならない。第2図は(4ン式の関係をグラ
フに示した図でいわゆるしきい値直線を示している。(
4)式であられされる領域は第2図で、工。−〇のとき
、I 、=I川用Ir112となシ、しきい値直線の傾
き(絶対値がゲイン)が−1で(ゲインが1)表わされ
る直線より小さい部分である。回路は入力信号電流IC
−00場合の動作点はA点にあって第1、第2のジョセ
フソン素子は超電導状態にあるが、人力信号電流が印加
烙れると動作点はB点に移り、第1、第2のジョセフソ
ン素子は電圧状態に遷移するように入力信号電流工。と
ゲート電流■1を決める。一般にスイッチ回路では、ゲ
ート電流工、が負荷を流れ、それが次段の回路を駆動す
る人力信号電流となるため、人力信号電流が小さくても
動作する回路つまり電流ゲインが尚いほど動作朶裕全広
く堰れゐ。第1図に示す回路のしさい匝直線の1頃きは
、第2図に示すようにKの値にかかわらず一定で−1と
なる。また動作領域は、図2において斜線を施した部分
であり、広くすることはできない。
高速動作、低消費電力動作を保障するのみでなく、高電
流利得特性、広い動作余裕、入出力・電流分離、高集、
慣化などの機能を備えている必要がある。ジョセフソン
素子を使った回路に直接電流を注入してスイッチさせる
、いわゆる電流注入形の回路は、磁場制御形と比べ磁束
を回路に鎖ダさせないため回路UkJ積は小さく、磁束
を発生するコントロール配線も不要なため、高集積化に
向いている。しかしながら、電流利得が小さく動作余裕
が狭いという欠点をもつ。第1図は従来技術による電流
注入形回路の例である。以下に第1図を使って従来技術
による電流注入形回路の動作原理とその欠点について説
明する。第1図に示す回路は第1のジョセフソン素子1
0と第1の抵抗6を直列接続し、その中点を入力端子3
0に接続し第1の抵抗6の1端子を接地した回路と、第
2のジョセフソン素子11と第2の抵抗5を直列接続し
その中点を、負荷抵抗4を介して接地し、第2のジョセ
フソン素子11の1端を接地した回路を並列に接続し、
その接続点に抵抗2、電源線1を介して電流を供給する
構造である。第1のジョセフソン素子10と第2のジョ
セフソンi子11の最大超電導トンネル電流を各々1m
l l In2とし、第1の抵抗6と第2の抵抗5の抵
抗値を各々RI+R2とすれば、第1図に示す回路条件
はである。第1、第2のジョセフソン素子10゜11と
もに超電導状態にあるときに、端子30を介して流れ込
む入力信号電流■。と、抵抗2を介して流れ込むゲート
電流■2と、第1、第2ジョセフソン素子10.11に
流れる電流I+ 、I2の関係は に =−(I、+Ic) 明・・(3) K+ 1 となる。第1図の回路では入力信号電流Ic−1増加す
ると、まず第2のジョセフソン素子11が電圧状態に遷
移し、そのため第2のジョセフソン素子11に流れてい
た電流が第1のジョセフソン素子10に流れ込み第1の
ジョセフソン素子1oを電圧状態に遷移させて、ゲート
電流■、を負荷抵抗4に流すのがスイッチ動作の原理で
ある。そのため第1、第2のジョセフソン素子10.1
1が超電導状態にあるためには、 ■・)〒、−(■・+I・)≦に■・・ °゛°゛(4
)でなければならない。第2図は(4ン式の関係をグラ
フに示した図でいわゆるしきい値直線を示している。(
4)式であられされる領域は第2図で、工。−〇のとき
、I 、=I川用Ir112となシ、しきい値直線の傾
き(絶対値がゲイン)が−1で(ゲインが1)表わされ
る直線より小さい部分である。回路は入力信号電流IC
−00場合の動作点はA点にあって第1、第2のジョセ
フソン素子は超電導状態にあるが、人力信号電流が印加
烙れると動作点はB点に移り、第1、第2のジョセフソ
ン素子は電圧状態に遷移するように入力信号電流工。と
ゲート電流■1を決める。一般にスイッチ回路では、ゲ
ート電流工、が負荷を流れ、それが次段の回路を駆動す
る人力信号電流となるため、人力信号電流が小さくても
動作する回路つまり電流ゲインが尚いほど動作朶裕全広
く堰れゐ。第1図に示す回路のしさい匝直線の1頃きは
、第2図に示すようにKの値にかかわらず一定で−1と
なる。また動作領域は、図2において斜線を施した部分
であり、広くすることはできない。
〔発明の目的」
本発明の目的は、少ない人力信号電流とゲート電流でフ
ァンアウトを増加できる尚祇流利得特性を持ち、動作余
裕が広い電流注入形ジョセフソンスイッチ回路を提供す
ることにめる。
ァンアウトを増加できる尚祇流利得特性を持ち、動作余
裕が広い電流注入形ジョセフソンスイッチ回路を提供す
ることにめる。
従来の成流注入形回路は、電流利得が低く、動作余裕が
狭いという欠点τ持っていた。本回路では第3の抵抗と
第3のジョセフソン素子の直列回路を入力側に入れるこ
とで、従来の回路における人力信号電流に電流が加わる
ようにし、少ない入力信号電流、ゲート電流で動作する
高電流利得特性を持ち、広い動作余裕の電流注入形ジョ
セフソンスイッチ回路を構成した。
狭いという欠点τ持っていた。本回路では第3の抵抗と
第3のジョセフソン素子の直列回路を入力側に入れるこ
とで、従来の回路における人力信号電流に電流が加わる
ようにし、少ない入力信号電流、ゲート電流で動作する
高電流利得特性を持ち、広い動作余裕の電流注入形ジョ
セフソンスイッチ回路を構成した。
以下、本発明の一実施例を第3図によシ説明する。第3
図に示す回路は第1図に示す前段から流れてくる入力信
号電流■。に加えて、抵抗7、電源線1を介して電流I
e/f:流す構造を示している。
図に示す回路は第1図に示す前段から流れてくる入力信
号電流■。に加えて、抵抗7、電源線1を介して電流I
e/f:流す構造を示している。
この構造では電流■。′のみが流れているとき、第3の
ジョセフソン素子12が超電導状態であるために電流は
接地に流れ込む。前段からの人力信号電流ICが第3の
ジョセフソン素子12に流れ込みIc十Ie′〉1m3
となると、ジョセフソン素子12は電圧状態に遷移し、
抵抗8を介して亀流IC−IL’の和が入力電流として
流れ込む。回路定数は以下に示す通りに決める 第1図に示した回路と同様に、人力信号電流1、とゲー
ト電流■、に関するしきい値直線はとなり、変形すると I <(K+1)I□1−(■。−1−I。′) ・・
・(7)となる。ただしIC<1m3−■。′の範囲で
は、第3のジョセフソン素子12が超電導状態であるた
め、抵抗8に流れる電流はゼロで I g −(1+K ) I ms −−(8)となる
。第4図はしきい値直線を示した図である。
ジョセフソン素子12が超電導状態であるために電流は
接地に流れ込む。前段からの人力信号電流ICが第3の
ジョセフソン素子12に流れ込みIc十Ie′〉1m3
となると、ジョセフソン素子12は電圧状態に遷移し、
抵抗8を介して亀流IC−IL’の和が入力電流として
流れ込む。回路定数は以下に示す通りに決める 第1図に示した回路と同様に、人力信号電流1、とゲー
ト電流■、に関するしきい値直線はとなり、変形すると I <(K+1)I□1−(■。−1−I。′) ・・
・(7)となる。ただしIC<1m3−■。′の範囲で
は、第3のジョセフソン素子12が超電導状態であるた
め、抵抗8に流れる電流はゼロで I g −(1+K ) I ms −−(8)となる
。第4図はしきい値直線を示した図である。
第3のジョセフソン素子12が、超電導状態から電圧状
態に遷移するとさ、しきい値直線の傾きはかなり大きい
値となる。このため、人力信号′電流Ie−0の場合の
動作点Aを、第2図における人力信号電流■。より小さ
い電流で動作点Bに移すことができる。つ1す、入力信
号に対する感度が上がり、高電流利得特性を持つことに
なる。それにより、第4図において斜線で示したように
回路の動作余裕は広がり、ファンアウトを増加を可能と
する。
態に遷移するとさ、しきい値直線の傾きはかなり大きい
値となる。このため、人力信号′電流Ie−0の場合の
動作点Aを、第2図における人力信号電流■。より小さ
い電流で動作点Bに移すことができる。つ1す、入力信
号に対する感度が上がり、高電流利得特性を持つことに
なる。それにより、第4図において斜線で示したように
回路の動作余裕は広がり、ファンアウトを増加を可能と
する。
以上説明したように、本発明によれば従来回路に比べ小
さい入力信号電流で出力電流を制御できるので、1よす
はるかに大きいゲインである電流注入形のスイッチ回路
を提供することができる。
さい入力信号電流で出力電流を制御できるので、1よす
はるかに大きいゲインである電流注入形のスイッチ回路
を提供することができる。
この高屯流利得により、人力信号に対する感度が上がり
、ファンアウトの増加が可能とな9、回路の動作余裕も
広がる。この回路を採用した集積回路を含む論理システ
ムは安定して動作することになり、本発明の効果は太き
い。
、ファンアウトの増加が可能とな9、回路の動作余裕も
広がる。この回路を採用した集積回路を含む論理システ
ムは安定して動作することになり、本発明の効果は太き
い。
第1図は従来の電流注入形スイッチ回路の一例を示す回
路図、第2図は従来の回路例のしきい値特性図、゛第3
図は本発明の注入形スイッチ回路の一実施例を示す回路
図、第4図は本発明の回路のしきい値特性図である。 10.11・・・ジョセフソン素子、5,6,2.8・
・・抵抗、4・・・負荷抵抗、1・・・電源線、7,8
゜12は本発明の第3の回路で12は第3のジョセ−4
5: 第1図 第 Z 図 ρ −ft。 第3図 第4図 ρ Ls−1(→
路図、第2図は従来の回路例のしきい値特性図、゛第3
図は本発明の注入形スイッチ回路の一実施例を示す回路
図、第4図は本発明の回路のしきい値特性図である。 10.11・・・ジョセフソン素子、5,6,2.8・
・・抵抗、4・・・負荷抵抗、1・・・電源線、7,8
゜12は本発明の第3の回路で12は第3のジョセ−4
5: 第1図 第 Z 図 ρ −ft。 第3図 第4図 ρ Ls−1(→
Claims (1)
- 第1のジョセフソン素子と第1の抵抗を直列接続し、そ
の接続点を入力端子に接続して入力信号電流を流す構造
を持つ第1の回路と、第2のジョセフソン素子と第2の
抵抗を直列接続し、その接続点を負荷に接続した第2の
回路を並列接続してなるスイッチ回路において、前記入
力端子と前記第1の回路の抵抗、ジョセフソン素子間接
続点との間に、ゲート電流を制御して供給する第3の抵
抗と第3のジョセフソン素子の直列回路をそう人し、前
記第3の抵抗を介する電流が前記人力信号電流に加わる
ようにした電流注入形ジョセフソンスイッチ回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58160350A JPS6053091A (ja) | 1983-09-02 | 1983-09-02 | 電流注入形ジヨセフソンスイツチ回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58160350A JPS6053091A (ja) | 1983-09-02 | 1983-09-02 | 電流注入形ジヨセフソンスイツチ回路 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6053091A true JPS6053091A (ja) | 1985-03-26 |
Family
ID=15713075
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58160350A Pending JPS6053091A (ja) | 1983-09-02 | 1983-09-02 | 電流注入形ジヨセフソンスイツチ回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6053091A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6416020A (en) * | 1987-07-09 | 1989-01-19 | Fujitsu Ltd | Josephson gate |
-
1983
- 1983-09-02 JP JP58160350A patent/JPS6053091A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6416020A (en) * | 1987-07-09 | 1989-01-19 | Fujitsu Ltd | Josephson gate |
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