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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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- 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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