JPS6322645B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、２値表示で「１」及び「０」をとる
入力パルス電流に基き、それが、「１」から「０」
に転換するのに応じて、所定の期間「１」をとる
出力パルス電流が得られるようになされたパルス
発生回路（以下、このような超伝導ジヨセフソン
スイツチを用いたパルス発生回路を、簡単のた
め、ダウントリガ形パルス発生回路と称す）に関
し、とくに、超伝導ジヨセフソンスイツチを用い
て構成されたものである。

従来、半導体スイツチを用いたダウントリガ形
パルス発生回路は提案されているが、超伝導ジヨ
セフソンスイツチを用いて構成されたダウントリ
ガ形パルス発生回路は提案されていない。

しかしながら、本発明者などが特開昭57−
53139号公報の第３図において提案している超伝
導ジヨセフソンスイツチを用いた回路と、同様に
本発明者などが特開昭57−53138号公報の第３図
において提案している超伝導ジヨセフソンスイツ
チを用いた回路とを、それらの順に従属接続すれ
ば、前者の回路において、２値表示で「１」及び
「０」をとる入力パルス電流を供給すれば、それ
に基き、その前者の回路から入力パルス電流に対
して反転している反転パルス電流を出力させるこ
とができ、また、後者の回路において、入力パル
ス電流を供給すれば、それに基き、その後者の回
路から、入力パルス電流が「１」から「０」に転
換するのに応じて、所定の期間「１」をとる出力
パルス電流を出力させることができるので、前者
の回路に、２値表示で「１」及び「０」をとる入
力パルス電流を供給すれば、これに基き、それが
「１」から「０」に転換するのに応じて、所定の
期間「１」をとる出力パルス電流を、後者の回路
から得ることができる。従つて、前者の回路と後
者の回路とが、それらの順に従属接続されている
回路を、超伝導ジヨセフソンスイツチを用いた構
成されたダウントリガ形パルス発生回路と称する
ことができる。

しかしながら、このようなダウントリガ形パル
ス発生回路の場合、前者の回路に４個の超伝導ジ
ヨセフソンスイツチを用い、また、後者の回路に
４個の超伝導ジヨセフソンスイツチを用いる必要
があり、従つて、全体として８個という多くの超
伝導ジヨセフソンスイツチを用いる必要がある。
このため、ダウントリガ形パルス発生回路が複雑
な構成になる。また、前者の回路において得られ
る反転パルス電流は、その前者の回路に対する入
力パルス電流が「１」から「０」になつた時点よ
りも遅れた時点から「０」から立上り、その時点
よりも遅れた時点で「１」となつて得られ、ま
た、後者の回路において得られる出力パルス電流
は、その後者の回路に対する入力パルス電流、従
つて前者の回路から得られる反転パルス電流が
「１」となる時点から立上り、その時点よりも遅
れた時点で「１」となつて得られる。

このため、ダウントリガ形パルス発生回路から
得られる出力パルス電流は、入力パルス電流が
「１」より「０」に転換するのに応じて、速やか
に「１」をとるものとして得られない。

よつて、本発明は、多くの超伝導ジヨセフソン
スイツチを用いることなしに、入力パルス電流が
「１」より「０」に転換するのに応じて速やかに
「１」をとるものとして得ることができる、新規
な超伝導ジヨセフソンスイツチを用いたパルス発
生回路を提案せんとするもので、以下詳述すると
ころから明らかとなるであろう。

第１図は、本発明による超伝導ジヨセフソンス
イツチを用いたパルス発生回路の一例を示し、次
に述べる構成を有する。

すなわち、超伝導ジヨセフソン接合素子JAと、
その素子JAを介挿しているバイアス電流線EA
と、少くとも１つの制御線GAとを有し、バイア
ス電流線EAに２値表示で「１」及び「０」をと
る電流が正論理の「１」で供給されている状態
で、制御線GAに２値表示で「１」及び「０」を
とる電流が正論理の「０」で供給されている状態
から「１」で供給された場合、素子JAが零電圧
状態から有電圧状態に転換する第１の超伝導ジヨ
セフソンスイツチＳ１を有する。

また、超伝導ジヨセフソン接合素子JBと、そ
の素子JBを介挿しているバイアス電流線EBと、
少くとも２つの第１及び第２の制御線GB１及び
GB２とを有し、バイアス電流線EBに２値表示で
「１」及び「０」をとる電流が正論理の「１」で
供給されている状態で、制御線GB１のみに２値
表示で「１」及び「０」をとる電流が正論理の
「０」で供給されている状態から「１」で供給さ
れた場合、素子JBが零電圧状態から有電圧状態
に転換し、制御線GB１及びGB２の双方に２値
表示で「１」及び「０」をとる電流が正論理の
「１」で供給されている場合、制御線GB２のみ
に２値表示で「１」及び「０」をとる電流が正論
理の「１」で供給されている場合、及び制御線
GB１及びGB２の双方に２値表示で「１」及び
「０」をとる電流が正論理の「０」で供給されて
いる場合、素子JBが零電圧状態を維持している
第２、第３及び第４の超伝導ジヨセフソンスイツ
チＳ２，Ｓ３及びＳ４を有する。

さらに、第１及び第２のインダクタＬ１及びＬ
２を有する。

しかして、第１の超伝導ジヨセフソンスイツチ
Ｓ１のバイアス電流線EA、従つて超伝導ジヨセ
フソン接合素子JAと、インダクタＬ１と、第３
の超伝導ジヨセフソンスイツチＳ３の第２の制御
線GB２と、第４の超伝導ジヨセフソンスイツチ
Ｓ４の第１の制御線GB１とが、直列に接続され
て第１の直列回路が形成され、その直列回路を含
んで、第１の電流路Ｈ１が形成されている。

また、第２の超伝導ジヨセフソンスイツチＳ２
のバイアス電流線EB、従つて超伝導ジヨセフソ
ン接合素子JBと、第３の超伝導ジヨセフソンス
イツチＳ３の第１の制御線GB１とが、直列に接
続されて第２の直列回路が形成され、その第２の
直列回路を含んで、第２の電流路Ｈ２が形成され
ている。

さらに、第１及び第２の電流路Ｈ１及びＨ２が
並列に接続されて、第１の並列回路Ｕ１が形成さ
れ、その並列回路Ｕ１が電源線路Ｂ１に介挿され
ている。

また、第３の超伝導ジヨセフソンスイツチＳ３
のバイアス電流線EB、従つて超伝導ジヨセフソ
ン接合素子JBと、第２のインダクタＬ２と、第
２の超伝導ジヨセフソンスイツチＳ２の第２の制
御線GB２と、第１の超伝導ジヨセフソンスイツ
チＳ１の制御線GAとが、直列に接続されて第３
の直列回路が形成され、その直列回路を含んで、
第３の電流路Ｈ３が形成されている。

さらに、第４の超伝導ジヨセフソンスイツチＳ
４のバイアス電流線EB、従つて超伝導ジヨセフ
ソン接合素子JBを含んで、第４の電流路Ｈ４が
形成されている。

また、第３及び第４の電流路が並列に接続され
て第２の並列回路U2が形成され、その並列回路
U2が電源線路Ｂ２に介挿されている。

さらに、第２の超伝導ジヨセフソンスイツチＳ
２の第１の制御線GB１と、第４の超伝導ジヨセ
フソンスイツチＳ４の第２の制御線GB２とが直
列に接続されて、第５の直列回路が形成され、そ
の直列回路を含んで、第５の電流路Ｈ５が形成さ
れ、そして、その電流路Ｈ５が入力パルス電流路
Ｆに介挿されている。

以上の、本発明による超伝導ジヨセフソンスイ
ツチを用いたパルス発生回路の一例構成である。

このような構成を有する本発明による超伝導ジ
ヨセフソンスイツチを用いたパルス発生回路によ
れば、電源電流線Ｂ１及びＢ２にそれぞれ２値表
示で「１」及び「０」をとるバイアス電圧I_B1及
びI_B2を供給し、また、入力パルス電流路Ｆに同
様に２値表示で「１」及び「０」をとる入力パル
ス電流I_Fを供給するものとし、一方、並列回路Ｕ
１の電流路Ｈ１及びＨ２に流れる電流を２値表示
で「１」及び「０」をとる電流I_H1及びI_H2とし、
また、並列回路Ｕ２の電流路Ｈ３及びＨ４に流れ
る電流を２値表示で「１」及び「０」をとる電流
I_H3及びI_H4とするとき、次の作用が得られる。

すなわち、入力パルス電流I_Fが正論理の「０」
である状態で、バイアス電圧I_B1及びI_B2が、正論
理の「０」である状態から、第２図Ａに示すよう
に、時点t₁から立上り、時点t₁から僅かに遅れた
時点t₂で正論理の「１」となり、以後「１」をと
れば、入力パルス電流I_Fが正論理の「０」であ
り、従つて、スイツチＳ２の制御線GB１及びス
イツチＳ４の制御線GB２に２値表示で「１」及
び「０」をとる電流が正論理の「１」で供給され
ていないので、電流I_H1及びI_H3は正論理の「０」
で保つが、電流I_H2及びI_H4が時点t₁から立上り、
時点t₂で正論理の「１」となり、時点t₂以降
「１」を保つ。

しかしながら、入力パルス電流I_Fが、時点t₂後
の時点t₃から立上り、時点t₃から遅れた時点t₄で
正論理の「１」となり、次で時点t₄から遅れた時
点t₆から立下り、時点t₆から僅かに遅れた時点t₇
で正論理の「０」となり、以後、「０」をとると
すれば、並列回路Ｕ２の電流路Ｈ３の電流I_H3が
「０」であるので、時点t₄からスイツチＳ２の制
御線GB１のみに電流が「１」で供給された状態
になる。このため、スイツチＳ２のジヨセフソン
スイツチ接合素子JBが、時点t₄から有電圧状態
になる。よつて、電流I_H2が、時点t₄から立下り、
時点t₄から並列回路Ｕ１におけるインダクタＬ１
の時定数によつて決められる時間T₁だけ遅れた
時点t₅で「０」となり、これに応じて、電流I_H1
が、時点t₄から立上り、時点t₅で「１」となる。

一方、スイツチＳ４の制御線GB２には、入力
パルス電流I_Fが「１」であるため、電流が「１」
で流れているので、電流I_H1が時点t₅から「１」と
なり、よつて、スイツチＳ２の制御線GB１に時
点t₅から電流が「１」で流れても、スイツチＳ４
のジヨセフソンスイツチ接合素子JBは時点t₅か
ら有電圧状態にならない。

従つて、電流I_H3及びI_H4は、時点t₅になつても、
それぞれ「０」及び「１」を保つている。

しかしながら、時点t₇になれば、電流I_Fが
「０」となるので、スイツチＳ４の制御線GB２
の電流が「０」となり、スイツチＳ４の制御線
GB１のみに電流が「１」で流れるので、スイツ
チＳ４のジヨセフソン接合素子JBが、時点t₇か
ら有電圧状態になる。

このため、電流I_H4が、時点t₇から立下り、時点
t₇から並列回路Ｕ２におけるインダクタＬ２の時
定数によつて決められる時間T₂だけ遅れた時点t₈
で「０」となり、これに応じて、電流I_H3が、時
点t₇から立上り、時点t₈で「１」となる。

また、電流I_H3が時点t₈から「１」となれば、ス
イツチＳ１の制御線GAに電流が「１」で流れる
ので、スイツチＳ１のジヨセフソン接合素子JA
が時点t₈から有電圧状態になる。

このため、電流I_H1が、時点t₈から立下り、時点
t₈から前述した時間T₁だけ遅れた時点t₉で「０」
となり以後「０」を保ち、これに応じて、電流
I_H2が、時点t₈から立上り、時点t₉で「１」となり
以後「１」を保つ。

また、電流I_H2が時点t₉から「１」となれば、ス
イツチＳ３の制御線GB１に電流が「１」で流れ
るので、スイツチＳ３のジヨセフソン接合素子
JBが時点t₉から有電圧状態になる。

このようにスイツチＳ３の素子JBが時点t₉か
ら有電圧状態になれば、電流I_H3が時点t₉から立上
り、時点t₉から前述した時間T₂だけ遅れた時点
t₁₀で「０」となり、以後「０」を保ち、これに
応じて、電流I_H4が、時点t₉から立上り、時点t₁₀
で「１」となり、以後「１」を保つ。

以上のようにして、一連の動作が終了する。

上述したところから明らかなように、第１図に
示す本発明によるパルス発生回路の構成によれ
ば、バイアス電流I_B1及びI_B2が、第２図Ａに示す
ように、時点t₁から立上り、時点t₁から僅かに遅
れた時点t₂で正論理の「１」となり、以後「１」
をとり、そして、入力パルス電流I_Fが、第２図Ｂ
に示すように、時点t₂後の時点t₃から立上り、時
点t₃から遅れた時点t₄で正論理の「１」となり、
次で時点t₄から遅れた時点t₆から立下り、時点t₆
から僅かに遅れた時点t₇で正論理の「０」とな
り、以後「０」をとるものとすれば、並列回路Ｕ
１の電流路Ｈ１に、第２図Ｃに示すように、時点
t₄で立上り、時点t₄からインダクタＬ１の時定数
によつて決まる時間T₁だけ遅れた時点t₅で正論理
の「１」となり、それが、時点t₇からインダクタ
Ｌ２の時定数によつて決まる時間T₂だけ遅れた
時点t₈まで保ち、次で時点t₈から立下り、時点t₈
から時間T₁だけ遅れた時点t₉で「０」となり、以
後「０」を保つ電流H_H1が流れる。

また、電流路Ｈ２に、第２図Ｄに示すように、
時点t₁から立上り、時点t₂で「１」となり、それ
が時点t₄まで保ち、次で時点t₄から立下り、時点
t₅で「０」となり、それが時点t₈まで保ち、次で
時点t₈から立上り、時点t₉で「１」となり、以後
「１」を保つ電流I_H2が流れる。

さらに、並列回路Ｕ２の電流路Ｈ３に、第２図
Ｅに示すように、時点t₇から立上り、時点t₈で
「１」となり、それが時点t₉まで保ち、次で時点
t₉から立下り、時点t₁₀で「０」となり、以後
「０」を保つ電流I_H3が流れる。

また、電流路Ｈ４に、第２図Ｆに示すように、
時点t₁で立上り、時点t₂で「１」となり、それ
が、時点t₇まで保ち、次で時点t₇から立下り、時
点t₈で「０」となり、それが時点t₉まで保ち、次
で時点t₉から立上り、時点t₁₀で「１」となり、以
後「１」を保つ電流I_H4が流れる。

ところで、電流路Ｈ３に流れる電流I_H3は、入
力パルス電流I_Fに基き、それが「１」から「０」
に転換するに応じて所定の期間「１」をとる電流
であり、従つて、その電流I_H3を目的とする出力
パルス電流とすることができる。

よつて、第１図に示す本発明によるパルス発生
回路によれば、入力パルス電流I_Fに基き、それ
が、「１」より「０」に転換するに応じて、所定
の期間「１」をとる出力パルス電流（電流I_H3）
を得ることができる。そして、その出力パルス電
流を、４つの超伝導ジヨセフソンスイツチＳ１，
Ｓ２，Ｓ３及びＳ４と、２つのインダクタＬ１及
びＬ２と具備するという、簡易な構成で得ること
ができる。

また、出力パルス電流が、入力パルス電流I_Fが
「１」から「０」に転換した時点t₇から立上るの
で、出力パルス電流を、入力パルス電流I_Fが
「１」から「０」に転換するに応じて速やかに
「１」をとるものとして得ることができる。

さらに、出力パルス電流が「０」から「１」
に、及び「１」から「０」になるのに要する時間
を、インダクタＬ２の値によつて互に等しい所望
の値に設定することができ、また、出力パルス電
流が「１」をとる期間を、インダクタＬ１の値に
よつて所望の値に設定することができる。

なお、上述においては、入力パルス電流I_Fがあ
る時点から立上つてその時点から遅れた時点で
「１」となり、次でその後者の時点から遅れた時
点から立下り、その時点から遅れた時点で「０」
となる台形波である場合につき述べた。しかしな
がら、入力パルス電流I_Fが、ある時点から直ちに
「１」となり、次でその時点から遅れた時点から
直ちに「０」となる、または後者の時点から立下
り、その後者の時点から遅れた時点で「０」とな
る矩形波または台形波である場合であつても、ま
た、ある時点から立上つて、その時点から遅れた
時点で「１」となり、次でその後者の時点から直
ちに「０」となる、または後者の時点から立下
り、その後者の時点から遅れた時点で「０」とな
る、若しくは後者の時点から遅れた時点から立下
り、その時点から遅れた時点で「０」となる鋸歯
状波または三角波若しくは台形波であつても、上
述したと同様の出力パルス電流を得ることができ
る。

また、上述した超伝導ジヨセフソンスイツチＳ
１〜Ｓ４は、それ自体公知の種々のものを適用し
得るが、とくにスイツチＳ１〜Ｓ４としては特開
昭57−53139号公報明細書及び図面に記載（特に、
第４図及び明細書のそれに関する記載）のものを
適用し得る。

さらに、上述においては、本発明の一例を示し
たに留まり、本発明の精神を脱することなしに、
種々の変型、変更をなし得るであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による超伝導ジヨセフソンス
イツチを用いたパルス発生回路を用いたパルス発
生回路の一例を示す接続図である。第２図Ａ〜Ｆ
は、その説明に供する電流波形図である。 Ｓ１〜Ｓ４……超伝導ジヨセフソンスイツチ、
JA，JB……超伝導接合素子、EA，EB……バイ
アス電流線、GA，GB１，GB２……制御線、Ｌ
１，Ｌ２……インダクタ、Ｈ１〜Ｈ５……電流
路、Ｕ１，Ｕ２……並列回路、Ｂ１，Ｂ２……電
源電流路、Ｆ……入力パルス電流路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超伝導ジヨセフソン接合素子と、該超伝導ジ
   ヨセフソン接合素子を介挿しているバイアス電流
   線と、少くとも１つの制御線とを有し、上記バイ
   アス電流線に２値表示で「１」及び「０」をとる
   電流が「１」で供給されている状態で、上記制御
   線に２値表示で「１」及び「０」をとる電流が
   「０」で供給されている状態から「１」で供給さ
   れた場合、上記超伝導ジヨセフソン接合素子が零
   電圧状態から有電圧状態に転換する第１の超伝導
   ジヨセフソンスイツチと、 超伝導ジヨセフソン接合素子と、該超伝導ジヨ
   セフソン接合素子を介挿しているバイアス電流線
   と、少くとも２つの第１及び第２の制御線とを有
   し、上記バイアス電流線に２値表示で「１」及び
   「０」をとる電流が「１」で供給されている状態
   で、上記第１の制御線のみに２値表示で「１」及
   び「０」をとる電流が「０」で供給されている状
   態から「１」で供給された場合、上記超伝導ジヨ
   セフソン接合素子が零電圧状態から有電圧状態に
   転換し、上記第１及び第２の制御線の双方に２値
   表示で「１」及び「０」をとる電流が「１」で供
   給されている場合、上記第２の制御線のみに２値
   表示で「１」及び「０」をとる電流が「１」で供
   給されている場合、及び上記第１及び第２の制御
   線の双方に２値表示で「１」及び「０」をとる電
   流が「０」で供給されている場合、上記超伝導ジ
   ヨセフソン接合素子が零電圧状態を維持している
   第２、第３及び第４の超伝導ジヨセフソンスイツ
   チと、 第１及び第２のインダクタとを具備し、 上記第１の超伝導ジヨセフソンスイツチの超伝
   導ジヨセフソン接合素子と、上記第１のインダク
   タと、上記第３の超伝導ジヨセフソンスイツチの
   第２の制御線と、上記第４の超伝導ジヨセフソン
   スイツチの第１の制御線とが直列に接続されて第
   １の直列回路が形成され、該第１の直列回路を含
   んで第１の電流路が形成され、 上記第２の超伝導ジヨセフソンスイツチの超伝
   導ジヨセフソン接合素子と、上記第３の超伝導ジ
   ヨセフソンスイツチの第１の制御線とが直列に接
   続されて第２の直列回路が形成され、該第２の直
   列回路を含んで第２の電流回路が形成され、 上記第１及び第２の電流路が並列に接続されて
   第１の並列回路が形成され、該第１の並列回路が
   電源線路に介挿され、 上記第３の超伝導ジヨセフソンスイツチの超伝
   導ジヨセフソン接合素子と、上記第２のインダク
   タと、上記第２の超伝導ジヨセフソンスイツチの
   第２の制御線と、上記第１の超伝導ジヨセフソン
   スイツチの制御線とが直列に接続されて第３の直
   列回路が形成され、該第３の直列回路を含んで第
   ３の電流路が形成され、 上記第４の超伝導ジヨセフソンスイツチの超伝
   導ジヨセフソン接合素子を含んで第４の電流路が
   形成され、 上記第３及び第４の電流路が並列に接続されて
   第２の並列回路が形成され、該第２の並列回路が
   電源線路に介挿され、 上記第２の超伝導ジヨセフソンスイツチの第１
   の制御線と、上記第４の超伝導ジヨセフソンスイ
   ツチの第２の制御線とに、２値表示で「１」及び
   「０」をとる入力パルス電流が供給されるように
   なされ、 上記第３の電流路に、２値表示で「１」及び
   「０」をとる出力パルス電流が、上記入力パルス
   電流が「１」から「０」に転換するのに応じて、
   所定の期間「１」をとるものとして得られること
   を特徴とする超伝導ジヨセフソンスイツチを用い
   たパルス発生回路。