JPS6398219A - ジヨセフソン論理装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は順序動作を行なうジョセフソン論理装置におい
て、 ３相以上の多相電源を、正弦波９台形波その他パルスに
直流を加算した波形とすることにより、マージンを大き
くしたものである。

（産業上の利用分野） 本発明はジョセフソン論理装置に係り、特に多段接続さ
れたジョセフソン論理回路に対して３相以上の多相の電
源を印加し、順序動作を行なわせるジョセフソン論理装
置に関する。

順序動作を行なうジョセフソン論理装置において、多相
電源方式はラッチ回路を簡単にするために有効である。

これは、通常ジョセフソン論理ゲートの電流−電圧特性
がヒステリシス特性を有していて、それ自体が信号保持
機能を有するためである。このため、２相電源力式は数
種類の提案がなされており、また３相電源力式は原理的
にレーシングが生じないので、ラッチ回路が不要である
という利点がある。

しかし、相数が増えるため、上記の多相電源方式では、
従来のようなトランス・レギュレータを用いて台形波状
の波形を作る電源回路は面積が増える。このため、外部
から印加される電源波形は波形整形することなくそのま
ま利用して、かつ、論理回路のマージンが小さくならな
い技術が必要とされる。

〔従来の技術〕

３相ないし３ｎ相（ただし、ｎは正の整数）の正弦波で
ジョセフソン論理回路を駆動する駆動方式が従来より知
られている（例えば、Ｋ、Ｈ。

Ｌｏｒｓｔｒｏｍ　ｅｔ　ａｌ　、　　Ｉ　Ｅ　Ｅ　Ｅ
　　Ｔｒａｎｓ、　Ｍａ（Ｉｎ、Ｍａａ−１３，ＮＱｌ
　、　ｐＤ５９７−６００（１９７７））。

第４図は従来のジョセフソン論理装置の一例のブロック
図を示す。同図中、交流電圧源１，２及び３より取り出
された交流電源電圧＃１．＃２及び＃３は位相が１２０
°ずつ順次にずれた正弦波である。

一方、入力端子４に入来した入力信号は多段接続された
ジョセフソン論理回路５−１．５−２゜５−３．５−４
．・・・の初段のジョセフソン論理回路５−１に供給さ
れる。ここで、ジョセフソン論理回路５−１〜５−４の
各々は多数個のジョセフソン論理ゲートや超伝導インダ
クタ、抵抗などを用いて所望の論理演算結果が得られる
構成とされており、ジョセフソン論理ゲートのバイアス
電流■９は交流電源電圧と位相同期して変化し、またそ
の出力電流は次段のジョセフソン論理ゲートへ入力電流
ｉｃとして人力される。

ここで、例えばジョセフソン論理回路５−２の入力初段
のＯＲゲートを構成するジョセフソン論理ゲート（ジョ
セフソン論理回路５−３．５−４゜・・・の入力初段の
ジョセフソン論理ゲートも同様）のしきい値特性は第５
図のバイアス電流（Ｉａ）対入力電流（ＩＣ）特性上に
おいてａで示す如く、原点に関して対称な特性を示す。

このジョセフソン論理ゲートの入力が“０パの場合は、
その動作点の軌跡は第５図にｂで示す如く、Ｉａ輪軸上
上下し、ゲートの最大バイアス電流■ｍを越さないよう
に正弦波振幅を選んでおく限り、ゲートはスイッチしな
い（出力は°“Ｏ”）。

一方、入力が“１″の場合はバイアス電流Ｉｇは入力電
流（Ｃに比し１２０′″の位相遅れがあるので、動作点
の軌跡はＩ（１−ＩＣ面上で楕円形となり、その楕円形
の軌跡が第５図に示すしきい値特性ａを越える（Ｉｏ、
Ｉｃの絶対値がしきい値より大となる）ことにより、ジ
ョセフソン論理ゲートは電圧状態にスイッチする（出力
“１”）。

組合せ論理回路であるジョセフソン論理回路５−１．５
−２．５−３．５−４．・・・に各々前記３相の交流電
源電圧＃１．＃２．＃３．＃１．・・・が印加される。

ジョセフソン論理回路５−１が正の電源電圧＃１により
動作をしてその論理出力が得られている間に、１２０＠
位相遅れのある交流電源電圧＃２が正となり、ジョセフ
ソン論理回路５−２が動作をしてジョセフソン論理回路
５−１の出力を入力信号として受け、それに対する所定
の論理動作を行う。ジョセフソン論理回路５−２より出
力が取り出されている間に、交流電源電圧　＃３が正と
なり、ジョセフソン論理回路５−３が入力信号に対して
所定の論理動作を行なう。以下、上記と同様にして順序
動作が行なわれる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の従来のジョセフソン論理装置は入力が“ＩＩＦ＋
の場合、動作点の軌跡が前記しきい値特性の外に出る必
要がある。この条件の数値的目安を得るため、Ｉｖ−１
ｃの直線上でしきい値特性ａを越す場合を考える。この
直線上でのしきい値が０．４Ｉｎであるものとすると、
正弦波状電源電圧による正弦波状バイアス電流の振幅が
ｌｌｌ１１７）場合、動作点の軌跡は入力が１″の場合
、第５図に０１で示す如き楕円形になりＩｇ＝　Ｉｃの
直線上で０．５ｉｍの点を通る。

また、上記正弦波状バイアス電流の振幅が０．８［の場
合、動作点の軌跡は第５図にＣ２で示す如く、Ｉｇ＝Ｉ
ｃの直線上で０．４１ｍを通る。ジョセフソン論理ゲー
トの最大バイアス電流はＩｍであるから、正弦波状電圧
の最大値は第５図に示す軌跡Ｃ１が得られるときであり
、またバイアス電流１ｇのしきい値は０．４Ｉｍである
から、正弦波状電源電圧の最小値は第５図に丞す軌跡Ｃ
２が得られるときであり、これより小なる振幅の場合は
しきい値を越さず、ジョセフソン論理ゲートはスイッチ
しない。

従って、正常動作のための電源電圧の振幅は、バイアス
電流の振幅で０．８１ｍ−Ｉｍの範囲となる。この電源
電圧の振幅範囲がマージンであり、製造時の各種バラツ
キに対する許容度を示す。しかし、このマージンは上記
したように従来装置では０．８（ｍ〜Ｉｍの範囲にすぎ
ず、マージンが小であるという問題点があった。

また、６相の電源電圧によって駆動される従来のジョセ
フソン論理装置内のジョセフソン論理ゲートのしきい値
特性は第６図にｄで示す如くになり、また人力ＩＩ　Ｏ
１１のときの動作点の軌跡は同図にｅで示す如くになる
。更に入力゛１”のときの動作点の軌跡は、上記と同様
の考察から第６図に示す如く、最大でｆｌ、最小でｆ２
となり、正常動作の電源電圧の振幅範囲はバイアス電流
の振幅が０．４６１１Ｂ　（＝　０．４１ａ＋　ｘ２ｒ
丁）から１ｍまでの範囲となり、３相の場合よりも広い
。

しかしながら、６相電源駆動力式では、１段当りの順序
動作に最低６ゲートを通過する必要があり、論理動作に
よってはゲート数が不要に多くなるという問題点があっ
た。

本発明は上記の点に鑑み創作されたもので、広マージン
で動作可能なジョセフソン論理装置を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のジョセフソン論理装置は、多段接続された複数
のジョセフソン論理回路と、位相が３６０°／ｍ（ただ
し、ｍは３以上の整数）ずつ累なり、かつ、直流電圧が
重畳された交流電源電圧を複数のジョセフソン論理回路
に順次に供給する電圧源からなる。

〔作用〕

多段接続された複数のジョセフソン論理回路には、交流
電源電圧に直流電圧が加え合わされた電源電圧が印加さ
れるため、ジョセフソン論理回路内のジョセフソン論理
ゲートの動作点の軌跡は、入力“１”のとぎバイアス電
流１ａ対入力電流ＩＣ特性上において楕円形となり、か
つ、その長軸と短軸の交点である中心点が第１染限又は
第３象限に位置する楕円形となる。

ｍ相の電源電圧によって駆動される複数のジョセフソン
論理回路は、順番に正の電源電圧が印加されるので、順
序動作を行なう。

〔実施例〕

第１図は本発明になるジョセフソン論理装置の一実施例
のブロック図を示す。同図中、第４図と同一構成部分に
は同一符号を付しである。第１図において、交流電圧源
７よりの交流電源電圧と直流電圧源８よりの直流電源電
圧とが夫々加算された電圧が電源電圧＃Ａとしてジョセ
フソン論理回路５−１．５−４．・・・に印加される。

同様に、交流電圧源９の出力交流電源電圧に直流電圧源
１０よりの直流電源電圧が重畳された電源電圧＃Ｂはジ
ョセフソン論理回路５−２等に印加され、交流電圧源１
１の出力交流電源電圧に直流電圧源１２よりの直流電源
電圧が重畳された電源電圧＃Ｃはジョセフソン論理回路
５−３等に印加される。

ここで、交流電圧源７．９及び１１の出力交流電源電圧
は互いに振幅が等しい正弦波で、かつ、位相が順次に１
２０°異なるように設定されである。

また、直流電圧源８．１０及び１２の出力直流電源電圧
は上記交流電圧源７．９及び１１の出力正弦波状電圧の
振幅に等しい正の直流電圧を夫々発生出力する。従って
、上記の電源電圧＃Ａ、　＃Ｂ及び＃Ｃは第１図の右側
に示す如き波形となる。

更に、上記電源電圧＃Ａ、＃Ｂ及び＃Ｃの最大値は、ジ
ョセフソン論理回路５−１〜５−４内の各ジョセフソン
論理ゲートの最大のバイアス電流［より大とならないよ
うに設定されている。

上記のジョセフソン論理ゲートは第２図（Ａ＞に１３で
示す如く、前段のジョセフソン論理回路から取り出され
た電流が入力電流ＩＣとして供給されると共に、電源電
圧＃Ａ〜＃Ｃのうちのいずれか−の電源電圧により正の
正弦波状のバイアス１！流Ｉａが抵抗（図示せず）を介
して供給される。

入力電流ＩＣが“１”のときは、バイアス電流Ｉｇは入
力電流）Ｃに対して位相が１２０°遅れる。

ここで、ジョセフソン論理ゲート１３が例えばジョセフ
ソン論理回路５−１．５−２．５−３゜５−４．・・・
のうち、２段目以降のジョセフソン論理回路の入力初段
のジョセフソン論理ゲートとすると、そのしきい値特性
は第２図（Ｂ）に示すバイアス電流対入力電流特性上に
おいてｑで示す如くになる（これは第５図に示したしき
い値特性ａと同じであり、第２図（Ｂ）では第３象限の
しきい値特性は図示を省略しである。）。

このジョセフソン論理ゲート１３の入力が０″の場合は
、その動作点の軌跡は第２図（Ｂ）にｈで示す如く、バ
イアス電流■す軸の０からＩ＋よりやや小なる値までの
範囲を上下する。これにより、ジョセフソン論理ゲート
１３は入力が“０”のときは電圧状態ヘスイッチするこ
とはなく、超伝導状態を保持する。すなわち、電源電圧
＃Ａ〜＃Ｃの最大値は、バイアス電流Ｉｇが［以下とな
るような値に選定される。そうでないと、入力が“Ｏ″
であるにも拘らず、出力が１”となってしまうからであ
る。

一方、入力が“１″の場合は、第５図と共に説明したよ
うに、上記動作点の軌跡は楕円形となり、かつ、電ＦＡ
電圧＃Ａ〜＃Ｃは０以上の電圧であるため、バイアス電
流１ｏは負になることはなく、第２図（Ｂ）のＩＩＪ−
１ｃ特性面上第１象限に軌跡が位置する。また、この入
力が“１″の場合の動作点の軌跡は最大で第２図（Ｂ）
に１１で示す如くになり、最小で１２で示す如くになる
。すなわち、第５図と同様にＩｔＪ＝ＩＣの直線上での
しきい値が０．４ｍｍであるものとし、ジョセフソン論
理ゲート１３の最大バイアス電流ｔｏがＩｎ＋であるも
のとすると、バイアス電流■９の最大値がＩｎとなるよ
うな最大値をもつ電源電圧入力時は、動作点の軌跡は入
力が“１″の場合、第２図（８）に１１で示す如き楕円
形になり、Ｉ（Ｊ＝ＩＣの直線上で０．７５１ｍの点を
通る。

これに対し、入力“１”の動作点の軌跡のうち、（ｇ＝
Ｉｃの直線上で０．４ｍｍの点を通る軌跡は第２図（Ｂ
）に１２で示す如くになり、その軌跡ｉ２のバイアス電
流ＩＯの最大値は０．５３１１１となる。従って、正常
動作のための電源電圧の振幅はバイアス電流の振幅で０
．５３１−からＩＩＩ＋の振幅が得られる範囲であり、
これは第４図に示した従来の振幅節回０．８１ｉ〜１ｍ
に比べ大である。

従って、本実施例によれば、従来の第４図に示した装置
よりも広マージンである。しかも、本実施例によれば、
第４図と同様にして順序動作を行なうことができる。

次に本発明の他の実施例につき説明するに、第３図は本
発明を６相電源駆動力式に適用した場合のしきい値特性
と動作点軌跡を示す。同図において、ｊはしきい値特性
で、前記したしきい値特性ａ、ｄ、ｇと同一の特性であ
る。また、入力が“Ｏ″のときのジョセフソン論理ゲー
トの動作点の軌跡は第３図にｋで示す如く、バイアス電
流Ｉｇ軸上０から１ｍの範囲内を上下する。また、入力
が“１″のときのジョセフソン論理ゲートの動作点の軌
跡は、正常動作を行なうときの電源電圧が最大振幅の場
合は之１で示す如き楕円形を示し、最小振幅の場合はｆ
１２で示す如き楕円形を示す。電源電圧が最小振幅の場
合の動作点の軌跡乏２において、バイアス電流Ｉｇの最
大値は０．４３１ｍとなる。

従って、本実施例における電′ｒＡ電圧振幅範囲は、バ
イアス電流Ｉ（Ｊが０．４３１１１〜■ｍの範囲であり
、これは従来の第６図にした０、４６１ｍ〜１ｍに比べ
大であり、広マージンが得られる。本実力蓬例の場合は
、互いに位相が６０’　　（＝　３６０°／６）ずつ異
なり、かつ、正弦波の振幅に等しい値の正の直流電圧が
正弦波形の電源電圧に重畳された６相の電源電圧が、複
数のジョセフソン論理回路に対して６回路を単位として
順次に印加されることにより、順序動作が行なわれる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
例えば＠畳する直流電源電圧は交流電源電圧の振幅より
小であってもよく、また交流電源電圧の振幅より大であ
っても、ジョセフソン論理ゲートがリセットするために
十分であればよい。

更に、しきい値特性は原点を中心と゛して対称であるか
ら、直流電源電圧の極性は負でもよい。従って、ジョセ
フソン論理ゲートの動作点の軌跡は、入力が１″の場合
は楕円形の長袖と短軸との交点（中心点）がＩＱ−ＩＣ
特性面上の第１象限又は第３象限に位置せしめられる。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば、交流電圧に直流電圧をΦ
畳してなる電源電圧により、多段接続された複数のジョ
セフソン論理回路を駆動することにより、ジョセフソン
論理回路内のジョセフソン論理ゲートの入力“１°゛の
ときの動作点の軌跡を、長軸と短軸との交点がＩａ−Ｉ
ｃ特性面上の第１象限又は第３象限に位置する楕円形と
なるようにしたので、同じ多相電源駆動方式のジョセフ
ソン論理装置に比し広マージンとすることができ、３相
電源駆動力式の場合は６相電源駆動力式に比し、不要な
ゲート数を少なくすることができる等の特長を有するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図（
Ａ）、（Ｂ）は夫々第１図図示ブロック中の要部の動作
説明図及びしきい値特性と動作点軌跡を示す図、 第３図は本発明のしきい値特性と動作点軌跡の他の実施
例を示す図、 第４図は従来装置の一例を示すブロック図、第５図は第
４図図示ブロック図のしきい値特性と動作点軌跡を示す
図、 第６図は従来装置のしきい値特性と動性点軌跡の他の例
を示す図である。 図において、 ４は入力端子、 ５−１〜５−４はジョセフソン論理回路、７．９．１１
は交流電圧源、 ８．１０．１２は直流電圧源、 ＩＱはバイアス電流、 ＩＣは入力電流である。 第１図 第２図 第３図 岸υ陀狡量の一卆１ｆ１プロ・ν２回 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 多段接続された複数のジョセフソン論理回路（５−１〜
   ５−４、…）と、 位相が３６０°／ｍ（ただし、ｍは３以上の整数）ずつ
   異なり、かつ、直流電圧が重畳された交流電源電圧を該
   複数のジョセフソン論理回路に順次に供給する電圧源（
   ７〜１２）とよりなり、 該複数のジョセフソン論理回路を順序動作せしめるよう
   構成したことを特徴とするジョセフソン論理装置。