JP3133830B2 - Ｓｑｕｉｄ磁束計 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＳＱＵＩＤ磁束計に関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】ＳＱＵＩＤ磁束計は、あらゆる磁束計の
中で最も感度が高く、特に、生体から発する磁界の測定
に利用され、臨床応用面からより高特性のＳＱＵＩＤ磁
束計が要望されている。
中で最も感度が高く、特に、生体から発する磁界の測定
に利用され、臨床応用面からより高特性のＳＱＵＩＤ磁
束計が要望されている。
【０００３】図６は、従来の超伝導フィードバック回路
内蔵型ＳＱＵＩＤ磁束計の回路図である（特開昭６３−
２９０９７９号公報、特開昭６４−２１３７８号公
報）。
内蔵型ＳＱＵＩＤ磁束計の回路図である（特開昭６３−
２９０９７９号公報、特開昭６４−２１３７８号公
報）。
【０００４】ＳＱＩＤチップＳ’において、地磁気を打
ち消す１次微分型のピックアップコイル１０は、ＳＱＵ
ＩＤ素子１２と磁気結合されている。ＳＱＵＩＤ素子１
２は、超伝導ループにジョセフソン接合Ｊ１とジョセフ
ソン接合Ｊ２とが介在されて構成されている。このＳＱ
ＵＩＤ素子１２には、交流バイアス電流源１４から図７
（Ａ）に示すような交流バイアス電流が供給されてい
る。
ち消す１次微分型のピックアップコイル１０は、ＳＱＵ
ＩＤ素子１２と磁気結合されている。ＳＱＵＩＤ素子１
２は、超伝導ループにジョセフソン接合Ｊ１とジョセフ
ソン接合Ｊ２とが介在されて構成されている。このＳＱ
ＵＩＤ素子１２には、交流バイアス電流源１４から図７
（Ａ）に示すような交流バイアス電流が供給されてい
る。
【０００５】一方、書き込みゲート１６は、ＳＱＵＩＤ
素子１８の近くに磁気結合線２０が設けられている。磁
気結合線２０は、その一端がＳＱＵＩＤ素子１８に接続
され、他端がＳＱＵＩＤ素子１２に接続されている。Ｓ
ＱＵＩＤ素子１８は、超伝導蓄積ループ２２と共に環状
に接続されている。負のフィードバック磁束は、コイル
２４を介してＳＱＵＩＤ素子１２に供給される。ＳＱＵ
ＩＤ素子１２から出力される電圧パルスはカウンタ３２
に供給されて計数され、その計数値Ｃ１が磁束の計測値
として出力される。
素子１８の近くに磁気結合線２０が設けられている。磁
気結合線２０は、その一端がＳＱＵＩＤ素子１８に接続
され、他端がＳＱＵＩＤ素子１２に接続されている。Ｓ
ＱＵＩＤ素子１８は、超伝導蓄積ループ２２と共に環状
に接続されている。負のフィードバック磁束は、コイル
２４を介してＳＱＵＩＤ素子１２に供給される。ＳＱＵ
ＩＤ素子１２から出力される電圧パルスはカウンタ３２
に供給されて計数され、その計数値Ｃ１が磁束の計測値
として出力される。
【０００６】上記構成において、ＳＱＵＩＤ素子１２が
ピックアップコイル１０を介して入力磁束を受けると、
磁気結合線２０には図７（Ｂ）に示すような電圧に比例
した書き込み電流パルスが供給され、ＳＱＵＩＤ素子１
８を介して超伝導蓄積ループ２２に図７（Ｃ）に示すよ
うな磁束ψが磁束量子単位で蓄積される。この蓄積磁束
ψに比例した磁束がフィードバックループ２４を介して
ＳＱＵＩＤ素子１２にフィードバックされ、ピックアッ
プコイル１０からの入力磁束を打ち消してＳＱＵＩＤ素
子１２内の全磁束が０になるように動作点を維持する。
ピックアップコイル１０を介して入力磁束を受けると、
磁気結合線２０には図７（Ｂ）に示すような電圧に比例
した書き込み電流パルスが供給され、ＳＱＵＩＤ素子１
８を介して超伝導蓄積ループ２２に図７（Ｃ）に示すよ
うな磁束ψが磁束量子単位で蓄積される。この蓄積磁束
ψに比例した磁束がフィードバックループ２４を介して
ＳＱＵＩＤ素子１２にフィードバックされ、ピックアッ
プコイル１０からの入力磁束を打ち消してＳＱＵＩＤ素
子１２内の全磁束が０になるように動作点を維持する。
【０００７】図７（Ｂ）に示す書き込みパルスにおい
て、正のパルスは、ピックアップコイル１０からＳＱＵ
ＩＤ素子１２へ供給される磁束とコイル２４からＳＱＵ
ＩＤ素子１２へ供給される磁束とを重ね合わせた全磁束
が増加したときに生じ、これにより計数値Ｃ１がインク
リメントされ、負のパルスは、この全磁束が減少（前記
と逆方向の磁束が増加）したときに生じ、これにより計
数値Ｃ１がデクリメントされる。
て、正のパルスは、ピックアップコイル１０からＳＱＵ
ＩＤ素子１２へ供給される磁束とコイル２４からＳＱＵ
ＩＤ素子１２へ供給される磁束とを重ね合わせた全磁束
が増加したときに生じ、これにより計数値Ｃ１がインク
リメントされ、負のパルスは、この全磁束が減少（前記
と逆方向の磁束が増加）したときに生じ、これにより計
数値Ｃ１がデクリメントされる。
【０００８】このようなＳＱＵＩＤ磁束計は、交流バイ
アス電流源１４を除きワンチップ化が可能であり、多数
の磁束計をワンチップ内に並設して磁界分布を測定する
ことができるという利点を有する。このワンチップ化に
より、室温側回路と低温側ＳＱＵＩＤチップとを接続す
るケーブルの本数が低減して室温側から低温側への熱流
入が減少し、また、チャンネル間のクロストークが減少
するという利点もある。
アス電流源１４を除きワンチップ化が可能であり、多数
の磁束計をワンチップ内に並設して磁界分布を測定する
ことができるという利点を有する。このワンチップ化に
より、室温側回路と低温側ＳＱＵＩＤチップとを接続す
るケーブルの本数が低減して室温側から低温側への熱流
入が減少し、また、チャンネル間のクロストークが減少
するという利点もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、交流バイアス
電流の正及び負のサイクルの各々について１磁束量子し
か超伝導蓄積ループ２２に書き込むことができない。Ｓ
ＱＵＩＤ素子１２への磁束フィードバックが１次遅れ系
であるため、入力磁束に対するＳＱＵＩＤ素子１２への
磁束フィードバックの応答速度Δψ・ｆが遅い。ここ
に、Δψは、磁束量子を超伝導蓄積ループ２２に１つ書
き込んだときのフィードバック磁束であり、ｆは交流バ
イアス電流の周波数である。
電流の正及び負のサイクルの各々について１磁束量子し
か超伝導蓄積ループ２２に書き込むことができない。Ｓ
ＱＵＩＤ素子１２への磁束フィードバックが１次遅れ系
であるため、入力磁束に対するＳＱＵＩＤ素子１２への
磁束フィードバックの応答速度Δψ・ｆが遅い。ここ
に、Δψは、磁束量子を超伝導蓄積ループ２２に１つ書
き込んだときのフィードバック磁束であり、ｆは交流バ
イアス電流の周波数である。
【００１０】応答速度を上げるために、バイアス周波数
をある値より高くした場合、前回のＳＱＵＩＤ素子のス
イッチが次のクロックに影響を与えるため、バイアス周
波数の上限は回路定数によって決まる値で制限される。
さらに、Δψを大きくすると、フィードバック磁束によ
る量子化雑音が大きくなる。
をある値より高くした場合、前回のＳＱＵＩＤ素子のス
イッチが次のクロックに影響を与えるため、バイアス周
波数の上限は回路定数によって決まる値で制限される。
さらに、Δψを大きくすると、フィードバック磁束によ
る量子化雑音が大きくなる。
【００１１】したがって、入力磁束が短時間で大きく変
化した場合には、磁束を正確に測定することができなく
なる。測定対象によっては、感度を犠牲にしても応答速
度を上げることが要求される。
化した場合には、磁束を正確に測定することができなく
なる。測定対象によっては、感度を犠牲にしても応答速
度を上げることが要求される。
【００１２】本発明の目的は、このような問題点に鑑
み、入力磁束が短時間で大きく変化してもこの変化に追
従して磁束を正確に測定することが可能なＳＱＵＩＤ磁
束計を提供することにある。
み、入力磁束が短時間で大きく変化してもこの変化に追
従して磁束を正確に測定することが可能なＳＱＵＩＤ磁
束計を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段及びその作用】図１は、本
発明に係るＳＱＵＩＤ磁束計の原理構成を示す。
発明に係るＳＱＵＩＤ磁束計の原理構成を示す。
【００１４】請求項１のＳＱＵＩＤ磁束計では、 超伝導
リングに２つのジョセフソン接合（Ｊ１、Ｊ２）が介在
されたＳＱＵＩＤ素子（１）と、 該ＳＱＵＩＤ素子に周
波数ｆの交流バイアス電流（Ｉ B ）を供給する交流バイ
アス電流源（２）と、 該ＳＱＵＩＤ素子への入力磁束の
時間微分値に応じた制御信号（ＣＳ）を出力する制御回
路（３）と、 入力端が該ＳＱＵＩＤ素子の出力端に接続
され、該制御信号に応じてパルスを出力するパルス数逓
倍回路（４）と、 該パルス数逓倍回路からパルスが供給
され該ＳＱＵＩＤ素子に磁束を加えるフィードバック回
路（５）とを有する。
リングに２つのジョセフソン接合（Ｊ１、Ｊ２）が介在
されたＳＱＵＩＤ素子（１）と、 該ＳＱＵＩＤ素子に周
波数ｆの交流バイアス電流（Ｉ B ）を供給する交流バイ
アス電流源（２）と、 該ＳＱＵＩＤ素子への入力磁束の
時間微分値に応じた制御信号（ＣＳ）を出力する制御回
路（３）と、 入力端が該ＳＱＵＩＤ素子の出力端に接続
され、該制御信号に応じてパルスを出力するパルス数逓
倍回路（４）と、 該パルス数逓倍回路からパルスが供給
され該ＳＱＵＩＤ素子に磁束を加えるフィードバック回
路（５）とを有する。
【００１５】このＳＱＵＩＤ磁束計では、パルス数逓倍
回路４の出力パルス１個に対するＳＱＵＩＤ素子１への
フィードバック磁束をΔψとすると、ＳＱＵＩＤ素子１
への入力磁束に対するＳＱＵＩＤ素子１への磁束フィー
ドバックの応答速度がΔψ・ｎｆとなり、このｎの値は
入力磁束の時間微分値が大きくなるほど大きくなるの
で、入力磁束が短時間で大きく変化してもフィードバッ
ク磁束がこれに追従し、入力磁束を正確に測定すること
ができる。
回路４の出力パルス１個に対するＳＱＵＩＤ素子１への
フィードバック磁束をΔψとすると、ＳＱＵＩＤ素子１
への入力磁束に対するＳＱＵＩＤ素子１への磁束フィー
ドバックの応答速度がΔψ・ｎｆとなり、このｎの値は
入力磁束の時間微分値が大きくなるほど大きくなるの
で、入力磁束が短時間で大きく変化してもフィードバッ
ク磁束がこれに追従し、入力磁束を正確に測定すること
ができる。
【００１６】請求項２のＳＱＵＩＤ磁束計では、請求項
１において、前記パルス数逓倍回路（４）は、前記制御
信号に応じて、１個の入力パルスに対しｎ個（ｎは自然
数）のパルスを出力し、該入力パルスの極性と該出力さ
れたパルスの極性とが対応している。 請求項３のＳＱＵ
ＩＤ磁束計では、請求項１又は２において、前記フィー
ドバック回路（５）は、前記パルス数逓倍回路から出力
される正パルスの個数Ｐと負パルスの個数Ｑとの差（Ｐ
−Ｑ）に比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤ素子に加える。
１において、前記パルス数逓倍回路（４）は、前記制御
信号に応じて、１個の入力パルスに対しｎ個（ｎは自然
数）のパルスを出力し、該入力パルスの極性と該出力さ
れたパルスの極性とが対応している。 請求項３のＳＱＵ
ＩＤ磁束計では、請求項１又は２において、前記フィー
ドバック回路（５）は、前記パルス数逓倍回路から出力
される正パルスの個数Ｐと負パルスの個数Ｑとの差（Ｐ
−Ｑ）に比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤ素子に加える。
【００１７】請求項４のＳＱＵＩＤ磁束計では、請求項
１乃至３のいずれか１つにおいて、前記パルス数逓倍回
路（４）は、超伝導ゲート（２６）と周波数可変交流電
流源（２８）とを有する。 請求項５のＳＱＵＩＤ磁束計
では、請求項１乃至４のいずれか１つにおいて、前記制
御回路（３０）は、前記パルス数逓倍回路（４）に供給
される正パルスの個数ｐと負パルスの個数ｑとの差（ｐ
−ｑ）の時間微分値と該パルス数逓倍回路（４）から出
力されるパルス数ｎ（ｎは自然数）とに応じた制御信号
を出力する。 請求項６のＳＱＵＩＤ磁束計では、請求項
４において、前記制御回路（３０）は、前記超伝導ゲー
トから出力される正パルスの個数Ｐと負パルスの個数Ｑ
との差Ｐ−Ｑの時間微分値に応じた制御信号を出力す
る。
１乃至３のいずれか１つにおいて、前記パルス数逓倍回
路（４）は、超伝導ゲート（２６）と周波数可変交流電
流源（２８）とを有する。 請求項５のＳＱＵＩＤ磁束計
では、請求項１乃至４のいずれか１つにおいて、前記制
御回路（３０）は、前記パルス数逓倍回路（４）に供給
される正パルスの個数ｐと負パルスの個数ｑとの差（ｐ
−ｑ）の時間微分値と該パルス数逓倍回路（４）から出
力されるパルス数ｎ（ｎは自然数）とに応じた制御信号
を出力する。 請求項６のＳＱＵＩＤ磁束計では、請求項
４において、前記制御回路（３０）は、前記超伝導ゲー
トから出力される正パルスの個数Ｐと負パルスの個数Ｑ
との差Ｐ−Ｑの時間微分値に応じた制御信号を出力す
る。
【００１８】請求項４〜６記載のＳＱＵＩＤ磁束計によ
れば、ＳＱＵＩＤ磁束計の構成が簡単になり、また、Ｓ
ＱＵＩＤ素子１２、超伝導ゲート２６及びフィードバッ
ク回路１６、２２、２４をワンチップ化することが可能
となる。
れば、ＳＱＵＩＤ磁束計の構成が簡単になり、また、Ｓ
ＱＵＩＤ素子１２、超伝導ゲート２６及びフィードバッ
ク回路１６、２２、２４をワンチップ化することが可能
となる。
【００１９】請求項７のＳＱＵＩＤ磁束計では、請求項
４記載のＳＱＵＩＤ磁束計から前記周波数可変交流電流
源（２８）と前記制御回路（３）とが取り除かれたＳＱ
ＵＩＤ回路（Ｓ１〜ＳＮ）を複数個有すると共に、周波
数可変交流電流源と制御回路（３０）とを有し、該周波
数可変交流電流源の出力端が該各ＳＱＵＩＤ回路（Ｓ１
〜ＳＮ）に接続されている。
４記載のＳＱＵＩＤ磁束計から前記周波数可変交流電流
源（２８）と前記制御回路（３）とが取り除かれたＳＱ
ＵＩＤ回路（Ｓ１〜ＳＮ）を複数個有すると共に、周波
数可変交流電流源と制御回路（３０）とを有し、該周波
数可変交流電流源の出力端が該各ＳＱＵＩＤ回路（Ｓ１
〜ＳＮ）に接続されている。
【００２０】この構成の場合、室温側回路と低温側ＳＱ
ＵＩＤチップＳＳとを接続する信号線の本数は、従来よ
りも周波数可変交流電流供給用が１本増えるだけであ
り、この１本の信号線を介して、室温側から低温側に侵
入してくる熱量の影響は比較的小さい。
ＵＩＤチップＳＳとを接続する信号線の本数は、従来よ
りも周波数可変交流電流供給用が１本増えるだけであ
り、この１本の信号線を介して、室温側から低温側に侵
入してくる熱量の影響は比較的小さい。
【００２１】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。
する。
【００２２】［第１実施例］図２は、第１実施例のＳＱ
ＵＩＤ磁束計を示す。図６と同一構成要素には、同一符
号を付してその説明を省略する。
ＵＩＤ磁束計を示す。図６と同一構成要素には、同一符
号を付してその説明を省略する。
【００２３】このＳＱＵＩＤ磁束計は、ＳＱＵＩＤチッ
プＳと、室温側の回路とからなる。ＳＱＵＩＤチップＳ
は、ＳＱＵＩＤ素子１２のバイアス入力端と書き込みゲ
ート１６の入力端との間に、超伝導ゲートである１入力
オアゲート２６が接続されている。ＳＱＵＩＤチップＳ
の他の点は図６と同一構成である。
プＳと、室温側の回路とからなる。ＳＱＵＩＤチップＳ
は、ＳＱＵＩＤ素子１２のバイアス入力端と書き込みゲ
ート１６の入力端との間に、超伝導ゲートである１入力
オアゲート２６が接続されている。ＳＱＵＩＤチップＳ
の他の点は図６と同一構成である。
【００２４】室温側回路は、次の通りである。すなわ
ち、交流バイアス電流源１４は、ＳＱＵＩＤ素子１２の
バイアス入力端に固定周波数ｆの交流バイアス電流ＩC
を供給し、周波数可変交流バイアス電流源２８は、１入
力オアゲート２６の電源入力端に可変周波数４ｎｆの交
流電源電流ＩCを供給する。ここに、ｎは自然数であ
り、ｎ＝１の場合には例外として周波数ｆの交流電源電
流ＩCを供給してもよく、以下においてはこの場合を説
明する。周波数可変交流バイアス電流源２８は、例えば
ファンクションジェネレータ又はシンセサイザーで構成
されている。制御回路３０は、交流バイアス電流源１４
及び周波数可変交流バイアス電流源２８に対し、交流バ
イアス電流ＩBと交流電源電流ＩC間の同期を取るための
制御信号を供給する。
ち、交流バイアス電流源１４は、ＳＱＵＩＤ素子１２の
バイアス入力端に固定周波数ｆの交流バイアス電流ＩC
を供給し、周波数可変交流バイアス電流源２８は、１入
力オアゲート２６の電源入力端に可変周波数４ｎｆの交
流電源電流ＩCを供給する。ここに、ｎは自然数であ
り、ｎ＝１の場合には例外として周波数ｆの交流電源電
流ＩCを供給してもよく、以下においてはこの場合を説
明する。周波数可変交流バイアス電流源２８は、例えば
ファンクションジェネレータ又はシンセサイザーで構成
されている。制御回路３０は、交流バイアス電流源１４
及び周波数可変交流バイアス電流源２８に対し、交流バ
イアス電流ＩBと交流電源電流ＩC間の同期を取るための
制御信号を供給する。
【００２５】１入力オアゲート２６の入力電圧ＶI及び
出力電圧ＶOはそれぞれ、室温側のカウンタ３２及びカ
ウンタ３４に供給される。カウンタ３２及び３４は共に
アップダウンカウンタであり、その計数値Ｃ１及びＣ２
は、負の電圧入力パルスでデクリメントされ、正の電圧
入力パルスでインクリメントされる。カウンタ３２の計
数値Ｃ１は、制御回路３０に供給され、制御回路３０
は、この計数値Ｃ１の時間微分値ΔＣ１／Δｔ及びｎの
値に基づいて周波数可変交流バイアス電流源２８に選択
制御信号ＣＳｎを供給し、周波数可変交流バイアス電流
源２８はこれに応じた周波数ｆ（ｎ＝１）又は４ｎｆ
（ｎ≧２）の交流電源電流ＩCを出力する。
出力電圧ＶOはそれぞれ、室温側のカウンタ３２及びカ
ウンタ３４に供給される。カウンタ３２及び３４は共に
アップダウンカウンタであり、その計数値Ｃ１及びＣ２
は、負の電圧入力パルスでデクリメントされ、正の電圧
入力パルスでインクリメントされる。カウンタ３２の計
数値Ｃ１は、制御回路３０に供給され、制御回路３０
は、この計数値Ｃ１の時間微分値ΔＣ１／Δｔ及びｎの
値に基づいて周波数可変交流バイアス電流源２８に選択
制御信号ＣＳｎを供給し、周波数可変交流バイアス電流
源２８はこれに応じた周波数ｆ（ｎ＝１）又は４ｎｆ
（ｎ≧２）の交流電源電流ＩCを出力する。
【００２６】次に、上記の如く構成された第１実施例の
動作を説明する。
動作を説明する。
【００２７】最初、制御回路３０は周波数可変交流バイ
アス電流源２８に選択制御信号ＣＳ１を供給し、周波数
可変交流バイアス電流源２８はこれに応答して周波数ｆ
の交流電源電流ＩCを出力する（ｎ＝１）。
アス電流源２８に選択制御信号ＣＳ１を供給し、周波数
可変交流バイアス電流源２８はこれに応答して周波数ｆ
の交流電源電流ＩCを出力する（ｎ＝１）。
【００２８】これにより、交流バイアス電流ＩB、オア
ゲート２６の入力電圧ＶI、交流電源電流ＩC及びオアゲ
ート２６の出力電流ＩOはそれぞれ図３（Ａ）〜（Ｄ）
に示す如くなる。すなわち、電流ＩOのパルス数は電圧
ＶIのパルス数と同一となり、図６の回路の動作と実質
的に同じになる。
ゲート２６の入力電圧ＶI、交流電源電流ＩC及びオアゲ
ート２６の出力電流ＩOはそれぞれ図３（Ａ）〜（Ｄ）
に示す如くなる。すなわち、電流ＩOのパルス数は電圧
ＶIのパルス数と同一となり、図６の回路の動作と実質
的に同じになる。
【００２９】ピックアップコイル１０を介しＳＱＵＩＤ
素子１２に入力される磁束の変化が速くなり、計数値Ｃ
１の時間微分値ΔＣ１／Δｔが設定値Ｄ１以上になる
と、制御回路３０は周波数可変交流バイアス電流源２８
に選択制御信号ＣＳ２を供給し、周波数可変交流バイア
ス電流源２８はこれに応答して周波数８ｆの交流電源電
流ＩCを出力する（ｎ＝２）。
素子１２に入力される磁束の変化が速くなり、計数値Ｃ
１の時間微分値ΔＣ１／Δｔが設定値Ｄ１以上になる
と、制御回路３０は周波数可変交流バイアス電流源２８
に選択制御信号ＣＳ２を供給し、周波数可変交流バイア
ス電流源２８はこれに応答して周波数８ｆの交流電源電
流ＩCを出力する（ｎ＝２）。
【００３０】これにより、交流バイアス電流ＩB、オア
ゲート２６の入力電圧ＶI、交流電源電流ＩC及びオアゲ
ート２６の出力電流ＩOはそれぞれ図４（Ａ）〜（Ｄ）
に示す如くなる。すなわち、オアゲート２６は、その出
力電流ＩOのパルス数が入力電圧ＶIのパルス数の２倍と
なる。この出力電流ＩOの各パルスにより、磁束量子が
書き込みゲート１６を介し超伝導蓄積ループ２２に書き
込まれて蓄積される。この際、正パルスの場合には蓄積
磁束ψが磁束Δψだけ増加し、負パルスの場合には蓄積
磁束ψが磁束Δψだけ減少する（以下同様）。出力電流
ＩOのパルス数が入力電圧ＶIのパルス数の２倍になるこ
とにより、計数値Ｃ１の時間微分値ΔＣ１／Δｔが減少
する。
ゲート２６の入力電圧ＶI、交流電源電流ＩC及びオアゲ
ート２６の出力電流ＩOはそれぞれ図４（Ａ）〜（Ｄ）
に示す如くなる。すなわち、オアゲート２６は、その出
力電流ＩOのパルス数が入力電圧ＶIのパルス数の２倍と
なる。この出力電流ＩOの各パルスにより、磁束量子が
書き込みゲート１６を介し超伝導蓄積ループ２２に書き
込まれて蓄積される。この際、正パルスの場合には蓄積
磁束ψが磁束Δψだけ増加し、負パルスの場合には蓄積
磁束ψが磁束Δψだけ減少する（以下同様）。出力電流
ＩOのパルス数が入力電圧ＶIのパルス数の２倍になるこ
とにより、計数値Ｃ１の時間微分値ΔＣ１／Δｔが減少
する。
【００３１】ΔＣ１／Δｔが減少して設定値Ｄ１以下と
なった後から、ピックアップコイル１０を介しＳＱＵＩ
Ｄ素子１２に入力される磁束の変化が更に速くなり、計
数値Ｃ１の時間微分値ΔＣ１／Δｔが再度設定値Ｄ１以
上になると、制御回路３０は周波数可変交流バイアス電
流源２８に選択制御信号ＣＳ３を供給し、周波数可変交
流バイアス電流源２８はこれに応答して周波数１２ｆの
交流電源電流ＩCを出力する。これにより、オアゲート
２６は、その出力電流ＩOのパルス数が入力電圧ＶIのパ
ルス数の３倍となり、計数値Ｃ１の時間微分値ΔＣ１／
Δｔが減少する（ｎ＝３）。以降、上記同様に動作す
る。
なった後から、ピックアップコイル１０を介しＳＱＵＩ
Ｄ素子１２に入力される磁束の変化が更に速くなり、計
数値Ｃ１の時間微分値ΔＣ１／Δｔが再度設定値Ｄ１以
上になると、制御回路３０は周波数可変交流バイアス電
流源２８に選択制御信号ＣＳ３を供給し、周波数可変交
流バイアス電流源２８はこれに応答して周波数１２ｆの
交流電源電流ＩCを出力する。これにより、オアゲート
２６は、その出力電流ＩOのパルス数が入力電圧ＶIのパ
ルス数の３倍となり、計数値Ｃ１の時間微分値ΔＣ１／
Δｔが減少する（ｎ＝３）。以降、上記同様に動作す
る。
【００３２】周波数可変交流バイアス電流源２８が周波
数４ｎｆ（ｎ≧２）の交流電源電流ＩCを出力している
状態で、計数値Ｃ１の時間微分値ΔＣ１／Δｔが減少し
て設定値Ｄ０（Ｄ０＜Ｄ１）以下となると、制御回路３
０は周波数可変交流バイアス電流源２８に選択制御信号
ＣＳｎ−１を供給し、周波数可変交流バイアス電流源２
８はこれに応答して、ｎ＝２の場合には周波数ｆ、ｎ≧
３の場合には周波数４（ｎ−１）ｆの交流電源電流ＩC
を出力する。これにより、オアゲート２６は、その出力
電流ＩOのパルス数が入力電圧ＶIのパルス数の（ｎ−
１）倍となり、計数値Ｃ１の時間微分値ΔＣ１／Δｔが
増加する。
数４ｎｆ（ｎ≧２）の交流電源電流ＩCを出力している
状態で、計数値Ｃ１の時間微分値ΔＣ１／Δｔが減少し
て設定値Ｄ０（Ｄ０＜Ｄ１）以下となると、制御回路３
０は周波数可変交流バイアス電流源２８に選択制御信号
ＣＳｎ−１を供給し、周波数可変交流バイアス電流源２
８はこれに応答して、ｎ＝２の場合には周波数ｆ、ｎ≧
３の場合には周波数４（ｎ−１）ｆの交流電源電流ＩC
を出力する。これにより、オアゲート２６は、その出力
電流ＩOのパルス数が入力電圧ＶIのパルス数の（ｎ−
１）倍となり、計数値Ｃ１の時間微分値ΔＣ１／Δｔが
増加する。
【００３３】カウンタ３４の計数値Ｃ２は、蓄積磁束ψ
に比例しており、計数値Ｃ２により、ピックアップコイ
ル１０で検出した磁束を知ることができる。
に比例しており、計数値Ｃ２により、ピックアップコイ
ル１０で検出した磁束を知ることができる。
【００３４】以上のような動作により、入力磁束に対す
るＳＱＵＩＤ素子１２への磁束フィードバックの応答速
度がΔψ・ｎｆとなり、このｎの値は入力磁束の時間微
分値が大きくなるほど大きくなるので、入力磁束が短時
間で大きく変化してもフィードバック磁束がこれに追従
し、入力磁束を正確に測定することができる。
るＳＱＵＩＤ素子１２への磁束フィードバックの応答速
度がΔψ・ｎｆとなり、このｎの値は入力磁束の時間微
分値が大きくなるほど大きくなるので、入力磁束が短時
間で大きく変化してもフィードバック磁束がこれに追従
し、入力磁束を正確に測定することができる。
【００３５】［第２実施例］図５は、第２実施例のＳＱ
ＵＩＤ磁束計を示す。
ＵＩＤ磁束計を示す。
【００３６】このＳＱＵＩＤ磁束計は、多チャンネルＳ
ＱＵＩＤチップＳＳがＮ個のＳＱＵＩＤ回路Ｓ１、Ｓ
２、・・・、ＳＮを備えており、各ＳＱＵＩＤ回路は、
図２のＳＱＵＩＤチップＳの回路と同一である。
ＱＵＩＤチップＳＳがＮ個のＳＱＵＩＤ回路Ｓ１、Ｓ
２、・・・、ＳＮを備えており、各ＳＱＵＩＤ回路は、
図２のＳＱＵＩＤチップＳの回路と同一である。
【００３７】ＳＱＵＩＤ回路Ｓ１〜ＳＮの交流バイアス
電流入力端にはそれぞれ互いに同一構成の交流バイアス
電流源１４１、１４２、・・・、１４Ｎの出力端が接続
され、ＳＱＵＩＤ回路Ｓ１〜ＳＮの交流電源電流入力端
は共に周波数可変交流バイアス電流源２８の出力端に接
続され、ＳＱＵＩＤ回路Ｓ１〜ＳＮの何れか１つ、例え
ばＳ２の図２に示す電圧入力端がカウンタ３２のクロッ
ク入力端に接続されている。
電流入力端にはそれぞれ互いに同一構成の交流バイアス
電流源１４１、１４２、・・・、１４Ｎの出力端が接続
され、ＳＱＵＩＤ回路Ｓ１〜ＳＮの交流電源電流入力端
は共に周波数可変交流バイアス電流源２８の出力端に接
続され、ＳＱＵＩＤ回路Ｓ１〜ＳＮの何れか１つ、例え
ばＳ２の図２に示す電圧入力端がカウンタ３２のクロッ
ク入力端に接続されている。
【００３８】他の点は図２と同一である。
【００３９】この第２実施例では、多チャンネルＳＱＵ
ＩＤチップＳＳを用いているが、室温側回路と低温側多
チャンネルＳＱＵＩＤチップＳＳとを接続する信号線の
本数は、従来よりも周波数可変交流バイアス電流源の出
力配線が１本増えるだけであり、この１本の信号線を介
し室温側から低温側へ侵入する熱量の影響は比較的小さ
い。
ＩＤチップＳＳを用いているが、室温側回路と低温側多
チャンネルＳＱＵＩＤチップＳＳとを接続する信号線の
本数は、従来よりも周波数可変交流バイアス電流源の出
力配線が１本増えるだけであり、この１本の信号線を介
し室温側から低温側へ侵入する熱量の影響は比較的小さ
い。
【００４０】なお、本発明には外にも種々の変形例が含
まれる。例えば、図２において、カウンタ３２を用い
ず、制御回路３０は、カウンタ３４の計数値Ｃ２の時間
微分値に基づいて上記選択制御信号ＣＳｎを出力する構
成であってもよい。また、書込みゲート１６及び超伝導
蓄積ループ２２の機能を公知の室温側回路で果す構成で
あってもよい。
まれる。例えば、図２において、カウンタ３２を用い
ず、制御回路３０は、カウンタ３４の計数値Ｃ２の時間
微分値に基づいて上記選択制御信号ＣＳｎを出力する構
成であってもよい。また、書込みゲート１６及び超伝導
蓄積ループ２２の機能を公知の室温側回路で果す構成で
あってもよい。
【００４１】
【発明の効果】以上説明した如く、請求項１記載のＳＱ
ＵＩＤ磁束計では、ＳＱＵＩＤ素子への交流バイアス電
流の周波数をｆとしパルス数逓倍回路の出力パルス１個
に対するＳＱＵＩＤ素子へのフィードバック磁束をΔψ
とすると、ＳＱＵＩＤ素子への入力磁束に対するＳＱＵ
ＩＤ素子への磁束フィードバックの応答速度がΔψ・ｎ
ｆとなり、このｎの値は入力磁束の時間微分値が大きく
なるほど大きくなるので、入力磁束が短時間で大きく変
化してもフィードバック磁束がこれに追従し、入力磁束
を正確に測定することができるという優れた効果を奏
し、ＳＱＵＩＤ磁束計の用途拡大に寄与するところが大
きい。
ＵＩＤ磁束計では、ＳＱＵＩＤ素子への交流バイアス電
流の周波数をｆとしパルス数逓倍回路の出力パルス１個
に対するＳＱＵＩＤ素子へのフィードバック磁束をΔψ
とすると、ＳＱＵＩＤ素子への入力磁束に対するＳＱＵ
ＩＤ素子への磁束フィードバックの応答速度がΔψ・ｎ
ｆとなり、このｎの値は入力磁束の時間微分値が大きく
なるほど大きくなるので、入力磁束が短時間で大きく変
化してもフィードバック磁束がこれに追従し、入力磁束
を正確に測定することができるという優れた効果を奏
し、ＳＱＵＩＤ磁束計の用途拡大に寄与するところが大
きい。
【００４２】請求項４〜６記載のＳＱＵＩＤ磁束計によ
れば、ＳＱＵＩＤ磁束計の構成が簡単になり、また、Ｓ
ＱＵＩＤ素子、超伝導ゲート及びフィードバック回路を
ワンチップ化することが可能となるという効果を奏す
る。
れば、ＳＱＵＩＤ磁束計の構成が簡単になり、また、Ｓ
ＱＵＩＤ素子、超伝導ゲート及びフィードバック回路を
ワンチップ化することが可能となるという効果を奏す
る。
【００４３】請求項７記載のＳＱＵＩＤ磁束計によれ
ば、室温側回路と低温側ＳＱＵＩＤチップとを接続する
信号線の本数は、従来よりも周波数可変交流電流供給用
が１本増えるだけであり、この１本の信号線を介し室温
側から低温側へ侵入する熱量の影響が比較的小さいとい
う効果を奏する。
ば、室温側回路と低温側ＳＱＵＩＤチップとを接続する
信号線の本数は、従来よりも周波数可変交流電流供給用
が１本増えるだけであり、この１本の信号線を介し室温
側から低温側へ侵入する熱量の影響が比較的小さいとい
う効果を奏する。
【図１】本発明に係るＳＱＵＩＤ磁束計の原理構成図で
ある。
ある。
【図２】本発明の第１実施例のＳＱＵＩＤ磁束計の回路
図である。
図である。
【図３】図２の回路の動作を示す波形図である。
【図４】図２の回路の動作を示す波形図である。
【図５】本発明の第２実施例のＳＱＵＩＤ磁束計の回路
図である。
図である。
【図６】従来のＳＱＵＩＤ磁束計の回路図である。
【図７】図６の回路の動作を示す波形図である。
Ｓ ＳＱＵＩＤチップ ＳＳ 多チャンネルＳＱＵＩＤチップ １０ ピックアップコイル １２、１８ ＳＱＵＩＤ素子 １４、１４１〜１４Ｎ 交流バイアス電流源 １６ 書き込みゲート ２０ 磁気結合線 ２２ 超伝導蓄積ループ ２４ フィードバックループ ２６ １入力オアゲート ２８ 周波数可変交流バイアス電流源 ３０ 制御回路 ３２、３４ カウンタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01R 33/00 - 33/18 H01L 39/22
Claims (7)
- 【請求項１】 超伝導リングに２つのジョセフソン接合
が介在されたＳＱＵＩＤ素子と、 該ＳＱＵＩＤ素子に周波数ｆの交流バイアス電流を供給
する交流バイアス電流源と、 該ＳＱＵＩＤ素子への入力磁束の時間微分値に応じた制
御信号を出力する制御回路と、 入力端が該ＳＱＵＩＤ素子の出力端に接続され、該制御
信号に応じてパルスを出力するパルス数逓倍回路と、 該パルス数逓倍回路からパルスが供給され該ＳＱＵＩＤ
素子に磁束を加えるフィードバック回路と、 を有することを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計。 - 【請求項２】 前記パルス数逓倍回路は、前記制御信号
に応じて、１個の入力パルスに対しｎ個（ｎは自然数）
のパルスを出力し、該入力パルスの極性と該出力された
パルスの極性とが対応している、 ことを特徴とする請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁束計。 - 【請求項３】 前記フィードバック回路は、前記パルス
数逓倍回路から出力される正パルスの個数Ｐと負パルス
の個数Ｑとの差（Ｐ−Ｑ）に比例した磁束を前記ＳＱＵ
ＩＤ素子に加える、 ことを特徴とする請求項１又は２記載のＳＱＵＩＤ磁束
計。 - 【請求項４】 前記パルス数逓倍回路は、超伝導ゲート
と周波数可変交流電流源とを有する、 ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載
のＳＱＵＩＤ磁束計。 - 【請求項５】 前記制御回路は、前記パルス数逓倍回路
に供給される正パルスの個数ｐと負パルスの個数ｑとの
差（ｐ−ｑ）の時間微分値と該パルス数逓倍回路から出
力されるパルス数ｎ（ｎは自然数）とに応じた制御信号
を出力する、 ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載
のＳＱＵＩＤ磁束計。 - 【請求項６】 前記制御回路は、前記超伝導ゲートから
出力される正パルスの個数Ｐと負パルスの個数Ｑとの差
Ｐ−Ｑの時間微分値に応じた制御信号を出力する、 ことを特徴とする請求項４記載のＳＱＵＩＤ磁束計。 - 【請求項７】 超伝導リングに２つのジョセフソン接合
が介在されたＳＱＵＩＤ素子と、 該ＳＱＵＩＤ素子に周波数ｆの交流バイアス電流を供給
する交流バイアス電流源と、 入力端が該ＳＱＵＩＤ素子の出力端に接続され、該入力
端に供給される信号に応答してパルスを出力する超伝導
ゲートと、 該超伝導ゲートからパルスが供給され該ＳＱＵＩＤ素子
に磁束を加えるフィードバック回路と、 を有するＳＱＵＩＤ回路を複数備え、さらに、 複数の該ＳＱＵＩＤ回路の各々の該超伝導ゲートの該電
源入力端に、制御信号に応じた周波数の交流バイアス電
流を供給する周波数可変交流電流源と、 複数の該ＳＱＵＩＤ回路の各々の該周波数可変交流電流
源に対し、該ＳＱＵＩＤ素子への入力磁束の時間微分値
に応じた該制御信号を出力する制御回路と を有する こと
を特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04198308A JP3133830B2 (ja) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | Ｓｑｕｉｄ磁束計 |
| US08/096,401 US5424641A (en) | 1992-07-24 | 1993-07-26 | SQUID fluxmeter having a pulse mulliplication circuit number for accurately measuring large rates of change in flux |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04198308A JP3133830B2 (ja) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | Ｓｑｕｉｄ磁束計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0643230A JPH0643230A (ja) | 1994-02-18 |
| JP3133830B2 true JP3133830B2 (ja) | 2001-02-13 |
Family
ID=16388978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04198308A Expired - Fee Related JP3133830B2 (ja) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | Ｓｑｕｉｄ磁束計 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5424641A (ja) |
| JP (1) | JP3133830B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8571614B1 (en) | 2009-10-12 | 2013-10-29 | Hypres, Inc. | Low-power biasing networks for superconducting integrated circuits |
| US10222416B1 (en) | 2015-04-14 | 2019-03-05 | Hypres, Inc. | System and method for array diagnostics in superconducting integrated circuit |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4389612A (en) * | 1980-06-17 | 1983-06-21 | S.H.E. Corporation | Apparatus for reducing low frequency noise in dc biased SQUIDS |
| US4672359A (en) * | 1985-11-12 | 1987-06-09 | Trw Inc. | Superconducting analog-to-digital converter and digital magnetometer and related method for its use |
| JPS63158753A (ja) * | 1986-12-22 | 1988-07-01 | Seiko Instr & Electronics Ltd | 電池放電用回路 |
| US4947118A (en) * | 1988-11-21 | 1990-08-07 | Fujitsu Limited | Digital squid system adaptive for integrated circuit construction and having high accuracy |
| JPH02257076A (ja) * | 1989-03-30 | 1990-10-17 | Fujitsu Ltd | ディジタルスクイド制御方式 |
-
1992
- 1992-07-24 JP JP04198308A patent/JP3133830B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-07-26 US US08/096,401 patent/US5424641A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5424641A (en) | 1995-06-13 |
| JPH0643230A (ja) | 1994-02-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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