JP3325545B2 - Superconducting sigma-delta modulator - Google Patents
Superconducting sigma-delta modulatorInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、広いダイナミック
レンジのアナログ信号をデジタル信号に変換する高分解
能超電導ADコンバータ用シグマデルタ変調器に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sigma-delta modulator for a high-resolution superconducting A / D converter that converts an analog signal having a wide dynamic range into a digital signal.
【0002】[0002]
【従来の技術】計測器応用、無線応用等のさまざまな分
野において、より高分解能(多ビット)、高速、広入力
帯域のADコンバータ(アナログ/デジタル変換器)の
必要性が叫ばれているが、現状ではADコンバータのビ
ット数の伸びは1.5ビット/8年程度であり、通常の
技術を採用したADコンバータとしては大幅な高分解能
化は実現出来ていない。2. Description of the Related Art In various fields such as measuring instrument applications and wireless applications, the necessity of an AD converter (analog / digital converter) having a higher resolution (multiple bits), a higher speed, and a wider input band has been called out. At present, the increase in the number of bits of the AD converter is about 1.5 bits / 8 years, and it has not been possible to achieve a significant increase in resolution as an AD converter employing ordinary technology.
【0003】一方、超電導の分野では、超電導の磁束量
子化、抵抗ゼロ、高速応答性等を生かし、高速、広帯
域、高分解能のADコンバータの開発が継続的になされ
ており、近年、大幅な高分解能化を目的とする研究が活
発になされている。On the other hand, in the field of superconductivity, high-speed, wide-band, and high-resolution AD converters have been continuously developed by taking advantage of superconducting magnetic flux quantization, zero resistance, high-speed response, and the like. Research for the purpose of increasing the resolution has been actively conducted.
【0004】中でも超電導シグマデルタADコンバータ
(米国特許5140324号“Superconducting sigma-
delta analog-to-digital converter”,米国特許53
27130号“Spur-free sigma-delta modulator an
d multiple flux quanta feedback generator”,J.
X.Przybysz et al., IEEE Trans.on Appl.Superc
gnd.,Vol.3.,No.1,pp.2732・2735.
1993)は米国において 提案され、注目されてい
る。A superconducting sigma-delta A / D converter (US Pat. No. 5,140,324 “Superconducting sigma-
delta analog-to-digital converter ", US Patent 53
27130 "Spur-free sigma-delta modulator an
d multiple flux quanta feedback generator ”, J.
X. Przybysz et al. , IEEE Trans. on Appl. Superc
gnd. , Vol.3. No. 1 pp. 2732 ・ 2735.
1993) has been proposed and noted in the United States.
【0005】これは、以下のようなシグマデルタ変調器
を基礎とする(図10参照)。すなわち、シグマデルタ
変調器とは積分機能(Σ(シグマ))と微分機能(Δ
(デルタ))を利用した変調器であって、具体的には、
シグマデルタ変調器は図10に示すように、Lsなるイ
ンダクタンス分を持つ超電導インダクタンス素子1を用
意し、この超電導インダクタンス素子1の一端側にはR
sなる抵抗値を持つ抵抗素子2の一端側を接続し、この
抵抗素子2の他端側は接地してなる構成の積分器(イン
ダクタンス素子1を流れる電流が積分器出力となる)
と、この積分器のインダクタンス素子1における他端側
にそれぞれ一端を接続した2個のジョセフソン素子3,
4とで構成されている。This is based on the following sigma-delta modulator (see FIG. 10). In other words, a sigma-delta modulator has an integration function (Σ (sigma)) and a differentiation function (Δ
(Delta)), and specifically,
As shown in FIG. 10, the sigma-delta modulator prepares a superconducting inductance element 1 having an inductance of Ls, and one end of the superconducting inductance element 1 has an R element.
One end of a resistance element 2 having a resistance value of s is connected, and the other end of the resistance element 2 is grounded (a current flowing through the inductance element 1 becomes an integrator output).
And two Josephson elements 3, each having one end connected to the other end of the inductance element 1 of the integrator.
4.
【0006】ジョセフソン素子3,4はいずれもオーバ
ーダンピングのジョセフソン素子であり、ジョセフソン
素子3の他端側はクロック入力端子となっており、ジョ
セフソン素子4の他端側は接地されている。インダクタ
ンス素子1には前記一端側にバイアス電流が印加され、
また、当該インダクタンス素子1には前記一端側より、
アナログ信号が印加される構成となっている。Each of the Josephson elements 3 and 4 is an over-damped Josephson element, the other end of the Josephson element 3 is a clock input terminal, and the other end of the Josephson element 4 is grounded. I have. A bias current is applied to the one end side of the inductance element 1,
In addition, the inductance element 1 is provided with one end side.
The configuration is such that an analog signal is applied.
【0007】アナログ信号源からの信号は、超電導イン
ダクタンス素子1と抵抗素子2とによる積分器により積
分され(インダクタンス素子1を流れる電流が積分器出
力)、そして、ジョセフソン素子3,4で比較動作が行
われる。A signal from an analog signal source is integrated by an integrator including a superconducting inductance element 1 and a resistance element 2 (a current flowing through the inductance element 1 is output from the integrator), and a comparison operation is performed by Josephson elements 3 and 4. Is performed.
【0008】ここで、ジョセフソン素子3,4は、印加
された電流が閾値より大きいとき、電圧パルスを出力す
ると云う特性を持つ素子である。Here, the Josephson devices 3 and 4 are devices having a characteristic that a voltage pulse is output when the applied current is larger than a threshold value.
【0009】従って、ジョセフソン素子3,4では、受
けた積分器出力が前記閾値よりも大きければ電圧パルス
を出力し(デジタル値“1”)、小さければ何も出力し
ない(デジタル値“0 ”)という動作(比較動作)を行
うと同時に、比較動作に伴って発生した単一磁束量子
(Φ0 :前述の電圧パルスの時間積分に相当する)をイ
ンダクタンス素子1に戻すことにより、積分器出力を一
定値((Φ0 /Ls):1磁束量子分)分、減少させ
る。Therefore, the Josephson elements 3 and 4 output a voltage pulse (digital value "1") if the received integrator output is larger than the threshold value, and output nothing (digital value "0") if smaller. ) At the same time (comparison operation), and at the same time, the single flux quantum (Φ0: corresponding to the above-described time integration of the voltage pulse) generated by the comparison operation is returned to the inductance element 1 so that the output of the integrator is obtained. Decrease by a fixed value ((Φ0 / Ls): 1 magnetic flux quantum).
【0010】すなわち、シグマデルタ変調器は超電導イ
ンダクタンスLs、と抵抗Rsからなる積分器(インダ
クタンスを流れる電流が積分器出力となる)と、このイ
ンダクタンスに接続されたオーバーダンピングのジョセ
フソン素子で構成され、このジョセフソン素子で比較動
作を行い、閾値よりも大きければ電圧パルスを出力し
(デジタル値“1”)、小さければ何も出力しない(デ
ジタル値“0 ”)という動作を行うと同時に、比較動作
に伴い発生した単一磁束量子Φ0 が積分器出力を一定値
(Φ0 /Ls:1磁束量子分)分減少させる効果をフィ
ードバック作用させることで得るようにしたシグマデル
タ変調器である。That is, the sigma-delta modulator is composed of an integrator (a current flowing through the inductance becomes an integrator output) composed of a superconducting inductance Ls and a resistor Rs, and an overdamped Josephson element connected to the inductance. A comparison operation is performed by the Josephson element. If the comparison result is greater than the threshold value, a voltage pulse is output (digital value “1”), and if the comparison result is smaller than the threshold value, nothing is output (digital value “0”). This is a sigma-delta modulator in which the effect of reducing the output of the integrator by a constant value (Φ0 / Ls: 1 flux quantum) by a single flux quantum Φ0 generated by the operation is obtained by feedback.
【0011】従って、このシグマデルタ変調器はブロッ
ク構成図で示すと、図11の如きに表現できる。すなわ
ち、図11に示すように積分器ΣとコンパレータCM
P、遅延要素delay、そして、加算器+からなり、入力
されるアナログ信号は遅延要素delayを介して与えられ
るコンパレータCMPの比較結果を加算器+にて符号を
変えて加算して積分器Σに与え、ここで積分してその積
分出力をコンパレータCMPに与え、比較する。そし
て、再び、この比較結果を遅延要素delayを介して加算
器+に送り、入力されてくるアナログ信号にこの分、負
の成分として加算して積分器Σに与えると云う構成であ
る。Therefore, this sigma-delta modulator can be expressed as shown in FIG. 11 when shown in a block diagram. That is, as shown in FIG.
P, a delay element delay, and an adder +. The input analog signal is added to the comparison result of the comparator CMP, which is given via the delay element delay, by changing the sign in the adder + and added to the integrator Σ. The output is integrated, and the integrated output is applied to a comparator CMP for comparison. Then, the comparison result is sent to the adder + again via the delay element delay, added to the input analog signal as a negative component, and given to the integrator Σ.
【0012】比較結果を遅延要素delayを介して加算器
+に送り、入力されるアナログ信号にこの分、負の成分
として加算する動作はすなわち、微分動作である。この
ように積分動作と微分動作を組み合わせた変調器である
シグマデルタ変調器を用いてADコンバータを構成する
には、図12に示すように、通常のオーバサンプリング
方式のADコンバータと同様、さらにコンパレータCM
Pでの比較結果をデシメーションフィルタにより移動平
均をとり、さらに間引きすると云う処理を設ける必要が
ある。The operation of sending the comparison result to the adder + via the delay element delay and adding it to the input analog signal as a negative component is a differentiation operation. In order to configure an AD converter using a sigma-delta modulator which is a modulator combining the integral operation and the differential operation, as shown in FIG. CM
It is necessary to provide a process of taking a moving average of the comparison result at P by a decimation filter and further thinning out.
【0013】すなわち、入力信号周波数よりも非常に高
い周波数でシグマデルタ変調器によりサンプリングし、
1[bit]の非常に高いレートの変調器出力を得、そ
れをデシメーションフィルタと呼ばれるデジタルフィル
タで移動平均をデジタル的に求め、ビット数を例えば、
16[bit]と増加させる。さらに、信号周波数の2
倍程度の周波数になるまで、データを間引くことによ
り、通常のAD変換出力を得るわけである。That is, sampling is performed by a sigma-delta modulator at a frequency much higher than the input signal frequency,
A very high rate modulator output of 1 [bit] is obtained, and a moving average is digitally obtained by a digital filter called a decimation filter, and the number of bits is calculated, for example.
Increase to 16 [bits]. Furthermore, the signal frequency 2
The normal AD conversion output is obtained by thinning out the data until the frequency becomes about twice.
【0014】このように積分動作と微分動作を組み合わ
せた変調器であるシグマデルタ変調器を用いてADコン
バータを構成することができるが、シグマデルタ変調器
として理想的なものが実現できれば、高分解能(多ビッ
ト)、高速、広入力帯域のADコンバータの実現の途を
開くことができる。An AD converter can be configured using a sigma-delta modulator, which is a modulator combining the integration operation and the differentiation operation. However, if an ideal sigma-delta modulator can be realized, high resolution (Multi-bit), a high-speed, wide input band AD converter can be realized.
【0015】しかし、問題点はシグマデルタ変調器に用
いる理想的な積分器がないと云う点である。However, a problem is that there is no ideal integrator used for the sigma-delta modulator.
【0016】そのために、図10に示した如く、インダ
クタンス素子と抵抗素子とを用いたLs/Rsの時定数を
有するローパスフィルタを積分器として代用する構成と
しているのである。To this end, as shown in FIG. 10, a low-pass filter using an inductance element and a resistance element and having a time constant of Ls / Rs is used as an integrator.
【0017】そのため、積分器は大雑把に言って時定数
よりも前の情報は忘れてしまい、積分されない。Therefore, the integrator roughly forgets information before the time constant and is not integrated.
【0018】すなわち、現状ではシグマデルタ変調器の
場合、AD変換する対象の入力アナログ信号およびクロ
ック信号は、Ls/Rsの時定数よりも十分に高い周波数
でなければならない。That is, at present, in the case of a sigma-delta modulator, the input analog signal and the clock signal to be AD-converted must have a frequency sufficiently higher than the time constant of Ls / Rs.
【0019】そして、このような漏れ(リーク)のある
積分器を用いたシグマデルタ変調器の場合は、漏れの無
い積分器を用いたシグマデルタ変調器と比較して、量子
化雑音レベルが低周波側で下がらないため、通常、オー
バーサンプリング比が上がれば上がるほど、信号/雑音
比(SN比)が大きくとれ、変換ビット数が上がるのに
対して、あるところでSN比、変換ビット数が飽和して
しまう。In the case of a sigma-delta modulator using an integrator having such a leak (leakage), the quantization noise level is lower than that of a sigma-delta modulator using an integrator having no leak. In general, as the oversampling ratio increases, the signal / noise ratio (S / N ratio) increases as the oversampling ratio increases, and the number of conversion bits increases. Resulting in.
【0020】その他にも、漏れ(リーク)のある積分器
を用いたシグマデルタ変調器の場合、これを用いて構成
されるADコンバータは、線形性が悪くなることも知ら
れている(例えばS.R.Northworthy ,R.Schreie
r,and G.C.Temmes,Eds.,De1ta−Sigma Data Conv
erters: Theory, Design and Simulation, Piscata
way,NJ:IEEE Press 1997,p13)。In addition, in the case of a sigma-delta modulator using an integrator having a leak (leakage), it is also known that an AD converter configured using the integrator has poor linearity (for example, S R. Northworthy, R. Schreie
r, and G. C. Temmes, Eds. , De1ta-Sigma Data Conv
erters: Theory, Design and Simulation, Piscata
way, NJ: IEEE Press 1997, p13).
【0021】また、LsとRsによる単純なこの1次のシ
グマデルタ変調器に加え、積分器を2個有する2次のダ
ブルループのシグマデルタ変調(米国特許519881
5号“Two loop superconducting sigma−delta analog
−to−digital converters”、 J.X.Przybysz et a
l.,IEEE Trans.on Appl .Supercond.,Vol.5,p
p.2248−2251,1995.)も提案されてい
るが、これも同様な問題を抱えている。In addition to the simple first-order sigma-delta modulator using Ls and Rs, a second-order double-loop sigma-delta modulation having two integrators (US Pat. No. 5,198,881)
No. 5 “Two loop superconducting sigma-delta analog
−to-digital converters ”, JX Przybysz et a
l. , IEEE Trans. on Appl. Supercond. , Vol.5, p
p. 2248-2251, 1995. ) Has been proposed, but this also has a similar problem.
【0022】さらに、積分器の代わりにインダクタンス
とキャパシタンスによる共振器を用いたパスバンド信号
用のバンドパスのシグマデルタ変調器(米国特許534
1136号“Bandpass sigma−delta modulator for an
alog-to-digital converters ”)が提案されている
が、この手法の場合、高分解能化のためにはフィードバ
ック量の増加が課題となっていた。Further, a bandpass sigma-delta modulator for a passband signal using a resonator having inductance and capacitance instead of an integrator (US Pat. No. 534)
No. 1136 “Bandpass sigma-delta modulator for an
Although alog-to-digital converters ") have been proposed, in this method, an increase in the amount of feedback has been a problem in order to increase the resolution.
【0023】[0023]
【発明が解決しようとする課題】超電導技術を用いたシ
グマデルタ変調器によるADコンバータを実現できれ
ば、高分解能(多ビット)、高速、広入力帯域のADコ
ンバータが得られる。しかしながら、シグマデルタ変調
器は、理想的な積分器がないために、その代わりとして
Ls/Rsの時定数を有するローパスフィルタを積分器と
して用いる構成としている。If an AD converter using a sigma-delta modulator using superconducting technology can be realized, a high-resolution (multi-bit), high-speed, wide input band AD converter can be obtained. However, since the sigma-delta modulator does not have an ideal integrator, a low-pass filter having a time constant of Ls / Rs is used instead as an integrator.
【0024】そのため、この積分器では時定数よりも前
の情報は正しく積分されない漏れ(リーク)のある積分
器となってしまう。Therefore, in this integrator, information before the time constant is not correctly integrated, resulting in an integrator having a leak.
【0025】そのため、AD変換する対象の入力アナロ
グ信号は、Ls/Rsの時定数よりも十分に高い周波数で
なければならない。そして、このような漏れのある積分
器を用いたシグマデルタ変調器の場合は、漏れの無い積
分器を用いたシグマデルタ変調器と比較して、量子化雑
音レベルが低周波側で下がらず、そのため、オーバーサ
ンプリング比が上がれば上がるほど、信号/雑音比
(SN比)が大きくとれ、変換ビット数が上がるのに対
して、あるところでSN比、変換ビット数が飽和してし
まう。また、線形性も悪くなる。Therefore, the input analog signal to be subjected to AD conversion must have a frequency sufficiently higher than the time constant of Ls / Rs. In the case of a sigma-delta modulator using such a leaky integrator, the quantization noise level does not decrease on the low frequency side as compared with a sigma-delta modulator using a leakless integrator. Therefore, the higher the oversampling ratio, the higher the signal / noise ratio
While the (SN ratio) can be increased and the number of conversion bits increases, the SNR and the number of conversion bits saturate at some point. In addition, the linearity also deteriorates.
【0026】このように、超電導技術を適用したシグマ
デルタ変調器を用いてADコンバータを構成しようとし
た場合、現在のシグマデルタ変調器の構成要素の持つ特
性のために、変換ビット数(分解能)が上がらない、線
形性が劣化する等の問題があるが、これを回避する手だ
てが無いわけではない。すなわち、そのためには、積分
器の時定数Ls/Rsの逆数を入力信号の周波数に比べ
て十分低く設計したり、フィードバック量Φ0 /Lsを
増加したりすれば良いわけである。As described above, when an AD converter is configured using a sigma-delta modulator to which the superconducting technology is applied, the number of conversion bits (resolution) is increased due to the characteristics of the components of the current sigma-delta modulator. However, there is a problem that the linearity is degraded and the like, but there is no way to avoid this. That is, for this purpose, the reciprocal of the time constant Ls / Rs of the integrator may be designed to be sufficiently lower than the frequency of the input signal, or the feedback amount Φ0 / Ls may be increased.
【0027】しかし、積分器の構成要素であるインダク
タンス素子1の持つインダクタンス分Lsおよび抵抗素
子2の持つ抵抗値Rsの取り得る値には制限があり、む
やみにLsを大きくしたり、Rsを小さくしたりするこ
とはできない。However, there are restrictions on the values of the inductance Ls of the inductance element 1 and the resistance value Rs of the resistance element 2 which are constituent elements of the integrator. Therefore, it is necessary to increase Ls or decrease Rs. You can't do that.
【0028】インダクタンス分Lsに関しては、積分器
出力であるインダクタンス素子1を流れる電流がデジタ
ル出力“1”の場合、これがジョセフソン素子によりΦ
0 /Lsだけフィードバックされることでその分、減少
される。Regarding the inductance Ls, when the current flowing through the inductance element 1 which is the output of the integrator is a digital output “1”, this is Φ by the Josephson element.
The feedback is reduced by 0 / Ls.
【0029】そのため、このフィードバック量Φ0 /L
sの値は、比較器であるオーバーダンピングされたジョ
セフソン素子のシャント抵抗の発生する熱雑音電流より
も大きく保たなければならず、インダクタンス分Lsの
値は無闇に大きくできない。熱雑音電流よりも大きく保
たなければ比較器の誤り率が高くなってSN比が劣化す
るからである。Therefore, the feedback amount Φ0 / L
The value of s must be kept larger than the thermal noise current generated by the shunt resistance of the over-damped Josephson element, which is a comparator, and the value of the inductance Ls cannot be increased unnecessarily. This is because if the current is not kept larger than the thermal noise current, the error rate of the comparator increases and the SN ratio deteriorates.
【0030】このように、インダクタンス分Lsは無闇
に大きくはできない(Φ0 /Ls>熱雑音電流)。Thus, the inductance Ls cannot be increased unnecessarily (Φ0 / Ls> thermal noise current).
【0031】ここで、上述した“オーバーダンピングさ
れたジョセフソン素子”とは、付加されたシャント抵抗
等も含めたジョセフソン素子の抵抗を用いて計算したマ
ッカンバー係数βc(例えば、原宏編著超電導エレクト
ロニクス オーム社1985のp34参照)が1程度以
下で、かつ、電流‐電圧特性にヒステリシスを持たない
ものをいう。Here, the above-mentioned "over-damped Josephson element" refers to the McCumber coefficient βc calculated using the resistance of the Josephson element including the added shunt resistance and the like (for example, superconducting electronics by Hiroshi Hara). (Refer to page 34 of Ohmsha 1985) is about 1 or less and has no hysteresis in current-voltage characteristics.
【0032】オーバーダンピングされたジョセフソン素
子の素子特性(電流I‐電圧V特性)を図13(a)に
示す。ジョセフソン素子は極めて薄い絶縁層を挟んだ2
つの超電導体で作られる接合部(ジョセフソン接合)を
持つ素子であり、このジョセフソン接合部分ではトンネ
ル効果により外部印加電圧が無くとも接合部を通って超
電導電流が流れる(直流ジョセフソン効果)。また、接
合部に小さい直流バイアスを与えると交流ジョセフソン
効果が生じ、接合部を通って流れる電流は交流となる。FIG. 13A shows the element characteristics (current I-voltage V characteristics) of the overdamped Josephson element. Josephson devices have two very thin insulating layers.
An element having a junction (Josephson junction) made of two superconductors. In this Josephson junction, a superconducting current flows through the junction even without an externally applied voltage due to a tunnel effect (DC Josephson effect). When a small DC bias is applied to the junction, an AC Josephson effect occurs, and the current flowing through the junction becomes AC.
【0033】ヒステリシス特性を持たない図13(a)
に示す如き電流‐電圧特性を示すものが、オーバーダン
プ型のジョセフソン素子であり、ヒステリシス特性を持
つ図13(b)のような特性を示すものがアンダーダン
プ型のジョセフソン素子である。FIG. 13A having no hysteresis characteristics
A current-voltage characteristic as shown in FIG. 13 is an over-dump type Josephson element, and an under-dump type Josephson element having hysteresis characteristics as shown in FIG. 13B.
【0034】なお、本発明でオーバーダンプ型、アンダ
ーダンプ型と呼んでいるのは、ジョセフソン素子単体
(あるいはシャント抵抗付き)のものに対してであり、
回路に組み込むと、当然全体の電流‐電圧特性は変わっ
てしまうことを断っておく。In the present invention, the term "over-dump type" or "under-dump type" refers to a single Josephson element (or a shunt resistor).
It should be noted that when incorporated into a circuit, the overall current-voltage characteristics will naturally change.
【0035】そして、フィードバック量Φ0 /Lsの値
は比較器であるオーバーダンピングされたジョセフソン
素子のシャント抵抗の発生する熱雑音電流よりも大きく
保たなければ、比較器の誤り率が高くなり、SN比が劣
化することから、インダクタンスLsの値は大きくでき
ない。If the value of the feedback amount Φ 0 / Ls is not kept larger than the thermal noise current generated by the shunt resistor of the over-dampened Josephson device, the error rate of the comparator increases, Since the SN ratio deteriorates, the value of the inductance Ls cannot be increased.
【0036】従って、フィードバック量Φ0 /Lsが Φ0 /Ls>熱雑音電流 に収まる範囲にLsを定めなければならない。Therefore, Ls must be determined in a range where the feedback amount Φ0 / Ls is within the range of Φ0 / Ls> thermal noise current.
【0037】一方、抵抗値Rsは、超電導体/抵抗体の
界面抵抗や幾何学的大きさの制限(高周波に対する浮遊
インピーダンス抑制のため)、比較器の損失等のために
むやみに小さく出来ない。On the other hand, the resistance value Rs cannot be unnecessarily reduced due to the interface resistance of the superconductor / resistor, the limitation of the geometric size (for suppressing the stray impedance at high frequencies), the loss of the comparator, and the like.
【0038】故に、シグマデルタ変調器による高分解能
(多ビット)、高速、広入力帯域となるADコンバータ
は現状では実現されていない。Therefore, an AD converter using a sigma-delta modulator which has a high resolution (multiple bits), a high speed, and a wide input band has not been realized at present.
【0039】そこでこの発明の目的とするところは、イ
ンダクタンス分Lsが大きくできないという制限を大幅
に緩和できるようにして、高分解能化(多ビット化)、
高速化、広入力帯域化を図ることができるようにしたシ
グマデルタ変調器を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to make it possible to greatly ease the restriction that the inductance Ls cannot be increased, to increase the resolution (to increase the number of bits),
An object of the present invention is to provide a sigma-delta modulator capable of achieving high speed and wide input bandwidth.
【0040】[0040]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成する。In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
【0041】[1]第1には、抵抗素子またはキャパシ
タンス素子が接続されたインダクタンス素子よりなる積
分器と、オーバーダンピングされたジョセフソン素子で
構成され、前記積分器の前記インダクタンス素子からの
出力をジョセフソン素子に与えることによりこのジョセ
フソン素子の持つパルス発生動作特性を比較動作として
利用するものであって、クロック信号と同期して比較動
作を行う比較器とを備え、前記比較器における比較動作
により前記ジョセフソン素子から発生される磁束量子が
前記インダクタンス素子の電流を一定値減少させる効果
をフィードバックとして利用するようにした超電導シグ
マデルタ変調器において、前記比較器を構成するジョセ
フソン素子の後段部に直流バイアスされたジョセフソン
伝送線路を接続すると共に、このジョセフソン伝送線路
は当該ジョセフソン伝送線路を構成するジョセフソン素
子のうち、少なくとも一個のジョセフソン素子がアンダ
ーダンピングのジョセフソン素子とし、このジョセフソ
ン伝送線路にて発生する磁束量子を前記フィードバック
させる構成とすることを特徴とする。[1] First, an integrator composed of an inductance element to which a resistance element or a capacitance element is connected, and a Josephson element that is over-damped, and an output from the inductance element of the integrator is provided. A comparator for performing a comparison operation in synchronization with a clock signal by using the pulse generation operation characteristic of the Josephson device as a comparison operation by applying the pulse generation operation characteristic to the Josephson device. In a superconducting sigma-delta modulator in which the magnetic flux quantum generated from the Josephson element uses the effect of reducing the current of the inductance element by a constant value as feedback, the latter part of the Josephson element constituting the comparator To a DC-biased Josephson transmission line. At the same time, the Josephson transmission line is such that at least one of the Josephson elements constituting the Josephson transmission line is an under-damped Josephson element, and the magnetic flux quantum generated in the Josephson transmission line is described above. It is characterized in that feedback is provided.
【0042】このような構成において、アナログ信号
は、積分器により積分され、その積分された信号が比較
器にて比較される。ジョセフソン素子は印加された電流
が閾値Icより大きいとき、電圧パルスを出力すると云
う特性を持つ。そして、ジョセフソン素子は受けた積分
器出力が前記閾値よりも大きければ電圧パルスを出力し
(デジタル値“1”)、閾値よりも小さければ何も出力
しない(デジタル値“0”)という動作(比較動作)を
する。In such a configuration, an analog signal is integrated by an integrator, and the integrated signal is compared by a comparator. The Josephson element has a characteristic of outputting a voltage pulse when the applied current is larger than the threshold value Ic. Then, the Josephson element outputs a voltage pulse (digital value “1”) if the received integrator output is larger than the threshold value, and outputs nothing (digital value “0”) if the received integrator output is smaller than the threshold value (digital value “0”). Comparison operation).
【0043】本発明では、ジョセフソン素子の比較動作
に伴って発生した単一磁束量子を積分器にフィードバッ
クする構成にし、また、ジョセフソン伝送線路のジョセ
フソン素子により発生する磁束量子を、積分器のインダ
クタンス素子にフィードバックさせる。According to the present invention, a single magnetic flux quantum generated by the comparison operation of the Josephson element is fed back to the integrator, and the magnetic flux quantum generated by the Josephson element of the Josephson transmission line is integrated with the integrator. Feedback to the inductance element.
【0044】本発明では、比較器後段の直流バイアスさ
れたジョセフソン伝送線路を構成するジョセフソン素子
のうち、少なくとも一個のジョセフソン素子がアンダー
ダンピングのジョセフソン素子であり、他は通常のジョ
セフソン素子(オーバーダンピングのジョセフソン素
子)である。このようにすると、比較器を構成するジョ
セフソン素子で発生した電圧パルスがこのジョセフソン
伝送線路に到達すると、このジョセフソン伝送線路にこ
の電圧パルスに伴うパルス電流が流れることにより発生
する磁束量子は複数になる。この複数になった磁束量子
を前記フィードバックさせる構成とすることにより、従
来、小さかったフィードバック量を、本発明では増大さ
せることができるようにする。そして、このような構成
により、1度の比較動作毎に、電流値が閾値以上のとき
には複数個の磁束量子をまとめてフィードバックするこ
とができるようになる。In the present invention, at least one of the Josephson elements constituting the DC-biased Josephson transmission line at the subsequent stage of the comparator is an under-damped Josephson element, and the others are ordinary Josephson elements. Element (over-damped Josephson element). With this configuration, when the voltage pulse generated by the Josephson element constituting the comparator reaches the Josephson transmission line, the flux quantum generated by the pulse current associated with the voltage pulse flowing through the Josephson transmission line is: Be more than one. With the configuration in which the plurality of magnetic flux quanta is fed back, the amount of feedback which has conventionally been small can be increased in the present invention. With such a configuration, a plurality of flux quanta can be collectively fed back for each comparison operation when the current value is equal to or larger than the threshold value.
【0045】[2]第2には、抵抗素子とインダクタン
ス素子とよりなる第1の積分器と、オーバーダンピング
されたジョセフソン素子で構成され、前記第1の積分器
の前記インダクタンス素子からの出力をジョセフソン素
子に与えることによりこのジョセフソン素子の持つパル
ス発生動作特性を比較動作として利用するものであっ
て、クロック信号に同期して比較動作を行う比較器とを
備え、前記比較器における比較動作により前記ジョセフ
ソン素子から発生される磁束量子が前記インダクタンス
素子の電流を一定値減少させる効果をフィードバックと
して利用するようにした超電導シグマデルタ変調器にお
いて、前記第1の積分器の前段に、抵抗素子とインダク
タンス素子からなる少なくとも1組の第2の積分器をジ
ョセフソン素子を介して接続し、前記比較器を構成する
ジョセフソン素子の後段部には直流バイアスされたジョ
セフソン伝送線路を接続すると共に、このジョセフソン
伝送線路は当該ジョセフソン伝送線路を構成するジョセ
フソン素子のうち、少なくとも一個のジョセフソン素子
はアンダーダンピングのジョセフソン素子とし、このジ
ョセフソン伝送線路にて発生する磁束量子を第1の積分
器のインダクタンス素子にフィードバックさせると共
に、前記第2の積分器のインダクタンス素子には前記第
1及び第2の積分器間に接続されたジョセフソン素子の
ジョセフソン接合部を介してフィードバックさせる構成
とすることを特徴とする。[2] Secondly, it is composed of a first integrator including a resistance element and an inductance element, and an over-damped Josephson element, and the output from the inductance element of the first integrator. To the Josephson element to use the pulse generation operation characteristic of the Josephson element as a comparison operation, comprising: a comparator that performs a comparison operation in synchronization with a clock signal. In a superconducting sigma-delta modulator in which the flux quantum generated from the Josephson element by operation uses the effect of reducing the current of the inductance element by a constant value as feedback, a resistor is provided before the first integrator. At least one set of a second integrator comprising an element and an inductance element via a Josephson element A DC-biased Josephson transmission line is connected to the subsequent stage of the Josephson element constituting the comparator, and the Josephson transmission line is one of the Josephson elements constituting the Josephson transmission line. The at least one Josephson element is an under-damped Josephson element, and the magnetic flux quantum generated in this Josephson transmission line is fed back to the inductance element of the first integrator, and the inductance element of the second integrator is Is characterized in that feedback is provided via a Josephson junction of a Josephson element connected between the first and second integrators.
【0046】このような構成において、アナログ信号
は、積分器により積分され、その積分された信号が比較
器にて比較される。ジョセフソン素子は印加された電流
が閾値Icより大きいとき、電圧パルスを出力すると云
う特性を持つ。そして、ジョセフソン素子は受けた積分
器出力が前記閾値よりも大きければ電圧パルスを出力し
(デジタル値“1”)、閾値よりも小さければ何も出力
しない(デジタル値“0”)という比較動作をする。In such a configuration, the analog signal is integrated by the integrator, and the integrated signal is compared by the comparator. The Josephson element has a characteristic of outputting a voltage pulse when the applied current is larger than the threshold value Ic. Then, the Josephson element outputs a voltage pulse (digital value “1”) if the received integrator output is larger than the threshold, and outputs nothing (digital value “0”) if smaller than the threshold. do.
【0047】本発明では、ジョセフソン素子の比較動作
に伴って発生した単一磁束量子を積分器にフィードバッ
クする構成にし、また、ジョセフソン伝送線路のジョセ
フソン素子により発生する磁束量子を、積分器のインダ
クタンス素子にフィードバックさせる。According to the present invention, a single magnetic flux quantum generated by the comparison operation of the Josephson element is fed back to the integrator, and the magnetic flux quantum generated by the Josephson element of the Josephson transmission line is integrated with the integrator. Feedback to the inductance element.
【0048】本発明では、比較器後段のジョセフソン伝
送線路を構成するジョセフソン素子のうち、少なくとも
一個のジョセフソン素子がアンダーダンピングのジョセ
フソン素子であり、他は通常のジョセフソン素子(オー
バーダンピングのジョセフソン素子)である。このよう
にすると、比較器を構成するジョセフソン素子で発生し
た電圧パルスがこのジョセフソン伝送線路に到達する
と、このジョセフソン伝送線路にこの電圧パルスに伴う
パルス電流が流れることにより発生する磁束量子は複数
になる。この複数になった磁束量子を前記フィードバッ
クさせる構成とすると共に、さらには第1の積分器と第
2の積分器間に接続されているジョセフソン素子を介し
てフィードバックさせる構成としてある。従って、この
ことにより、従来、小さかったフィードバック量を、本
発明では何倍にも増大させることができるようになる。
そして、このような構成により、1度の比較動作毎に、
電流値が閾値以上のときには複数個の磁束量子をまとめ
てフィードバックすることができるようになる。According to the present invention, at least one of the Josephson elements constituting the Josephson transmission line at the subsequent stage of the comparator is an under-damped Josephson element, and the other is a normal Josephson element (over-damping). Josephson device). With this configuration, when the voltage pulse generated by the Josephson element constituting the comparator reaches the Josephson transmission line, the flux quantum generated by the pulse current associated with the voltage pulse flowing through the Josephson transmission line is: Be more than one. The plurality of magnetic flux quanta are configured to be fed back, and further, the configuration is configured to be fed back via a Josephson element connected between the first integrator and the second integrator. Therefore, this makes it possible to increase the amount of feedback, which was conventionally small, many times in the present invention.
Then, with such a configuration, for each comparison operation,
When the current value is equal to or larger than the threshold, a plurality of magnetic flux quanta can be fed back together.
【0049】[3]第3には、インダクタンスと共に共
振回路を構成するキャパシタンス素子とインダクタンス
素子とよりなる積分器と、オーバーダンピングされたジ
ョセフソン素子で構成され、前記積分器の前記インダク
タンス素子からの出力をジョセフソン素子に与えること
によりこのジョセフソン素子の持つパルス発生動作特性
を比較動作として利用するものであってクロック信号と
同期して比較動作を行う比較器とを備え、前記比較器に
おける比較動作により前記ジョセフソン素子から発生さ
れる磁束量子が前記インダクタンス素子の電流を一定値
減少させる効果をフィードバックとして利用するように
した超電導シグマデルタ変調器において、前記積分器に
は抵抗素子とジョセフソン素子の直列回路を入力段に設
け、前記比較器を構成するジョセフソン素子の後段部に
は直流バイアスされたジョセフソン伝送線路を接続する
と共に、このジョセフソン伝送線路は当該ジョセフソン
伝送線路を構成するジョセフソン素子のうち、少なくと
も一個のジョセフソン素子はアンダーダンピングのジョ
セフソン素子とし、このジョセフソン伝送線路にて発生
する磁束量子を積分器のインダクタンス素子にフィード
バックさせると共に、積分器の入力段にあるジョセフソ
ン素子のジョセフソン接合部を介してフィードバックさ
せる構成とすることを特徴とする。[3] Thirdly, it is composed of an integrator composed of a capacitance element and an inductance element which form a resonance circuit together with the inductance, and a Josephson element which is over-damped, and A comparator that uses a pulse generation operation characteristic of the Josephson element as a comparison operation by providing an output to the Josephson element, and performs a comparison operation in synchronization with a clock signal. In a superconducting sigma-delta modulator, wherein the effect that a magnetic flux quantum generated from the Josephson element by operation reduces the current of the inductance element by a constant value is used as feedback, the integrator includes a resistance element and a Josephson element. Is provided at the input stage, and the comparator is A DC-biased Josephson transmission line is connected to the subsequent stage of the formed Josephson element, and at least one of the Josephson elements constituting the Josephson transmission line is a Josephson element. An under-damped Josephson element, the magnetic flux quantum generated in the Josephson transmission line is fed back to the inductance element of the integrator, and is fed back via the Josephson junction of the Josephson element at the input stage of the integrator. It is characterized by having a configuration.
【0050】このような構成においては、アナログ信号
は、積分器にてその共振回路によりフィルタリングされ
た上で積分され、その積分された信号が比較器にて比較
される。ジョセフソン素子は印加された電流が閾値Ic
より大きいとき、電圧パルスを出力する。そして、ジョ
セフソン素子は受けた積分器出力が前記閾値よりも大き
ければ電圧パルスを出力し(デジタル値“1”)、閾値
よりも小さければ何も出力しない(デジタル値“0”)
という比較動作をする。In such a configuration, the analog signal is filtered by the integrator by the resonance circuit and integrated, and the integrated signal is compared by the comparator. The Josephson element has a threshold current Ic
When it is larger, a voltage pulse is output. The Josephson element outputs a voltage pulse when the received integrator output is larger than the threshold (digital value “1”), and outputs nothing when the received integrator output is smaller than the threshold (digital value “0”).
Is performed.
【0051】本発明では、ジョセフソン素子の比較動作
に伴って発生した単一磁束量子を積分器にフィードバッ
クする構成にし、また、ジョセフソン伝送線路のジョセ
フソン素子により発生する磁束量子を、積分器のインダ
クタンス素子にフィードバックさせる。According to the present invention, a single magnetic flux quantum generated by the comparison operation of the Josephson element is fed back to the integrator, and the magnetic flux quantum generated by the Josephson element of the Josephson transmission line is integrated with the integrator. Feedback to the inductance element.
【0052】本発明では、比較器後段のジョセフソン伝
送線路を構成するジョセフソン素子のうち、少なくとも
一個のジョセフソン素子がアンダーダンピングのジョセ
フソン素子であり、他は通常のジョセフソン素子(オー
バーダンピングのジョセフソン素子)である。このよう
にすると、比較器を構成するジョセフソン素子で発生し
た電圧パルスがこのジョセフソン伝送線路に到達する
と、このジョセフソン伝送線路にこの電圧パルスに伴う
パルス電流が流れることにより発生する磁束量子は複数
になる。この複数になった磁束量子を前記フィードバッ
クさせる構成とすると共に、さらには積分器前段に接続
されているジョセフソン素子を介してフィードバックさ
せる構成としてある。従って、このことにより、従来、
小さかったフィードバック量を、本発明では何倍にも増
大させることができるようになる。そして、このような
構成により、1度の比較動作毎に、電流値が閾値以上の
ときには複数個の磁束量子をまとめてフィードバックす
ることができるようになる。In the present invention, at least one of the Josephson elements constituting the Josephson transmission line at the stage following the comparator is an under-damped Josephson element, and the other is a normal Josephson element (over-damping). Josephson device). With this configuration, when the voltage pulse generated by the Josephson element constituting the comparator reaches the Josephson transmission line, the flux quantum generated by the pulse current associated with the voltage pulse flowing through the Josephson transmission line is: Be more than one. The plurality of magnetic flux quanta are configured to be fed back as described above, and further, are configured to be fed back via a Josephson element connected in front of the integrator. Therefore, by this,
The small feedback amount can be increased many times in the present invention. With such a configuration, a plurality of flux quanta can be collectively fed back for each comparison operation when the current value is equal to or larger than the threshold value.
【0053】すなわち、本発明は[1],[2],
[3]いずれの構成においても超電導技術を適用したイ
ンダクタンス素子と抵抗素子とからなるフィルタを積分
器として代用したシグマデルタ変調器に関するものであ
り、従来、インダクタンス分Lsを大きくできなかった
シグマデルタ変調器の持つ制限は、インダクタンスLs
に着目すると、この課題はフィードバック量Φ0 /Ls
が小さい、すなわち、1個の磁束量子(Φ0 )が小さい
値であることに起因している点に着目して、これを増大
する構成を採用することにより解消するようにしたもの
である。That is, the present invention relates to [1], [2],
[3] In any configuration, the present invention relates to a sigma-delta modulator in which a filter including an inductance element and a resistance element to which superconducting technology is applied is used as an integrator, and the sigma-delta modulation in which the inductance Ls cannot be increased conventionally. The limitation of the vessel is the inductance Ls
Focusing on this problem, the problem is that the feedback amount Φ0 / Ls
Paying attention to the fact that is small, that is, one magnetic flux quantum (Φ 0) has a small value, and this is solved by adopting a configuration that increases this.
【0054】すなわち、小さかったフィードバック量を
増大すること、すなわち、フィードバック量の単位を磁
束量子の整数倍(nΦ0 )にし、Φ0 というフィードバ
ックの単位をn倍にすると云った具合に、大きくすれば
上記制限は解消できる。In other words, increasing the small feedback amount, that is, making the unit of the feedback amount an integral multiple of the magnetic flux quantum (nΦ0) and increasing the feedback unit of Φ0 by n times, and increasing the feedback amount, The restrictions can be lifted.
【0055】そこで、この発明は、フィードバック量を
増大することができるようにした構成とした。Therefore, the present invention has a configuration in which the feedback amount can be increased.
【0056】フィードバック量を増大するには、比較器
後段のRSFQ(Rapid Single Flux Quantum)ジョセ
フソン伝送線路をアンダーダンピングのジョセフソン素
子が挿入されているジョセフソン線路(量子化磁束対生
成回路)に置き換えた構成とする。このようにすると、
アンダーダンピングのジョセフソン素子のところに比較
器のジョセフソン素子からの単一磁束量子(パルス)が
到達すると、このアンダーダンピングのジョセフソン素
子がスイッチし、この接合のキャパシタンスの影響で一
定時間単一磁束量子(SFQ)対(互いに磁束の向きが
反対になっているSFQの対)を発生し続けながら電圧
状態を保つ。In order to increase the amount of feedback, an RSFQ (Rapid Single Flux Quantum) Josephson transmission line downstream of the comparator is connected to a Josephson line (quantization magnetic flux pair generation circuit) in which an under-damped Josephson element is inserted. The configuration is replaced. This way,
When a single flux quantum (pulse) from the Josephson element of the comparator reaches the Josephson element of the under-damping, the Josephson element of the under-damping is switched, and the single-flux quantum is switched for a certain time due to the influence of the capacitance of the junction. The voltage state is maintained while continuously generating a magnetic flux quantum (SFQ) pair (a pair of SFQs whose magnetic flux directions are opposite to each other).
【0057】従って、一回の比較動作で発生した磁束量
子をこの中で倍増させることができる(磁束量子対生
成)。Therefore, the magnetic flux quantum generated by one comparison operation can be doubled in this (magnetic flux quantum pair generation).
【0058】そして、従来の1個のフィードバックに対
して、ここで発生した磁束量子もフィードバックさせる
ようにすることにより、複数の磁束量子がフィードバッ
クされることになり、フィードバック量を従来例のn倍
(n>1)にできる。By causing the flux quanta generated here to also feed back to one conventional feedback, a plurality of flux quanta are fed back, and the amount of feedback is n times larger than in the conventional example. (N> 1).
【0059】これにより、インダクタンスの値をn倍、
時定数をn倍にすることが可能になる。As a result, the value of the inductance is increased by n times,
The time constant can be increased by n times.
【0060】バンドパスシグマデルタ変調器の場合に
は、インダクタンスを変えなければn倍のフィードバッ
クが可能になる。In the case of a bandpass sigma-delta modulator, n-fold feedback is possible unless the inductance is changed.
【0061】さらに、Φ0 の整数倍のため、 Φ0 =h/2e (h:プランク定数、e:電子素電
荷) からみても、物理定数のみで計算される量であるから、
フィードバックの精度が従来技術に比べて悪くなると云
うことはない。Further, since it is an integral multiple of Φ 0, it is an amount calculated only from physical constants from Φ 0 = h / 2e (h: Planck constant, e: electron elementary charge).
It does not mean that the accuracy of the feedback is lower than in the prior art.
【0062】故に、本発明によれば、シグマデルタ変調
器による高分解能(多ビット)、高速、広入力帯域化を
図るADコンバータの実現を阻害する原因であった積分
器のインダクタンス成分Lsが大きくできないという制
限を大幅に緩和して、高分解能化(多ビット化)、高速
化、広入力帯域化を図ることができるようになるシグマ
デルタ変調器が得られる。Therefore, according to the present invention, the inductance component Ls of the integrator, which is a factor that hinders the realization of the AD converter that achieves high resolution (multiple bits), high speed, and wide input bandwidth by the sigma delta modulator, is large. The sigma-delta modulator that can greatly improve the resolution (multiple bits), increase the speed, and increase the input bandwidth can be obtained by greatly relaxing the restriction that the sigma-delta modulator cannot be used.
【0063】[0063]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
ついてその実施の形態を詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0064】(本発明の基本構成)超電導技術を適用し
たインダクタと抵抗とからなるフィルタを積分器として
代用したシグマデルタ変調器において、インダクタンス
分Lsが大きくできないという従来のシグマデルタ変調
器の持つ制限は、インダクタンスLsに着目すると、こ
の課題はフィードバック量Φ0 /Lsが小さい、すなわ
ち、1個の磁束量子(Φ0 )が小さい値であることに起
因していると考えることができる。(Basic Configuration of the Present Invention) In a sigma-delta modulator in which a filter including an inductor and a resistor to which superconducting technology is applied is used as an integrator, the limitation of the conventional sigma-delta modulator that the inductance Ls cannot be increased. Focusing on the inductance Ls, this problem can be considered to be caused by a small feedback amount Φ0 / Ls, that is, a small value of one magnetic flux quantum (Φ0).
【0065】このことは、小さかったフィードバック量
を増大すること、すなわち、フィードバック量の単位を
磁束量子の整数倍(nΦ0 )にすることで、解消できる
ことを意味する。This means that the problem can be solved by increasing the small feedback amount, that is, by setting the unit of the feedback amount to an integral multiple (nΦ0) of the magnetic flux quantum.
【0066】本発明では、この点に着目して今までΦ0
というフィードバックの単位をn倍にすると云った具合
に、大きくする構成を採用する。In the present invention, focusing on this point, Φ0
In such a case, the unit of feedback is increased by n times.
【0067】フィードバック量を増大することができる
ようにするため、この発明では、図1の如く構成する。
図1に示すように、本発明においても、超電導インダク
タンス素子1と抵抗素子2とを用いたLs/Rsの時定数
を有するローパスフィルタによる積分器と、この積分器
のインダクタンス素子1に接続されたオーバーダンピン
グのジョセフソン素子3,4とで構成され、このジョセ
フソン素子で比較動作を行い、発生する磁束量子Φ0 を
積分器のインダクタンス素子1にフィードバックさせて
積分器出力を一定値分、減少させる構成を採用してい
る。In order to increase the feedback amount, the present invention is configured as shown in FIG.
As shown in FIG. 1, also in the present invention, a low-pass filter using a superconducting inductance element 1 and a resistance element 2 and having a time constant of Ls / Rs, and an integrator connected to the inductance element 1 of the integrator. It is composed of over-damped Josephson elements 3 and 4. The Josephson element performs a comparison operation, and the generated flux quantum Φ0 is fed back to the inductance element 1 of the integrator to reduce the output of the integrator by a fixed value. The configuration is adopted.
【0068】そして、クロック入力の遅延を与える遅延
手段10と、積分器のインダクタンス素子1から入力さ
れた磁束量子をn倍に増大させて出力させる磁束量子対
発生回路20と、遅延手段10の遅延して出力したクロ
ックにて動作して前記磁束量子対発生回路20の出力で
ある複数個の電圧パルス(磁束に相当)を1個に変換す
るためのRSフリップフロップ30とを追加して構成す
る。Then, a delay means 10 for delaying the clock input, a flux quantum pair generating circuit 20 for increasing the flux quantum input from the inductance element 1 of the integrator n times and outputting the same, and a delay of the delay means 10 And an RS flip-flop 30 for operating with the output clock and converting a plurality of voltage pulses (corresponding to magnetic flux) output from the flux quantum pair generation circuit 20 into one. .
【0069】この図1の構成のデルタシグマ変調器型A
Dコンバータは、比較器出力(ジョセフソン素子4の出
力)を磁束量子対発生回路20に与えてここでこれをn
倍に増大させ、これをRSフリップフロップ30に与え
て保持させる。RSフリップフロップ30は、1度セッ
トされるとリセットされるまでセット入力が何度入力さ
れても状態が変化しないため、磁束量子対生成回路20
出力が多数個の電圧パルス(磁束に相当する)の場合で
もセットされたと云う情報のみを保持し、サンプリング
用のクロック信号を遅延手段10にて所定の遅延を与え
たものを以て破壊読み出し(リセット動作)され、保持
情報を出力する(“1”)。なお、セット入力が無い場
合は出力しない(“0”)。The delta-sigma modulator type A having the configuration of FIG.
The D converter gives the comparator output (the output of the Josephson element 4) to the flux quantum pair generation circuit 20, where it is n
This is doubled, and this is given to the RS flip-flop 30 and held. Once the RS flip-flop 30 is set, the state does not change no matter how many times the set input is input until it is reset.
Even when the output is a large number of voltage pulses (corresponding to magnetic flux), only the information that it has been set is held, and the clock signal for sampling is destructively read out by applying a predetermined delay by the delay means 10 (reset operation). ), And outputs the held information (“1”). If there is no set input, no output is made ("0").
【0070】磁束対生成回路20は図1(b)の如き構
成であって、RSFQジョセフソン伝送線路により構成
されている。RSFQジョセフソン伝送線路とは、図に
示す如く、一端がぞれぞれ接地されてなる3個のジョセ
フソン素子20a,20b,20cが所要の間隔で信号
線路の途中に他端側を接続されて配されたラダー接続構
造(はしご型の接続構造)を持つもので、図には示して
いないが、通常、直流バイアスされる。The magnetic flux pair generation circuit 20 has a configuration as shown in FIG. 1B, and is composed of an RSFQ Josephson transmission line. As shown in the drawing, the RSFQ Josephson transmission line is composed of three Josephson elements 20a, 20b, and 20c, one end of which is grounded, and the other end of which is connected to the middle of the signal line at a required interval. The ladder has a ladder connection structure (ladder-type connection structure), which is not shown in the figure, but is normally DC biased.
【0071】3個のジョセフソン素子20a,20b,
20cは、そのジョセフソン接合部を通る磁束が比較器
のジョセフソン素子4も含めて隣接のジョセフソン素子
のジョセフソン接合部を通るように基板上に作り込まれ
た構造であり、20aと20cはオーバーダンピング型
のジョセフソン素子であり、20bはアンダーダンピン
グ型のジョセフソン素子が採用されている。The three Josephson devices 20a, 20b,
Reference numeral 20c denotes a structure in which a magnetic flux passing through the Josephson junction is formed on the substrate so as to pass through the Josephson junction of the adjacent Josephson element including the Josephson element 4 of the comparator. Is an over-damping type Josephson element, and 20b is an under-damping type Josephson element.
【0072】従って、アンダーダンピングのジョセフソ
ン素子20bのところに比較器のジョセフソン素子から
来た単一磁束量子(パルス)が到達すると、このアンダ
ーダンピングのジョセフソン素子がスイッチしてこのジ
ョセフソン接合部分のキャパシタンスの影響で一定時
間、単一磁束量子(SFQ)対を発生し続けながら電圧
状態を保つ構成としてある。Therefore, when a single flux quantum (pulse) from the Josephson element of the comparator reaches the under-damped Josephson element 20b, the under-damped Josephson element switches and the Josephson junction The configuration is such that a voltage state is maintained while a single flux quantum (SFQ) pair continues to be generated for a certain time due to the influence of the capacitance of the portion.
【0073】このような構成を持つものが、RSFQジ
ョセフソン線路であり、この内部の接合の一部がアンダ
ーダンピング型のジョセフソン素子に置き換えられたジ
ョセフソン線路は本実施例での量子化磁束対生成回路を
構成する。An RSFQ Josephson line having such a configuration is described. The Josephson line in which a part of the internal junction is replaced by an under-damping type Josephson element is a quantization magnetic flux in this embodiment. Construct a pair generation circuit.
【0074】本発明のシグマデルタ変調器は、その積分
器として超電導インダクタンス素子1と抵抗素子2のフ
ィルタ構成を利用した構造であるが、これは従来例とし
て示した図10の構造を踏襲している。すなわち、図1
0にて説明したように、Lsなるインダクタンス分を持
つ超電導インダクタンス素子1の一端側にRsなる抵抗
値を持つ抵抗素子2の一端側を接続し、この抵抗素子2
の他端側は接地してなる構成の積分器(インダクタンス
素子1を流れる電流が積分器出力となる)を採用してい
る。そして、この積分器のインダクタンス素子1におけ
る他端側にそれぞれ一端を接続した2個のジョセフソン
素子3,4を設けている。The sigma-delta modulator of the present invention has a structure using a filter configuration of a superconducting inductance element 1 and a resistance element 2 as an integrator. This follows the structure of FIG. 10 shown as a conventional example. I have. That is, FIG.
As described with reference to FIG. 0, one end of the resistance element 2 having a resistance value of Rs is connected to one end of the superconducting inductance element 1 having an inductance of Ls.
Employs an integrator (the current flowing through the inductance element 1 becomes an integrator output) having a configuration grounded to the other end. Further, two Josephson elements 3 and 4 each having one end connected to the other end of the inductance element 1 of the integrator are provided.
【0075】ジョセフソン素子3,4はいずれもオーバ
ーダンピング型のジョセフソン素子であり、ジョセフソ
ン素子3の他端側はクロック入力端子となっており、ジ
ョセフソン素子4の他端側は接地されている。Each of the Josephson elements 3 and 4 is an over-damping type Josephson element. The other end of the Josephson element 3 is a clock input terminal, and the other end of the Josephson element 4 is grounded. ing.
【0076】また、インダクタンス素子1には前記一端
側より、AD変換対象の信号であるアナログ信号が電流
信号として印加される構成となっている。また、インダ
クタンス素子1には前記一端側にバイアス電流源Ibsか
らの直流バイアス電流が印加され、入力されるアナログ
信号が負となってもインダクタンス素子1に負の領域の
アナログ信号電流が流れることがないようにしてある。
そして、これにより、比較器を構成するジョセフソン素
子3,4が負の領域で動作することがないようにしてい
る。Further, an analog signal which is a signal to be subjected to AD conversion is applied to the inductance element 1 from the one end side as a current signal. Further, a DC bias current from a bias current source Ibs is applied to the one end side of the inductance element 1 so that even if an input analog signal becomes negative, a negative area analog signal current may flow through the inductance element 1. I do not have it.
Thus, the Josephson elements 3 and 4 constituting the comparator are prevented from operating in the negative region.
【0077】信号は、超電導インダクタンス素子1と抵
抗素子2とによる積分器により積分され(インダクタン
ス素子1を流れる電流が積分器出力)、そして、クロッ
ク入力端子へのクロック信号の入力毎に、ジョセフソン
素子3,4で比較動作が行われる。The signal is integrated by an integrator including a superconducting inductance element 1 and a resistance element 2 (a current flowing through the inductance element 1 is output from the integrator), and every time a clock signal is input to a clock input terminal, a Josephson signal is output. The comparison operation is performed by the elements 3 and 4.
【0078】上述したように、ジョセフソン素子は、印
加された電流が閾値より大きいとき、電圧パルスを出力
すると云う特性を持つ。そして、ジョセフソン素子3,
4では、受けた積分器出力が前記閾値よりも大きければ
電圧パルスを出力し(デジタル値“1”)、小さければ
何も出力しない(デジタル値“0 ”)という動作(比較
動作)を行う。本発明でも、ジョセフソン素子4につい
ては、比較動作に伴って発生した単一磁束量子(Φ0 :
前述の電圧パルスの時間積分に相当する)をインダクタ
ンス素子1に戻す構成としてある。そのため、このこと
により、積分器出力を一定値((Φ0 /Ls):1磁束
量子分)分、減少させる作用を得ている点も従来技術と
同様である。As described above, the Josephson element has a characteristic that a voltage pulse is output when the applied current is larger than the threshold value. And Josephson element 3,
At 4, the operation of outputting a voltage pulse (digital value "1") when the received integrator output is larger than the threshold value, and outputting nothing (digital value "0") when it is smaller than the threshold value (comparison operation). Also in the present invention, for the Josephson element 4, the single flux quantum (Φ0:
(Corresponding to the above-described time integration of the voltage pulse) is returned to the inductance element 1. For this reason, the effect of reducing the output of the integrator by a fixed value ((Φ0 / Ls): 1 magnetic flux quantum) is obtained as in the prior art.
【0079】従来技術においても設けられていた比較器
後段のRSFQジョセフソン伝送線路を、本発明ではア
ンダーダンピング型のジョセフソン素子が挿入されてい
るジョセフソン線路(量子化磁束対生成回路20)に置
き換えてあり、アンダーダンピングのジョセフソン素子
のところに比較器を構成するジョセフソン素子から到来
した単一磁束量子(パルス)が到達すると、この量子化
磁束対生成回路20におけるアンダーダンピングのジョ
セフソン素子がスイッチし、この接合のキャパシタンス
の影響で一定時間、単一磁束量子(SFQ)対を発生し
続けながら電圧状態を保つ。In the present invention, the RSFQ Josephson transmission line provided after the comparator is provided in the Josephson line (quantized magnetic flux pair generation circuit 20) in which an under-damping type Josephson element is inserted. When a single flux quantum (pulse) arrives from the Josephson element constituting the comparator at the under-damped Josephson element, the under-damped Josephson element in the quantized magnetic flux pair generation circuit 20 is generated. Switch, and maintain a voltage state while continuing to generate a single flux quantum (SFQ) pair for a certain time due to the influence of the capacitance of this junction.
【0080】従って、一回の比較動作で発生した磁束量
子をこの中で倍増させることができる(磁束量子対生
成)。Therefore, the magnetic flux quantum generated by one comparison operation can be doubled in this (magnetic flux quantum pair generation).
【0081】すなわち、本発明では、従来の構成にあっ
ては超電導インダクタンス素子1に対する比較器からの
フィードバックが1個の磁束量子であったのに対し、こ
れに加えて、さらに磁束量子対生成回路20で発生した
磁束量子もフィードバックさせるようにすることによ
り、複数の磁束量子がフィードバックされ、フィードバ
ック量を従来例のn倍(n>1)にできる。That is, in the present invention, while the feedback from the comparator to the superconducting inductance element 1 is one flux quantum in the conventional configuration, in addition to this, a flux quantum pair generation circuit is additionally provided. By feeding back the flux quanta generated in step 20, a plurality of flux quanta are fed back, and the feedback amount can be made n times (n> 1) of the conventional example.
【0082】これにより、インダクタンスの値をn倍、
時定数をn倍にすることが可能になる。As a result, the value of the inductance is multiplied by n,
The time constant can be increased by n times.
【0083】故に、積分器にバンドパスフィルタを用い
るようにした構成のシグマデルタ変調器の場合には、イ
ンダクタンスが同じならば、本発明のようにアンダーダ
ンピング型のジョセフソン素子が挿入されているジョセ
フソン線路を用いて比較器出力を取り出す構成とするこ
とで、このジョセフソン伝送線路が量子化磁束対生成回
路20として機能することにより、従来のn倍のフィー
ドバックが可能な構成となる。Therefore, in the case of a sigma-delta modulator having a configuration in which a band-pass filter is used for an integrator, if the inductance is the same, an under-damping Josephson element is inserted as in the present invention. By using the Josephson line to take out the output of the comparator, the Josephson transmission line functions as the quantized magnetic flux pair generation circuit 20, so that n times the conventional feedback is possible.
【0084】さらに、フィードバックされる量は磁束量
子Φ0 の整数倍の磁束量子となるため、 Φ0 =h/2e (h:プランク定数、e:電子素電
荷) からみても、物理定数のみで計算される量であるから、
フィードバックの精度も従来技術に比べて悪くはならな
い。Further, since the feedback amount is a magnetic flux quantum that is an integral multiple of the magnetic flux quantum Φ 0, it can be calculated only from the physical constants in view of Φ 0 = h / 2e (h: Planck constant, e: electron elementary charge). The amount
The accuracy of the feedback is not worse than in the prior art.
【0085】尚、このような形式をとる場合、出力も1
サンプリングクロックに対して1出力の形態の場合に
は、n個の電圧パルスが出力されてしまうことになる
が、これはRSFQ(Rapid Single Flux Quantum)論
理回路(K.K.Likharev et al., IEEE Trans.on S
upercond., Vol.1,pp.3−28.1991)の
RSフリップフロップを用いて、1サンプリングクロッ
クにつき、出力は最大1個のパルスに変換するようにす
ることにより、出力も通常のRSFQ諭理回路でデジタ
ル処理できるようになる。In this case, the output is also 1
In the case of a one-output mode with respect to the sampling clock, n voltage pulses are output, which is caused by an RSFQ (Rapid Single Flux Quantum) logic circuit (KK Likharev et al., IEEE Trans.on S
upercond. , Vol. 1, pp. The output is converted into a maximum of one pulse per sampling clock by using the RS flip-flop of 3-28.1991), so that the output can be digitally processed by a normal RSFQ logic circuit. .
【0086】以上が、本発明の基本部分であるが、この
量子化磁束対生成回路20を、RSFQのバッファゲー
トを介して接続することにより、Φ0 入力に対して多数
個のΦ0 を出力することが可能であり(バッファ回路に
より入力にはΦ0 が戻らない)、これを用いたフィード
バックも可能である。The basic part of the present invention has been described above. By connecting the quantized magnetic flux pair generation circuit 20 through the buffer gate of the RSFQ, it is possible to output a large number of Φ0s with respect to the Φ0 input. (Φ0 does not return to the input due to the buffer circuit), and feedback using this is also possible.
【0087】以上は、本発明の基本形を説明した。次
に、具体的構成例を説明する。The basic form of the present invention has been described above. Next, a specific configuration example will be described.
【0088】(実施例1)図2に4Φ0 フィードバック
(n=4)型の1次シグマデルタ変調器の構成図を示
す。図2において、1はLsなるインダクタンス分を有
する超電導インダクタンス素子、2はRsなる抵抗値を
有する抵抗素子であり、これらで図1におけるフィルタ
による積分器(Ls/Rs積分器)を構成している。ま
た、3,4はオーバーダンピング型のジョセフソン素子
であり、これらで図1における比較器を構成する。20
a,20b,20cはジョセフソン素子であり、20a
と20cはオーバーダンピング型のジョセフソン素子で
あって、ジョセフソン接合に並列に抵抗分を接続するこ
とでヒステリシス特性を持たないオーバーダンピング型
のジョセフソン素子となる。20bはアンダーダンピン
グ型のジョセフソン素子であり、これらジョセフソン素
子20a〜20cをインダクタンス素子の直列回路にラ
ダー接続することで構成した、直流のみでバイアスして
あるジョセフソン伝送路により構成された磁束対生成回
路となっている。ジョセフソン伝送路におけるインダク
タンス素子に並列に挿入された抵抗は安定化抵抗であ
る。磁束パルスが到来するとジョセフソン伝送路により
構成された磁束対生成回路において磁束パルスが誘起さ
れるが、一部のジョセフソン素子に大きなヒステリシス
特性を持たせることで、誘起されるパルス数の増大を緩
和させ、磁束パルス発生が一定時間で収束される特性を
確保する。Gckはパルス発生源であり、DC/SFQは
このパルス発生源Gckで発生したクロックパルス信号を
単一磁束量子(電圧パルス)に変換する手段であり、B
UFはこの変換された磁束パルスを一方向の成分のみ通
す選択手段である。この、選択手段を介して得られる磁
束パルスを比較器のクロック入力として使用する。ま
た、選択手段BUFの前段には磁束パルスを2分岐する
スプリッタSPが設けられ、このスプリッタSPで分岐
された磁束パルスがジョセフソン伝送線路JTLを介し
てRSフリップフロップ30のリセット端子に入力され
る。ジョセフソン伝送線路JTLは磁束パルスの伝送線
路としての役割を果たすと共に遅延要素の役割をも果た
す。RSフリップフロップ30は磁束対生成回路20の
出力を取り込んで出力する役割を果たす。(Embodiment 1) FIG. 2 shows a configuration diagram of a 4Φ0 feedback (n = 4) primary sigma delta modulator. In FIG. 2, 1 is a superconducting inductance element having an inductance of Ls, and 2 is a resistance element having a resistance value of Rs, and these constitute an integrator (Ls / Rs integrator) using the filter in FIG. . Reference numerals 3 and 4 denote overdamping-type Josephson elements, which constitute the comparator in FIG. 20
a, 20b and 20c are Josephson elements, and 20a
20c and 20c are over-damping type Josephson elements. By connecting a resistor in parallel with the Josephson junction, an over-damping type Josephson element having no hysteresis characteristics is obtained. Reference numeral 20b denotes an under-damping type Josephson element, and a magnetic flux formed by a Josephson transmission line biased with DC only, which is configured by ladder-connecting the Josephson elements 20a to 20c to a series circuit of inductance elements. It is a pair generation circuit. The resistor inserted in parallel with the inductance element in the Josephson transmission line is a stabilizing resistor. When a magnetic flux pulse arrives, a magnetic flux pulse is induced in the magnetic flux pair generation circuit constituted by the Josephson transmission line, but by increasing the number of induced pulses by giving some Josephson elements a large hysteresis characteristic. Relaxation is ensured so that magnetic flux pulse generation is converged in a certain time. Gck is a pulse generation source, and DC / SFQ is a means for converting a clock pulse signal generated by the pulse generation source Gck into a single magnetic flux quantum (voltage pulse).
UF is a selection means for passing the converted magnetic flux pulse only in one direction. The magnetic flux pulse obtained through the selection means is used as a clock input of the comparator. A splitter SP for splitting the magnetic flux pulse into two is provided at a stage preceding the selecting means BUF, and the magnetic flux pulse split by the splitter SP is input to the reset terminal of the RS flip-flop 30 via the Josephson transmission line JTL. . The Josephson transmission line JTL functions as a transmission line for the magnetic flux pulse and also functions as a delay element. The RS flip-flop 30 plays the role of taking in the output of the magnetic flux pair generation circuit 20 and outputting it.
【0089】この構成において、AD変換対象の信号で
あるアナログ信号はバイアス入力と共にLs/Rs積分器
に入力され、当該積分器の出力であるインダクタンスL
sを流れる電流は比較器であるオーバーダンピング型の
ジョセフソン素子3,4に流れ込むように構成されてい
る。In this configuration, an analog signal which is a signal to be AD-converted is input to a Ls / Rs integrator together with a bias input, and an inductance L which is an output of the integrator is provided.
The current flowing through s flows into the over-damping type Josephson devices 3 and 4 which are comparators.
【0090】一方、クロックパルスは、外部発振器であ
るクロック発振源Gckで発生し、RSFQ論理回路ファ
ミリーのDC/SFQ回路で幅の短い磁束を伴なったパ
ルス(単一磁束量子(SFQ)パルス、磁束は磁束量子
Φ0 に等しい)に変換され、比較器を構成するジョセフ
ソン素子3,4に電流として流れ込む。On the other hand, the clock pulse is generated by a clock oscillation source Gck, which is an external oscillator, and is a pulse (single flux quantum (SFQ) pulse, single flux quantum (SFQ) pulse, accompanied by a magnetic flux having a short width in the DC / SFQ circuit of the RSFQ logic circuit family. The magnetic flux is converted to a magnetic flux quantum Φ0) and flows as a current into the Josephson elements 3 and 4 constituting the comparator.
【0091】積分器出力とバイアス電流、そして、この
パルス電流の和が接合の臨界電流Icを超えると、向き
が互いに反対の磁束を伴なったSFQパルス対(単一磁
束量子対)が発生し、それにより生じるローレンツ力で
SFQパルス対は左右に分かれて移動して行く。その
際、左に動いたSFQパルスはインダクタンス素子1を
流れる電流(積分器出力)からΦ0 /Lsの電流を差し
引く(フィードバック)。When the sum of the output of the integrator, the bias current, and the pulse current exceeds the critical current Ic of the junction, an SFQ pulse pair (single magnetic flux quantum pair) having magnetic fluxes in opposite directions is generated. The SFQ pulse pair moves left and right separately by the Lorentz force generated thereby. At this time, the SFQ pulse which has moved to the left subtracts the current of Φ0 / Ls from the current (integrator output) flowing through the inductance element 1 (feedback).
【0092】同時に、右に向かったSFQパルスは磁束
対生成回路20を構成するジョセフソン伝送線路中のア
ンダーダンプされたジョセフソン素子20bに到達する
と、この素子をスイッチングさせて電圧状態にする。At the same time, when the SFQ pulse toward the right reaches the under-dumped Josephson element 20b in the Josephson transmission line constituting the magnetic flux pair generation circuit 20, the element is switched to a voltage state.
【0093】このジョセフソン素子20bはアンダーダ
ンプされているため、素子の容量成分が効き、電圧がし
ばらく保持される。保持されている状態では、前述の場
合と同じように磁束量子を伴なうSFQパルス対が発生
し続けており、発生しては、片方は右へ、もう片方は左
へと移動する。Since the Josephson element 20b is under-dumped, the capacitance component of the element is effective, and the voltage is maintained for a while. In the held state, a pair of SFQ pulses with magnetic flux quanta continues to be generated in the same manner as described above, and when it is generated, one moves to the right and the other moves to the left.
【0094】この電圧を保持する時間は、このアンダー
ダンピングされたジョセフソン素子20bの左右のイン
ダクタンスLlとLr、バイアス電流、安定化のための
インダクタンスに並列に付加された抵抗で制御できる。The time during which this voltage is maintained can be controlled by the resistances added in parallel to the left and right inductances L1 and Lr of the under-damped Josephson element 20b, the bias current, and the inductance for stabilization.
【0095】ここでは3個になるように設計している。
このようにして、この素子で発生し移動したSFQパル
スは、左に移動したものは比較器として動作するジョセ
フソン素子を通り抜けて先ほどと同様Φ0 /Lsの電流
を積分器出力から差し引く。Here, the design is made to be three.
In this way, the SFQ pulse generated and moved by this element, which moves to the left, passes through the Josephson element which operates as a comparator, and subtracts the current of Φ0 / Ls from the output of the integrator as before.
【0096】従って、アンダーダンプされたジョセフソ
ン素子で発生したSFQパルス対の数と最初の1個を加
えた数、ここでは4個の磁束量子Φ0 がLsを通して−
4Φ0/Ls のフィードバックをしたことになる。Accordingly, the number of the SFQ pulse pairs generated by the under-dumped Josephson device and the number obtained by adding the first one, here, four flux quanta φ 0 are obtained through Ls.
This means that 4Φ0 / Ls has been fed back.
【0097】このとき、アンダーダンプされたジョセフ
ソン素子20bから右に向かったSFQパルス(計4
個)はRSフリップフロップ30に到達するが、クロッ
ク入力でリセット動作するRSフリップフロップ30に
より最初のSFQパルスは取り込まれるが、2〜4番目
のSFQパルスは取り込まれないので取り除かれること
になり、結果的にRSフリップフロップ30からは1個
のSFQパルスが出力される(“1”)。At this time, the SFQ pulse from the under-dumped Josephson device 20b to the right (4
) Arrive at the RS flip-flop 30, but the first SFQ pulse is captured by the RS flip-flop 30 that is reset by the clock input, but the second to fourth SFQ pulses are not captured, so that they are removed. As a result, one SFQ pulse is output from the RS flip-flop 30 ("1").
【0098】また、Ls/Rs積分器の出力とバイアス
電流、そしてこのパルス電流の和が接合の臨界電流Ic
を超えない場合は、SFQパルス対は発生せず、クロッ
クパルスは比較器用ジョセフソン素子3,4のうちのジ
ョセフソン素子3側の接合で捨てられる。The sum of the output of the Ls / Rs integrator, the bias current, and the pulse current is the critical current Ic of the junction.
Does not occur, the SFQ pulse pair is not generated, and the clock pulse is discarded at the junction on the Josephson element 3 side of the comparator Josephson elements 3 and 4.
【0099】結果として、SFQパルスは出力されず、
デジタル出力は“0”となる。As a result, no SFQ pulse is output,
The digital output becomes "0".
【0100】図3は、以上を回路シミュレータでシミュ
レーションした結果である。この場合は、入力として一
定電圧を用いているが、積分器出力(インダクタンス電
流)が増加してきて、閾値を超えると前述の動作が起こ
り、比較器出力で4個のSFQパルスとして発生し、磁
束量子Φ0 が4個分フィードバックされ、積分器出力が
一定値減少されていることがわかる。FIG. 3 shows the result of the above simulation performed by a circuit simulator. In this case, a constant voltage is used as an input, but when the output of the integrator (inductance current) increases and exceeds a threshold value, the above-described operation occurs, and four SFQ pulses are generated at the output of the comparator to generate a magnetic flux. It can be seen that four quantum Φ0s are fed back and the output of the integrator is reduced by a constant value.
【0101】これより、積分器出力が閾値の周りの一定
値に保たれシグマデルタ動作が実現できる。この場合の
動作マージンはシミュレーションから±20[%]とい
う値が得られた。さらに、シミュレーション上、従来の
1個分の磁束量子Φ0 フィードバックの場合に比べて、
SN比が18[dB](3ビット相当)改善された。Thus, the sigma-delta operation can be realized with the output of the integrator kept at a constant value around the threshold value. In this case, a value of ± 20 [%] was obtained from the simulation for the operation margin. Furthermore, in simulation, compared with the conventional case of feedback of one flux quantum Φ0,
The SN ratio was improved by 18 [dB] (corresponding to 3 bits).
【0102】尚、ここでは4Φ0 の場合を示したが、本
発明を用いればΦ0 の整数倍のフィードバックが可能と
なる。また、アンダーダンプされた接合を含むジョセフ
ソン線路と比較器を構成するジョセフソン素子の間に、
バッファを含まないRSFQの回路を挿入することも可
能である。Although the case of 4Φ0 is shown here, the present invention enables feedback of an integral multiple of Φ0. Also, between the Josephson line including the under-dumped junction and the Josephson element forming the comparator,
It is also possible to insert an RSFQ circuit that does not include a buffer.
【0103】さらに、アンダーダンプされた接合を2個
以上含むジョセフソン線路を用いることにより、より多
数個の磁束量子Φ0 をフィードバックすることも可能で
ある。Further, by using a Josephson line including two or more under-dumped junctions, it is possible to feed back a larger number of magnetic flux quantities Φ 0.
【0104】以上は、超電導技術を適用したインダクタ
ンス成分と抵抗成分とからなるフィルタを積分器として
代用したシグマデルタ変調器において、インダクタンス
分Lsが大きくできなかった原因として、インダクタン
スLsに着目すると、インダクタンスに戻して磁束を減
少させるためのフィードバック量Φ0 /Lsが小さい、
すなわち、1個の磁束量子(Φ0 )が小さい値であるこ
とに起因しており、このことは、小さかったフィードバ
ック量を増大すること、すなわち、フィードバック量の
単位を磁束量子の整数倍(nΦ0 )にする構成を採用す
ることで、解消できることから、ジョセフソン素子にオ
ーバーダンピング型とアンダーダンピング型のジョセフ
ソン素子を混在させたジョセフソン伝送線路による磁束
量子対生成回路にてnΦ0 にし、フィードバック量をn
倍にする構成を採用したものである。そして、超電導シ
グマデルタ変調器による高分解能(多ビット)、高速、
広入力帯域化ADコンバータの実現を阻害する原因であ
った積分器のインダクタンス成分Lsが大きくできない
という制限を大幅に緩和して、高分解能化(多ビット
化)、高速化、広入力帯域化を図ることができるように
なるシグマデルタ変調器によるADコンバータを提供で
きるものである。In the above, in the sigma-delta modulator in which a filter composed of an inductance component and a resistance component to which the superconducting technology is applied is used as an integrator, the inductance Ls cannot be increased. The feedback amount Φ0 / Ls for reducing the magnetic flux by returning to
That is, one magnetic flux quantum (Φ0) has a small value, which means that the small feedback amount is increased, that is, the unit of the feedback amount is an integral multiple of the magnetic flux quantum (nΦ0). Since it can be solved by adopting a configuration that makes it possible to reduce the feedback amount to nΦ0 by a flux quantum pair generation circuit with a Josephson transmission line in which a Josephson element is mixed with an over-damping type and an under-damping type Josephson element, and the feedback amount is n
It employs a configuration that doubles. And high resolution (multi-bit), high speed,
The restriction that the inductance component Ls of the integrator, which is a factor that hinders the realization of the wide input band AD converter, is greatly relaxed, and the resolution (multi-bit), the speed, and the wide input band are increased. It is possible to provide an AD converter using a sigma-delta modulator that can be achieved.
【0105】以上は、抵抗とインダクタンスからなるロ
ーパスフィルタを積分器として用いた例であり、この場
合は低周波数領域でのSNを向上する特徴があり、AD
変換する対象のアナログ信号が比較的低い領域のものを
対象として高分解能化(多ビット化)、高速化、広入力
帯域化を図ることができると云う特徴がある。The above is an example in which a low-pass filter composed of a resistor and an inductance is used as an integrator. In this case, there is a feature that SN in a low frequency region is improved.
There is a feature that high resolution (multiple bits), high speed, and wide input bandwidth can be achieved for an analog signal to be converted in an area where the analog signal is relatively low.
【0106】一方、高い周波数に対してSNを向上し
て、AD変換対象のアナログ信号が比較的高い領域のも
のを対象として高分解能化(多ビット化)、高速化、広
入力帯域化を図ることができるようにすることも必要で
ある。そこで、次にAD変換対象のアナログ信号が比較
的高い領域のものを対象として高分解能化(多ビット
化)、高速化、広入力帯域化を図ることができるように
する例を説明する。On the other hand, the SN is improved with respect to a high frequency, and high resolution (multiple bits), high speed, and wide input band are achieved for an analog signal to be AD-converted in a relatively high region. We need to be able to do things. Therefore, an example will be described below in which the resolution of an analog signal to be AD converted is relatively high, and high resolution (multiple bits), high speed, and wide input bandwidth can be achieved.
【0107】この例でも基本はシグマデルタ変調器を構
成する積分器のインダクタンスにn倍の磁束量子Φ0を
フィードバックさせることができる例を実施例2として
説明する。In this example, an example in which an n-fold flux quantum Φ0 can be fed back to the inductance of the integrator constituting the sigma-delta modulator will be basically described as a second embodiment.
【0108】(実施例2)図4に、本発明を用いたバン
ドパスのシグマデルタ変調器の構成例を示す。実施例1
と異なるところは、積分器が抵抗素子51と超電導イン
ダクタンス素子52およびキャパシタ53とからなる共
振器50に置き換えられているところのみであり、パス
バンド信号に対するAD変換が可能である。Embodiment 2 FIG. 4 shows a configuration example of a bandpass sigma-delta modulator using the present invention. Example 1
The only difference is that the integrator is replaced by a resonator 50 including a resistance element 51, a superconducting inductance element 52, and a capacitor 53, and AD conversion for a passband signal is possible.
【0109】すなわち、共振器を構成する場合、入力さ
れるアナログ信号はその周波数帯域が共振器の共振周波
数帯域に相当するもの以外、通過できない。従って、周
波数が帯域が共振器の共振周波数帯域に相当する場合
に、アナログ信号入力はこの共振器を通り、ジョセフソ
ン素子3,4による比較器で比較されて臨界電流Icを
越えるものの入力のときは磁束パルスを発生して超電導
インダクタンス素子52にフィードバックさせる。That is, when a resonator is formed, an input analog signal cannot pass unless its frequency band corresponds to the resonance frequency band of the resonator. Therefore, when the frequency band corresponds to the resonance frequency band of the resonator, the analog signal input passes through this resonator and is compared with the comparators by the Josephson devices 3 and 4, and when the input exceeds the critical current Ic, Generates a magnetic flux pulse and feeds it back to the superconducting inductance element 52.
【0110】一方、実施例1と同様に、クロックパルス
は、外部発振器であるクロック発振源Gckで発生し、R
SFQ論理回路ファミリーのDC/SFQ回路で幅の短
い磁束を伴なったパルス(単一磁束量子(SFQ)パル
ス、磁束は磁束量子Φ0 に等しい)に変換され、比較器
を構成するジョセフソン素子3,4に電流として流れ込
む。On the other hand, as in the first embodiment, the clock pulse is generated by the clock oscillation source Gck, which is an external oscillator, and
In the DC / SFQ circuit of the SFQ logic circuit family, the pulse is converted into a pulse with a short magnetic flux (single magnetic flux quantum (SFQ) pulse, the magnetic flux is equal to the magnetic flux quantum Φ0), and the Josephson element 3 constituting the comparator , 4 as current.
【0111】積分器出力とバイアス電流、そして、この
パルス電流の和が接合の臨界電流Icを超えると、向き
が互いに反対の磁束を伴なったSFQパルス対(単一磁
束量子対)が発生し、それにより生じるローレンツ力で
SFQパルス対は左右に分かれて移動して行く。その
際、左に動いたSFQパルスはインダクタンス素子1を
流れる電流(積分器出力)からΦ0 /Lsの電流を差し
引く(フィードバック)。When the sum of the integrator output, the bias current, and the pulse current exceeds the junction critical current Ic, an SFQ pulse pair (single flux quantum pair) with magnetic fluxes in opposite directions is generated. The SFQ pulse pair moves left and right separately by the Lorentz force generated thereby. At this time, the SFQ pulse which has moved to the left subtracts the current of Φ0 / Ls from the current (integrator output) flowing through the inductance element 1 (feedback).
【0112】同時に、右に向かったSFQパルスは磁束
対生成回路20を構成するジョセフソン伝送線路中のア
ンダーダンプされたジョセフソン素子20bに到達する
と、この素子をスイッチングさせて電圧状態にする。At the same time, when the SFQ pulse directed to the right reaches the under-dumped Josephson element 20b in the Josephson transmission line constituting the magnetic flux pair generation circuit 20, the element is switched to a voltage state.
【0113】このジョセフソン素子20bはアンダーダ
ンプされているため、素子の容量成分が効き、電圧がし
ばらく保持される。保持されている状態では、前述の場
合と同じように磁束量子を伴なうSFQパルス対が発生
し続けており、発生しては、片方は右へ、もう片方は左
へと移動する。Since the Josephson element 20b is under-dumped, the capacitance component of the element is effective, and the voltage is maintained for a while. In the held state, a pair of SFQ pulses with magnetic flux quanta continues to be generated in the same manner as described above, and when it is generated, one moves to the right and the other moves to the left.
【0114】この電圧を保持する時間は、このアンダー
ダンピングされたジョセフソン素子20bの左右のイン
ダクタンスLlとLr、バイアス電流、安定化のための
インダクタンスに並列に付加された抵抗で制御できる。The time for which this voltage is maintained can be controlled by the resistances added in parallel to the left and right inductances Ll and Lr of the under-damped Josephson element 20b, the bias current, and the inductance for stabilization.
【0115】ここでは3個になるように設計している。
このようにして、この素子で発生し移動したSFQパル
スは、左に移動したものは比較器として動作するジョセ
フソン素子を通り抜けて先ほどと同様Φ0 /Lsの電流
を積分器出力から差し引く。Here, the design is made so that there are three pieces.
In this way, the SFQ pulse generated and moved by this element, which moves to the left, passes through the Josephson element which operates as a comparator, and subtracts the current of Φ0 / Ls from the output of the integrator as before.
【0116】従って、アンダーダンプされたジョセフソ
ン素子で発生したSFQパルス対の数と最初の1個を加
えた数、ここでは4個の磁束量子Φ0 がLsを通して−
4Φ0/Ls のフィードバックをしたことになる。Accordingly, the number of the SFQ pulse pairs generated by the under-dumped Josephson device and the number obtained by adding the first one, here, four flux quanta Φ 0, are obtained through Ls.
This means that 4Φ0 / Ls has been fed back.
【0117】このとき、アンダーダンプされたジョセフ
ソン素子20bから右に向かったSFQパルス(計4
個)はRSフリップフロップ30に到達するが、クロッ
ク入力でリセット動作するRSフリップフロップ30に
より最初のSFQパルスは取り込まれるが、2〜4番目
のSFQパルスは取り込まれないので取り除かれること
になり、結果的にRSフリップフロップ30からは1個
のSFQパルスが出力される(“1”)。At this time, the SFQ pulse from the under-dumped Josephson element 20b to the right (total 4
) Arrive at the RS flip-flop 30, but the first SFQ pulse is captured by the RS flip-flop 30 that is reset by the clock input, but the second to fourth SFQ pulses are not captured, so that they are removed. As a result, one SFQ pulse is output from the RS flip-flop 30 ("1").
【0118】また、Ls/Rs積分器の出力とバイアス
電流、そしてこのパルス電流の和が接合の臨界電流Ic
を超えない場合は、SFQパルス対は発生せず、クロッ
クパルスは比較器用ジョセフソン素子3,4のうちのジ
ョセフソン素子3側の接合で捨てられる。The sum of the output of the Ls / Rs integrator, the bias current, and the pulse current is the critical current Ic of the junction.
Does not occur, the SFQ pulse pair is not generated, and the clock pulse is discarded at the junction on the Josephson element 3 side of the comparator Josephson elements 3 and 4.
【0119】本実施例のようなバンドパスシグマデルタ
変調器では、共振器が用いられているため、入力アナロ
グ信号に対しても、フィードバックに対しても、共振周
波数付近の帯域しか通さない。従って、入力が共振周波
数の信号であれば、インダクタンスにフィードバックさ
れる電流もこの共振周波数付近の成分しかフィードバッ
クされず、交流入力を打ち消して交流的に一定値を保つ
バンドパスシグマデルタの動作をさせることができる。In the band-pass sigma-delta modulator according to the present embodiment, since a resonator is used, only a band near the resonance frequency passes for an input analog signal and a feedback. Therefore, if the input is a signal of the resonance frequency, the current fed back to the inductance is fed back only a component near this resonance frequency, and cancels the AC input to operate the bandpass sigma delta that maintains a constant value in the AC. be able to.
【0120】尚、ここでは4Φ0 の場合を示したが、本
発明を用いればΦ0 の整数倍のフィードバックが可能と
なる。また、アンダーダンプされた接合を含むジョセフ
ソン線路と比較器を構成するジョセフソン素子の間に、
一方向に向かう磁束量子のみを通し、他は阻止する機能
を有する要素であるバッファを含まないRSFQの回路
を挿入することも可能である。Although the case of 4Φ0 is shown here, the present invention enables feedback of an integral multiple of Φ0. Also, between the Josephson line including the under-dumped junction and the Josephson element forming the comparator,
It is also possible to insert an RSFQ circuit that does not include a buffer, which is an element having a function of passing only flux quanta going in one direction and blocking others.
【0121】さらに、アンダーダンプされた接合を2個
以上含むジョセフソン線路を用いることにより、より多
数個の磁束量子Φ0 をフィードバックすることも可能で
ある。Further, by using a Josephson line including two or more under-dumped junctions, it is possible to feed back a larger number of flux quantums Φ 0.
【0122】このようにして、フィルタによる積分器に
代えて共振器を用いる構成とすることで、周波数のより
高い領域についても対応できるようにしたシグマデルタ
変調器による高分解能(多ビット)、高速、広入力帯域
化が可能なADコンバータの実現が可能になる。As described above, by using a resonator in place of an integrator using a filter, high resolution (multi-bit) and high speed can be achieved by a sigma-delta modulator capable of dealing with a higher frequency region. Thus, it is possible to realize an AD converter capable of widening an input band.
【0123】なお、共振器50は、超電導インダクタン
ス素子を内包している超電導マイクロストリップライン
等の分布定数回路で構成することも可能である。The resonator 50 can be formed of a distributed constant circuit such as a superconducting microstrip line including a superconducting inductance element.
【0124】次に、より多数個の磁束量子Φ0 を積分器
の超電導インダクタンス素子にフィードバックできるよ
うにした例を説明する。Next, an example in which a larger number of magnetic flux quanta Φ 0 can be fed back to the superconducting inductance element of the integrator will be described.
【0125】(実施例3)図5に本発明を適用したバン
ドパスフィルタによるシグマデルタ変調器の構成例を示
す。(Embodiment 3) FIG. 5 shows a configuration example of a sigma-delta modulator using a band-pass filter to which the present invention is applied.
【0126】この実施例3において、上述した実施例2
と異なるところは、比較動作用ジョセフソン素子3,4
以外の経路で、実施例2の構成に加えて多数個(ここで
は4個)の磁束量子Φ0 を共振器50の超電導インダク
タンス素子52にフィードバックするようにした構成と
した点である。また、共振器50の構成要素であるキャ
パシタンス素子53および超電導インダクタンス素子5
2と入力抵抗素子51との間に、ジョセフソン素子54
を接続し、また、超電導インダクタンス素子52へのフ
ィードバックにジョセフソン伝送線路60を用い、磁束
量子対発生回路20で生成した4Φ0 の磁束量子を、こ
のジョセフソン伝送線路60を用いてジョセフソン素子
54より超電導インダクタンス素子52にフィードバッ
クさせる構成とする。In the third embodiment, the second embodiment is used.
Are different from the Josephson elements 3 and 4 for comparison operation.
In other respects, in addition to the configuration of the second embodiment, a large number (four in this case) of magnetic flux Φ 0 is fed back to the superconducting inductance element 52 of the resonator 50 in a path other than the above. Also, the capacitance element 53 and the superconducting inductance element 5
2 and the input resistance element 51, a Josephson element 54
Further, the Josephson transmission line 60 is used for feedback to the superconducting inductance element 52, and the flux quantum of 4Φ0 generated by the flux quantum pair generation circuit 20 is used for the Josephson element 54 using the Josephson transmission line 60. The structure is further fed back to the superconducting inductance element 52.
【0127】磁束量子対生成回路20で発生した4Φ0
の磁束量子は、ジョセフソン伝送線路60を介してジョ
セフソン素子54より超電導インダクタンス素子52へ
フィードバックされるから、超電導インダクタンス素子
52においては磁束量子対生成回路20からの4Φ0 な
る磁束量子に加えてジョセフソン伝送線路60を介して
の4Φ0 なる磁束量子がフィードバックされたことにな
り、計8Φ0 の磁束量子がフィードバックされたことに
なる。4Φ0 generated by the flux quantum pair generation circuit 20
Is fed back from the Josephson element 54 to the superconducting inductance element 52 via the Josephson transmission line 60. In the superconducting inductance element 52, in addition to the flux quantum of 4Φ0 from the flux quantum pair generation circuit 20, This means that the flux quantum of 4Φ0 via the Song transmission line 60 has been fed back, and the flux quantum of 8Φ0 in total has been fed back.
【0128】これにより、フィードバック量を単一磁束
量子Φ0 の場合の8倍にでき、中心周波数150[MH
z]で1.6ビット、分解能の改善が図れる。As a result, the feedback amount can be made eight times that of the single flux quantum Φ 0, and the center frequency is 150 [MH].
z], the resolution can be improved by 1.6 bits.
【0129】さらに、ビット数を増大させることができ
る例を実施例4として説明する。An example in which the number of bits can be increased will be described as a fourth embodiment.
【0130】(実施例4)超電導インダクタンス素子1
と抵抗素子2からなるフィルタを積分器として用いる構
成の場合に、この積分器を2段にした構成がダブルルー
プのシグマデルタ変調器として知られているが、図6は
このダブルループのシグマデルタ変調器に本発明を適用
した例を示している。9が初段の積分器、8が次段の積
分器であり、初段の積分器9と次段の積分器8との間は
ジョセフソン素子71で接続されている構成としてあ
る。(Example 4) Superconducting inductance element 1
In the case of a configuration using a filter composed of a resistor and a resistance element 2 as an integrator, a configuration in which this integrator is provided in two stages is known as a double-loop sigma-delta modulator. The example which applied this invention to the modulator is shown. Reference numeral 9 denotes a first-stage integrator, 8 denotes a next-stage integrator, and the first-stage integrator 9 and the next-stage integrator 8 are connected by a Josephson element 71.
【0131】また、この実施例4において、上述した実
施例1と異なるところは、比較動作用ジョセフソン素子
3,4以外の経路で、実施例1の構成に加えて多数個
(ここでは4個)の磁束量子Φ0 をフィルタによる積分
器の構成要素である超電導インダクタンス素子1にフィ
ードバックするようにした構成とした点である。The fourth embodiment is different from the first embodiment in that the paths other than the comparison operation Josephson elements 3 and 4 are different from the first embodiment in that a large number (four in this case) is used. ) Is fed back to the superconducting inductance element 1 which is a component of the integrator using a filter.
【0132】また、超電導インダクタンス素子1への磁
束量子フィードバックにジョセフソン伝送線路60を用
い、磁束量子対発生回路20で生成した4Φ0 の磁束量
子を、このジョセフソン伝送線路60を用いてジョセフ
ソン素子71より超電導インダクタンス素子1にフィー
ドバックさせる構成とする。The Josephson transmission line 60 is used for the feedback of the flux quantum to the superconducting inductance element 1, and the 4Φ 0 flux quantum generated by the flux quantum pair generation circuit 20 is used for the Josephson transmission line 60 using the Josephson transmission line 60. It is configured to feed back to superconducting inductance element 1 from 71.
【0133】このような構成において、磁束量子対生成
回路20が発生する磁束量子が、比較器の発生するフィ
ードバック量の単位である磁束量子Φ0 の整数倍(n
倍)、例えば、4倍であったとすると、当該磁束量子対
生成回路20で発生した4Φ0の磁束量子は、ジョセフ
ソン伝送線路60を介してジョセフソン素子71より初
段の積分器9の超電導インダクタンス素子1へフィード
バックされるから、初段の積分器9の超電導インダクタ
ンス素子1においては磁束量子対生成回路20からの4
Φ0 なる磁束量子がジョセフソン伝送線路60を通して
フィードバックされたことになる。In such a configuration, the magnetic flux quantum generated by the magnetic flux quantum pair generation circuit 20 is an integral multiple (n) of the magnetic flux quantum Φ0 which is a unit of the feedback amount generated by the comparator.
For example, if it is four times, the magnetic flux quantum of 4Φ0 generated by the magnetic flux quantum pair generation circuit 20 passes through the Josephson transmission line 60 and the superconducting inductance element of the integrator 9 in the first stage from the Josephson element 71. 1 in the superconducting inductance element 1 of the integrator 9 at the first stage.
This means that the flux quantum Φ0 is fed back through the Josephson transmission line 60.
【0134】また、後段の積分器8には、初段の積分器
9と同量の4倍のΦ0 がフィードバックされる。そのた
め、計8個の磁束量子がフィードバックに使用されたこ
とになる。故に、一層の高分解能化(多ビット化)、高
速化、広入力帯域化を図ることができるようになる。Further, Φ 0, which is four times the same amount as that of the integrator 9 in the first stage, is fed back to the integrator 8 in the subsequent stage. Therefore, a total of eight flux quanta are used for feedback. Therefore, higher resolution (multiple bits), higher speed, and wider input band can be achieved.
【0135】(実施例5)さらに、一層、高い分解能を
得るためには、図7に示すように構成すると良い。すな
わち、図7に示す構成は、基本構造はインダクタンス素
子1と抵抗素子2によるローパスフィルタを積分器とし
て使用し、このような積分器を2段構成にしたいわゆる
ダブルループ型シグマデルタ変調器を用いたものであ
り、ジョセフソン素子3,4で構成される比較器出力を
通常のジョセフソン伝送線路JTLでRSフリップフロ
ップ30に導く構成のシグマデルタ変調器型ADコンバ
ータである。(Embodiment 5) In order to further obtain a higher resolution, it is preferable to configure as shown in FIG. That is, the configuration shown in FIG. 7 uses a so-called double-loop sigma-delta modulator in which the basic structure uses a low-pass filter composed of an inductance element 1 and a resistance element 2 as an integrator and has such an integrator in a two-stage configuration. This is a sigma-delta modulator type AD converter having a configuration in which a comparator output composed of Josephson elements 3 and 4 is led to an RS flip-flop 30 through a normal Josephson transmission line JTL.
【0136】この構成にさらに磁束量子のフィードバッ
ク系として前述した磁束量子対生成回路20を多段接続
した構成(ここでは一例として磁束量子対生成回路81
a,81b,81cの3段接続構成)を採用し、磁束量
子対生成回路81a,81b,81cにて生成された磁
束量子を分岐用のスプリッタ82(ここでは1:4分岐
のスプリッタ)で分岐してから互いの分岐させた磁束量
子を遅延要素86a,86b,86c,86dで遅延さ
せて重ならないようにし、RSFQを合流させる合流ゲ
ート83a,83b,83cで順次合流させてから初段
の積分器9のインダクタンス素子1にフィードバックさ
せる構成とする。A configuration in which the above-described magnetic flux quantum pair generation circuit 20 is connected in multiple stages as a magnetic flux quantum feedback system (here, as an example, the magnetic flux quantum pair generation circuit 81)
a, 81b, 81c), and the magnetic flux quanta generated by the magnetic flux quantum pair generation circuits 81a, 81b, 81c are split by a splitter 82 for splitting (here, a splitter of 1: 4 splitting). Then, the flux quantums branched from each other are delayed by delay elements 86a, 86b, 86c and 86d so that they do not overlap, and are sequentially merged by merging gates 83a, 83b and 83c for merging the RSFQs, and then the integrator in the first stage The configuration is such that feedback is provided to the 9 inductance elements 1.
【0137】このフィードバック用のために、初段と次
段の積分器9,8の間にはジョセフソン素子84があ
り、このジョセフソン接合部から磁束量子をフィードバ
ックさせる。For this feedback, a Josephson element 84 is provided between the first and second integrators 9 and 8, and the magnetic flux quantum is fed back from the Josephson junction.
【0138】初段の磁束量子対生成回路81aにはジョ
セフソン伝送線路JTLを介して出力されたジョセフソ
ン素子3,4よりなる比較器からの磁束量子がバッファ
85aを介して与えられ、次段の磁束量子対生成回路8
1bには初段の磁束量子対生成回路81aからの磁束量
子がバッファ85bを介して与えられ、次々段の磁束量
子対生成回路81cには前記次段の磁束量子対生成回路
81bからの磁束量子がバッファ85cを介して与えら
れる結果、増倍されていく構成である。The flux quantum pair generation circuit 81a of the first stage receives the flux quantum from the comparator composed of the Josephson elements 3 and 4 output via the Josephson transmission line JTL via the buffer 85a, and the next stage. Flux quantum pair generation circuit 8
1b, the flux quantum from the first-stage flux quantum pair generation circuit 81a is given via a buffer 85b, and the next-stage flux quantum pair generation circuit 81c receives the flux quantum from the next-stage flux quantum pair generation circuit 81b. As a result of being provided via the buffer 85c, the multiplication is performed.
【0139】バッファ85a,85b,85cは発生し
た磁束量子対のうち、ローレンツ力により左右に分かれ
た磁束量子のうちの一方向のみを通すためのものであ
り、これにより一方向のみの磁束量子を選別してスプリ
ッタ82へと送る。The buffers 85a, 85b and 85c are for passing only one of the generated flux quanta in the pair of flux quanta separated by the Lorentz force into and out of the pair of generated flux quanta. It is sorted and sent to the splitter 82.
【0140】このような構成において、ジョセフソン素
子3,4で構成される比較器出力(図8のA点)を通常
のジョセフソン伝送線路JTLでRSフリップフロップ
30に導くと共に、磁束量子のフィードバック系として
設けてある3段接続構成の磁束量子対生成回路81a,
81b,81cのうち、初段の磁束量子対生成回路81
aにもスプリッタ80を介して導く。In such a configuration, the output of the comparator (point A in FIG. 8) composed of the Josephson elements 3 and 4 is guided to the RS flip-flop 30 through the ordinary Josephson transmission line JTL, and the feedback of the flux quantum is performed. A flux quantum pair generation circuit 81a having a three-stage connection configuration provided as a system,
81b and 81c, the first-stage magnetic flux quantum pair generation circuit 81
a through the splitter 80.
【0141】すると、磁束量子対生成回路81aはこの
磁束量子を増倍し、この増倍した磁束量子を次段の磁束
量子対生成回路81bに与える。磁束量子対生成回路8
1bはこの磁束量子を増倍し、この増倍した磁束量子を
次々段の磁束量子対生成回路81cに与える。Then, the magnetic flux quantum pair generation circuit 81a multiplies the magnetic flux quantum, and gives the multiplied magnetic flux quantum to the magnetic flux quantum pair generation circuit 81b in the next stage. Flux quantum pair generation circuit 8
1b multiplies the magnetic flux quantum and gives the multiplied magnetic flux quantum to the magnetic flux quantum pair generation circuit 81c in the next stage.
【0142】そして、当該次々段の磁束量子対生成回路
81cは、この磁束量子を増倍する。Then, the next-stage magnetic flux quantum pair generation circuit 81c multiplies the magnetic flux quantum.
【0143】増倍の結果は図8のB点の如きとなる。こ
のようにして磁束量子対生成回路81a,81b,81
cにより1個の磁束量子(図8のA点)が多数個に増大
され(図8のB点)、スプリッタ82に与えられる。The result of the multiplication is as shown at point B in FIG. Thus, the flux quantum pair generation circuits 81a, 81b, 81
By c, one magnetic flux quantum (point A in FIG. 8) is increased to a large number (point B in FIG. 8), and provided to the splitter 82.
【0144】スプリッタ82は磁束量子対生成回路20
a,20b,20cを経ることにより多数に生成された
磁束量子を分岐する(ここでは1:4分岐のスプリッ
タ)。例えば、生成された磁束量子がmであったとする
と、スプリッタ82で分岐された結果、mなる磁束量子
が4群得られることになる。そして、分岐されたそれぞ
れは遅延要素82a,82b,82c,82dで遅延さ
せて重ならないようにし、RSFQを合流させる合流ゲ
ート83a,83b,83cで合流させてから初段の積
分器8のインダクタンス素子1にフィードバックさせ
る。The splitter 82 is a magnetic flux quantum pair generation circuit 20.
The flux quanta generated by passing through a, 20b, and 20c are branched (here, a splitter having a 1: 4 branch). For example, assuming that the generated flux quantum is m, as a result of splitting by the splitter 82, four groups of m flux quantum are obtained. Each of the branched elements is delayed by delay elements 82a, 82b, 82c, and 82d so as not to overlap each other, and is merged by merging gates 83a, 83b, and 83c for merging the RSFQs, and then the inductance element 1 of the integrator 8 in the first stage To give feedback.
【0145】すなわち、この構成の場合、比較器で出力
された1つの磁束量子を、多段の磁束量子対生成回路を
通すことで多数に増やし、これをスプリッタで複数に分
岐させ、それぞれ異なる遅延量で遅延させてから合流す
ることで多数の磁束量子によるパルス列を作成し、これ
をダブルループのうちの初段の積分器9のインダクタン
ス素子にフィードバックさせることで当該初段の積分器
9のインダクタンス素子の電流をできるだけ弱める。そ
して、次段の積分器8のインダクタンス素子に流れる電
流を小さくする。That is, in the case of this configuration, one flux quantum output from the comparator is increased to a large number by passing through a multi-stage flux quantum pair generation circuit, and this is split into a plurality of pieces by the splitter, and the respective delay amounts are different. A pulse train composed of a large number of magnetic flux quanta is created by merging after delaying by the above, and this is fed back to the inductance element of the first-stage integrator 9 of the double loop, so that the current of the inductance element of the first-stage integrator 9 is obtained. Weaken as much as possible. Then, the current flowing through the inductance element of the integrator 8 at the next stage is reduced.
【0146】このことにより、積分器のインダクタンス
素子のインダクタンス分Lsを大きくできるようにな
り、以てシグマデルタ変調器によるADコンバータの高
分解能化、高速化、高入力帯域化を図ることができるよ
うになる。As a result, the inductance Ls of the inductance element of the integrator can be increased, so that the resolution and speed of the AD converter using the sigma-delta modulator can be increased, and the input band can be increased. become.
【0147】なお、図7の構成において、初段の積分器
9へのフィードバックで、RSFQの1:4のスプリッ
タ(入力されたSFQパルス列と同じ物を4個の出力ポ
ートから同時に順次出力する回路)の全ての出力に、さ
らに例えば、1:2のスプリッタを接続する構成とする
と、4個のΦ0 を4倍×2倍、すなわち、8倍増加させ
ることができる構成となる。そして磁束量子対生成回路
81a,81b,81cを経て増大された比較器からの
1個の磁束量子は、実にこの磁束量子対生成回路での生
成数をさらに8倍にして積分器にフィードバックするこ
とが可能な構成となる。In the configuration shown in FIG. 7, a RSFQ 1: 4 splitter (circuit for sequentially outputting the same SFQ pulse train as the input SFQ pulse train from four output ports simultaneously) is fed back to the first-stage integrator 9. Is further connected, for example, to a splitter of 1: 2, so that the four .PHI.0 can be increased four times.times.2, that is, eight times. One flux quantum from the comparator, which has been increased through the flux quantum pair generation circuits 81a, 81b, and 81c, is actually fed back to the integrator by further increasing the number of generations in the flux quantum pair generation circuit by eight times. Is possible.
【0148】その際、初段の積分器9へのフィードバッ
クは、当該初段の積分器9のインダクタンス素子1に接
続される9個の直列接続されたジョセフソン素子を通し
て行う構成とし、スプリッタの分岐出力先をこれら8個
の直列接続ジョセフソン素子それぞれに割り当てること
により、8個の直列接続されたジョセフソン素子にはそ
れぞれ4Φ0 づつ注入することができ、このようなフィ
ードバックにより、14ビットの分解能が獲得可能にな
る。At this time, feedback to the first stage integrator 9 is performed through nine serially connected Josephson elements connected to the inductance element 1 of the first stage integrator 9. Is assigned to each of these eight series-connected Josephson elements, so that each of the eight series-connected Josephson elements can be injected by 4Φ0, and a 14-bit resolution can be obtained by such feedback. become.
【0149】(実施例6)以上は、積分器としてインダ
クタンス素子と抵抗素子によるローパスフィルタを用い
たり、インダクタンス素子とキャパシタとによる共振器
型のものを用いた例を示したが、これは本質的にはイン
ダクタンスとキャパシタンスの回路である分布定数線路
による構成でも実現可能である。(Embodiment 6) In the above, an example was shown in which a low-pass filter using an inductance element and a resistance element was used as an integrator, or a resonator-type filter using an inductance element and a capacitor was used. Can be realized by a configuration using a distributed constant line which is a circuit of inductance and capacitance.
【0150】分布定数線路では整合をとらなければ固有
の周波数(例えば、波長/2)の信号の入力により共振
する。この共振現象を利用して分布定数線路を実施例2
の共振器と置き換えて使用する。In a distributed constant line, if matching is not achieved, resonance occurs due to input of a signal of a specific frequency (for example, wavelength / 2). Embodiment 2 A distributed constant line is formed by using this resonance phenomenon.
Used in place of the above resonator.
【0151】具体的には図9の如き構成であり、90が
分布定数線路、3,4は比較器を構成するジョセフソン
素子、10は遅延要素、20は磁束量子対生成回路、3
0はRSフリップフロップである。91はインピーダン
ス分、92はインダクタンス分であり、これらは分布定
数線路90の端部のインピーダンス整合を崩して反射が
起きるようにするためのものである。Specifically, the configuration is as shown in FIG. 9. 90 is a distributed constant line, 3 and 4 are Josephson elements forming a comparator, 10 is a delay element, 20 is a flux quantum pair generation circuit, 3
0 is an RS flip-flop. Reference numeral 91 denotes an impedance component, and reference numeral 92 denotes an inductance component. These components are used to break the impedance matching at the end of the distributed constant line 90 so that reflection occurs.
【0152】アナログ信号源よりデジタル変換対象の信
号が電流信号のかたちで入力され、かつこの信号は直流
電流バイアス源により所定の直流バイアスが付加されて
分布定数線路90へと入力される。A signal to be converted into a digital signal is input from an analog signal source in the form of a current signal, and this signal is input to a distributed constant line 90 after a predetermined DC bias is applied by a DC current bias source.
【0153】分布定数線路90はその入出力端のインピ
ーダンスマッチングが不整合となっており、入力された
電流信号はこの分布定数線路90を通る際に反射が起こ
る結果、共振周波数の成分の信号は共振され、増倍さ
れ、共振周波数の成分以外の周波数成分は減衰する。そ
の結果、インピーダンスマッチングのとられていない分
布定数線路90は共振器として機能することとなる。そ
して、この場合、実施例2と同様の動作を呈することと
なり、共振器のインダクタンス素子である分布定数線路
90に多数の磁束量子をフィードバックさせる構成が実
現されるから、シグマデルタ変調器のインダクタンス分
Lsを大きくすることが可能になる。それ故、高分解能
化(多ビット化)、高速化、広入力帯域化を図ることが
できるシグマデルタ変調器型のADコンバータの実現が
可能になる。The impedance constant of the input / output end of the distributed constant line 90 is mismatched, and the input current signal is reflected when passing through the distributed constant line 90. As a result, the signal of the resonance frequency component becomes It is resonated and multiplied, and frequency components other than the component of the resonance frequency are attenuated. As a result, the distributed constant line 90 without impedance matching functions as a resonator. In this case, an operation similar to that of the second embodiment is performed, and a configuration in which a large number of magnetic flux quanta are fed back to the distributed constant line 90 which is an inductance element of the resonator is realized. Ls can be increased. Therefore, it is possible to realize a sigma-delta modulator type AD converter capable of achieving high resolution (multiple bits), high speed, and wide input bandwidth.
【0154】以上、種々の実施例を説明したが本発明は
上述した実施例に限定されるものではなく、種々変形し
て実施可能である。Although various embodiments have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented with various modifications.
【0155】[0155]
【発明の効果】以上、詳述したように本発明によれば、
シグマデルタ変調器による高分解能(多ビット)、高
速、広入力帯域化を図るADコンバータの実現を阻害す
る原因であった積分器のインダクタンス成分Lsが大き
くできないという制限を大幅に緩和して、高分解能化
(多ビット化)、高速化、広入力帯域化を図ることがで
きるようになるシグマデルタ変調器が得られる。As described in detail above, according to the present invention,
The restriction that the inductance component Ls of the integrator cannot be increased, which has hindered the realization of an AD converter that achieves high resolution (multi-bit), high speed, and wide input band by the sigma delta modulator, is greatly relaxed. A sigma-delta modulator capable of achieving higher resolution (multiple bits), higher speed, and wider input band can be obtained.
【0156】そのため、本発明により、超電導シグマデ
ルタ変調器を用いたA/Dコンバータをその回路構造を
大きく変えることなく、同じサンプリングクロックに対
して、変換ビット精度の高い超電導ADコンバータの実
現が可能になる。Therefore, according to the present invention, a superconducting A / D converter using a superconducting sigma delta modulator can be realized with a high conversion bit accuracy for the same sampling clock without largely changing the circuit structure. become.
【図1】本発明を説明するための図であって、本発明に
よる超電導シグマデルタ変調器の基本構成例を示す図で
ある。FIG. 1 is a diagram for explaining the present invention, showing a basic configuration example of a superconducting sigma-delta modulator according to the present invention.
【図2】本発明を説明するための図であって、本発明に
よる実施例1における超電導シグマデルタ変調器の回路
構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the present invention, and is a diagram showing a circuit configuration example of a superconducting sigma-delta modulator in Embodiment 1 according to the present invention.
【図3】図2の回路の回路シミュレーション結果(シグ
マデルタ変調動作)を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a circuit simulation result (sigma-delta modulation operation) of the circuit of FIG. 2;
【図4】本発明を説明するための図であって、本発明の
実施例2におけるシグマデルタ変調器の構成例を示す図
である。FIG. 4 is a diagram for explaining the present invention, and is a diagram illustrating a configuration example of a sigma-delta modulator according to a second embodiment of the present invention.
【図5】本発明を説明するための図であって、本発明の
実施例3におけるバンドパスジグマデルタ変調器の構成
例を示す図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the present invention, and is a diagram illustrating a configuration example of a bandpass Sigma-Delta modulator according to a third embodiment of the present invention.
【図6】本発明を説明するための図であって、本発明の
実施例4であるダブルループシグ了デルタ変調器の構成
例を示す図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the present invention, and is a diagram showing a configuration example of a double-loop signal delta modulator which is Embodiment 4 of the present invention.
【図7】本発明を説明するための図であって、本発明の
実施例5におけるダブルループシグマデルタ変調器の構
成例を示す図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the present invention, and is a diagram illustrating a configuration example of a double-loop sigma-delta modulator according to a fifth embodiment of the present invention.
【図8】本発明の実施例5におけるシグマデルタ変調器
の作用を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an operation of a sigma-delta modulator according to a fifth embodiment of the present invention.
【図9】本発明を説明するための図であって、本発明の
実施例6におけるバンドパスシグマデルタ変調器の構成
例を示す図である。FIG. 9 is a diagram for explaining the present invention, and is a diagram illustrating a configuration example of a bandpass sigma-delta modulator according to a sixth embodiment of the present invention.
【図10】超電導シグマデルタ変調器の従来例を示す図
である。FIG. 10 is a diagram showing a conventional example of a superconducting sigma-delta modulator.
【図11】シグマデルタ変調器の基本的構成を示すブロ
ック図である。FIG. 11 is a block diagram illustrating a basic configuration of a sigma-delta modulator.
【図12】超電導シグマデルタ変調器を用いたADコン
バータの構成例を示すブロック図である。FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration example of an AD converter using a superconducting sigma-delta modulator.
【図13】アンダーダンピング型とオーバーダンピング
型のジョセフソン素子の特性を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing characteristics of under-damping type and over-damping type Josephson elements.
【符号の説明】 1…インダクタンス素子(Ls) 2…抵抗素子(Rs) 3,4…比較器を構成するジョセフソン素子 8…次段の積分器 9…初段の積分器 10…遅延素子 20,81a,〜81c…磁束量子対生成回路 20a,20b…オーバーダンピング・ジョセフソン素
子 20b…アンダーダンピング・ジョセフソン素子 30…RSフリップフロップ 53…キャパシタ[Description of Signs] 1 ... Inductance element (Ls) 2 ... Resistance element (Rs) 3,4 ... Josephson element constituting comparator 8 ... Next stage integrator 9 ... First stage integrator 10 ... Delay element 20, 81a, to 81c: magnetic flux quantum pair generation circuit 20a, 20b: over-damping Josephson element 20b: under-damping Josephson element 30: RS flip-flop 53: capacitor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 000005108 株式会社日立製作所 東京都千代田区神田駿河台四丁目6番地 (73)特許権者 000005223 富士通株式会社 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1 番1号 (72)発明者 橋本 龍典 東京都江東区東雲一丁目14番3号 財団 法人国際超電導産業技術研究センター超 電導工学研究所内 (72)発明者 永沢 秀一 東京都江東区東雲一丁目14番3号 財団 法人国際超電導産業技術研究センター超 電導工学研究所内 (72)発明者 長谷川 晴弘 東京都江東区東雲一丁目14番3号 財団 法人国際超電導産業技術研究センター超 電導工学研究所内 (72)発明者 鈴木 秀雄 東京都江東区東雲一丁目14番3号 財団 法人国際超電導産業技術研究センター超 電導工学研究所内 (72)発明者 宮原 一紀 東京都江東区東雲一丁目14番3号 財団 法人国際超電導産業技術研究センター超 電導工学研究所内 (72)発明者 榎本 陽一 東京都江東区東雲一丁目14番3号 財団 法人国際超電導産業技術研究センター超 電導工学研究所内 (56)参考文献 特開 平6−268270(JP,A) 米国特許5140324(US,A) 米国特許5327130(US,A) 米国特許5198815(US,A) 米国特許5341136(US,A) J.X.Przbysz et.a l.,Two−Loop Modula tor for Sigma−Delt a Analog to Digita l Converter,IEEE T RANSACTIONS ON APP LIED SUPERCONDUCTI VITY,米国,1995年 6月,VO L.5 NO.2,2248−2251 J.X.Przybysz et.a l.,JOSEPHSON SIGMA −DELTA MODULATOR F OR HIGH DYNAMIC RA NGE A/D CONVERTER, IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCO NDUCTIVITY,米国,1993年 3月,VOL.3,NO.1,2732− 2735 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03M 3/02 ZAA H03M 1/12 ZAA ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (73) Patent holder 000005108 Hitachi, Ltd. 4-6-1 Kanda Surugadai, Chiyoda-ku, Tokyo (73) Patent holder 000005223 Fujitsu Limited 4-1-1 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kawasaki No. 1 (72) Inventor Tatsunori Hashimoto 1-14-3 Shinonome, Koto-ku, Tokyo Inside the Superconductivity Engineering Laboratory, International Superconducting Technology Research Center (72) Inventor Shuichi Nagasawa 1-14-3, Shinonome, Koto-ku, Tokyo No. Inside the Superconductivity Engineering Research Center, International Superconducting Technology Research Center (72) Inventor Haruhiro Hasegawa 1-14-3 Shinonome, Shintomo, Koto-ku, Tokyo Inside the Superconducting Technology Research Center, International Superconducting Technology Research Center (72) Inventor Hideo Suzuki 1-14-3 Shinonome, Koto-ku, Tokyo International Superconductivity Foundation (72) Inventor Kazunori Miyahara 1-1-14 Shinonome, Koto-ku, Tokyo, Japan Inside the Superconductivity Engineering Laboratory (72) Inventor Yoichi Enomoto, Koto, Tokyo 1-14-3 Shinonome, Ward Inside the Superconducting Engineering Laboratory, International Superconducting Technology Research Center (56) References JP-A-6-268270 (JP, A) US Patent 5,140,324 (US, A) US Patent 5,327,130 (US U.S. Pat. No. 5,1988,815 (US, A) U.S. Pat. No. 5,341,136 (US, A) X. Przbysz et. a l. , Two-Loop Modulator for Sigma-Delta to Digital Converter, IEEE TRANSACTIONS ON APP LIED SUPERCONDUCTI VITY, U.S.A., 1995. 5 NO. 2,2248-2251 J.P. X. Przybysz et. a l. , JOSEPHSON SIGMA-DELTA MODULATOR FOR HIGH DYNAMIC RA NGE A / D CONVERTER, IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTITY, USA, March 1993, V.O. 3, NO. 1,2732-2735 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H03M 3/02 ZAA H03M 1/12 ZAA
Claims (3)
されたインダクタンス素子よりなる積分器と、オーバー
ダンピングされたジョセフソン素子で構成され、前記積
分器の前記インダクタンス素子からの出力をジョセフソ
ン素子に与えることによりこのジョセフソン素子の持つ
パルス発生動作特性を比較動作として利用するものであ
って、クロック信号と同期して比較動作を行う比較器と
を備え、前記比較器における比較動作により前記ジョセ
フソン素子から発生される磁束量子が前記インダクタン
ス素子の電流を一定値減少させる効果をフィードバック
として利用するようにした超電導シグマデルタ変調器に
おいて、 前記比較器を構成するジョセフソン素子の後段部に直流
バイアスされたジョセフソン伝送線路を接続すると共
に、このジョセフソン伝送線路は当該ジョセフソン伝送
線路を構成するジョセフソン素子のうち、少なくとも一
個のジョセフソン素子がアンダーダンピングのジョセフ
ソン素子とし、このジョセフソン伝送線路にて発生する
磁束量子を前記フィードバックさせる構成とすることを
特徴とする超電導シグマデルタ変調器。1. An integrator comprising an inductance element to which a resistance element or a capacitance element is connected, and a Josephson element which is over-damped, and an output from the inductance element of the integrator is provided to the Josephson element. A pulse generation operation characteristic of the Josephson element is used as a comparison operation.The comparator includes a comparator that performs a comparison operation in synchronization with a clock signal. In a superconducting sigma-delta modulator in which the generated magnetic flux quantum uses the effect of reducing the current of the inductance element by a constant value as feedback, a direct current biased Joseph is provided in a subsequent stage of the Josephson element constituting the comparator. Connect the transmission line The Josephson transmission line has a configuration in which at least one of the Josephson elements of the Josephson transmission line is an under-damped Josephson element, and the magnetic flux quantum generated in the Josephson transmission line is fed back. A superconducting sigma-delta modulator.
第1の積分器と、オーバーダンピングされたジョセフソ
ン素子で構成され、前記第1の積分器の前記インダクタ
ンス素子からの出力をジョセフソン素子に与えることに
よりこのジョセフソン素子の持つパルス発生動作特性を
比較動作として利用するものであって、クロック信号に
同期して比較動作を行う比較器とを備え、前記比較器に
おける比較動作により前記ジョセフソン素子から発生さ
れる磁束量子が前記インダクタンス素子の電流を一定値
減少させる効果をフィードバックとして利用するように
した超電導シグマデルタ変調器において、 前記第1の積分器の前段に、抵抗素子とインダクタンス
素子からなる少なくとも1組の第2の積分器をジョセフ
ソン素子を介して接続し、前記比較器を構成するジョセ
フソン素子の後段部には直流バイアスされたジョセフソ
ン伝送線路を接続すると共に、このジョセフソン伝送線
路は当該ジョセフソン伝送線路を構成するジョセフソン
素子のうち、少なくとも一個のジョセフソン素子はアン
ダーダンピングのジョセフソン素子とし、このジョセフ
ソン伝送線路にて発生する磁束量子を第1の積分器のイ
ンダクタンス素子にフィードバックさせると共に、前記
第2の積分器のインダクタンス素子には前記第1及び第
2の積分器間に接続されたジョセフソン素子のジョセフ
ソン接合部を介してフィードバックさせる構成とするこ
とを特徴とする超電導シグマデルタ変調器。2. A first integrator comprising a resistance element and an inductance element, and a Josephson element which is over-damped, and an output from the inductance element of the first integrator is provided to the Josephson element. A pulse generation operation characteristic of the Josephson element is used as a comparison operation, and a comparator that performs a comparison operation in synchronization with a clock signal is provided. In the superconducting sigma-delta modulator in which the magnetic flux quantum generated from the above uses the effect of reducing the current of the inductance element by a constant value as feedback, the superconducting sigma-delta modulator comprises a resistance element and an inductance element at the preceding stage of the first integrator. At least one set of second integrators connected via a Josephson element; A DC-biased Josephson transmission line is connected to the rear part of the Josephson element constituting the comparator, and the Josephson transmission line is connected to at least one of the Josephson elements constituting the Josephson transmission line. The son element is an under-damped Josephson element, and the magnetic flux quantum generated in the Josephson transmission line is fed back to the inductance element of the first integrator, and the inductance element of the second integrator is connected to the first element. And a feedback through a Josephson junction of a Josephson element connected between the first and second integrators.
キャパシタンス素子とインダクタンス素子とよりなる積
分器と、オーバーダンピングされたジョセフソン素子で
構成され、前記積分器の前記インダクタンス素子からの
出力をジョセフソン素子に与えることによりこのジョセ
フソン素子の持つパルス発生動作特性を比較動作として
利用するものであってクロック信号と同期して比較動作
を行う比較器とを備え、前記比較器における比較動作に
より前記ジョセフソン素子から発生される磁束量子が前
記インダクタンス素子の電流を一定値減少させる効果を
フィードバックとして利用するようにした超電導シグマ
デルタ変調器において、 前記積分器には抵抗素子とジョセフソン素子の直列回路
を入力段に設け、前記比較器を構成するジョセフソン素
子の後段部には直流バイアスされたジョセフソン伝送線
路を接続すると共に、このジョセフソン伝送線路は当該
ジョセフソン伝送線路を構成するジョセフソン素子のう
ち、少なくとも一個のジョセフソン素子はアンダーダン
ピングのジョセフソン素子とし、このジョセフソン伝送
線路にて発生する磁束量子を積分器のインダクタンス素
子にフィードバックさせると共に、積分器の入力段にあ
るジョセフソン素子のジョセフソン接合部を介してフィ
ードバックさせる構成とすることを特徴とする超電導シ
グマデルタ変調器。3. An integrator comprising a capacitance element and an inductance element forming a resonance circuit together with an inductance, and an over-damped Josephson element, and an output from the inductance element of the integrator is output to the Josephson element. And a comparator for performing a comparison operation in synchronization with a clock signal by using the pulse generation operation characteristic of the Josephson element as a comparison operation, and providing the Josephson element by the comparison operation in the comparator. In the superconducting sigma-delta modulator, wherein the effect that the flux quantum generated from reduces the current of the inductance element by a constant value is used as feedback, the integrator includes a series circuit of a resistance element and a Josephson element in an input stage. Joseph, which constitutes the comparator A DC-biased Josephson transmission line is connected to the rear part of the Sonson element, and this Josephson transmission line has at least one Josephson element of the Josephson element constituting the Josephson transmission line under-damped. A configuration in which a Josephson element is used, and a magnetic flux quantum generated in the Josephson transmission line is fed back to the inductance element of the integrator and fed back via the Josephson junction of the Josephson element in the input stage of the integrator. A superconducting sigma-delta modulator.
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Also Published As
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