JP2914322B2

JP2914322B2 - 超伝導素子の動作試験装置

Info

Publication number: JP2914322B2
Application number: JP8258476A
Authority: JP
Inventors: 伸一萬
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 1999-06-28
Anticipated expiration: 2016-09-30
Also published as: JPH10104318A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超伝導素子の動作試
験装置に係り、特に超伝導ラッチ回路の高速クロック動
作試験を行う超伝導素子の動作試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超伝導素子は高速動作特性に優れている
とされている。超伝導素子を用いた論理回路の高速評価
は、アンド論理回路、オア論理回路に関しては高速立ち
上がりパルスを用いた遅延時間測定などの方法で動作限
界を評価する方法が採られてきた。しかし、超伝導素子
で構成されたラッチ回路は、超伝導素子特有のバイアス
リセットシーケンスを含んだ２クロックサイクル以上の
パルスパターンでのみ正常動作評価が可能で、遅延時間
により動作を評価することができず、クロックを用いた
試験を行わなければならない。しかも、出力が真出力と
補出力の２出力ありそのどちらも正常動作していること
を確認しなければならない。

【０００３】図１０は従来の超伝導素子の動作試験装置
の一例のブロック図を示す。この動作試験装置は、超伝
導ラッチ回路の高速動作特性試験を行う装置である。こ
の種の超伝導素子を高速クロックのもとで動作試験する
方法は、従来より公知で、例えば１９８６年５月１日、
アプライド・フィジィックス、第５９巻９号３２０２〜
３２０７頁（Applied Physics， vol.５９（９）,１
May １９８６）に示されている。

【０００４】図１０において、パルスジェネレータ１０
１は駆動用のバイアスクロックと、正常動作を調べるた
めのデータ信号（試験入力）を別個に被測定回路１０２
に送る。被測定回路１０２は、特性評価をしようとする
超伝導ラッチ回路で、バイアスクロック信号入力端子と
データ入力端子と真出力端子と補出力端子を有する。オ
シロスコープ１０３は真信号と補信号の両方の出力を取
り出しモニタする。

【０００５】次に動作を説明する。超伝導ラッチ回路は
あるクロックに入力されたデータ信号を、次のクロック
でその真信号と補信号の両方を出力するという回路であ
る。従って、データ入力パルス列をパルスジェネレータ
１０１で作り、その次のクロックの出力をオシロスコー
プ１０３でモニタし、入力と同じパルス列が真出力と同
じもの、補出力が真出力と逆であれば正常動作している
と評価することができる。

【０００６】また、この試験においては、パルスジェネ
レータ１０１でバイアスクロックとデータ入力パルスの
周波数は同じで、しかも超伝導素子特有の性質からデー
タ入力の立ち上がりは、バイアスクロックの立ち上がり
より遅らせることが必要とされる。この条件の下でバイ
アスクロックとデータ入力パルスの周波数を上げてゆ
き、誤動作する周波数をこの回路の動作の上限を与える
と評価する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記の従来
の動作試験装置では、誤動作が発生した場合、それが被
測定回路１０２からのものか、測定系の問題なのか判断
しにくいという問題がある。その理由は、従来の動作試
験装置ではバイアスクロックの入力とデータ入力が別々
でしかもその立ち上がり順序が決まっているためであ
る。クロック周波数を上げていくとその波長は短くな
る。極低温部に測定ケーブルを導入しなければならない
超伝導素子の評価の場合、わずかなケーブル長の違いな
どによりバイアスクロックの入力とデータ入力のタイミ
ングシーケンスに誤りを起こしやすくなる。これは被測
定回路１０２の問題ではない。しかし、見かけ上は測定
系の問題なのか、被測定回路１０２の動作の上限なのか
判別し難く素子試験の信憑性を損なうこととなる。

【０００８】また、従来の動作試験装置では、被測定回
路１０２の正常動作周波数の上限が測定できないという
問題がある。その理由は、任意のパルス波形を発生でき
るパルスジェネレータ１０１の上限のクロック周波数が
被測定回路１０２の予想される正常動作周波数の上限よ
り低いためである。このことは被測定回路１０２である
超伝導体と、パルスジェネレータ１０１を構成する半導
体回路との動作範囲の違いに起因する。

【０００９】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
超伝導体で構成されたラッチ論理回路、アンド論理回
路、オア論理回路のクロック動作における動作の上限を
与える試験方法を正弦波一入力のみで可能とする超伝導
素子の動作試験装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、クロック入力端子、データ入力端子、真出
力端子及び補出力端子を有し、補出力端子とデータ入力
端子が接続された試験対象の超伝導ラッチ回路のクロッ
ク入力端子に、所望の周波数の正弦波又は正弦波を波形
整形したパルスを入力するクロック信号入力手段と、超
伝導ラッチ回路の真出力端子及び補出力端子の両出力信
号の論理演算を行って２つの動作判定信号を出力する動
作判定回路と、動作判定回路からの２つの動作判定信号
の論理の組み合わせから超伝導ラッチ回路動作が正常か
否かを評価測定を行う測定手段とを有する構成としたも
のである。

【００１１】また、上記のクロック信号入力手段は、試
験対象の超伝導ラッチ回路のクロック入力端子に、所望
の周波数の正弦波を直接に入力するか、所望の周波数の
正弦波を発振出力する正弦波発振器と、正弦波発振器か
らの正弦波をパルスに変換して超伝導ラッチ回路のクロ
ック入力端子に入力するクロック信号供給回路とからな
り、クロック信号供給回路は、超伝導ラッチ回路のクロ
ック入力端子と接地間に接続された複数個のジョセフソ
ン接合の直列回路からなる。

【００１２】本発明は、また動作判定回路として、超伝
導ラッチ回路の真出力端子及び補出力端子の両出力信号
の合成信号を分周して一の動作判定信号を出力する、ジ
ョセフソン接合を用いた分周回路を用いることを特徴と
する。

【００１３】また、試験対象の超伝導ラッチ回路は、互
いにクロック入力端子が共通接続された第１及び第２の
超伝導ラッチ回路からなり、第１の超伝導ラッチ回路の
補出力端子は第２の超伝導ラッチ回路のデータ入力端子
に接続され、第２の超伝導ラッチ回路の真出力端子は第
１の超伝導ラッチ回路のデータ入力端子に接続され、第
１の超伝導ラッチ回路の真出力端子と第２の超伝導ラッ
チ回路の補出力端子からそれぞれ信号を動作判定回路へ
出力することを特徴とする。

【００１４】本発明では、試験対象の超伝導ラッチ回路
を、他の少数のジョセフソン接合を用いた動作判定回路
とつなぎ、外部からの入力をクロック一入力だけとし、
クロックは正弦波で供給し、超伝導ラッチ回路の出力を
動作判定回路に入力することにより、出力が低速な矩形
信号、あるいは繰り返し波形などの観測が容易なものと
変換することができる。正弦波発振器は数十ギガヘルツ
帯まで存在し、評価に必要な周波数は問題なく供給でき
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明になる超伝導素子の
動作試験装置の一実施の形態のブロック図を示す。同図
において、被測定回路２０へは正弦波発振器１０により
発振出力された正弦波信号のみが入力される。被測定回
路２０の出力信号はオシロスコープ３０に入力されてモ
ニタされ、動作状態が評価測定される。

【００１６】図２は、図１中の被測定回路２０の一実施
の形態のブロック図を示す。被測定回路２０は、クロッ
ク信号供給回路２１、被測定ジョセフソンラッチ回路
（超伝導ラッチ回路）２２及び正常動作判定回路２３か
ら構成されている。この被測定回路２０では、外部から
入力された正弦波信号はクロック信号供給回路２１に入
力され、被測定ジョセフソンラッチ回路２２に適したク
ロック信号に変換される。被測定ジョセフソンラッチ回
路２２は、このクロック信号に同期して動作し、その出
力信号は正常動作判定回路２３に入力されて動作判定信
号に変換され、図１のオシロスコープ３０への出力信号
となる。

【００１７】次に、動作試験の方法を図１と図２を参照
して説明する。まず、被測定回路２０に正弦波発振器１
０から正弦波入力を導入する。正弦波発振器１０は数十
ギガヘルツ帯までのものが市販されており、超伝導素子
の動作上限を知るために十分な帯域を持っている。被測
定回路２０では入力された正弦波を図２に示すクロック
信号供給回路２１に入力し、被測定ジョセフソンラッチ
回路２２の動作に適したクロックに変換する。なお、こ
のクロック信号供給回路２１は必ずしも必要ではない。

【００１８】クロック信号供給回路２１の出力信号は、
被測定ジョセフソンラッチ回路２２のクロック入力端子
に入力される。被測定ジョセフソンラッチ回路２２はラ
ッチ回路のデータ入力端子とデータ出力端子を接続す
る。接続の仕方は後述するが、ラッチ回路の補出力信号
を入力信号と接続する、あるいは並列にラッチ回路を並
べお互いの出力信号を相手の入力信号に接続する形式を
とる。このように接続すると、被測定超伝導ラッチ回路
の入力信号は、クロック信号より遅く発生する出力信号
を利用しているため、必ずクロック入力より後に入力信
号が入ることとなり、入力とクロックとのタイミングシ
ーケンスの問題が生じない。このようにしてデータ入力
を外部から導入しなくても論理正常動作を試験すること
ができる。

【００１９】被測定ジョセフソンラッチ回路２２の出力
信号は、正常動作判定回路２３に入力される。この回路
２３は後述するが、入力の周波数をかえる動きをするも
の、もしくは２種類の観測しやすい波形の組を作り出す
ものである。その用いるジョセフソン接合の数が被測定
ラッチ回路に比べ少なく、被測定ラッチの動作に影響を
与えることはない。

【００２０】この正常動作判定回路２３からオシロスコ
ープ３０への出力信号は、後述するように連続した矩形
波と出力無しの組み合わせ、若しくはクロックに比べ長
い周期を持つ矩形波となり、観測評価しやすいものとな
る。一般に、高周波になればなるほど矩形波の観測が困
難となる。このような接続をとっていれば、評価の信頼
性が高まる。このようにして、入力側が波形の減衰の少
ない正弦波１入力のみでクロック入力とデータ入力のタ
イミングシーケンスの問題なく被測定ジョセフソンラッ
チ回路２２の正常動作の上限を知ることができる。

【００２１】図３は図１中の被測定回路の第１の例の回
路系統図を示す。この例においては、クロック信号供給
回路２１は存在せず、被測定回路２０は前記被測定ジョ
セフソンラッチ回路２２に相当するジョセフソンラッチ
回路２２０と正常動作判定回路２３とからなり、正常動
作判定回路２３はジョセフソンオア回路２３１とジョセ
フソンアンド回路２３２よりなる。ジョセフソンラッチ
回路２２０は、データ入力端子、クロック入力端子、真
出力端子及び補出力端子を有し、補出力端子がデータ入
力端子に接続されている。

【００２２】これにより、前述したように、ジョセフソ
ンラッチ回路２２０のデータ入力信号として、クロック
信号より遅く発生する補出力信号を利用しているため、
必ずクロック入力より後にデータ入力信号が入ることと
なり、入力とクロックとのタイミングシーケンスの問題
が生じない。

【００２３】次に、この例の動作について図４の信号波
形図を併せ参照して説明する。ジョセフソンラッチ回路
２２０のクロック入力端子には、図４（ａ）に示す正弦
波が正弦波発振器１０より直接に入力され、これにより
ジョセフソンラッチ回路２２０は動作し、そのときの真
出力信号と補出力信号はそれぞれジョセフソンオア回路
２３１とジョセフソンアンド回路２３２に入力される。

【００２４】ジョセフソンラッチ回路２２０が正常動作
の場合、ジョセフソンオア回路２３１からは図４（ｂ）
に示すように、同図（ａ）に示すクロック（正弦波）と
同じ周期の矩形波の列が取り出され、ジョセフソンアン
ド回路２３２からは図４（ｃ）に示すように、ゼロ出力
のまま、すなわちロウレベル一定の信号が取り出され
る。

【００２５】ここで、外部からジョセフソンラッチ回路
２２０のクロック入力端子への正弦波の振幅を徐々にあ
げてゆくと、振幅が小さいときは誤動作するので図４
（ｂ）、（ｃ）に示したような出力信号はジョセフソン
オア回路２３１及びジョセフソンアンド回路２３２の出
力には現れず、どちらも出力なしという状態である。

【００２６】引き続き、徐々に上記の正弦波の振幅を増
加させてゆき、正常動作領域に達したとき、ジョセフソ
ンオア回路２３１からの出力波形が図４（ｂ）に示した
矩形波列となる。ここがある周波数における正常動作し
始めるクロックの振幅である。このようにして、まず正
常動作する振幅のマージンが得られる。

【００２７】次に、この正常動作する振幅の範囲内で更
に周波数を上げ、この波形が維持されるか調べる。この
場合、二つの出力のうちジョセフソンオア回路２３１の
出力信号だけが矩形波列で、ジョセフソンアンド回路２
３２からの出力信号が無し、の組み合わせであれば正常
動作であるから正常・異常動作を判別しやすい。正弦波
の振幅を外部から調整しながら周波数を上げてゆき最終
的な正常動作上限を知る。前述したように、この際デー
タ入力とクロック入力とのタイミングシーケンスなどの
測定系の問題は無視でき、正確な被測定回路の特性が得
られる。

【００２８】図５は図１中の被測定回路の第２の例の回
路系統図を示す。同図中、図３と同一構成部分には同一
符号を付し、その説明を省略する。図５に示す第２の例
の被測定回路２０は、ジョセフソン接合を用いたクロッ
ク信号供給回路２１を有する点に特徴がある。このクロ
ック信号供給回路２１は、ジョセフソンラッチ回路２２
０のクロック入力端子と接地間に接続された４個のジョ
セフソン接合２１１〜２１４の直列回路からなる。

【００２９】この構成のクロック信号供給回路２１は、
被測定ジョセフソンラッチ回路２２０と同じチップ上に
作成できる。このため、波形のなまりなどが少なく被測
定ジョセフソンラッチ回路２２０の評価に与える影響は
少ない。この構成のクロック信号供給回路２１を付加す
ると、外部から入力される前記正弦波が矩形波に変換さ
れてジョセフソンラッチ回路２２０のクロック端子にク
ロック信号として入力される。このため、クロックの活
性時間が正弦波より増えて回路全体の動作マージンが増
え観測が容易となるという利点もある。なお、ジョセフ
ソン接合の数は４個に限定されるものではない。

【００３０】図６は図１中の被測定回路の第３の例の回
路系統図を示す。この第３の例の被測定回路２０は、第
１及び第２のジョセフソンラッチ回路２２１及び２２２
からなる被測定ジョセフソンラッチ回路２２と、前記正
常動作判定回路２３に相当する正常動作判定回路２３３
よりなる。なお、クロック信号供給回路２１は存在して
も存在しなくてもよい。

【００３１】被測定ジョセフソンラッチ回路２２では、
第１及び第２のジョセフソンラッチ回路２２１及び２２
２を並列に組み合わせて用いており、ジョセフソンラッ
チ回路２２１及び２２２の各クロック端子が共通接続さ
れ、またジョセフソンラッチ回路２２１の補出力端子
（補出力１）はジョセフソンラッチ回路２２２のデータ
入力端子（入力２）に接続され、ジョセフソンラッチ回
路２２２の真出力端子（真出力２）はジョセフソンラッ
チ回路２２１のデータ入力端子（入力１）に接続され、
ジョセフソンラッチ回路２２１の真出力端子（真出力
１）とジョセフソンラッチ回路２２２の補出力端子（補
出力２）からそれぞれ信号を正常動作判定回路２３３へ
出力する構成である。

【００３２】また、正常動作判定回路２３３は、真出力
１と補出力２と接地間に接続されたジョセフソン接合Ｊ
ｉｎ、抵抗Ｒ１及びＲ２、ジョセフソン接合Ｊ１〜Ｊ
４、Ｊｓｑ１及びＪｓｑ２、インダクタンスＬｉｎ１、
Ｌｉｎ２、Ｌｃｉｒｃ及びＬｓｑなどからなり、分周回
路を構成している。なお、各回路素子の傍の数値はその
回路素子の値で、ジョセフソン接合Ｊｉｎ、Ｊ１〜Ｊ
４、Ｊｓｑ１及びＪｓｑ２の値の単位はミリアンペア、
抵抗Ｒ１及びＲ２の値の単位はオーム、インダクタンス
Ｌｉｎ１、Ｌｉｎ２、Ｌｃｉｒｃ及びＬｓｑの値の単位
はピコヘンリーである。

【００３３】次に、この図６の動作について図７のタイ
ムチャートを併せ参照して説明する。図６において、初
期状態でジョセフソンラッチ回路２２１及び２２２がリ
セット（入力１、入力２はゼロ）となっていると仮定す
る。それぞれのジョセフソンラッチ回路２２１及び２２
２においては、ある入力に対して次のクロックサイクル
で同じ出力を真出力に、それと逆の出力が補出力に現れ
る。この例の場合、あるクロックサイクルにおいて入力
１は真出力２と、入力２は補出力１と同じ波形となる。

【００３４】データ入力信号はジョセフソンラッチ回路
２２１及び２２２の出力信号をフィードバックする形で
入れており、クロックの立ち上がりより遅い立ち上がり
で入力されているため、クロックと入力信号とのタイミ
ングシーケンスは完全に正常であるように保証されてい
る。

【００３５】クロック入力端子に外部から正弦波を波形
整形して得た図７（ａ）に示すパルスがクロック信号と
して入力されることによりジョセフソンラッチ回路２２
１及び２２２が動作し、それにより得られる真出力１、
補出力１、真出力２、補出力２は、図７（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すようになり、また入力１
は真出力２と同じ波形であるから図７（ｆ）に示すよう
になり、入力２は補出力１と同じ波形であるから図７
（ｇ）に示すようになる。

【００３６】このうち、真出力１と補出力２は、正常動
作判定回路２３３内のジョセフソン接合Jinに入力され
て論理積をとられる。そのため図６の正常動作判定回路
２３３中のジョセフソン接合Ｊｉｎにインダクタンスを
介して並列に接続された抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉinput
の波形は図７（ｈ）に示すように得られる。正常動作判
定回路２３３において、電流Ｉinputがインダクタンス
Ｌin1，Ｌin2に流れ込んだ場合、正常動作判定回路２３
３の出力電流をＩdetectとすると、正常動作判定回路２
３３を通すことで最終的には図７（ｉ）に示すような波
形の出力電流Ｉｄｅｔｅｃｔが得られる。図７（ａ）及
び（ｉ）から分かるように、この出力電流Ｉｄｅｔｅｃ
ｔは、入力クロック信号に対して８倍の周期とされてい
る（繰り返し周波数が１／８倍に分周されている）こと
がわかる。

【００３７】例えば、１０ＧＨｚレベルのクロックの観
測は非常に困難だが、その８分の１の周波数の観測はし
やすい。つまり、この例では、クロックが観測に困難な
高周波数であっても、検出は８分の１の周波数の波形に
ついて行えるため、動作評価しやすいという特長があ
る。

【００３８】図７（ｈ）に示す電流ＩinputがＩdetect
となる様子を正常動作判定回路のダイナミックシミュレ
ーションしたものが図８である。図８（ａ）に示す電流
Ｉｉｎｐｕｔの波形が、図８（ｅ）に示す出力電流Ｉｄ
ｅｔｅｃｔの波形となる理由を図８を用いて説明する。
回路には予め図６のような直流の電流バイアスＩｄｃ１
，Ｉｄｃ２，Ｉｄｃ３をかけておく。ここでＩ
ｄｃ１＝−Ｉｄｃ３となるようにする。この直流電流バ
イアスによりジョセフソン接合Ｊ１、Ｊ２には図８
（ｂ）及び（ｃ）においてそれぞれＡ、Ｂ点のような電
流が流れている。

【００３９】ここで電流Iinputが入力されると（図８
（ａ）の第一の入力）、入力された電流はインダクタン
スＬｉｎ１とＬｉｎ２に分流する。この分流電流は、ま
ずジョセフソン接合Ｊ３とＪ４に流れる。Ｊ３とＪ４は
入力電流Ｉｉｎｐｕｔにくらべ小さく設計してあり、入
力電流が流れると電圧状態に遷移してＪ３はＪ１に、Ｊ
４はＪ２にパルス電流を送る働きをする。最終的に電流
Ｉｉｎｐｕｔは抵抗Ｒ１に流れ込む。

【００４０】Ｊ１とＪ２に流れ込んだパルスはそれぞれ
次のような効果を引き起こす。Ｊ１においては流れ込む
電流と直流電流バイアスｉｄｃ１により流れていた電流
との向きが同じであるため、ジョセフソン接合Ｊ１が電
圧状態にスイッチする。これに対し、ジョセフソン接合
Ｊ２に流れ込む電流は、直流電流バイアスｉｄｃ３によ
り流れていた電流と向きが逆なため、電圧状態にはなら
ない。

【００４１】ジョセフソン接合Ｊ１がスイッチしたこと
により、直流電流バイアスはそれまでジョセフソン接合
Ｊ１からグランドに流れ、ジョセフソン接合Ｊ２を逆流
していたものが、ジョセフソン接合Ｊ１及びＪ３の接続
点とジョセフソン接合Ｊ４及びＪ２との接続点の間を直
列に接続しているインダクタンスＬｃｉｒｃに流れる。
このジョセフソン接合Ｊ１のスイッチは１磁束量子がこ
の接合から進入したことに相当し、Ｊ１−Ｌｃｉｒｃ−
Ｊ２の超伝導ループに１磁束量子分の永久電流が流れ
る。これが図８のＣに相当する。

【００４２】その後、電流Iinputが再び入力されると
（図８（ａ）の第二の入力）、第一の入力のときとは逆
に、ジョセフソン接合Ｊ１は電圧状態にスイッチしない
が、ジョセフソン接合Ｊ２はスイッチする。これによ
り、第一の入力時に進入した磁束量子はジョセフソン接
合Ｊ２を通って超伝導ループの外に出て、永久電流Ｃは
無くなり第一の入力の前の状態に戻る。

【００４３】このように、ある入力が入るのに同期して
インダクタンスＬｃｉｒｃを流れる電流は出力状態を変
える。これをＬｓｑ，Ｊｓｑ１，Ｊｓｑ２からなる超伝
導ループ回路でディテクトしたものがＩｄｅｔｅｃｔで
ある。この回路を使うことで、図８（ａ）に示す電流Ｉ
ｉｎｐｕｔの波形のような短い周期のものを観測して正
常動作かどうか判別するのではなく、図８（ｅ）に示し
た出力電流Ｉｄｅｔｅｃｔのような長い周期を持つ波形
に変換されたものを観測し、その周期から正常動作を評
価する方法を採ることができるため、評価の信頼性が向
上する。

【００４４】図９は図１中の被測定回路の第４の例の回
路系統図を示す。この第４の例の被測定回路２０は、第
１及び第２のジョセフソンラッチ回路２２１及び２２２
からなる被測定ジョセフソンラッチ回路２２と、前記正
常動作判定回路２３に相当する正常動作判定回路２３４
よりなる。なお、クロック信号供給回路２１は存在して
も存在しなくてもよい。

【００４５】上記の正常動作判定回路２３４は、ジョセ
フソン接合Ｊ３及びＪ４のそれぞれに並列に抵抗を接続
し、直流電流バイアスｉｄｃ１とＩｄｃ２を同一方向と
し、ジョセフソン接合Ｊｓｑ２とインダクタンスＬｓｑ
との接続点から抵抗Ｒ３を介して出力電流Ｉｄｅｔｅｃ
ｔを取り出す構成であり、このような構成でも、図８
（ｅ）に示すように、入力電流Ｉｉｎｐｕｔを分周した
検出電流Ｉｄｅｔｅｃｔが得られる。

【００４６】なお、本発明は以上の実施の形態に限定さ
れるものではなく、例えば図６の構成のクロック入力部
に図５に示したクロック信号供給回路２１を付加しても
よい。この場合は、供給されるクロックが矩形波とな
り、クロックの活性時間が正弦波より増えて被測定回路
全体の動作マージンが増え観測が容易となるという利点
がある。また、図９のクロック入力部に図５に示したク
ロック信号供給回路２１を付加してもよい。この場合
は、供給されるクロックが矩形波となり、クロックの活
性時間が正弦波より増えて被測定回路全体の動作マージ
ンが増え観測が容易となるという利点がある。

【００４７】すなわち、被測定回路のクロックバイアス
（超伝導回路の場合、クロックとバイアスは同じであ
る）の動作範囲を仮に１０ｍＶから１２ｍＶまでとする
と、正弦波でこのクロックを供給する場合、正弦波の振
幅が１２ｍＶを越えず、かつ、１０ｍＶから１２ｍＶま
での範囲に入るように供給しなければならないが、上記
の図５に示したクロック信号供給回路２１は４個のジョ
セフソン接合から構成されているから１１．２ｍＶの定
電圧源として動作し、これを定電圧源として正常動作さ
せるとき外部から入力される正弦波の振幅は７ｍＶから
１５ｍＶ程度まで可能となる。すなわち、クロック信号
供給回路２１を用いることにより、正弦波の振幅の変え
られる範囲（動作マージン）が増える。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
試験対象の超伝導ラッチ回路を、他の少数のジョセフソ
ン接合を用いた動作判定回路とつなぎ、外部からの入力
をクロック一入力だけとし、クロックは正弦波で供給
し、超伝導ラッチ回路の出力を動作判定回路に入力する
ことにより、出力が低速な矩形信号、あるいは繰り返し
波形などの観測が容易なものと変換することができ、よ
って、超伝導ラッチ回路の動作の上限周波数を得ること
ができる。

【００４９】また、本発明によれば、超伝導ラッチ回路
の入力をクロック入力１本だけとして出力信号をデータ
入力端子にフィードバックするように接続することによ
り、データ入力とクロック入力とのタイミングシーケン
スの外部からのコントロールを不要としたため、高速特
性評価の際の測定系の誤動作による誤評価を低減でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超伝導素子の動作試験装置の一実施の
形態のブロック図である。

【図２】図１中の被測定回路の一実施の形態のブロック
図である。

【図３】図１中の被測定回路の第１の例の回路系統図で
ある。

【図４】図３の各部の信号波形図である。

【図５】図１中の被測定回路の第２の例の回路系統図で
ある。

【図６】図１中の被測定回路の第３の例の回路系統図で
ある。

【図７】図６の各部の信号波形図である。

【図８】図６中の正常動作判定回路の各部のダイナミッ
クシミュレーション結果である。

【図９】図１中の被測定回路の第４の例の回路系統図で
ある。

【図１０】従来の超伝導素子の動作試験装置の一例のブ
ロック図である。

【符号の説明】

１０正弦波発振器２０被測定回路２１クロック信号供給回路２２被測定ジョセフソンラッチ回路２３正常動作判定回路３０オシロスコープ２１１〜２１４、Ｊｉｎ、Ｊ１〜Ｊ４、Ｊｓｑ１、Ｊｓ
ｑ２ジョセフソン接合２２０、２２１、２２２ジョセフソンラッチ回路２３１ジョセフソンオア回路２３２ジョセフソンアンド回路Ｌｉｎ１、Ｌｉｎ２、Ｌｓｑ、Ｌｃｉｒｃインダクタ
ンス

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】クロック入力端子、データ入力端子、真
出力端子及び補出力端子を有し、該補出力端子と該デー
タ入力端子が接続された試験対象の超伝導ラッチ回路の
前記クロック入力端子に、所望の周波数の正弦波又は該
正弦波を波形整形したパルスを入力するクロック信号入
力手段と、前記超伝導ラッチ回路の真出力端子及び補出力端子の両
出力信号の論理演算を行って２つの動作判定信号を出力
する動作判定回路と、前記動作判定回路からの２つの動作判定信号の論理の組
み合わせから前記超伝導ラッチ回路動作が正常か否かを
評価測定を行う測定手段とを有することを特徴とする超
伝導素子の動作試験装置。
【請求項２】前記クロック信号入力手段は、前記試験
対象の超伝導ラッチ回路の前記クロック入力端子に、前
記所望の周波数の正弦波を直接に入力することを特徴と
する請求項１記載の超伝導素子の動作試験装置。
【請求項３】前記クロック信号入力手段は、前記所望
の周波数の正弦波を発振出力する正弦波発振器と、前記
正弦波発振器からの正弦波をパルスに変換して前記超伝
導ラッチ回路のクロック入力端子に入力するクロック信
号供給回路とからなり、該クロック信号供給回路は、前
記超伝導ラッチ回路のクロック入力端子と接地間に接続
された複数個のジョセフソン接合の直列回路からなるこ
とを特徴とする請求項１記載の超伝導素子の動作試験装
置。
【請求項４】前記動作判定回路は、並列に設けられた
ジョセフソンオア回路とジョセフソンアンド回路とから
なり、それぞれから前記動作判定信号を出力することを
特徴とする請求項１記載の超伝導素子の動作試験装置。
【請求項５】前記動作判定回路として、前記超伝導ラ
ッチ回路の真出力端子及び補出力端子の両出力信号の合
成信号を分周して一の動作判定信号を出力する、ジョセ
フソン接合を用いた分周回路を用いることを特徴とする
請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の超伝導素子の
動作試験装置。
【請求項６】前記試験対象の超伝導ラッチ回路は、互
いにクロック入力端子が共通接続された第１及び第２の
超伝導ラッチ回路からなり、該第１の超伝導ラッチ回路
の補出力端子は該第２の超伝導ラッチ回路のデータ入力
端子に接続され、該第２の超伝導ラッチ回路の真出力端
子は該第１の超伝導ラッチ回路のデータ入力端子に接続
され、該第１の超伝導ラッチ回路の真出力端子と該第２
の超伝導ラッチ回路の補出力端子からそれぞれ信号を前
記動作判定回路へ出力することを特徴とする請求項１乃
至３のうちいずれか一項記載の超伝導素子の動作試験装
置。