JP2000124794A - Superconductive logic circuit - Google Patents
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Landscapes
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- Logic Circuits (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は微小磁場の検出装
置、電圧標準、マイクロ波或いはミリ波検出回路、高速
デジタル回路、アナログデータ処理回路等、回路が超電
導性を有することにより特有の性能を発揮する超電導エ
レクトロニクスの分野に関わり、特に超高速性能を発揮
するデジタル回路の要素となる磁束量子論理ゲートおよ
びこれによって構成される超電導論理回路の論理構成と
その動作に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention exhibits a unique performance due to the superconductivity of the circuit, such as a detecting device for a minute magnetic field, a voltage standard, a microwave or millimeter wave detecting circuit, a high-speed digital circuit, and an analog data processing circuit. In particular, the present invention relates to a flux quantum logic gate which is an element of a digital circuit exhibiting ultra-high speed performance, and a logic configuration and operation of a superconducting logic circuit constituted by the gate.
【0002】[0002]
【従来の技術】超電導デジタル回路、たとえば、図11
に示される等価回路のような磁束量子パラメトロンゲー
ト3によって構成される論理回路等においては、論理動
作としてカスケードに繋がる磁束量子パラメトロンゲー
ト間で信号の授受を実行する手段およびその回路構成を
得る必要がある。図11において、4はジョセフソン接
合、1は磁束量子パラメトロンループインダクタ、12
はジョセフソン接合4に並列に接続されたシャント抵
抗、2は励振線インダクタ、5は出力インダクタ、8は
接地端である。良く知られているように、励振線インダ
クタ1が付勢されているときに、入力インダクタ6を介
して加えられる入力電流IAの極性により、出力インダ
クタ5に流入する出力電流IBの極性が決まる。出力イ
ンダクタ5から出力電流IBを次段ゲートに磁束信号と
して伝達する。2. Description of the Related Art A superconducting digital circuit, for example, shown in FIG.
In a logic circuit or the like constituted by the flux quantum parametron gate 3 such as the equivalent circuit shown in (1), it is necessary to obtain a means for executing transmission and reception of signals between the flux quantum parametron gates connected in cascade as a logical operation and a circuit configuration thereof. is there. In FIG. 11, 4 is a Josephson junction, 1 is a flux quantum parametron loop inductor, 12
Is a shunt resistor connected in parallel to the Josephson junction 4, 2 is an excitation line inductor, 5 is an output inductor, and 8 is a ground terminal. As it is well known, when the excitation line inductor 1 is urged, by the polarity of the input current I A applied through the input inductor 6, the polarity of the output current I B flowing to the output inductor 5 Decided. Transmitting the output current I B from the output inductor 5 as magnetic flux signal to the next stage gate.
【0003】このような磁束量子パラメトロンゲートに
よって、超電導デジタル回路、例えば図12に示される
ような3入力多数結論理を構成する場合、従来の磁束量
子パラメトロンゲートを用いた超電導論理回路では、論
理動作として繋がる超電導入力信号線と出力信号線間を
出力インダクタ5を介して直接接続して、入出力信号の
授受を行う。入出力信号の担体は電流である。出力段の
磁束量子パラメトロンゲート30は、前段に配置した磁
束量子パラメトロンゲート31,32および33の入力信
号IA1、IA2およびIA3のそれぞれの出力信号を出力イン
ダクタ5を介して、直接、入力線で受けて入力信号とす
る。前段に配置した磁束量子パラメトロンゲートのう
ち、2個以上が一致した入力信号が、出力段の磁束量子
パラメトロンゲートのと入力信号して選択される。すな
わち、3入力多数結論理を構成する。3入力のうち、1
入力をダミー信号とすれば、2入力のAND、OR動作
等も実行できる。このような多数決論理によって加算
器、乗算器等等の機能回路が構成された。When a superconducting digital circuit, for example, a three-input multiple connection logic as shown in FIG. 12 is formed by such a flux quantum parametron gate, a conventional superconducting logic circuit using a flux quantum parametron gate performs a logical operation. The input / output signal is transmitted and received by directly connecting the superconducting force signal line and the output signal line, which are connected as above, via the output inductor 5. The carrier of the input / output signal is the current. Flux quantum parametron gate 3 0 of the output stage via the output inductor 5 the respective output signals of the input signal I A1, I A2 and I A3 flux quantum was located before parametron gates 3 1, 3 2 and 3 3 , Are directly received by the input line and used as input signals. Of the flux quantum parametron gates arranged in the preceding stage, an input signal in which two or more coincide with each other is selected as an input signal to the flux quantum parametron gate in the output stage. That is, a three-input multiple connection logic is configured. 1 out of 3 inputs
If the input is a dummy signal, a two-input AND and OR operation can be performed. Functional circuits such as adders and multipliers are constituted by such majority logic.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】図12を参照しながら
説明したように、従来の磁束量子パラメトロンゲートで
構成される超電導論理回路では、入出力信号の授受を担
体である電流によって直接結合する電流注入法でゲート
に信号を入力していた。このような方式で3入力多数結
論理を組み、回路を構成することによって、加算器、乗
算器、マルティプレクサ、ディマルティプレクサ等の機
能回路を構成する事ができる。しかしながら、従来の超
電導論理回路構成法では3入力の多数決、あるいは2入
力のAND,OR論理等しか実行できない。否定論理は
独立したゲートで、別途処理する必要がある。このた
め、これら機能回路を構成するためには必要とするゲー
ト数の増大、論理段数の増大を避けることができない。As described above with reference to FIG. 12, in a conventional superconducting logic circuit composed of a flux quantum parametron gate, a current that directly couples transmission and reception of input / output signals by a current as a carrier is used. A signal was input to the gate by the injection method. By constructing a circuit by combining three-input multiple-connection logics in this manner, it is possible to configure a functional circuit such as an adder, a multiplier, a multiplexer, a diplexer, and the like. However, the conventional superconducting logic circuit configuration method can execute only a three-input majority decision or a two-input AND, OR logic or the like. Negation logic is an independent gate and must be processed separately. Therefore, an increase in the number of gates and an increase in the number of logic stages required to configure these functional circuits cannot be avoided.
【0005】たとえば3入力多数決論理ゲートで4:1
マルティプレクサ回路を組み立てる場合、否定論理ゲー
トを除いて、11個の多数決論理ゲートをバッファゲー
トも含めて、34個の磁束量子パラメトロンゲートによ
って、論理段数5段で構成する必要がある。必要とする
ゲート数の増大は回路面積の増大と、回路を構成するイ
ンダクタやジョセフソン接合特性の均一性に対して高い
レベルを要求する。論理段数の増大は演算時間の増大を
伴う。For example, with a three-input majority logic gate, 4: 1
When assembling a multiplexor circuit, it is necessary to configure 11 logic logic gates, including buffer gates, excluding the NOT logic gates, with 34 magnetic flux quantum parametron gates and five logic stages. An increase in the number of gates required requires a high level for an increase in circuit area and uniformity of inductors and Josephson junction characteristics that constitute the circuit. An increase in the number of logic stages involves an increase in operation time.
【0006】そこで本発明の目的は、磁束量子パラメト
ロンゲートによって構成される論理回路において、機能
回路を構成するために必要とするゲート数と論理段数を
低減できる回路方式、ゲートの入力信号線と出力信号線
の接続方法、および入力信号線と出力信号線の構造を提
示することにある。この結果として、回路面積の縮小、
および演算時間の低減を図ることにある。Accordingly, an object of the present invention is to provide, in a logic circuit constituted by magnetic flux quantum parametron gates, a circuit system capable of reducing the number of gates and the number of logic stages required to constitute a functional circuit, and an input signal line and output of the gate. An object of the present invention is to provide a connection method of a signal line and a structure of an input signal line and an output signal line. As a result, the circuit area is reduced,
And to reduce the operation time.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、磁束量子パラ
メトロンゲートの入力インダクタと前段ゲートの出力イ
ンダクタとは直接接続せずに、絶縁層を介して磁気的に
結合させること、および磁束量子パラメトロンゲートの
入力線と出力線のいずれか、あるいは両方にジョセフソ
ン接合を挿入することによって、超電導磁気遮蔽膜を含
んだ超電導閉ループが形成されるのを防止するととも
に、前段ゲートの出力信号線を3本以上の奇数本数とす
ることにより、従来技術における問題を解決しようとす
るものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a magnetic flux quantum parametron, wherein the input inductor of the flux quantum parametron gate and the output inductor of the preceding gate are not directly connected but are magnetically coupled via an insulating layer. Inserting a Josephson junction in one or both of the input and output lines of the gate prevents the formation of a superconducting closed loop including a superconducting magnetic shielding film, and also reduces the output signal line of the preceding gate by three. The problem in the prior art is intended to be solved by setting the odd number to be greater than or equal to the number.
【0008】[0008]
【発明の実施の形態】以下本発明を以下に述べる実施例
にもとづいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the embodiments described below.
【0009】実施例1 図1は本発明の基礎となる磁束量子パラメトロンゲート
間の結合の実施例の基本構成の等価回路図を示す。図1
において、3はそれぞれ磁束量子パラメトロンゲートで
あり、それぞれにおいて4はジョセフソン接合、1は磁
束量子パラメトロンループインダクタ、2は励振線イン
ダクタ、6は入力インダクタ、5は出力インダクタ、8
は接地端である。この実施例では、ジョセフソン接合4
に並列に接続されたシャント抵抗の参照符号は省略し
た。ここで、前段の磁束量子パラメトロンゲート3の出
力インダクタ5は、後段の磁束量子パラメトロンゲート
3の入力インダクタ6と磁気的に結合するものとされ
る。そして、この出力インダクタ5と入力インダクタ6
との磁気的結合によって得られた入力信号はジョセフソ
ン接合7とこれに並列に接続されたシャント抵抗10お
よび入力線のインダクタ9を介して後段の磁束量子パラ
メトロンゲート3に導入される。Embodiment 1 FIG. 1 shows an equivalent circuit diagram of a basic configuration of an embodiment of coupling between flux quantum parametron gates which is the basis of the present invention. FIG.
, 3 is a flux quantum parametron gate, 4 is a Josephson junction, 1 is a flux quantum parametron loop inductor, 2 is an excitation line inductor, 6 is an input inductor, 5 is an output inductor, 8
Is the ground end. In this embodiment, the Josephson junction 4
The reference numerals of the shunt resistors connected in parallel to are omitted. Here, the output inductor 5 of the first stage flux quantum parametron gate 3 is magnetically coupled to the input inductor 6 of the second stage flux quantum parametron gate 3. The output inductor 5 and the input inductor 6
An input signal obtained by magnetic coupling with the magnetic flux quantum parametron gate 3 at the subsequent stage is introduced through a Josephson junction 7, a shunt resistor 10 connected in parallel thereto, and an inductor 9 of an input line.
【0010】本実施例における磁束量子パラメトロンゲ
ートは任意の構造で実現できるが、たとえば、本願の発
明者らが先に提案した特願平10-200163「超電
導論理回路」に詳記されている回路を利用することがで
きる。また、ここで採用されているジョセフソン接合の
構造を利用することができる。The flux quantum parametron gate in this embodiment can be realized by an arbitrary structure. For example, a circuit described in Japanese Patent Application No. 10-200163 "Superconducting Logic Circuit" previously proposed by the inventors of the present application is described in detail. Can be used. Further, the structure of the Josephson junction employed here can be used.
【0011】図2(a),(b)および図3(a),
(b)に本発明で採用できるゲートの入力信号線と出力
信号線部分の構造の断面図、平面図の例を示す。これら
の図で、(a)は(b)のA−Aの位置における断面で
ある。磁束量子パラメトロンゲートの入力信号線と出力
信号線部分の構造部分は、接地層である超電導磁気遮蔽
膜50、層間絶縁膜51、超電導入力信号線52、層間
絶縁膜53および超電導出力信号線54より構成されて
おり、入力信号線52および出力信号線54の一端は接
地端55により超電導磁気遮蔽膜50に接続される。2 (a), 2 (b) and 3 (a),
(B) shows an example of a cross-sectional view and a plan view of the structure of the input signal line and output signal line portion of the gate that can be employed in the present invention. In these figures, (a) is a cross section at the position of AA in (b). The structural portions of the input signal lines and the output signal lines of the flux quantum parametron gate are formed by a superconducting magnetic shielding film 50, an interlayer insulating film 51, a superconducting force signal line 52, an interlayer insulating film 53, and a superconducting output signal line 54, which are ground layers. One end of the input signal line 52 and one end of the output signal line 54 are connected to the superconducting magnetic shielding film 50 by the ground terminal 55.
【0012】図から明らかなように、入力信号線52上
に、絶縁層53を介して、前段ゲートの出力信号線54
を配する。入力信号線52と出力信号線54の寸法に関
して、これら磁気的に結合する入力信号線52の幅およ
び長さともに、出力信号線54の幅および長さより長く
する。さらに磁束量子パラメトロンゲートの入力信号線
および出力信号線ともに超電導磁気遮蔽膜50に接続、
すなわち接地55する。磁束量子パラメトロンゲートの
機能する論理動作の種類に対応して、前段ゲート出力信
号線の接地方向を磁束量子パラメトロンゲート入力信号
線の接地方向と同一方向、あるいは逆方向とする。図
2、図3ともに、前段の出力線が5本に対して次段の入
力線が1本の例である。図2は、入力信号線52に対し
てすべての出力信号線55が同一極性で作用するように
配列されている例である。これらをすべて逆極性で作用
させるためには、接地端、入力線の導入位置を破線で示
すように配置すれば良い。図3は、入力信号線52に対
して出力信号線55の内、上段の3本のみが同一極性で
作用し、下段の他の2本は逆極性で作用するように配列
されている例である。これらの関係を反転させるために
は、接地端、入力線の導入位置を破線で示すように配置
すれば良い。図2の実線の例では、接地55を反対位置
に取ったから入出力の電流の向きは同じである。破線の
例のように、接地55を入出力で同じに取れば、入出力
の電流の向きは逆になる。図3では、3本の出力線54
と2本の出力線54が入力線52接に対して地端を逆に
しているから、それぞれの出力電流の向きは入力電流と
逆になっている。As is apparent from the drawing, the output signal line 54 of the previous gate is placed on the input signal line 52 via the insulating layer 53.
Distribute. Regarding the dimensions of the input signal line 52 and the output signal line 54, the width and length of the magnetically coupled input signal line 52 are longer than the width and length of the output signal line 54. Further, both the input signal line and the output signal line of the flux quantum parametron gate are connected to the superconducting magnetic shielding film 50,
That is, it is grounded 55. The grounding direction of the pre-stage gate output signal line is set to the same direction as the grounding direction of the flux quantum parametron gate input signal line, or to the opposite direction, in accordance with the type of logical operation in which the flux quantum parametron gate functions. Both FIG. 2 and FIG. 3 show an example in which there are five output lines in the preceding stage and one input line in the next stage. FIG. 2 shows an example in which all output signal lines 55 are arranged to act on input signal lines 52 with the same polarity. In order to make all of them work in reverse polarity, the grounding end and the introduction position of the input line may be arranged as shown by a broken line. FIG. 3 shows an example in which, of the output signal lines 55, only the upper three lines of the output signal lines 55 are arranged to operate with the same polarity with respect to the input signal lines 52, and the other two lines of the lower stage are arranged with the opposite polarity. is there. In order to invert these relationships, the ground end and the position of the input line may be arranged as indicated by broken lines. In the example of the solid line in FIG. 2, the direction of the input and output currents is the same because the ground 55 is taken at the opposite position. If the ground 55 is the same for the input and output as in the example of the broken line, the directions of the input and output currents are reversed. In FIG. 3, three output lines 54
And the two output lines 54 have their ground ends reversed with respect to the input line 52 contact, so that the direction of each output current is opposite to the input current.
【0013】磁束量子パラメトロンゲートの機能する論
理動作の種類に対応して、前段ゲート出力信号線の接地
方向を磁束量子パラメトロンゲート入力信号線の接地方
向と同一方向、あるいは逆方向とする。The grounding direction of the pre-stage gate output signal line is set to the same direction as the grounding direction of the flux quantum parametron gate input signal line, or to the opposite direction, in accordance with the type of logical operation in which the flux quantum parametron gate functions.
【0014】入力信号線および出力信号線の構造と論理
動作の関係について、磁束量子パラメトロンゲートの出
力信号線、あるいは前段ゲートの出力信号線に流れる電
流の方向と、論理の“0”または“1”とを対応させ
る。より詳しくは、磁束量子パラメトロンゲートの出力
信号の担う論理の“0”または“1”と、出力信号線に
流す電流の接地線に対する電流方向を対応させる。Regarding the relationship between the structure of the input signal line and the output signal line and the logical operation, the direction of the current flowing through the output signal line of the flux quantum parametron gate or the output signal line of the preceding gate, and the logical "0" or "1"". More specifically, the logic “0” or “1” of the output signal of the flux quantum parametron gate corresponds to the direction of the current flowing through the output signal line with respect to the ground line.
【0015】以上述べた入力信号線と出力信号線の構
造、接続方法、および入出力信号と論理との対応づけに
よって、磁束量子パラメトロンゲートによって多数決論
理回路、マルティプレクサ、ディマルティプレクサ、加
算器、乗算器等を始めとする機能回路を構成する。According to the structure of the input signal line and the output signal line, the connection method, and the correspondence between the input / output signal and the logic, the majority logic circuit, the multiplexer, the diplexer, and the adder are formed by the flux quantum parametron gate. A functional circuit including a multiplier, a multiplier and the like is configured.
【0016】図1の等価回路図に示される基本回路構成
に基づいて、磁束量子パラメトロンゲートによって、図
4に示される5入力1出力の多数決論理回路を作製し
た。Based on the basic circuit configuration shown in the equivalent circuit diagram of FIG. 1, a five-input / one-output majority logic circuit shown in FIG. 4 was produced by a flux quantum parametron gate.
【0017】各入力信号IA1からIA5は磁束量子パラメト
ロンゲート31から35を介して入力した。各バッファゲ
ートの出力信号線インダクタ5は多数決論理を実行する
磁束量子パラメトロンゲート30の入力信号線インダク
タ6と磁気的に結合する構造とした。この結合は、すべ
て加算方向であるから、図2(b)の実線に示す例と同
じである。具体的なインダクタンス値として、入力信号
線を20ピコヘンリー、出力信号線を10ピコヘンリー
とした。また磁束量子パラメトロンのループインダクタ
ンスを3ピコヘンリーとした。入力信号線インダクタと
バッファゲート出力信号線インダクタ間の磁場結合係数
は0.5であった。多数決論理の動作結果を読み出すた
めに、多数決論理を実行するゲートの出力信号線に磁束
量子干渉素子SQを接続した。このゲートの入力信号線
にはジョセフソン接合7を挿入した。[0017] I A5 from the input signal I A1 is input via the 3 5 from the magnetic flux quantum parametron gate 3 1. Output signal line inductor 5 for each buffer gate was flux quantum parametron gate 3 0 of the input signal line inductor 6 and magnetically coupled to structure for performing a majority logic. Since this connection is all in the addition direction, it is the same as the example shown by the solid line in FIG. As specific inductance values, the input signal line was 20 picohenries and the output signal line was 10 picohenries. The loop inductance of the flux quantum parametron was set to 3 picohenries. The magnetic field coupling coefficient between the input signal line inductor and the buffer gate output signal line inductor was 0.5. In order to read the operation result of the majority logic, the magnetic flux quantum interference device SQ was connected to the output signal line of the gate executing the majority logic. A Josephson junction 7 was inserted into the input signal line of this gate.
【0018】入力段の磁束量子パラメトロンゲートの励
振線は直列に接続して、同じタイミングで励振電流を与
える。The excitation lines of the flux quantum parametron gate at the input stage are connected in series to give an excitation current at the same timing.
【0019】このような超電導論理回路の出力波形は図
5のようになり、5入力多数決論理が実行されているこ
とがわかった。The output waveform of such a superconducting logic circuit is as shown in FIG. 5, and it has been found that the 5-input majority logic is executed.
【0020】本実施例で述べた多入力の多数決論理回路
が実現できたのは、前段ゲートの入力信号レベルを揃え
ることができたからである。このためには、電流信号を
次段ゲートに直接注入するのではなく、ゲート間の入出
力信号の授受を磁気的な結合によって行ったことによ
る。具体的には多数決論理を実行するゲートの入力信号
線に対して、各バッファゲートの出力信号線の幅および
長さ方向の重なりを等しくすることにより、入力信号レ
ベルを揃えることができた。The reason why the multi-input majority logic circuit described in the present embodiment can be realized is that the input signal levels of the preceding gates can be made uniform. This is because the input / output signal between the gates is transmitted and received by magnetic coupling instead of directly injecting the current signal into the next stage gate. Specifically, the input signal levels can be made uniform by making the widths and lengthwise overlaps of the output signal lines of each buffer gate equal to the input signal lines of the gates that execute majority logic.
【0021】実施例2 3入力のAND動作を行う超電導論理回路を作製した。
図6に示すように、5入力の多数決論理回路と同じ構成
で、5個のバッファゲート31から35のうち、2個のバ
ッファゲート34、35の出力信号線5の接地方向を逆方
向にした。構造的には、図3に示すものと同じである。
かつこれら接地方向を逆転したバッファゲートをダミー
ゲートとして、入力信号IA4、IA5に対応する出力信号と
しては、論理信号"1"が出力されるように入力信号
IA4、IA5の極性を決定した。多数決論理を実行するゲー
トから見れば、論理信号"0"の入力である。Example 2 A superconducting logic circuit for performing a three-input AND operation was manufactured.
As shown in FIG. 6, the same configuration as the majority logic circuit 5 inputs of the five buffer gate 3 1 to 3 5, the ground direction of the two buffer gate 3 4, 3 5 of the output signal line 5 In the opposite direction. The structure is the same as that shown in FIG.
The buffer gates whose ground directions are reversed are used as dummy gates, and the output signals corresponding to the input signals IA4 and IA5 are input signals such that a logical signal "1" is output.
To determine the polarity of I A4, I A5. From the point of view of the gate executing the majority logic, this is the input of the logic signal "0".
【0022】図7に示されるように、3個のバッファゲ
ート31から33に入力される論理信号IA1からIA3がすべ
て"1"のときに、多数決論理回路で出力信号IB0"1"が
出力され、他の場合はすべて"0"となる論理動作が実行
された。これは3入力のAND動作であり、バッファゲ
ートを除けば、このような多入力論理動作が1段のゲー
トで行われた。[0022] As shown in FIG. 7, when the logic signal I A1 inputted from three buffer gate 3 1 to 3 3 I A3 are all "1", the output signal by majority logic circuit I B0 ""1" is output, and in all other cases, a logical operation of "0" was executed. This is a three-input AND operation. With the exception of the buffer gate, such a multi-input logic operation was performed by a single-stage gate.
【0023】ちなみに3入力の多数決論理ゲートによっ
て3入力のAND回路を構成する場合、3個の多数決論
理ゲートを2段で構成する必要がある。この結果、本発
明に係る超電導論理回路では構成ゲート数の減少による
回路面積の縮小と、論理段数の低減による演算の高速化
を図ることができた。In the case where a three-input AND circuit is formed by three-input majority logic gates, it is necessary to configure three majority logic gates in two stages. As a result, in the superconducting logic circuit according to the present invention, the circuit area can be reduced by reducing the number of constituent gates, and the operation can be speeded up by reducing the number of logic stages.
【0024】実施例3 3入力のOR動作を行う超電導論理回路を作製した。図
8に示されるように、7入力1出力の多数決論理回路を
作製した。各入力信号IA1からIA7のは磁束量子パラメト
ロンゲート31から37を介して入力した。各バッファゲ
ートの出力信号線インダクタ5は多数決論理を実行する
磁束量子パラメトロンゲート30の入力信号線インダク
タ6と磁気的に結合する構造とした。バッファゲートの
出力信号線は超電導磁気遮蔽膜に接地し、すべて多数決
論理を実行するゲートの接地方向と一致させた。多数決
論理の動作結果を読み出すために、多数決論理を実行す
るゲートの出力信号線に磁束量子干渉素子SQを接続し
た。このゲートの入力信号線にはジョセフソン接合7を
挿入した。Embodiment 3 A superconducting logic circuit performing a three-input OR operation was manufactured. As shown in FIG. 8, a majority logic circuit having 7 inputs and 1 output was manufactured. From each input signal I A1 I A7 is given input from the flux quantum parametron gate 3 1 through 3 7. Output signal line inductor 5 for each buffer gate was flux quantum parametron gate 3 0 of the input signal line inductor 6 and magnetically coupled to structure for performing a majority logic. The output signal lines of the buffer gates were grounded to the superconducting magnetic shielding film, and all of them coincided with the ground direction of the gates executing the majority logic. In order to read the operation result of the majority logic, the magnetic flux quantum interference device SQ was connected to the output signal line of the gate executing the majority logic. A Josephson junction 7 was inserted into the input signal line of this gate.
【0025】多数決論理を実行する入力信号線はバッフ
ァゲートの複数個の出力信号線と磁気的に結合でき、か
つ積層できるように、出力線より幅および長さともに大
きくした。7本の出力信号線は入力信号線上に2列ずつ
配した。本実施例については具体的な図示は省略した
が、図2、図3の例を参照しながら、同じように構成で
きることは明らかであろう。The input signal line for executing majority logic is made larger in width and length than the output line so that it can be magnetically coupled to and stacked with a plurality of output signal lines of the buffer gate. The seven output signal lines were arranged in two lines on the input signal lines. Although a specific illustration of this embodiment is omitted, it will be apparent that the same configuration can be made with reference to the examples of FIGS.
【0026】7入力の多数決論理回路で、3個のバッフ
ァゲート35から37をダミーゲートとして、つねに論理
信号"1"が出力されるようにした。図9に示されるよう
に、4個のバッファゲート31から34入力される論理信
号のうち少なくとも1個が"1"のときに、多数決論理回
路で"1"が出力された。これは4入力のOR動作であ
り、バッファゲートを除けば、このような多入力論理動
作が1段のゲートで行われた。[0026] In the majority logic circuit 7 inputs, three buffer gate 3 5 3 7 as a dummy gate, were always to be output is a logic signal "1". As shown in FIG. 9, at least one of the logic signals to be 3 4 input from the four buffer gate 3 to 1 when "1" is output "1" by majority logic circuit. This is a four-input OR operation. Except for the buffer gate, such a multi-input logical operation was performed by a single-stage gate.
【0027】ちなみに3入力の多数決論理ゲートによっ
て4入力のOR回路を構成する場合、3個の多数決論理
ゲートを2段で構成する必要がある。この結果、本発明
に係る超電導論理回路では構成ゲート数の減少による回
路面積の縮小と、論理段数の低減による演算の高速化を
図ることができた。When a three-input majority logic gate constitutes a four-input OR circuit, it is necessary to form three majority logic gates in two stages. As a result, in the superconducting logic circuit according to the present invention, the circuit area can be reduced by reducing the number of constituent gates, and the operation can be speeded up by reducing the number of logic stages.
【0028】実施例4 4:1マルティプレクサ動作を行う超電導論理回路を作
製した。図10に論理回路図を示したように、回路は3
入力のANDゲート31が4個と、4入力のORゲート
32が1個で構成される。3入力のANDゲートでは、
それぞれ4個の入力信号X0,Y0,Z0,V0の内の1個
と、タイミンク信号S1,S2の2個とのAND動作を行
う。タイミング信号S1,S2の肯定および否定によって
得られる4種類の組合わせをそれぞれの入力信号X0,
Y0,Z0,V0のANDゲートに与える。否定信号の入
力は出力信号線の超電導磁気遮蔽膜に接地する方向を反
対方向にすることによって実現した。Example 4 A superconducting logic circuit performing a 4: 1 multiplexer operation was manufactured. As shown in the logic circuit diagram in FIG.
It has four input AND gates 31 and one four-input OR gate 32. In a 3-input AND gate,
An AND operation is performed on one of the four input signals X 0 , Y 0 , Z 0 , and V 0 and two timing signals S 1 and S 2 . The four types of combinations obtained by affirming and negating the timing signals S 1 and S 2 are respectively used as input signals X 0 ,
Y 0 , Z 0 , and V 0 are applied to AND gates. The input of the negation signal was realized by making the direction in which the output signal line is grounded to the superconducting magnetic shielding film in the opposite direction.
【0029】タイミング信号とのAND動作を行った入
力信号X1,Y1,Z1,V1のOR動作を行うことによっ
て、4:1マルティプレクサ動作の出力Fが得られた。By performing an OR operation on the input signals X 1 , Y 1 , Z 1 , and V 1 that have been ANDed with the timing signal, an output F of a 4: 1 multiplexer operation is obtained.
【0030】3入力ANDゲートには実施例2で示した
超電導論理回路を用いた。入力信号X0,Y0,Z0,V0
およびタイミング信号S1,S2はバッファゲートを介し
てANDゲートに入力した。タイミング信号S1,S2の
否定信号は出力信号線の超電導磁気遮蔽膜との接続方向
を他の出力信号線とは逆にした。ダミー信号線の超電導
磁気遮蔽膜との接続方向は入力X0,Y0,Z0,V0の超
電導磁気遮蔽膜との接続方向と逆方向にした。The superconducting logic circuit shown in the second embodiment was used for the three-input AND gate. Input signals X 0 , Y 0 , Z 0 , V 0
The timing signals S 1 and S 2 were input to the AND gate via the buffer gate. For the negative signals of the timing signals S 1 and S 2 , the connection direction of the output signal line to the superconducting magnetic shielding film was reversed from that of the other output signal lines. The connection direction of the dummy signal line with the superconducting magnetic shielding film was opposite to the connection direction of the inputs X 0 , Y 0 , Z 0 , and V 0 with the superconducting magnetic shielding film.
【0031】4入力ORゲートには実施例3で示された
超電導論理回路を用いた。各出力信号線X1,Y1,
Z1,V1の超電導磁気遮蔽膜との接続方向、およびダミ
ー信号線の超電導磁気遮蔽膜との接続方向ともに揃え
た。The superconducting logic circuit shown in the third embodiment was used for the 4-input OR gate. Each output signal line X 1 , Y 1 ,
The connection directions of the Z 1 and V 1 with the superconducting magnetic shielding film and the connection directions of the dummy signal lines with the superconducting magnetic shielding film were aligned.
【0032】このような構成によって作製した超電導論
理回路は4:1マルチィプレクサとしての動作を示し
た。本4:1マルチィプレクサ回路は5個の多数決論理
ゲートで、バッファゲートも含めて、論理段数3段で構
成することができた。否定信号を得るために余分のゲー
トをとくに必要としない。これは従来の3入力多数決論
理ゲートで4:1マルチィプレクサ回路を構成するのと
比較して、大幅なゲート数と論理段数の低減である。The superconducting logic circuit produced by such a configuration has shown operation as a 4: 1 multiplexer. The present 4: 1 multiplexer circuit was composed of five majority logic gates, and could be composed of three logic stages including a buffer gate. No extra gate is needed to get the negation signal. This is a remarkable reduction in the number of gates and the number of logic stages as compared with the case where a conventional three-input majority logic gate constitutes a 4: 1 multiplexer circuit.
【0033】本超電導論理回路におけるゲートの構成と
入出力信号線の接続法を用いることにより、マルチィプ
レクサ回路だけでなく、加算器、乗算器等他の機能回路
も構成することができた。By using the configuration of gates and the method of connecting input / output signal lines in the superconducting logic circuit, not only a multiplexer circuit but also other functional circuits such as an adder and a multiplier could be constructed.
【0034】[0034]
【発明の効果】本発明によれば、入力信号数を3より多
くした多数決論理ゲートが少ない論理段数で実現でき
る。したがって、回路の小型化、演算時間の短縮ができ
る。According to the present invention, a majority logic gate having more than three input signals can be realized with a smaller number of logic stages. Therefore, the size of the circuit can be reduced and the operation time can be reduced.
【図1】本発明の基礎となる磁束量子パラメトロンゲー
ト間の結合の実施例の基本構成の等価回路を示す図。FIG. 1 is a diagram showing an equivalent circuit of a basic configuration of an embodiment of coupling between flux quantum parametron gates, which is a basis of the present invention.
【図2】本発明で採用できるゲートの入力信号線と出力
信号線部分の構造の断面図、平面図の例を示す図。FIGS. 2A and 2B are a cross-sectional view and an example of a plan view of a structure of an input signal line and an output signal line portion of a gate which can be employed in the present invention. FIGS.
【図3】本発明で採用できるゲートの入力信号線と出力
信号線部分の構造の断面図、平面図の他の例を示す図。FIG. 3 is a cross-sectional view and another example of a plan view of a structure of an input signal line and an output signal line portion of a gate that can be employed in the present invention.
【図4】本発明の実施例に係る5入力多数決超電導論理
回路の等価回路を図。FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of a five-input majority superconducting logic circuit according to an embodiment of the present invention.
【図5】図4に示した5入力多数決超電導論理回路の動
作波形を示す図。FIG. 5 is a diagram showing operation waveforms of the 5-input majority superconducting logic circuit shown in FIG. 4;
【図6】本発明の実施例に係る3入力AND回路の等価
回路を示す図。FIG. 6 is a diagram showing an equivalent circuit of a three-input AND circuit according to the embodiment of the present invention.
【図7】図6に示した3入力AND回路の動作波形を示
す図。FIG. 7 is a view showing operation waveforms of the three-input AND circuit shown in FIG. 6;
【図8】本発明の実施例に係る4入力OR回路の等価回
路を示す図。FIG. 8 is a diagram showing an equivalent circuit of a four-input OR circuit according to the embodiment of the present invention.
【図9】図8に示した4入力OR回路の動作波形を示す
図。FIG. 9 is a diagram showing operation waveforms of the 4-input OR circuit shown in FIG. 8;
【図10】本発明に係る4:1マルティプレクサ回路の
論理回路図。FIG. 10 is a logic circuit diagram of a 4: 1 multiplexer circuit according to the present invention.
【図11】従来の磁束量子パラメトロンゲートの等価回
路図。FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of a conventional flux quantum parametron gate.
【図12】従来の磁束量子パラメトロンゲートによって
3入力多数結論理を構成した超電導論理回路の等価回路
を示す図。FIG. 12 is a diagram showing an equivalent circuit of a superconducting logic circuit in which a three-input multiple connection logic is formed by a conventional flux quantum parametron gate.
1‥‥磁束量子パラメトロンゲート、2‥‥励振線、3
‥‥磁束量子パラメトロンゲート、4‥‥ジョセフソン
接合、5‥‥出力インダクタ、6‥‥入力インダクタ、
7‥‥ジョセフソン接合、8‥‥接地、IA1,〜IA7‥
‥入力信号、IB0‥‥出力信号、31‥‥ANDゲー
ト、32‥‥ORゲート、33‥‥否定、50‥‥超電
導磁気遮蔽膜、51‥‥層間絶縁膜、52‥‥超電導入
力信号線、53‥‥層間絶縁膜、54‥‥超電導出力信
号線、55‥‥接地。1 ‥‥ flux quantum parametron gate, 2 ‥‥ excitation line, 3
{Flux quantum parametron gate, 4} Josephson junction, 5} output inductor, 6} input inductor,
7 ‥‥ Josephson junction, 8 ‥‥ ground, I A1, ~I A7 ‥
{Input signal, I B0 } Output signal, 31 ‥‥ AND gate, 32 ‥‥ OR gate, 33 ‥‥ Negative, 50 ‥‥ Superconducting magnetic shielding film, 51 ‥‥ Interlayer insulating film, 52 ‥‥ Superconducting force signal line , 53 ‥‥ interlayer insulation film, 54 ‥‥ superconducting output signal line, 55 ‥‥ ground.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲高▼木 一正 埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地 株式会 社日立製作所基礎研究所内 (72)発明者 深沢 徳海 埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地 株式会 社日立製作所基礎研究所内 (72)発明者 塚本 晃 埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地 株式会 社日立製作所基礎研究所内 (72)発明者 五月女 悦久 埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地 株式会 社日立製作所基礎研究所内 Fターム(参考) 4M113 AC08 AD04 AD23 AD25 AD26 AD42 AD45 AD51 AD56 5J042 AA04 BA16 CA00 CA19 CA22 CA23 CA27 DA01 DA03 DA06 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor ▲ Taka ▼ Kazuma Ki 2250, Akanuma-cho, Hatoyama-cho, Hiki-gun, Saitama Prefecture Inside Hitachi, Ltd. 2520 Address, Hitachi, Ltd.Basic Research Laboratories (72) Inventor Akira Tsukamoto2520, Akanuma-cho, Hatoyama-cho, Hiki-gun, Saitama Prefecture F-term in Hitachi, Ltd. Basic Research Laboratories (Reference) 4M113 AC08 AD04 AD23 AD25 AD26 AD42 AD45 AD51 AD56 5J042 AA04 BA16 CA00 CA19 CA22 CA23 CA27 DA01 DA03 DA06
Claims (4)
ジョセフソン接合、ジョセフソン接合に並列に接続され
たシャント抵抗、励振線インダクタ、出力インダクタお
よび接地端よりなる磁束量子パラメトロンゲートであっ
て、結合している各ゲートの入力信号線と出力信号線と
が磁気結合するとともに、前段ゲートの出力信号線が3
本以上の奇数本数であり、前段ゲートの複数の出力信号
線に流れる2方向の電流のうち、電流方向が一致する出
力信号線のより多い方の電流方向によって磁束量子パラ
メトロンゲートの入力電流方向が決まることを特徴とす
る超電導論理回路。1. A flux quantum parametron loop inductor,
A flux quantum parametron gate including a Josephson junction, a shunt resistor, an excitation line inductor, an output inductor, and a ground terminal connected in parallel to the Josephson junction, and an input signal line and an output signal line of each coupled gate. Are magnetically coupled and the output signal line of the previous gate is 3
The input current direction of the flux quantum parametron gate is determined by the more current direction of the output signal lines having the same current direction among the two directions of current flowing through the plurality of output signal lines of the preceding gate, which is an odd number equal to or more than the number of output signal lines. A superconducting logic circuit characterized by being determined.
線、あるいは前段ゲートの出力信号線に流れる電流の方
向と、論理の“0”または“1”とを対応させた請求項
1記載の超電導論理回路。2. The superconducting logic circuit according to claim 1, wherein the direction of the current flowing in the output signal line of the flux quantum parametron gate or the output signal line of the preceding gate is associated with logic "0" or "1". .
よび入力信号線の相対的な接地位置によって決まる請求
項1または2記載の超電導論理回路。3. The superconducting logic circuit according to claim 1, wherein the logic "0" or "1" is determined by a relative ground position of the output signal line and the input signal line.
の幅および長さともに、出力信号線の幅および長さより
長くした請求項1ないし3のいずれかに記載の超電導論
理回路。4. The superconducting logic circuit according to claim 1, wherein the width and length of the input signal line of the flux quantum parametron gate are longer than the width and length of the output signal line.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10289214A JP2000124794A (en) | 1998-10-12 | 1998-10-12 | Superconductive logic circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10289214A JP2000124794A (en) | 1998-10-12 | 1998-10-12 | Superconductive logic circuit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000124794A true JP2000124794A (en) | 2000-04-28 |
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ID=17740268
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000124794A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020536440A (en) * | 2017-11-13 | 2020-12-10 | ノースロップ グラマン システムズ コーポレイションNorthrop Grumman Systems Corporation | Inverted phase mode logic gate |
JP2020536436A (en) * | 2017-11-13 | 2020-12-10 | ノースロップ グラマン システムズ コーポレイションNorthrop Grumman Systems Corporation | Large-scale fan-in RQL gate |
US11010686B2 (en) | 2015-02-06 | 2021-05-18 | Northrop Grumman Systems Corporation | Flux control of qubit under resonant excitation |
US11159168B2 (en) | 2018-07-31 | 2021-10-26 | Northrop Grumman Systems Corporation | Superconducting non-destructive readout circuits |
US11201608B2 (en) | 2020-04-24 | 2021-12-14 | Northrop Grumman Systems Corporation | Superconducting latch system |
-
1998
- 1998-10-12 JP JP10289214A patent/JP2000124794A/en active Pending
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