Исследование процессов в усилителе сигналов быстрой одноквантовой логики на основе многоэлементных джозефсоновских структур (1103210), страница 6
Текст из файла (страница 6)
3а) становится большой врезультате прохождения над областью разрыва экранов.Высокочастотное тестирование интегральных схем, изготовленных в третьей итерации,проводилось с использованием как первого, так и второго генераторов одноквантовыхимпульсов. В экспериментах с использованием первого генератора изменялась амплитудатока питания генератора IB, влияющая на частоту следования одноквантовых импульсов вBпакете импульсов. Увеличение частоты приводит к росту амплитуды прямоугольногоимпульса тока (и, следовательно, магнитного потока), который образуется в цепи уширенияпри слиянии импульсов.
Поэтому при увеличении амплитуды тока IB наблюдался ростBамплитуды выходных импульсов интегральной схемы с N = 32 суммирующими элементамидо значения 1.5 мВ, а затем происходило уменьшение амплитуды выходных импульсов. Этоозначает, что амплитуда импульсов магнитного потока, поступающего в ячейкисуммирующей цепочки, становится больше Φ0/2. Следовательно, максимальный размахотклика напряжения цепочки составляет 1.5 мВ.Использование dc/SFQ генератора позволило провести основное тестированиеинтегральнойСуммирующаясхемывцепочкарежимеусилениятестируемогоодиночныхпрототипаодноквантовыхусилителясостоялаимпульсов.изN = 32интерферометров. В цепи усилителя использовалась схема уширения, представленная нарис.
3а с отношением сопротивлений R1/R2 = 4 и временем уширения τ = 0.7 нс.Осциллограммы, полученные в процессе тестирования, представлены на рис. 5. На нижнейосциллограмме показан опорный сигнал, подаваемый на dc/SFQ преобразователь, а наверхней осциллограмме показано выходное напряжение на суммирующей цепочке усилителяс 50-омной нагрузкой.20Рис. 5. Усиление одиночных одноквантовых импульсов генерируемых dc/SFQпреобразователем. Нижняя осциллограмма - опорный сигнал, подаваемый на dc/SFQпреобразователь, верхняя осциллограмма – выходные импульсы усилителя на 50-омнойнагрузке. Шкала напряжения 2 мВ/дел, частота опорного сигнала 0.5 ГГц.Ширина выходного импульса составляет τимп = 500 пс и соответствует тому уширениюимпульсов, которое было заложено в данной схеме. Форма импульса также соответствуетформе токового импульса, полученной при моделировании цепи уширения импульсов(параграф 2.3.1) для этих параметров.
Амплитуда выходного импульса составляет около1 мВ и находится в полном соответствии с оценкой величины выходного импульса дляN = 32 и M / L1 = 0.5, сделанной в результате численного моделирования интегральной схемы(раздел 2.6). Полученная экспериментально оценка максимального отклика суммирующейцепочки 1.5 мВ и амплитуда выходных импульсов 1 мВ достаточно хорошо соответствуютвеличине коэффициента индуктивной связи M / L1 = 0.45, полученной при расчетах спомощью L-METER.В заключении сформулированы основные выводы диссертационной работы.21ВЫВОДЫ1.Предложен и исследован новый тип выходного импульсного усилителя для передачисигналовсверхпроводниковойбыстройодноквантовойлогикивцепиполупроводниковой электроники.
Показано, что предложенная концепция позволяетувеличивать число суммирующих элементов и поднимать амплитуду выходногосигнала до 5 – 10 мВ без ограничения быстродействия усилителя.2.Впервые использован режим усиления сигналов быстрой одноквантовой логики нацепочке сверхпроводящих квантовых интерферометров в резистивном состоянии. Дляэтой цели была предложена специальная техника мультиплицирования и уширенияодноквантовых импульсов.3.Исследованыструктурыпроцессыраспространенияизохронногоодноквантовыхмультиплицирования.импульсовОбоснованапоцепямнеобходимостьиспользования структуры с эффективным коэффициентом мультиплицирования невыше 2.4.Исследована динамика процессов усиления одноквантовых импульсов.
Показано, чтоуширение одноквантовых импульсов в 5 – 10 раз (до 50 – 100 пс при плотностикритического тока jc = 1 кА/см2) является достаточным для реализации режимаусиления импульсов на цепочке интерферометров в резистивном состоянии, а такжедля компенсации неизохронности мультиплицированных импульсов. Кроме того,показано, что уширение импульсов тока приводит к увеличению их амплитуды в 1.5 – 2раза.5.Исследованный принцип построения усилителя позволяет максимально поднятьпредельную частоту следования одноквантовых импульсов до 10% - 20% характернойчастоты джозефсоновских элементов интегральной схемы. В случае ниобиевойтехнологии джозефсоновских структур с плотностью критического тока jc = 1 кА/см2предельная частота следования импульсов составляет 9 - 18 ГГц и увеличиваетсясоответственно в 2 и 4 раза при переходе на технологию с плотностью критическоготока 4.5 кА/см2 и 20 кА/см2.6.Разработана и оптимизирована топология послойных фотошаблонов интегральнойсхемы усилителя–интерфейса на основе ниобиевой технологии с плотностьюкритического тока jc = 1 кА/см2.
Экспериментально продемонстрировано усилениеодноквантовых импульсов до уровня 1 мВ на нагрузке 50 Ом при использовании схемыусилителя с 32-мя суммирующими элементами.22Список публикаций автора по теме диссертации1. V. K. Kornev, I. I. Soloviev, and O. A. Mukhanov, “Possible Approach to the Driver DesignBased on Series SQIF,” IEEE Transaction on Applied Superconductivity, 2005, vol. 15, p.
388391.2. V. K. Kornev, I. I. Soloviev, N. V. Klenov, O. A.. Mukhanov, “Splitting circuits for SFQ-pulsedriver based on SQIF,” Ext. Abstracts, Int. Supercond. Electronics Conf. (ISEC’05), 5-9 Sept.2005, The Netherlands, p. P-B.10;3. V. K. Kornev, I. I. Soloviev, N. V. Klenov, O. A.. Mukhanov, “Splitting circuits for SFQ-pulsedriver based on SQIF,” Superconducting Science and Technology (SUST), 19 (2006) S390-S393.4. I.
I. Soloviev, V. K. Kornev, O. A. Mukhanov, “Proposal for high-performance SFQ-pulseamplifier,” Proceedings of 12-th Int. Student’s Seminar on Microwave Applications of NewPhysical Phenomena, Saint Petersburg, Russia, 17-19 October, 2005, p. 37-39.5. N. V. Klenov, V.
K. Kornev, I. I. Soloviev, “Splitting tree for SFQ pulses,” Proceedings of 12-thInt. Student’s Seminar on Microwave Applications of New Physical Phenomena, SaintPetersburg, Russia, 17-19 October, 2005, p. 34-36.6. Кислинский Ю.В., Комиссинский Ф.В., Константинян К.И., Овсянников Г.А., КарминскаяТ.Ю., Соловьев И.И., Корнев В.К.” Сверхпроводящий ток гибридных гетеропереходовметаллооксидных сверхпроводников: размерная и частотная зависимости”, ЖЭТФ,2005 г., том 128, выпуск 3, с. 575-585.Список цитируемой литературы[1]K. K.
Likharev, O. A. Mukhanov, and V. K. Semenov, “Resistive single flux quantum logicfor the Josephson-junction technology”, in: H. Hahlbohm and H. Luebbig (eds.) SQUID’85,W. de Gruyter, Berlin, 1985, p. 1103-1108.[2]M. Tanaka, F. Matsuzaki, T. Kondo, N. Nakajima, Y. Yamanashi, H. Terai, S. Yorozu, N.Yoshikawa, A.
Fujimaki, H. Hayakawa, “Prototypic design of the single-flux-quantummicroprocessor, CORE1”, Superconductor Science and Technology (2003), 16 (12), pp. 14601463.[3]N. Nakajima, F. Matsuzaki, Y. Yamanashi, N. Yoshikawa, M. Tanaka, T. Kondo, A.Fujimaki, H. Terai, S. Yorozu, “Design and implementation of circuit components of the SFQmicroprocessor CORE1”, Superconductor Science and Technology (2004), 17 (3), pp. 301307.[4]Superconductor Week, Vol. 20, No. 20., October 2, 2006.[5]A. Kirichenko, S.
Sarwana, D. Gupta, and D. Yohannes, “Superconductor Digital ReceiverComponents”, IEEE Trans. on App. Supercond., vol 15, no 2, June 2005, pp. 249-254.23[6]O. A. Mukhanov, D. Gupta, A. M. Kadin, and V. K. Semenov, “Superconductor Analog-toDigital Converters”, (invited) Proceedings of the IEEE, vol. 92, no. 10, October 2004, pp.1564-1584.
(also available at: http://www.hypres.com/ )[7]J. X. Przybysz, J. H. Kang, S. S. Martinet, A. H. Worsham, “Interface circuits for input andoutput of gigabit per second data,“ in Extended Abstracts of ISEC’95, Nagoya, Japan, Sep.1995, pp. 304-306.[8]M. Suzuki, M. Maezawa, H. Takato, H. Nakagawa, F. Hirayama, S. Kiryu, M. Aoyagi, T.Sekigawa and A. Shoji, “An interface circuit for a Josephson-CMOS hybrid digital system,”IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 9, Jun. 1999, pp. 3314-3317.[9]Q.
Liu, T. Van Duzer, K. Fujiwara, and N. Yoshikawa, “Hybrid Josephson-CMOS Memory inAdvanced Technologies and Larger Sizes,” Journ. of Phys.: Conf. Series 43 (2006) 11711174.[10] C. J. Fourie and W. J. Perold, “A single-clock asynchronous input COSL set-reset flip-flopand SFQ to voltage state interface,” IEEE Trans. Appl.
Supercond., vol. 15, Jun. 2005, pp.263-266.[11] D. F. Schneider, J. C. Lin, S. V. Polonsky, and V. K. Semenov, “Broadband interfacing ofsuperconducting digital systems to room temperature electronics,“ IEEE Trans. Appl.Supercond., vol. 5, Jun. 1995, pp.3152-3155.[12] V. K. Semenov, and Y. A. Polyakov, “Circuit improvements for a voltage multiplier,” IEEETrans.
Appl. Supercond., vol. 11, Jun. 2001, pp.550-553.[13] Q. P. Herr, “Stacked double-flux-quantum output amplifier,” IEEE Trans. Appl. Supercond.,vol. 15, Jun. 2005, pp. 259-262.[14] O. A. Mukhanov, S. R. Rylov, D. V. Gaidarenko, N. B. Dubash, and V. V. Borzenets,“Josephson output interfaces for RSFQ Circuits”, IEEE Trans. Applied Supercond., vol. 7,Jun. 1997, pp. 2826-2831.[15] R. Koch, P.
Ostertag, E. Crocoll, M. Goetz, M. Neuhaus, T. Scherer, M. Winter and W. Jutzi,“A NRZ – output amplifier for RSFQ circuits”, IEEE Trans. Applied Supercond., vol. 9, Jun.1999, pp. 3549-3552.[16] http://pavel.physics.sunysb.edu/RSFQ/Lib/contents.html[17] J. Oppenlaender, Ch. Haeussler, and N. Schopohl, “Non-Φ0-periodic macroscopic quantuminterference in one-dimensional parallel Josephson junction arrays with unconventionalgrating structure”, Phys.
Rev. B, vol 63, 1 Jan. 2001, pp. 024511-1-9.[18] V. Kaplunenko et al., J. Appl. Phys., 74 (9), 1 Nov. 1993, p. 5854-5858.[19] Лихарев К.К., Введение в динамику джозефсоновских переходов, М.: Наука. 1985.[20] http://www.hypres.com/[21] P.I. Bunyk, and S.V. Rylov, “Automated calculation of mutual inductance matrices ofmultilayer superconductor integrated circuits”, in Abstr. Of Int.
Supercond. Electronics Conf.,NIST, Boulder, CO (1993); LMETER is available at: http://pavel.physics.sunysb.edu/RSFQ/24.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
