一种超导接口电路制造技术

本发明专利技术属于超导集成电路技术领域，具体涉及一种超导接口电路。本发明专利技术的超导接口电路包括前级放大电路4约瑟夫森锁存器，作为输入检测电路，用来检测超导数字集成电路微安级别的输出电流；铃木堆栈，作为后续放大器，接收4JL产生的驱动电流，并在交流偏置的作用下，产生几十毫伏级的输出电压来驱动后续的半导体集成电路。本发明专利技术通过调节前级放大电路4JL的约瑟夫森结的临界电流大小和比例，使得超导接口电路能够检测到几十微安左右的输入电流，保证了超导接口电路的检测精度；此外采用串联约瑟夫森结的方法，减小了超导接口电路触发后的回流。本发明专利技术的超导接口电路可以独立封装，大大增加了接口电路在超导电路中的灵活性和应用前景。前景。前景。

【技术实现步骤摘要】
一种超导接口电路


[0001]本专利技术属于超导集成电路
，具体涉及一种超导接口电路。

技术介绍

[0002]传统以硅为原材料的半导体行业发展已经越来越逼近物理尺寸极限。因此寻找能够替代硅材料的半导体材料或其他材料的任务迫在眉睫。在半导体材料方面有氮化镓、砷化镓和碳化硅等材料，这些半导体材料都有着独特的优势。在寻找半导体材料的同时，全世界也在尽力的寻找其他材料，超导材料就是其中的一种。
[0003]超导材料具有零电阻、抗磁性等很多特性，而由超导材料构成的超导集成电路也拥有很多优良的特性。超导通路中不存在电阻，功耗极低，同时超导电路可以轻松达到GHZ，远远超过传统的CMOS电路。超导集成电路在拥有这些低功耗、高性能等优点的同时，也有很多不足。目前大部分超导集成电路仍需要工作在温度极低的环境，并且包括超导存储器在内的部分电路设计还不成熟，面积过大，因此工作在超导环境下的集成电路常常需要与常温中的半导体器件进行信息交流，要求有专用的接口电路将小而高速的SFQ脉冲信号以高速和低误差率传输到CMOS电子电路，从而完成超导与半导体存储器之间的信号传输。
[0004]目前常用的超导接口电路主要有两种结构，第一种是超导量子干涉器件(SQUID)和铃木堆栈(Suzuki stack)。前者是由直流偏置供电，具有非常灵敏的磁感应能力，在医学应用、地质测量、食品加工和无损传输等方面都有较为成熟的应用，但是作为超导接口电路，SQUID面积很大且放大倍数较低，要想将超导信号放大到能被CMOS电路检测的电压幅值需要消耗大量的电路面积。与SQUID相比，Suzuki stack具有面积小，输出电压高且稳定的优点。但是在实际工程运用中很难检测到微小电流；而且常常因为工艺误差而无法多通道稳定工作；此外，Suzuki Stack必须与前级的超导电路集成在一起，一旦设计定型，很难修改和前级超导电路的连接关系，降低了系统构建的灵活性。
[0005]为了规避传统超导放大电路的缺点，需要提出一种面积小、能够检测到小电流，且可以独立封装的超导接口电路，以提高电路的性能和灵活性。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现在超导电路与传统CMOS电路之间系统构建缺少灵活性，无法独立封装的问题，提供了一种超导接口电路，对超导接口电路面积和工作性能进行了折衷，并实现了超导集成电路与超导放大电路的独立封装。
[0007]本专利技术的技术方案是：
[0008]一种超导接口电路，包括约瑟夫森结锁存器和铃木堆栈(Suzuki Stack)，所述约瑟夫森结锁存器的输入端为超导接口电路的输入端，约瑟夫森结锁存器的输出端连接铃木堆栈的输入端，铃木堆栈的输出端为超导接口电路的输出端；所述约瑟夫森结锁存器和铃木堆栈均由交流偏置提供工作电流；所述约瑟夫森结锁存器用于接收几十微安的输入电流，并在交流偏置的作用下生成一个电平信号，所述铃木堆栈根据约瑟夫森结锁存器输出
的电平信号和自身的偏置电流信号产生稳定的输出电压。
[0009]进一步的，所述约瑟夫森结锁存器的输入端连接有约瑟夫森结(josephson junction—JJ)，即超导接口电路输入的信号通过约瑟夫森结后再输入到约瑟夫森结锁存器。
[0010]上述方案中，输入端处的约瑟夫森结主要作用是防止约瑟夫森结锁存器触发之后产生回流电流并通过输入端流入前级超导电路，从而破坏前级电路的工作；除了串联约瑟夫森结的方法，还可以通过增加对地电阻的方式来减少回流电流。
[0011]进一步的，所述约瑟夫森结锁存器和铃木堆栈之间通过电阻连接。
[0012]进一步的，所述约瑟夫森结锁存器包括并联的两列约瑟夫森结支路，每个约瑟夫森结支路由多个串联的约瑟夫森结构成，约瑟夫森结锁存器的输出端为两列约瑟夫森结支路的连接点。
[0013]进一步的，所述约瑟夫森结锁存器为四约瑟夫森结锁存器(4josephson latch—4JL)，即每列约瑟夫森结支路包括两个串联的约瑟夫森结。
[0014]进一步的，定义第一列约瑟夫森结支路包括第一约瑟夫森结和第二约瑟夫森结，第二列约瑟夫森结支路包括第三约瑟夫森结和第四约瑟夫森结，其中，第一约瑟夫森结和第二约瑟夫森结的连接点为四约瑟夫森结锁存器的输入端，第一约瑟夫森结和第三约瑟夫森结的连接点为四约瑟夫森结锁存器的输出端；所述第一约瑟夫森结和第二约瑟夫森结的临界电流小于第三约瑟夫森结和第四约瑟夫森结。
[0015]上述方案中，第一约瑟夫森结和第二约瑟夫森结拥有较小临界电流，能够检测到更小的输入电流，第三约瑟夫森结和第四约瑟夫森结设置为大临界电流，给后级电路足够的驱动能力。
[0016]进一步的，采用电感分流的方式给两列约瑟夫森结支路提供电流。四约瑟夫森锁存器(4JL)采用电感分流的方式来平均分配不同临界电流比例的约瑟夫森结流过的电流。
[0017]进一步的，所述铃木堆栈包括并联的两列约瑟夫森结支路，每个约瑟夫森结支路由一个电阻和与电阻串联的多个约瑟夫森结构成，约瑟夫森结锁存器的输出端为两列约瑟夫森结支路的连接点。
[0018]进一步的，采用电阻分流的方式给两列约瑟夫森结支路提供电流。铃木堆栈的输出电压与串联的约瑟夫森结个数有关，可以通过串联更多个约瑟夫森结达到更高的电压
[0019]本专利技术的有益效果是：本专利技术的超导放大电路，输入端的小电流到来时，通过输入约瑟夫森结传递给4JL，4JL检测到输入端提供的几十微安输入电流，并在交流偏置的作用下生成一个电平信号，电平信号用于驱动Suzuki Stack工作；Suzuki Stack在驱动电流和偏置电流的共同作用下产生一个稳定的几十毫伏级以上的输出电压，进一步驱动后级电路工作。本专利技术将4JL和Suzuki Stack结合在一起，构成一个两级放大器，第一级用来检测跨芯片的小电流信号，第二级保证足够的驱动能力，这样的组合不仅提高了超导接口电路检测微小电流的能力，增加了超导接口电路的灵活性；而且大大节省了接口电路的面积。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例的一种超导接口电路的示意图；
[0021]图2为本专利技术实施例中防回流设计；
[0022]图3为本专利技术实施例中4JL的原理图；
[0023]图4为本专利技术实施例中Suzuki Stack的原理图；
[0024]图5为本专利技术的超导接口电路单独封装测试时的波形图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和实施例，详细描述本专利技术的技术方案：
[0026]实施例
[0027]如图1所示，本例包括输入约瑟夫森结(Jin)、四约瑟夫森锁存器(4JL)、第三电阻R3和铃木堆栈四个部分。其中，输入约瑟夫森结(Jin)的第一连接端作为所述超导接口电路的输入端，其第二连接端连接四约瑟夫森结锁存器(4JL)的输入端并通过第二约瑟夫森结(J2)后接地；四约瑟夫森结锁存器(4JL)的输入端连接输入约瑟夫森结(Jin)的第二连接端，用于检测小电流的输入，其偏置输入端连接交流偏置，提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超导接口电路，其特征在于，包括约瑟夫森结锁存器和铃木堆栈，所述约瑟夫森结锁存器的输入端为超导接口电路的输入端，约瑟夫森结锁存器的输出端连接铃木堆栈的输入端，铃木堆栈的输出端为超导接口电路的输出端；所述约瑟夫森结锁存器和铃木堆栈均由交流偏置提供工作电流；所述约瑟夫森结锁存器用于接收几十微安的输入电流，并在交流偏置的作用下生成一个电平信号，所述铃木堆栈根据约瑟夫森结锁存器输出的电平信号和自身的偏置电流信号产生稳定的输出电压。2.根据权利要求1所述的一种超导接口电路，其特征在于，所述约瑟夫森结锁存器的输入端连接有约瑟夫森结，即超导接口电路输入的信号通过约瑟夫森结后再输入到约瑟夫森结锁存器。3.根据权利要求1所述的一种超导接口电路，其特征在于，所述约瑟夫森结锁存器和铃木堆栈之间通过电阻连接。4.根据权利要求1所述的一种超导接口电路，其特征在于，所述约瑟夫森结锁存器包括并联的两列约瑟夫森结支路，每个约瑟夫森结支路由多个串联的约瑟夫森结构成，约瑟夫森结锁存器的输出端为两列约瑟夫森结支路的连接点。5.根据权利要求4所述的一种超...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭析竹，赵瑞扬，周正柯，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：