本发明专利技术属于超导集成电路领域,具体涉及一种互感隔离型超导接口电路。本发明专利技术利用超导量子干涉装置(SQUID)对前级单磁通量子(SFQ)电路的微小输出进行初步放大,在SQUID的直流偏置作用下产生的输出信号由铃木堆栈(Suzuki Stack)进行进一步放大,在Suzuki Stack的交流偏置作用下最终产生后级CMOS放大器能够识别的输出电压;本发明专利技术通过调节SQUID中的耦合电感线圈圈数,可以识别数十微安的微小输入信号;通过互感线圈的隔离,可以实现电路的单独封装,极大的避免了Suzuki Stack的交流偏置对前后级电路的直流偏置带来的影响,相比于传统超导接口电路具有更高的灵活性和实用性。超导接口电路具有更高的灵活性和实用性。超导接口电路具有更高的灵活性和实用性。
【技术实现步骤摘要】
一种互感隔离型超导接口电路
[0001]本专利技术属于超导集成电路领域,具体涉及一种互感隔离型超导接口电路。
技术介绍
[0002]传统半导体行业发展在受器件物理尺寸的限制情况下出现了瓶颈,为了进一步提升芯片性能以满足人们日益增长的需求,不少新材料和新技术在近些年得到了广泛的运用和发展,其中就包括以铌材料为基础的超导约瑟夫森数字电路。超导数字电路以单磁通量子(SFQ)电路构成其基础的逻辑门,具有功耗低、高速度的特点,能完成复杂的功能运算。目前已有研究已经对大规模单磁通量子处理器和节能电路进行了探索并取得了一定的成果,但真正运用于实际中还需要不断的努力。
[0003]SFQ电路的一个关键缺点是缺乏大规模内存。目前主流实现方法大致分两类,一种是通过约瑟夫森电路构成存储器,但由于约瑟夫森电路的低集成度和低驱动能力,所以仅使用超导技术很难构建大规模、高密度的低温存储器;另一种实现大规模超导存储器的方法是使用超导
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CMOS混合电路,这种方法既具备SFQ电路频率高、低功耗的特点,又因工作在4K温度下,可提升CMOS电路的工作性能。
[0004]由于超导电路与CMOS电路的工作电压水平上存在着巨大的差异,就需要加入接口电路来对超导电路的输出进行放大,以达到CMOS电路能识别的最小电平。自上世纪六十年代以来,为了实现超导
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CMOS电路的信号传输,已经进行了许多关于接口电路的研究,其中较为主流的方法有两种:一种方法是通过超导量子干涉装置(SQUID)电路进行放大,另一种方法是通过铃木堆栈(Suzuki Stack)进行放大。前者使用静态偏置,可输出数毫伏的电平信号,因此通常作为接口电路来对高速单磁通量子(RSFQ)电路到CMOS电路的信号进行传输,但其最大的缺点在于输出较高电压时所需版图面积大。后者由于其电路工作特性,必须使用交流偏置,Suzuki Stack触发速度很快,能够稳定产生几十毫伏以上的输出电压并且可以通过调节双列串联结构的约瑟夫森结(Josephson Junction,JJ)的数量来调整铃木堆栈Suzuki Stack的输出电压,但是难以放大微小的输入信号,并且交流偏置容易对前后级电路造成影响。
[0005]在实际应用场景下,传统超导接口电路暴露出较为明显的缺点,需要提出一种在面积和性能上折中的电路,实现对微小输入的放大以及各级电路间的隔离。
技术实现思路
[0006]本专利技术提出一种互感隔离型的超导接口电路,如图1所示。此专利技术利用互感线圈对电路进行前后级的隔离,避免了铃木堆栈(Suzuki Stack)的交流偏置对前后级电路造成的影响,互感线圈串联的电阻阻值范围大,解决了独立封装时跨芯片打线带来的电阻问题;结合了SQUID电路和铃木堆栈的优点,通过双端超导量子干涉装置(SQUID)对输入信号进行第一级放大,再通过铃木堆栈(Suzuki Stack)实现了进一步的放大,相比于传统超导接口电路具有更高的灵活性和实用性。
[0007]本专利技术的技术方案为:
[0008]一种互感隔离型超导接口电路,包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5、第六电感L6、第七电感L7、第八电感L8、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一约瑟夫森结J1、第二约瑟夫森结J2、第三约瑟夫森结J3和铃木堆栈中2n个约瑟夫森结构成的双列串联结构;
[0009]第一电感L1的第一连接端连接第一电阻R1的第二连接端,第一电感L1的第二连接端连接第二电感L2的第一连接端,第一电感L1和第三电感L3相互耦合;
[0010]第二电感L2的第一连接端连接第一电感L1的第二连接端,第二电感L2的第二连接端连接地端GND,第二电感L2和第四电感L4相互耦合;
[0011]第三电感L3的第一连接端连接第一约瑟夫森结J1的第一连接端,第三电感L3的第二连接端连接第四电感L4的第二连接端和第五电感L5的第一连接端,第三电感L3和第一电感L1相互耦合;
[0012]第四电感L4的第一连接端连接第二约瑟夫森结J2的第一端,第四电感L4的第二连接端连接第三电感L3的第二连接端和第五电感L5的第一连接端,第四电感L4和第二电感L2相互耦合;
[0013]第五电感L5的第一连接端连接第三电感L3的第二连接端和第四电感L4的第二连接端,第五电感L5的第二连接端连接第六电感L6的第二连接端和第七电感L7的第一连接端;
[0014]第六电感L6的第一端连接第二电阻R2的第二连接端,第六电感L6的第二连接端连接第五电感L5的第二连接端和第七电感L7的第一连接端;
[0015]第七电感L7的第一连接端连接第六电感L6的第二连接端和第五电感L5的第二连接端,第七电感L7的第二连接端连接第三电阻R3的第一连接端;
[0016]第一电阻R1的第一连接端为互感隔离型超导接口电路的输入端,第一电阻R1的第二连接端连接第一电感L1的第一连接端;
[0017]第二电阻R2的第一连接端连接所述量子干涉装置的直流偏置,第二电阻R2的第二连接端连接第六电感L6的第一连接端;
[0018]第三电阻R3的第一连接端连接第七电感L7的第二连接端,第三电阻R3的第二连接端连接第四电阻R4的第一连接端和第三约瑟夫森结J3的第一连接端;
[0019]第四电阻R4的第一连接端连接第三电阻R3的第二连接端和第三约瑟夫森结J3的第一连接端,第四电阻R4的第二连接端连接地端GND;
[0020]第五电阻R5的第一连接端连接第四约瑟夫森结J4的第一连接端,第五电阻R5的第二连接端连接第六电阻R6的第一连接端、第七电阻R7的第二连接端和第八电阻R8的第一连接端;
[0021]第六电阻R6的第一连接端连接第五电阻R5的第二连接端、第七电阻R7的第二连接端和第八电阻R8的第一连接端,第六电阻R6的第二连接端连接第n+4个约瑟夫森结Jn+4的第一连接端;
[0022]第七电阻R7的第一连接端连接所述铃木堆栈的交流偏置,第七电阻R7的第二连接端连接第五电阻R5的第二连接端、第六电阻R6的第一连接端和第八电阻R8的第一连接端;
[0023]第八电阻R8的第一连接端连接第五电阻R5的第二连接端、第六电阻R6的第一连接端和第七电阻R7的第二连接端,第八电阻R8的第二连接端为互感隔离型超导接口电路的输出端;
[0024]第一约瑟夫森结J1的第一连接端连接第三电感L3的第一连接端,第一约瑟夫森结J1的第二连接端连接地端GND;
[0025]第二约瑟夫森结J2的第一连接端连接第四电感L4的第一连接端,第二约瑟夫森结J2的第二连接端连接地端GND;
[0026]第三约瑟夫森结J3的第一连接端连接第三电阻R3的第二连接端和第四电阻R4的第一连接端,第三约瑟夫森结J3的第二连接端连接第n+2约瑟夫森结的第一连接端和第n+1约瑟夫森结Jn+1的第二连接端;...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种互感隔离型超导接口电路,其特征在于,包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5、第六电感L6、第七电感L7、第八电感L8、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一约瑟夫森结J1、第二约瑟夫森结J2、第三约瑟夫森结J3和铃木堆栈中2n个约瑟夫森结构成的双列串联结构;第一电感L1的第一连接端连接第一电阻R1的第二连接端,第一电感L1的第二连接端连接第二电感L2的第一连接端,第一电感L1和第三电感L3相互耦合;第二电感L2的第一连接端连接第一电感L1的第二连接端,第二电感L2的第二连接端连接地端GND,第二电感L2和第四电感L4相互耦合;第三电感L3的第一连接端连接第一约瑟夫森结J1的第一连接端,第三电感L3的第二连接端连接第四电感L4的第二连接端和第五电感L5的第一连接端,第三电感L3和第一电感L1相互耦合;第四电感L4的第一连接端连接第二约瑟夫森结J2的第一端,第四电感L4的第二连接端连接第三电感L3的第二连接端和第五电感L5的第一连接端,第四电感L4和第二电感L2相互耦合;第五电感L5的第一连接端连接第三电感L3的第二连接端和第四电感L4的第二连接端,第五电感L5的第二连接端连接第六电感L6的第二连接端和第七电感L7的第一连接端;第六电感L6的第一端连接第二电阻R2的第二连接端,第六电感L6的第二连接端连接第五电感L5的第二连接端和第七电感L7的第一连接端;第七电感L7的第一连接端连接第六电感L6的第二连接端和第五电感L5的第二连接端,第七电感L7的第二连接端连接第三电阻R3的第一连接端;第一电阻R1的第一连接端为互感隔离型超导接口电路的输入端,第一电阻R1的第二连接端连接第一电感L1的第一连接端;第二电阻R2的第一连接端连接所述量子干涉装置的直流偏置,第二电阻R2的第二连接端连接第六电感L6的第一连接端;第三电阻R3的第一连接端连接第七电感L7的第二连接端,第三电阻R3的第二连接端连接第四电阻R4的第一连接端和第三约瑟夫森结J3的第一连接端;第四电阻R4的第一连接端连接第三电阻R3的第二连接端和第三约瑟夫森结J3的第一连接端,第四电阻R4的第二连接端连接地端GND;第五电阻R5的第一连接端连接第四...
【专利技术属性】
技术研发人员:彭析竹,周正柯,柳剑,梅盛德,
申请(专利权)人:电子科技大学,
类型:发明
国别省市:
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