Стробируемый токовый дискриминатор (его варианты) Советский патент 1983 года по МПК H03K17/92 

2. Стробируемый токовь1й дискриминатор,- содержащий последовательно соединеные источник питания, ограничительный резистор и первый джозеф соно8ский прибор, обладающий гистере{зисом, а также разделительный эле,мент и три шины управления, отличающийся тем, что, с целью повышения температурной стабильности и устойчивости к наводкам, в него введен второй джозефсоновский прибор, {обладающий гистерезисом,включенный между первым джозефсоновским прибором обладающим гистерезисом, и общей

шиной у причем источник питания вывыполнен D виде источника импульсов напряжения с постоянной амплитудой, первая и вторая шины управления индуктивно связаны с вторым джозефсоновским прибором, обладающим гистерезисом, третья шина управления индуктивно связана с первым и вторым джозефсоновскими приборами,обладающими гистерезисом, а разделительный элемент включен между точкой соединения первого и второго джозефсоновских приборов,обладающих гистерезисом, и выходом устройства.

1. СТРОБИРУЕМЫЙ ТОКОВЫЙ ДИСКРИМИНАТОР, содержащий последовательно .соединенные источник питания, ограничительный резистор и первый джозефсоновский прибор, обладающий гистерезисом, а также разделительный элемент и три шины управления, отличающийся тем, что, с целью повышения температурной стабильности и устойчивости к наводкамJв него введен второй джозефсоновский прибор, обладающий гистерезисом, включенный между первым джозефсоновским прибором, обладающим гистерезисом, и общей шиной, причем источник питания выполнен в виде источника импульсов напряжения с постоянной амплитудой, первая и вторая управления индуктивно связаны соответственно с первым и вторым джозефсоновскими приборами, обладающими-гистерезисом, § третья шина управления индуктивно связана с первым и вторым джозефсонов.скими приборами, обладающими гистерезисом, а разделительный элемент включен между точкой соединения первого и второго джозефсоновских приборов обладающих гистерезисом, и выходом устройства.

Изобретение относится к измерительной импульсной технике и криогенной микроэлектронике, а именно к стробоскопическим преобразователям на джозефсоновских приборах. d

Известен стробируемый токовый дискриминатор, содержащий пороговое устройство, выполненное на одиночном джозефсоновском контакте, источник питания, шины управления, по которым подаются стробирующий сигнал ( (;) , исследуемый сигнал (l) сигнал управления (Ц) порогом, причем шины управления подсоединены через согласующие и ограничительные сопротивления непосредственно к джозефсоновскому контакту. Сигнал с порогового устройства снимается через сверхпроводящую линию задержки, что обеспечивает развязку по времени между сигналом выхода с дискриминатора и электр -.магнитной наводкой, возникающей при передаче сигналоэ от подводящих коаксиальных кабелей к микросхеме fi .

Недостатками указанного дискриминатора являются значительная чувствительность к температурному дрейфу и наводкам, а также временные искажения исследуемого сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому является стробируемый токовый дискриминатор, содержащий пороговое устройство, выполненное на двухконтактйом интерферометре-сквиде, импульсный источник питания с постоянной

амплитудой .тока и три шины управления, по которым подаются соответственно стробируемый сигнал, исследуемый сигнал и сигнал управления порогом дискриминатора 2 .

Быстродействие известного дискриминатора определяется быстродействием переключения сквида. Воздействия такого дискриминатора на исследуемую

схему минимально, однако он также чувствителен к дрейфу температуры, электромагнитным наводкам, которые возникают между подводящими кабелями и микросхемой, и наводкам в цепи

питания сквида.

Кроме того, при использовании известного дискриминатора в стробоскопических преобразователях необходимо применение стробирующих сигналов в форме коротких импульсов, при этом предъявляются жесткие требования к их длительности и амплитуде.

Цель изобретения - повышение температурной стабильности дискриминатора и устойчивости его к наводкам.

Поставленная цель достигается тем. что в стробирующий токовый дискриминатор, содержащий последовательно соединенные источник питания, ограничительный резистор и первый джозефсоновский прибор, обладающий гистерезисом,, а также разделительный элемент и три шины управления, введен второй джозефсоновский прибор, обладающий гистерезисом, включенный между первым джозефсоновским прибором, обладающим гистерезисом, и общей шиной. При этом источник питания выполнен в виде источника имимпульсов напряжения с потоянной ампл тудой, первая и) вторая шины управле ния индуктивно связаны соответствен но с первым и вторым джозефсоновски ми приборами, обладающими гистерёзи сом, третья шина управления индуктивно связана с первым и вторым джзефсоновскими приборами, обладающими гистерезисом, а разделительный элемент включен между точкой соединения первого и второго джозефсонов ских приборов, обладающих гистерезисом, и выходом устройства. Благодаря указанным особенностям сигнал с дискриминатора, снимаемый через развязывающее по импульсу сопротивление или индуктивность со средней точки между джозефсоновским приборами, зависит только от разност критических токов этих приборов в момент стробирования. Так как джозефсоновские.приборы идентичны, то вероятность их переключения не зависит от температурного дрейфа и от токов наводки, текущих через них, а зависит лишь от разности токов управ ления. Поэтому предлагаемый дискрими наТор устойчив к температурному дрей фу, к перекрестным наводкам и к шумам источника питания. Предлагаемый вариант по времени переключения подобен известному диск риминатору, однако при использовании его в стробоскопическом преобразователе нет необходимости формировать короткий стробирующий импульс, а достаточно сформировать резкий перепад, длительность которого и будет определять некоторые искажения в , форме исследуемого сигнала, т.е. его разрешающую по времени способность, которая, по крайней мере, не хуже, чем у известного. Однако в ряде случаев для достижения предельны) временных разрешений стробоскопических преобразователей, связанных только с самим дискриминатором, необходимо избегать искажений, связанных с неидеальностью стробирующего сигнала. Второй вариант предлагаемого стробируемого токового дискриминатора дает те же преимущества, что и первый вариант, но обладает меньшими временными искажениями. Поставленная цель достигается тем, что в стробируемый токовый дискриминатор, содержащий последовательно соединенные источник питания, ограничительный резистор и первый джозефсоновский прибор, обладающий гистерезисом, а также разделительный элемент и три шины управления, введен второй джозефсоновский прибор, обладающий гистерезисом, включенный между первымхяжозефсоновским прибором, обладающим гистерезисом, и общей шиной. При этом источник питания выполнен в виде источника импульсов напряжения с постоянной амплитудой, первая и вторая шины управления индуктивно связаны с вторым джозефсоновским прибором, обладающим гистерезисом, третья Шина управления индуктивно связана с первым и вторым джозефсоновскими приборами, обладающими гистерезисом, а разделительный элемент включен между точкой соединения первого и второго джозефсоновских . приборов, обладающих гистерезисом, и выходом устройства. На фиг. 1 и 2 приведены принципиальные электрические схемы вариан- тов предлагаемого стробируемЬго токового дискриминатора. Стробируемый токовый дискриминатор (фиг. 1) по первому варианту содержит последовательно соединенные импульсный источник 1 напряжения с постоянной амплитудой импульсов, ограничительный резистор 2, первый и второй джозефсоновские приборы 3 и k, обладающие гистерезисом, а также первую, вторую и третью шины 57управления.разделительный элемент 8и выход 9 устройства. . Первая шина 5 управления индуктивно связана с первым джозефсоновским прибором 3i вторая шина 6 управления индуктивно связана со вторым джозефсоновским прибором 4, третья иина 7 з(правления индуктивно связана с первым и .; вторым джозефсоновскими приборами 3 и 4. Разделительный элемент 8 включен между точкой соединения джозефсоновских приборов 3 и Д и выходом 9Стробируемый токовый дискриминатор по второму варианту (фиг. 2 содержит последовательно соединенные импульсный источник 1 напряжения, ограничительнуй резистор 2, первый и второй джозефсоновские приборы 3 и :, обладающие гистерезисом, а также первую, вторую и третью шины 5 7 управления, разделительный элемент 8 и выход 9 устройства. Первая и вторая шины 5 и 6 управления индуктивно связаны с вторым джозефсоновским прибором 4, третья шина 7 управления индуктивно связана с первым и вторым джозефсоновскими приборами 3 и 4. Разделительный элемент 8 включен между точкой сЪеди нения джозефсоновских приборов 3 и и выходом 9Первый и второй джозефсоновские приборы 3 и 4 могут быть выполнены в виде криотронов, интерферометров и т.д. В изобретении описано исполне ние на двухконтактных интерферометра Разделительный элемент 8 выполняется в виде катушки индуктивности или резистора. Шины 5 1 управления индуктивно связываются с джозефсоновскими приборами. При этом переключение состояния последних происходит под воздействием токов, текущих в шинах. Устройство по первому варианту работает следующим образом. Амплитуда напряжения источника 1питания и сопротивление резистора 2выбираются таким образом, чтобы начальный ток, текущий через джозефсоновские приборы 3 и if, был несколь ко меньше их критического тока, а при переключении в момент подачи стробирующего сигнала по третьей шине .7 управления одного из джозеф соновских приборов в резистивное сос тояние ток через них уменьшается настолько, чтобы другой джозефсоновски прибор оставался в сверхпроводящем состоянии. При переключении первого джозефсоновского прибора 3 напряжение в точке соединения джозефсоновских приборов 3 и будет равно нулю а если переключится прибор 4, то напряжение в точке соединения джозефсоновских приборов 3 и 4 будет определяться характерным напряжением II джозефсоновского прибора. Индуктивность 8 выбрана достаточно большой,чтобы в процессе переключения она не искажала фронт сигнала,и доста точно малой, чтобы за время, определяемое длительностью импульса источника питания напряжение на выходе 10 было близко к напряжению в точке соединения джозефсоновских приборов 3 и , Если амплитуда исследуемого сигнала 1((х), поданного по второй шине управления 6, будет в момент стробировамия больше сигнала управления JY порогам дискриминатора, поданного по первой шине управления 5, то напряжение на выходе дискриминатора будет UQ , а в противном случае напряжение на выходе дискриминатора равно 0. При равенстве сигналов на выходе дискриминатора будет случайное чередование сигналов О и UQ, определяемое внутренними шумами джозефсоновских приборов. Таким образом, дискриминатор позволяет найти амплитуду исследуемого сигнала в момент стробирования с точностью, которая обусловлена точностью измерения медленно меняющегося тока управления Ну . При этомнаводки в шинах 5 и б управления будут компенсироваться. Так как джозефсоновские приборы переключаются при постоянной величине тока управления, то очевидно, что в различные моменты времени при изменении амплитуды исследуемого сигнала меяяется и амплитуда стробирующего сигнала, при котором будет происходить переключение. При этом момент времени переключения зависит от фронта стробирующего сигнала, что вносит некоторое искажение. Устройство по второму варианту pa6ojaeT следующим образом. .Амплитуда напряжения источника 1 питания и сопротивление резистора 2 выбирается из тех же соображений, что и для первого варианта. Стробирующий сигнал подается по третьей шине 7 управления. Переключение второго джозефсоновского прибора k в резистивное состояние произойдет в том случае, если сумма исследуемого сигнала, подаваемого по второй шине 6 управления, и сигнала управления порогом дискриминатора, подаваемого по первой шине 5 управления, будет больше некоторого порога, определяемого амплитудой стробирующего сигнала. При этом переключение будет происходить при постоянной амплитуде стробирующего сигнала, что позволяет избежать искажений, связанных с неидеальностью фронта стробирующего сигнала. При проведении измерений можно пользова.тъся обоими вариантами дискриминатора, что позволяет исключить как искажения, связанные с неидеальностью стробирующего сигнала, так и Наводку в шинах управления. Быстродействие дискриминатора определяете джозефсоновскими приборами 3 и А и не уступает быстродействи известных дискриминаторов. Предлагаемые дискриминаторы не чувствительны к температурному дрейфу и флуктуациям, так как для них не важны абсолютные значения крити|Ческих токов приборов, а существенна X разность, которая при идентичност приборов равна нулю, а в реальном случае некоторое различие в критических токах приборов компенсируется небольшим током смещения. Ток наводки в цепи питания приборов 3 и также не вызывает разбаланса порогового устройства, так как одинаково изменяет порог переключения обоих приборов. Наводка в цепи питания приборов является наиболее с ацественной, так как она непосредственно изменяет порог джозефсоновского контакта, поэтому устойчивость дискриминаторов к такой наводке резко улучшает его Параметры. Итак, чувствительность предлагаемого стробируемого токового дискриминатора по вариантам изобретения по сравнению с «чувствительностью известного устройства улу,чшилась примерно в два раза. Кроме того, яри разработке стробоскопических пр образователей на них нет необходимости формировать стробирующий сигнал в виде очень коротких импульсов, как в известном, для этого достаточно сформировать сигнал с резким передним фронтом.