O
ω ε
一 ↑
の ア ク セ ス 時 間
R3は 図 5‑3に 示 し た 抵 抗
‑150 ‑
極 性 切 換 型 駆 動 回 路
c x
信号〉R 2、 R 1、
図 5‑ 1 4.
100 R3
ア
7 R2ア
90 4 4
ア
( O / o )
。 RI
•
80
bias 70 Gate
60200
100
ω ε
一 ↑
h o
一 ωO
( ω ω ω a )
の ア ク セ ス 時 間
R3は 図 5‑3に 示 し た 抵 抗 極 性 切 換 型 駆 動 回 路 (y信号〉
R 2、 R 1、
図5‑ 1 5.
‑151 ‑
ー ダ ン ス の ミ ス マ ッ チ が 起 こ り 、 高 速 性 を 妨 げ て い る 。 完 全 に マ ッ チ ン グ を 取 る こ と は 困 難 だ が 、 で き る だ け マ ッ チ ン グ を 取 る こ と に よ り 高 速 化 を 図 る 必 要 が あ る 。 現 状 で は マ ッ チ ン グ を と る た め に は 図 5‑3に お け る R3を も っ と 大 き く す る こ と が 要 求 さ れ て い る が 、 R 3の 大 き さ は V6で 制 限 さ れ て お り 、 も っ と大きな V6を 有 す る 駆 動 回 路 を 実 現 す る こ と が 、 高 速 化 の 点 か ら も 必 要 で あ る 。
セ ン ス 回 路 の ア ク セ ス 時 間 は 記 憶 セ ル 列 か ら 負 荷 抵 抗 ヘ 電 流 が 転 送 さ れ て く る 時 間 と ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 及 び 3段 の O Rゲ ー ト 回 路 が ス イ ッ チ す る 時 間 と し て 求 め る こ と が で き る 。 今 、 記 憶 セ ル 列 内 の セ ン ス ゲ ー ト 列 を 分 布 定 数 線 路 と 置 き 換 え る と 、 そ の イ ン ピ ー ダ ン ス は 約 120と な る 。 そ こ で セ ン ス グ ー ト が ス イ ッ チ し 、 続 い て ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 が ス イ ッ チ し 3段 の O Rゲ ー ト 回 路 が ス イ ッ チ し て い く 過 程 を シ ミ ュ レ ー シ ョ ン し た 。 こ の 場 合 の セ ン ス 回 路 の ア ク セ ス 時 聞 は セ ン ス ゲ ー ト に 入 力 信 号 が 印 加 さ れ て か ら 最 終 段 の O Rゲ ー ト 回 路 が ス イ ッ チ す る ま で の 時 間 と 定 義 す る 。 結 果 は 図 5‑18に 示 さ れ て い る 。 80
% の バ イ ア ス 時 に 約 19 0 p s e cの ア ク セ ス 時 間 が 得 ら れ た 。
以 上 の 結 果 を 総 合 し て 、 記 憶 回 路 の ア ク セ ス 時 間 を 見 積 も る こ と が で き る 。 す な わ ち 、 記 憶 回 路 の ア ク セ ス 時 間 は デ コ ー ダ 回 路 の ア ク セ ス 時 間 、 駆 動 回 路 の ア ク セ ス 時 間 、 記 憶 セ ル の ス イ ッ チ ン グ 時 間 、 セ ン ス 回 路 の ア ク セ ス 時 間 さ ら に 配 線 の 遅 延 時 間 を 合 計 し た も の で あ る 。 こ こ で 配 線 遅 延 と は レ イ ア ウ ト 上 、 生 じ る 配 線 部 分 の 信 号 遅 延 と 定 義 す る 。 記 憶 回 路 全 体 の ク リ テ イ カ ル パ ス に 含 ま れ る 配 線 長 を 10mmと 仮 定 す る と 配 線 遅 延 は 約 100p s e c と な る 。 こ れ に 記 憶 セ ル の ス イ ッ チ ン グ 時 間 10 p s e c を加え、 4K b i t高 速 記 憶 回 路 の ア ク セ ス 時 間 を 見 積 も る こ と が で き る 。 図 5‑17に そ の 結 果 を 示 す 。 バ イ ア ス 電 流 が 最 大 値 の 8 0 %の 時 、 記 憶 回 路 の ア ク セ ス 時 間 は 約 85 0 p s e c、 9 0 %の バ イ ア ス 電 流 を 印 加 し た 場 合 に は 約 580p s e cの ア ク セ ス 時 間 と 見 積 も る こ と が で き る 。
さ て こ の 時 の 消 費 電 力 を 見 積 も っ て み よ う 。 ジ ョ セ フ ソ ン デ バ イ ス の 場 合 、 電 力 は 各 ゲ ー ト 回 路 に 電 流 を 供 給 す る ド ロ 、 ソ ピ ン グ 抵 抗 の 部 分 で 大 部 分 が 消 費
される。 ド ロ ッ ピ ン グ 抵 抗 は 定 電 圧 で あ る 電 源 、 ラ イ ン か ら 定 電 流 を 各 ゲ ー ト 回 路 に 送 り 出 す 役 割 を 果 た し 、 各 ゲ ー ト 回 路 の 負 荷 抵 抗 に 対 し 十 分 大 き な 値 が 選 ば れ る 。 本 記 憶 回 路 で は ド ロ ッ ピ ン グ 抵 抗 と し て 300‑‑‑500と 設 定 し て い
‑152 ‑
る 。 ゲ ー ト 回 路 1個 当 た り の 消 費 電 力 は 2‑‑‑10μWと な り 、 全 体 で は 約 10 m Wと 見 積 も る こ と が で き る 。 (8 0 % バ イ ア ス の 時 〉
5. 3 結 論
子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル を 用 い た 4 K b i t高 速 記 憶 回 路 を 実 現 す る こ と を 目 的 と し て 周 辺 回 路 の 設 計 、 及 び ア ク セ ス 時 間 の 検 討 を 行 っ た 。 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル は 単 一 量 子 磁 束 を 記 憶 媒 体 と す る こ と と 、 そ の 入 力 信 号 聞 に い か な る タ イ ミ ン グ シ ー ケ ン ス も 必 要 と し な い こ と か ら 高 速 記 憶 回 路 の 構 成 要 素 と し て 最 適 で あ る と 考 え ら れ る 。 一 方 、 入 力 信 号 の 方 向 性 も 情 報 と し て 機 能 さ せ る こ と か ら 極 性 切 換 型 駆 動 回 路 が 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル に は 不 可 欠 で あ る 。 本 章 の 結 論 は 以 下 の 通 り で あ る 。
(1) 4 K b i t高 速 記 憶 回 路 の 構 成 要 素 で あ る 駆 動 回 路 、 デ コ ー ダ 回 路 、 セ ン ス 回 路 の 設 計 を 行 っ た 。 駆 動 回 路 に は 極 性 切 換 型 駆 動 回 路 を 採 用 し 、 従 来 の 駆 動 回 路 に 比 べ 広 い 動 作 マ ー ジ ン を 得 た 。 デ コ ー ダ 回 路 は RCJLグ ー ト フ ァ ミ リ ー を 基 本 ゲ ー ト と し 、 高 速 化 と 動 作 マ ー ジ ン の 拡 大 化 を 図 る 。 セ ン ス 回 路 は 抵 抗 負 荷 型 の セ ン ス 回 路 を 採 用 し 、 A C駆 動 を 可 能 と し た 。 周 辺 回 路 す べ てを A C駆 動 と す る こ と で タ イ ミ ン グ 信 号 を 不 必 要 と し 、 全 体 の 高 速 化 を 図 っ た 。 (2 ) そ れ ぞ れ の パ ラ メ ー タ に つ い て は 基 本 的 に 記 憶 セ ル の パ ラ メ ー タ が 重 要 で あ る 。 記 憶 セ ル の パ ラ メ ー タ が 決 ま る こ と に よ り 駆 動 回 路 の パ ラ メ ー タ が 決 ま り 、 そ の 結 果 、 駆 動 回 路 ヘ 出 力 信 号 を 入 力 す る デ コ ー ダ 回 路 の パ ラ メ ー タ が 決 ま る 。 ま た セ ン ス 回 路 の パ ラ メ ー タ は 記 憶 セ ル の セ ン ス ゲ ー ト の パ ラ メ ー タ か ら 決 定 さ れ る 。
( 3 ) 記 憶 回 路 の ア ク セ ス 時 間 に つ い て 計 算 機 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り 検 討 を 加 え た 。 そ の 結 果 、 例 え ば 、 そ れ ぞ れ の バ イ ア ス 電 流 を 最 大 値 の 8 0 %に バ イ ア ス し た 時 に 、 極 性 切 換 型 駆 動 回 路 は 約 2 0 0p s e c、 デ コ ー ダ 回 路 は 約 140 p s e c、 セ ン ス 回 路 は 約 1 8 0p s e cの ア ク セ ス 時 間 と 見 積 も ら れ た。 4K b i t記 憶 回 路 全 体 と し て の ア ク セ ス 時 間 は バ イ ア ス 条 件 8 0 %及 び
‑153 ‑
90%の 時 、 そ れ ぞ れ 約 85 0 p s e c、 約 5 8 0p s e c と 見 積 も る こ と が できた。
一154‑
300
200
100 400
h o
一 ω
刀( O ω ω
a }
ωE
Z
ω ω C ω
ω
0
0 80 90
(%)
セ ン ス 回 路 の ア ク セ ス 時 間
phu
Fh υ
‑EBA
70
bias