〉吋

out: 128 

〉

out : 16  ABA

一

B

一

A AB

一 百

CDC

一

D

一

C CD

一 一

D

out : 128 

‑ ゆ f

> 

out : 8  EF

EF EF E‑ F 

R/W 

128 

out :  R/W 

デ コ ー ダ 回 路 の ブ ロ ッ ク 図

3段 の ブ ロ ッ ク で 権 成 さ れ る 。

‑142  ‑

図 5‑8. 

r I  rL 

rL 

rL 

(a) 0 R回 路 の 等 価 回 路 l01= 0 . 1 m A  

1 02= 1 03 = O.  1 5 m  A  r1=r2=r3=0.80  rl=0.80、 r^L = 8 0 

(b) A N D回 路 の 等 価 回 路 1 A 1 = 1 A2 = O.  1 m A  lA3= 0 . 2 m A  

r 1 = 2 0、 r L = 2 0 

r2=r3=0.80 

(c) B U F回 路 の 等 価 回 路

lB1=IB2=IB3=IB4=0.2mA  R₁₌ R₂₌ R₃₌ R_4= 4 0 

r1=r2=r3=0.40  r L = 2 0 

図5‑10. RCJLグ ー ト フ ァ ミ リ ー (AN D、O R、 B U Fゲ ー ト 回 路 ) の 等 価 回 路

一143‑

最 小 接 合 寸 法 を 記 憶 セ ル と 同 様 に 3μmX3μmと す る と ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 の 臨 界 電 流 密 度 は 約 1200A/cm²と な る 。 図 5‑10に 各 パ ラ メ ー タ の 値 を 示 す 。 な お こ の 値 は 前 項 で 述 べ た 極 性 切 換 型 駆 動 回 路 を 駆 動 す る の に 充 分 な 出 力を供給する。

そ れ ぞ れ の ゲ ー ト 回 路 の バ イ ア ス 電 流 の 動 作 マ ー ジ ン は ORゲ ー ト 回 路 で 約 土40%、ANDゲ ー ト 回 路 で : t50%である。 BUFゲ ー ト 回 路 に つ い て は フ ァ ン ア ウ ト 4の 出 力 が ORゲ ー ト 回 路 を ス イ ッ チ さ せ る 必 要 が あ る の で

1 b 6 /  4 

> 

1 01 = 1 B 1 /  2  ( 5 ‑7 ) 

すなわち

4 1 B 1 

> 

1 b 6  

> 

2 1 B 1  (5 ‑ 8) 

と な り 、 土 33%の 動 作 マ ー ジ ン を 有 す る こ と に な る 。

ち な み に 本 デ コ ー ダ 回 路 は 330個 の ORゲート回路、 184個 の ANDグ ート回路、 82個 の BUFグ ー ト 回 路 か ら 構 成 さ れ る 。

5.  1.  3  セ ン ス 回 路

セ ン ス 回 路 に つ い て は い く つ か の 方 式 が 提 案 さ れ て い る 。

DC

駆 動 を 前 提 と し た セ ン ス 回 路90)は タ イ ミ ン グ 信 号 を 用 い る こ と に 問 題 が あ り 、 高 速 化 の 妨 げ に な っ て い た 。 タ イ ミ ン グ 信 号 を 用 い る 必 要 の 無 い A C駆 動 の 抵 抗 負 荷 型 の セ ン ス 回 路 が 提 案 さ れ て お り 86)、87)、 本 記 憶 回 路 で も 基 本 的 な 考 え 方 と し て は 同 方 式 を 採 用 す る 。

図5‑ 1 1に セ ン ス 回 路 の 等 価 回 路 を 示 す 。 そ の 動 作 は 以 下 の 通 り で あ る 。 記 憶 セ ル の セ ン ス ゲ ー ト が 直 列 に 接 続 さ れ た す べ て の セ ン ス パ ス に A C電 流 を 印 加 す る 。 記 憶 セ ル で デ ー タ 1" が 読 み 出 さ れ 、 セ ン ス ゲ ー ト が 電 圧 状 態 に ス イ ッ チ す る と 、 そ の セ ル が 接 続 し て い る セ ン ス パ ス の 電 流 は 負 荷 抵 抗 を 通 し て接合 1^o 0ヘ 流 れ 、 接 合 1^o 0を ス イ ッ チ さ せ る 。 そ の 後 、 フ ァ ン イ ン 4のOR

ゲ ー ト 回 路 3段 を 通 し て 、 8 4 b i t分 の 情 報 が 集 め ら れ た 後 、 出 力 信 号 が 取 り出される。

こ の 回 路 に お い て 注 意 す べ き 点 は A C電 流 の 立 ち 上 が り の 際 の 動 的 な 電 流 の

‑144  ‑

流 れ で あ る 。 す な わ ち AC電 流 が 立 ち 上 が っ た と き に 、 動 的 に は セ ン ス パ ス の イ ン ピ ー ダ ン ス が 無 視 で き ず 、 負 荷 抵 抗 へ も AC電 流 の 一 部 が リ ー ク す る 。 こ の リ ー ク 電 流 が 直 接 O Rゲ ー ト 回 路 に 入 力 さ れ る と O Rゲ ー ト 回 路 が ス イ ッ チ し て 、 誤 動 作 の 原 因 と な る 。 本 回 路 で は 、 こ の リ ー ク 電 流 は ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 1 80に 吸 収 さ れ 誤 動 作 を 防 い で い る 。 リ ー ク 電 流 の 大 き さ 1 Qは

1 Q = 1 B • Z 0/ (Z 0 

+ 

R L)  ( 5 ‑ 8 )  ( 1 s :センス電流、 Z0 : セ ン ス パ ス の イ ン ピ ー ダ ン ス 、 RL : 負 荷 抵 抗 〉 と な り 、 接 合 電 流 値 1s 0は

1 

s

・

Zo/(Zo+R

L) 

< Iso< 

1e  (5‑8) 

を 満 た す よ う に 設 計 さ れ る 。 今 、 イ ン ピ ー ダ ン ス の 整 合 性 を 考 慮 に い れ 、

Zo=

R_Lと 選 ぶ と 、 ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 1B 0の動作マージンは約:i::3 3 %となる。

本 セ ン ス 回 路 で は A C電 流 で 駆 動 す る デ コ ー ダ 回 路 と 同 様 に R C J Lゲ ー ト 回路で O Rゲ ー ト 回 路 を 様 成 す る 。 そ の た め 広 い 動 作 マ ー ジ ン と 入 力 の 印 加 に タ イ ミ ン グ を 図 る こ と の 不 必 要 な 従 っ て 高 速 な セ ン ス 回 路 を 実 現 す る こ と が で き る 。 セ ン ス ゲ ー ト は 前 章 ま で に 述 べ て き た よ う に 量 子 磁 東 転 移 型 記 憶 セ ル に 含 ま れ る 超 伝 導 量 子 干 渉 計 で あ る 。 こ の パ ラ メ ー タ は す で に ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 l個 の 臨 界 電 流 値 が O. 1 m A、 セ ン ス ゲ ー ト の 臨 界 電 流 値 が O. 2 m Aと設 計 さ れ て い る 。 こ の 値 の 対 応 し た セ ン ス 回 路 の 各 パ ラ メ ー タ 値 を 図 5‑ 1 1に 示す。

5.  2  記 憶 回 路 の ア ク セ ス 時 間

4 K b i t高 速 記 憶 回 路 の ア ク セ ス 時 間 を 計 算 機 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り 評 価 す る 。 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に 用 い た ソ フ ト ウ ェ ア は 過 渡 解 析 計 算 プ ロ グ ラ ム

ECAP"で あ る 。 記 憶 回 路 の ア ク セ ス 時 間 の 内 訳 は ア ド レ ス の デ コ ー デ ィ ン グ に 要 す る 時 間 、 記 憶 セ ル を 駆 動 す る 時 間 、 セ ン ス 回 路 の ア ク セ ス 時 間 、 記 憶 セ ル の ス イ ッ チ ン グ 時 間 、 そ の 他 配 線 遅 延 時 間 と な る 。 こ の う ち 記 憶 セ ル の ス イ ッ チ ン グ 時 間 tは 超 伝 導 ル ー プ の イ ン ダ ク タ ン ス Lと ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 の ダ

ー 145‑

OR  g a t e s   R i   Rsd 

Rs  I g  

‑ ‑ ‑ ‑ v v  

‑・・・・・・・..

. .   . . .  . . . . .  

. . . . . .  . . . .  

・・・・・・・・..

. . . . . .  . . . .  

・・・・・・・・..

f 

~

f  C e l l   Array  I y  

I x  

= 7 0   RL' 

セ ン ス 回 路 の 等 価 回 路

RL= 1 2 0、 Rs= 5 0 0、

図5‑ 1 1 . 

lmA 

セ ン ス ラ イ ン の 特 性 イ ン ピ ー ダ ン ス

z

O~ 1 0 Q 

‑146  ‑

I

so

=O. 

ン ピ ン グ 抵 抗 Rdより、 t~L/Rd と考えられ、計算機シミュレーションの結 果、約 10 p s e c程 度 と 見 積 も る こ と が で き る 。

ま ず デ コ ー ダ 回 路 の ス イ ッ チ ン グ 時 間 に つ い て 検 討 す る 。 5. 1.  2項 で 述 べ た よ う に デ コ ー ダ 回 路 は

OR‑AND

回路、

OR‑AND C f .  

o. 

1)‑

BUF

回路、

OR‑AND C f .  

o. 

2) ‑BUF

回路、

OR‑AND‑BU P‑BUF

回 路 、 の

4

種 類 の ゲ ー ト ブ ロ ッ ク か ら 構 成 さ れ て い る Cf.  0 :フ ァ ン ア ウ ト 〉 。 各 回 路 の 遅 延 時 間 の バ イ ア ス 電 流 依 存 性 を 図 5‑1 2に示す。

フ ァ ン ア ウ ト 数 が 多 い も の ほ ど バ イ ア ス 電 流 が 低 く な る と 遅 延 時 間 も 長 く な る 傾 向 に あ る 。 デ コ ー ダ 回 路 の ク リ テ イ カ ル パ ス と し て は 図 5 ‑ 8に 示 さ れ て い るように 2通 り の パ ス が 候 補 に 挙 げ ら れ る 。 ひ と つ は 入 力 信 号Aから Dま で ブ ロ ッ ク で

OR‑AND Cf. 

o. 

1)  ‑BUF

回路、

OR‑AND Cf. 

o. 

2) 

‑BUF

回路、

OR‑AND

回 路 の 3つ の グ ー ト ブ ロ ッ ク か ら 構 成 さ れ て い る 。 も う ひ と つ は 入 力 信 号

E

か ら

R/W

ま で の ブ ロ ッ ク で 、

OR‑AND

C f .  

0.2)回 路 ( も し く は

OR‑BUF

回路)、

OR‑AND‑BUF‑

BUF

回路、

OR‑AND

回 路 か ら 構 成 さ れ て い る 。 前 者 の パ ス を ラ イ ン

1

、 後 者 の パ ス を ラ イ ン 2と し て 2つ の パ ス の 遅 延 時 間 を 図 5‑ 1 3に 示 す 。 全 体 と し て ラ イ ン 1の 方 が 遅 く 、 ラ イ ン 1が ク リ テ イ カ ル パ ス で あ る こ と が わ か る 。 バ イ ア ス 電 流 が 最 大 値 の 8 0 %の 時 、 デ コ ー ダ 回 路 の 遅 延 時 聞 は 約 1 4 0p s 

e cである。

次 に 極 性 切 換 型 駆 動 回 路 の ア ク セ ス 時 間 に つ い て 調 べ る 。 本 回 路 の ア ク セ ス 時 間 を 入 力 信 号 が 立 ち 上 が っ て か ら 出 力 信 号 が 記 憶 セ ル の し き い 値 を 越 え る ま でと定義すると、 X駆動回路、 Y駆 動 回 路 の 駆 動 時 聞 は 図 5 ‑ 1 4及 び 図 5 ‑

1 5に 示 す よ う に な る 。 X駆動回路は、 R 1 = R 2 = 5 0、 R 3 = 8 0の時、

バ イ ア ス 電 流 7 0 %で、 1 8 0 p s e c、 8 0 %で、 1 3 0 p s e cを示し、

Y駆 動 回 路 は R 1 = R 2 = 4 0、 R 3 = 7 0の 時 、 バ イ ア ス 電 流 7 0 %で、 1  45 p s e c、 8 0 %で、 1 2 0 p s e cと シ ミ ュ レ ー ト さ れ る 。 X、 Y両 方 の 駆 動 回 路 と も に R 1、 R 2が 大 き い 方 が わ ず か に ア ク セ ス 時 聞 は 遅 い 。 こ の 理 由 は R C時 定 数 CRは 駆 動 回 路 の 負 荷 抵 抗 、 Cは 駆 動 回 路 の ゲ ー ト 回 路 の 接 合 容 量 ) で 決 ま る 立 ち 上 が り 時 間 の 差 に よ る も の と 考 え ら れ る 。 実 際 の 記 憶 回 路 の な か で は 、 信 号 線 路 、 リ タ ー ン 線 路 、 負 荷 抵 抗 の 接 続 部 分 に お い て イ ン ピ

‑147  ‑

100 

圃 園 田 ー

OR‑AND

ーー・・

OR‑AND

(f

. 0 . 1) ‑ B U F  

‑ 一 一 ^{O R ‑ A N D ( f. 0 . 2 )}

^ー

^BUF

一 一 一 ^OR‑AND

^(f

^{. 0}

  ^) 1.

‑ B U F ‑ B U F  

90  ( % )   80 

bias  70 

Gate 

60  150 

。

ω 

ドキュメント内 ジョセフソン高速記憶回路用量子磁束転移型記憶セルの研究 (ページ 45-51)