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Asynchrone Logikgatter für RSFQ-Schaltungen

18.02.2005

Eine der bestehenden wesentlichen Schwierigkeiten bei der Herstellung komplexerer Rapid Single Flux Quantum (RSFQ)-Schaltungen ergibt sich aus der zeitlich korrekten Bereitstellung der Taktimpulse an den einzelnen Gattern. Josephsonkontakte mit externen Shunts in SIS-Technologie (Supraleiter/Isolator/Supraleiter) bieten die Möglichkeit, durch Einstellung verschiedener Werte der Shuntwiderstände flexible Gate-Delays asynchroner Logikgatter zu erreichen. Asynchrone RSFQ-Schaltungen, die auf der Basis von Dual-Rail Information Coding in lokal-definierter Taktgebung arbeiten, umgehen die durch globale Taktgebung bedingten Beschränkungen der konventionellen RSFQ-Logik. Für die Konzipierung komplexerer RSFQ-Schaltungen in SIS-Technologie ist zu berücksichtigen, dass einerseits den Josephsonkontakten durch die Leitungsführung der externen Shunts relativ große effektive Flächen zur Verfügung gestellt werden müssen, dass andererseits aber gerade die Variation der Widerstandswerte der Shunts die Möglichkeit für einen taktgebungs-unanfälligen Schaltungsbetrieb bietet. In Zusammenarbeit zwischen der PTB und der TU Ilmenau wurden RSFQ-Schaltungen mit asynchronen Logikgattern hergestellt und untersucht. Die Schaltungen wurden zunächst von der TU Ilmenau im Design entwickelt und im Layout nach den SIS-Design-Rules der PTB erstellt und sodann an der PTB hergestellt und experimentell untersucht. Es wurden zahlreiche Schaltungen mit den wichtigsten logischen Baugruppen erfolgreich getestet, u.a. AND- und OR-Gates, sowie eine Demultiplexer-Baugruppe. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Methode zur Erzielung flexibler Gate-Delays neue Möglichkeiten zur Optimierung hochintegrationsfähiger RSFQ-Schaltungen eröffnet. Die Arbeiten wurden im Rahmen des DFG-Forschungsvorhabens "Einzelflussquantenelektronik" (UH53/4-3, NI253/3-3) durchgeführt.