Logo PTB

Spannungstreiber für Einzelflussquantenelektronik-Schaltungen

18.02.2005

Die sehr schnelle Datenübertragung von Flussquantenimpulsen der Supraleiter­elektronik zur Halbleiterelektronik im GHz-Frequenzbereich ist in komplexeren Schaltungen mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. An der Schnittstelle zur Halbleiterelektronik werden auf Seiten der Supraleiterelektronik üblicherweise SFQ/DC-Konverter eingesetzt, deren Funktion es ist, die den SFQ-Pulsen (SFQ: Single Flux Quantum) inhärente digitale Information in analoge Spannungspulse zu konvertieren. Bei den in der PTB hergestellten SFQ-Schaltungen fallen am Ausgang dieser Konverter Spannungspulse mit Amplituden von ca. 100 μV an, die für die weitere Signalverarbeitung genutzt werden müssen. Konventionelle Halbleiter­elektronik ist jedoch zur Weiterverarbeitung dieser kleinen Signale mit Bandbreiten im GHz-Bereich in der Praxis nicht einsetzbar. Um den Datentransfer zwischen beiden Elektronikgattungen zu erleichtern, wurde ein Spannungstreiber in Rapid Single Flux Quantum (RSFQ)-Impulslogik entwickelt und hergestellt. Er besteht aus einem 4-stufigen SQUID-Stack, das im SFQ-Pulssteuerungsmodus betrieben wird und mit dem die Spannung der Pulse am Ausgang der Konverter auf ca. 400 μV verstärkt werden kann. Zur Untersuchung des Treibers wurde eine spezielle Test­schaltung mit zusätzlich integrierten DC/SFQ- und SFQ/DC-Konvertern entwickelt und hergestellt, in der die einzelnen RSFQ-Baugruppen durch kurze Segmente aktiver Josephson-Transmissionsleitungen voneinander entkoppelt sind. Der Ver­stärker wurde erfolgreich getestet. Er liefert eine Spannungsverstärkung um den Faktor 3,8. Die Arbeiten wurden im Rahmen des BMBF-Verbundvorhabens "Quanten-Synthesizer“ (13N8412) durchgeführt.