21、RSFQ技术：物理与器件深入解析

RSFQ技术：物理与器件深入解析

1. RSFQ技术概述

RSFQ（快速单磁通量子）技术是一种极具潜力的超导数字电路技术。动态SFQ电路尤其吸引人，因为其脉冲可以通过简单的SFQ器件自然地产生、复制、恢复、存储和处理。与锁存逻辑相比，这些器件速度更快，能量耗散更小。

动态SFQ电路与使用双端器件的其他逻辑的区别在于信号的脉冲特性。对于皮秒级信号，即使是几pH的电感也能在电路输入和输出之间提供显著的隔离。而对于半导体电子学中常见的电压阶跃信号，像晶体管这样的三端器件对于提供足够的隔离至关重要。相比之下，具有归零信号的RSFQ电路即使仅使用双端器件（约瑟夫森结）也可能相当稳健，无需超导晶体管。

从历史上看，自20世纪70年代中期以来，一些作者就开始讨论动态SFQ电路的原型。直到1985 - 1986年，才提出了一个完整的动态SFQ逻辑电路家族，即RSFQ。1986 - 1990年，该家族的第一批简单器件在实验中得以实现。自1991年以来，RSFQ的理念被美国和其他国家的多个研究小组采用，其发展开始迅速推进。然而，截至目前，尚未有基于RSFQ的系统实现商业化。

2. RSFQ器件分类

所有RSFQ器件可分为两类：
- 无内部存储器的异步组件：在输入脉冲到达时立即产生输出SFQ脉冲。
- 具有内部存储器的同步（时钟控制）器件：输出脉冲的产生可能在数据SFQ脉冲到达后大幅延迟，直到另一个起时钟作用的SFQ脉冲到达。

2.1 异步组件

2.1.1 约瑟夫森传输线（JTL）

约瑟夫森传输线是最简单的有源RSFQ组件。在其初始状态下，直流电源电流为约瑟夫森结供电，产