25、RSFQ技术：电路与系统中的关键模块解析

RSFQ技术：电路与系统中的关键模块解析

在当今的数字信号处理（DSP）领域，RSFQ（快速单磁通量子）技术凭借其独特的优势逐渐崭露头角。本文将深入探讨RSFQ技术中的数字时钟、锁相环、随机存取存储器（RAM）、先进先出（FIFO）缓冲器以及加法器和乘法器等关键模块，分析它们的工作原理、特点和应用。

1. RSFQ DSP基础与基础设施模块

RSFQ技术如同其他逻辑家族一样，能够执行基本的数字处理功能。为了实现位操作，需要加法器、乘法器、时钟、寄存器、互连和数据缓冲器等组件，同时，有源约瑟夫森传输线（JTL）可作为时间同步的延迟元件。此外，还包括并串转换器、时钟发生器和锁相设备等。这些已开发或正在开发的组件的多样性，使得RSFQ技术能够设计出功能更强大的大型系统。

2. 数字时钟和锁相环

RSFQ电路的自然高频特性要求在芯片内部生成并分配同样高频的数字时钟。对于“低速”电路（即低于20 GHz），通常使用外部合成源创建正弦波时钟触发信号，并通过高速同轴电缆发送到芯片。然而，对于实际应用的系统，需要更实用的时钟生成方法。而且，由于高速RSFQ电路需要与传统基于半导体的仪器协同工作，因此不仅需要片上RSFQ时钟，还需要将其嵌入完整的锁相环（PLL）中，以创建完整的有用RSFQ子系统。

2.1 片上时钟源

几种单磁通量子（SFQ）时钟源的特性总结如下表：
| 振荡器类型 | 品质因数 | 频率 |
| — | — | — |
| 单结 | 10² - 10³ | > 100 GHz |
| 结阵列 | 10³ - 10⁵ | > 100 GHz |
| 长结