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Entwurfsregeln fĂĽr supraleitende Analog-Digital-Wandler
This Thesis is a contribution for dimensioning aspects of circuits
designs in superconductor electronics. Mainly superconductor comparators
inclusive Josephson comparators as well as QOJS-Comparators are investigated. Both types were
investigated in terms of speed and sensitivity. The influence of
the thermal noise on the decision process of the comparators represent
in so called gray zone, which is analysed in this thesis. Thereby,
different relations between design parameters were derived. A circuit
model of the Josephson comparator was verified by experiments.
Concepts of superconductor analog-to-digital converters, which are
based on above called comparators, were investigated in detail. From the
comparator design rules, new rules for AD-converters were derived.
Because of the reduced switching energy, the signal to noise
ratio (SNR) of the circuits is affected and therefore the reliability
of the decision-process is affected. For special applications
with very demanding requirements in terms of the speed and accuracy
superconductor analog-to-digital converters offer an excellent
performance.
This thesis provides relations between different design paramenters and
shows resulting trade-offs, This method is transparent and easy to
transfer to other circuit topologies. As a main result, a highly
predictive tool for dimensioning of superconducing ADC's is proved.Die vorliegende Dissertationsschrift liefert einen Beitrag zu
Dimensionierungsaspekten des Schaltungsentwurfs in der supraleitender
Elektronik.
Dazu werden supraleitende Komparatoren, d. h. Josephson-Komparator und
QOJS-Komparator bezĂĽglich der Geschwindigkeit und der Empfindlichkeit
untersucht. Der Einfluss des thermischen Rauschens auf den
Entscheidungsprozess der Komparatoren repräsentiert die so genannte
Grauzone. Sie wird in der Arbeit als wichtige Kennzahl ausfĂĽhrlich
analysiert. Daraus werden verschiedene Parameterabhängigkeiten
dargestellt. Eine Modellierung eines Josephson-Komparator wurde experimentell
bestätigt.
Darauf aufbauend werden Konzepte von supraleitenden
Analog-Digital-Wandlern in der Arbeit untersucht und daraus
Entwurfsregeln abgeleitet. Durch die Reduzierung der Schaltenegie wird
das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) der Schaltungen und damit
die Zuverlässigkeit von Entscheidungsprozessen und Schaltvorgängen
beeinflusst.
FĂĽr Spezialanwendungen mit sehr hohen Anforderungen bezĂĽglich der
Geschwindigkeit oder Genauigkeit bieten supraleitende AD-Wandler
ausgezeichnete Leistungsmerkmale an. Die Arbeit liefert konkrete
Zusammenhänge zwischen den unterschiedlichen Entwurfsparametern und
zeigt mögliche Kompromisse auf. Die Methoden sind transparent
dargestellt und lassen sich leicht auf andere Schaltungstopologien
ĂĽbertragen.
Im Ergebnis wird ein Werkzeug zur objektiven Dimensionierung von
supraleitenden AD-Wandlern bereitgestellt