超导脉冲计数器以及提高超导电路工作频率的方法

本发明涉及超导电子电路领域，特别涉及一种超导脉冲计数器以及提高超导电路工作频率的方法。

背景技术：

1、在超导rsfq电路中存在一种简单方便的计数器，其由超导rsfq电路中的逻辑器件偶二分频器(tffe)构成。图1a示出了现有技术的tffe器件的示意图，图1b示出了现有技术的tffe器件的状态转移图。如图1a和图1b所示，tffe器件包括用于接收超导脉冲的输入端din，以及用于输出超导脉冲的输出端dout。假设tffe器件的初始状态为0状态，若此时没有超导脉冲输入，则tffe器件保持0状态，此时不会有超导脉冲输出；当第一个超导脉冲输入后，tffe器件变为1状态，此时不会有超导脉冲输出；当第二个超导脉冲输入后，tffe器件变为0状态，此时输出端dout会有超导脉冲输出，即当有偶数个超导脉冲输入至tffe器件的输入端din时，tffe器件的输出端dout会有超导脉冲输出。

2、图2示出了现有技术的超导脉冲计数器的示意图。如图2所示，超导脉冲计数器包括用于接收超导脉冲的输入端din，以及用于输出超导脉冲的输出端dout。该超导脉冲计数器包括n个tffe器件，tffe 1、tffe2…tffe n，n为正整数。该超导脉冲计数器的可计数个数ncnt＝2n，当在超导脉冲计数器的输入端din连续输入超导脉冲，每输入2n个超导脉冲，在超导脉冲计数器的输出端dout会有超导脉冲输出，从而实现其计数功能。

3、但现有技术中的超导脉冲计数器具有延迟高和可扩展性差的缺点。一方面，现有的计数器的延迟tcnt＝n*ttffe+twire(其中，n*ttffe为计数器中n个tffe的总延迟；twire为计数器中所有连线的延迟)，由此可见，当n越大，即计数器的计数容量越大，计数器的延迟会越高。计数器在数字系统中被广泛使用，很多情况下，特别是用于反馈回路中时，计数器的延迟将成为限制系统频率的关键因素。另一方面，现有技术中的计数器只能产生2n次计数，计数范围可扩展性较差。

技术实现思路

1、基于现有技术的上述问题，本发明提出一种超导脉冲计数器，包括：

2、n个tffe器件、p个tffo器件以及m个带时钟端口的超导器件，其中，n和m为正整数，p为大于等于0的整数；

3、所述n+m+p个器件线性串联连接，其中第一个器件的输入端为所述超导脉冲计数器的输入端，所述n+m+p个器件中的每一个器件的输出端连接至下一个器件的输入端，最后一个器件的输出端为所述超导脉冲计数器的输出端；所述m个带时钟端口的超导器件的时钟端连接到所述超导脉冲计数器的时钟端；以及

4、输入至所述超导脉冲计数器的输入端和时钟端的超导脉冲具有相同的频率。

5、在一个实施例中，所述m个带时钟端口的超导器件彼此不相邻连接。

6、在一个实施例中，所述超导脉冲计数器的计数容量为：

7、ncnt＝2n+p+m-∑i∈s1 2i-1

8、其中，i为超导脉冲计数器从输入端到输出端的所有的tffe器件和tffo器件的位置编号，m个带时钟端口的超导器件不计入编号；s1为tffo器件的位置编号的集合。

9、在一个实施例中，当所述带时钟端口的超导器件的初始状态为0状态，且有超导脉冲输入时带时钟端口的超导器件会由0状态变为1状态，在此状态下，当时钟信号到达其时钟端时，输出端会有超导脉冲输出，且带时钟端口的超导器件会变为0状态。

10、在一个实施例中，所述带时钟端口的超导器件是dff器件、输出端与复位端相连的rdff器件或输出端与复位端相连的ndro器件。

11、在一个实施例中，所述超导脉冲计数器还包括spl器件，其包括用于接收时钟信号的输入端，以及用于将时钟信号输出至所述m个带时钟端口的超导器件的时钟端的m个输出端。

12、在一个实施例中，在一次计数结束后，所有超导器件均被复位。

13、在一个实施例中，所述n+m+p个器件都具有复位端，所述超导脉冲计数器的输出端连接至所述n+m+p个器件的复位端。

14、本发明还提供一种提高超导电路工作频率的方法，其包括：

15、在包括n个超导器件的超导电路中插入m个带时钟端口的超导器件，n和m为正整数；

16、所述n+m个器件线性串联连接，其中第一个器件的输入端为所述超导电路的输入端，所述n+m个器件中的每一个器件的输出端连接至下一个器件的输入端，最后一个器件的输出端为所述超导电路的输出端；所述m个带时钟端口的超导器件的时钟端连接到所述超导电路的时钟端；

17、其中，所述n个超导器件不带时钟端口，以及输入至所述超导电路的输入端和时钟端的超导脉冲具有相同的频率。

18、在一个实施例中，所述m个带时钟端口的超导器件彼此不相邻连接。在一个实施例中，所述n个超导器件包括tffe器件和/或tffo器件

19、本发明中的超导脉冲计数器以及提高超导电路工作频率的方法，通过在超导电路中插入带时钟端口的超导器件，在超导电路中划分更多流水级，以提高超导电路的工作频率上限。本发明中的超导脉冲计数器有效阻止计数器工作频率因计数容量的增多而下降，工作频率上限大大提高，可提升至数十ghz，使其能应用在拥有更高频率的超导数字电路系统中。本发明中的超导脉冲计数器在划分流水级的基础上，将相应位置的tffe替换成tffo，简便地实现全计数，而非局限于2n计数。

技术特征：

1.一种超导脉冲计数器，包括：

2.根据权利要求1所述的超导脉冲计数器，其中，所述m个带时钟端口的超导器件彼此不相邻连接。

3.根据权利要求1所述的超导脉冲计数器，其中，所述超导脉冲计数器的计数容量为：

4.根据权利要求1所述的超导脉冲计数器，其中，当所述带时钟端口的超导器件的初始状态为0状态，且有超导脉冲输入时带时钟端口的超导器件会由0状态变为1状态，在此状态下，当时钟信号到达其时钟端时，输出端会有超导脉冲输出，且带时钟端口的超导器件会变为0状态。

5.根据权利要求4所述的超导脉冲计数器，其中，所述带时钟端口的超导器件是dff器件、输出端与复位端相连的rdff器件或输出端与复位端相连的ndro器件。

6.根据权利要求1所述的超导脉冲计数器，其中，所述超导脉冲计数器还包括spl器件，其包括用于接收时钟信号的输入端，以及用于将时钟信号输出至所述m个带时钟端口的超导器件的时钟端的m个输出端。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的超导脉冲计数器，其中，在一次计数结束后，所有超导器件均被复位。

8.根据权利要求7所述的超导脉冲计数器，其中，所述n+m+p个器件都具有复位端，所述超导脉冲计数器的输出端连接至所述n+m+p个器件的复位端。

9.一种提高超导电路工作频率的方法，其包括：

10.根据权利要求9所述的提高超导电路工作频率的方法，其中，所述n个超导器件包括tffe器件和/或tffo器件。

技术总结
提供一种超导脉冲计数器以及提高超导电路工作频率的方法，所述计数器包括：n个TFFE器件、p个TFFO器件以及m个带时钟端口的超导器件，其中，n和m为正整数，p为大于等于0的整数；所述n+m+p个器件线性串联连接，其中第一个器件的输入端为所述超导脉冲计数器的输入端，所述n+m+p个器件中的每一个器件的输出端连接至下一个器件的输入端，最后一个器件的输出端为所述超导脉冲计数器的输出端；所述m个带时钟端口的超导器件的时钟端连接到所述超导脉冲计数器的时钟端；以及其中，输入至所述超导脉冲计数器的输入端和时钟端的超导脉冲具有相同的频率。

技术研发人员：陈凤冰,瞿佩瑶,杨佳洪,邓守业,唐光明
受保护的技术使用者：中国科学院计算技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13