طراحي و شبيه‌سازي يك مبدل آنالوگ به ديجيتال تك بيت مبتني بر پيوند جوزفسون گسسته براي كاربرد در رادار كوانتومي مايكروويو

Design and simulation of a one-bit analog-to-digital converter based on discrete Josephson for application in microwave quantum radar

امروزه از جمله سريع‌ترين و دقيق‌ترين ADCها با فناوري ابررسانايي در حال توسعه هستند. سرعت سوئيچ‌زني سريع، توان مصرفي ناچيز، كوانتش طبيعي شار مغناطيسي، دقت كوانتومي و نويز كم مدارهاي ابررسانايي دماي پايين، امكان تبديل سريع و دقيق داده‌ها بين دامنه‌هاي آنالوگ و ديجيتال را فراهم مي‌كند. از الزامات پياده‌سازي رادارهاي كوانتومي مايكروويو، دستيابي به سرعت هاي بالا در زيرسيستم‌هاست و فناوري هاي ابررسانايي از بهترين راهكارها براي رفع اين ضرورت است. مبدل هاي آنالوگ به ديجيتال مبتني بر ابررسانايي در گيرنده چنين راداري، سرعت بالاتري نسبت به فناوري نيمه هادي فراهم مي‌كند و اين مدارهاي ابررسانايي قادر به دستيابي به سطوح عملكردي هستند كه با هيچ فناوري حاضر ديگري قابل دستيابي نيست. در اين مقاله ايده يك مبدل آنالوگ به ديجيتال ابررسانا مبتني بر ديود ساليتاني گسسته (DJFD) ارائه و تحقيق شده است. سرعت پاسخ دهي اين مبدل كه در ابعاد زير1mm2 طراحي شده است، حدود 40GHz مي‌باشد. اين شبيه سازي در بستر نرم افزار متلب و با طراحي پارامترهاي هندسي و الكتريكي قطعه انجام گرفته است و امكان پياده سازي آزمايشگاهي مبتني بر فناوري تمام نايوبيوم را دارد. همچنين طراحي اين واحد ADC به گونه‌اي است كه قابليت توسعه تعداد بيت‌ها و مجتمع‌سازي را نيز دارد. از كاربردهاي اين مبدل مي توان به سيستم هاي گيرنده و فرستنده رادارهاي كوانتومي براي ارسال يا دريافت سيگنال هاي مايكرويو اشاره كرد.

Today, among the fastest and most accurate ADCs with superconducting technology are being developed. The fast switching speed, low power, natural quantization of magnetic flux, quantum precision and low noise of low temperature superconducting circuits enable fast and accurate data conversion between analog and digital domains. In the field of quantum radars, access to high speeds is a necessity, and superconducting technologies partially meet these requirements. Therefore, analog-to-digital converters based on superconductivity, if used in a radar receiver, can provide higher speed than semiconductor technology. These superconducting circuits are capable of achieving performance levels unattainable by any other technology. In this article, the idea of a superconducting analog-to-digital converter based on Discrete Josephson fluxonic diode(DJFD) is presented and researched. The response speed of this converter, which is designed in dimensions below 1mm2, is about 40GHz. This simulation has been done in MATLAB software and by designing the geometrical and electrical parameters of the part, and it has the possibility of laboratory implementation based on all niobium technology. Also, the design of this ADC unit is such that it has the ability to expand the number of bits and make a complex. Among the applications of this converter, we can mention quantum radar receiver and transmitter systems for sending or receiving microwave signals.