Entwurfsregeln für supraleitende Analog-Digital-Wandler

Haddad, Taghrid GND

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 bezüglich 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 ausführlich 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. Für Spezialanwendungen mit sehr hohen Anforderungen bezüglich 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 übertragen. Im Ergebnis wird ein Werkzeug zur objektiven Dimensionierung von supraleitenden AD-Wandlern bereitgestellt.

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Haddad, Taghrid: Entwurfsregeln für supraleitende Analog-Digital-Wandler. 2015.

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