DE1174359B - Bistabile Kippschaltung, die eine Flaeche aus einem duennen, anisotropen, ferromagnetischen Film benutzt - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/18

Nummer: 1174359

Aktenzeichen: 117418 VIII a / 21 al

Anmeldetag: 19. Dezember 1959

Auslegetag: 23. Juli 1964

Die Erfindung betrifft eine bistabile Kippschaltung, die eine Fläche aus einem dünnen, anisotropen, ferromagnetischen Film benutzt, der eine nahezu rechteckige Hysteresischarakteristik aufweist und der zwischen zwei entgegengesetzten stabilen Zuständen der magnetischen Remanenz durch gekoppelte magnetische Felder schaltbar ist.

Einrichtungen, die ferromagnetische Füme benutzen, wurden bereits vorgeschlagen; sie bestehen meistens aus getrennten Flächen von Filmen, die auf einer Unterlage, z. B. auf Glas, aufgetragen sind. Die Filme bestehen aus ebenen Flächen von magnetischem Material, die zwei entgegengerichtete Zustände der magnetischen Sättigung einnehmen können, wobei eine Fläche genügend dünn ist, so daß sie auf beide dieser magnetischen Zustände durch Anwendung eines Stromes von einem Leiter geschaltet werden kann, der in der Ebene parallel zu der Ebene der Fläche liegt. Filme dieser Art werden in der nachstehenden Beschreibung als dünne ferromagnetische Filme bezeichnet, und sie können auf einer Unterlage, z. B. durch Vakuum-Aufdampfungsverfahren, abgelagert werden, wie es durch M. S. Blois in »The Journal of Applied Physics«, Bd. 26, Nr. 8, beschrieben ist. Die Leiter können ebenso durch Vakuum-Aufdampfung abgelagert werden, oder sie können durch ein Verfahren in der Art von gedruckten Schaltungen hergestellt werden. Wenn das ferromagnetische Material ein elektrischer Leiter ist, wird eine isolierende Zwischenschicht zwischen den Film und den Leiter aufgetragen. Solch eine isolierende Schicht kann in bekannter Weise durch Vakuum-Aufdampfung eines geeigneten Materials, z. B. von Magnesiumfluorid, gebildet werden.

Es sind Speicherelemente (deutsche Auslegeschrift 1 081 502) bekanntgeworden, die aus Flächen eines bistabilen ferromagnetischen Films mit nahezu rechteckiger Hystereseschleife bestehen, wobei die Filmflächen in den einen oder den anderen der beiden stabilen Zustände durch die Anwendung von magnetischen Feldern geschaltet werden. Diese Schaltfelder werden durch Anlegung geeigneter elektrischer Ströme an elektrische Leiter erzeugt, die so im Verhältnis zu den Fihnflächen angeordnet sind, daß im wesentlichen die Gesamtheit einer Fläche in einen gleichförmigen Zustand der magnetischen Remanenz geschaltet wird. Eine Abfühlwicklung, die an die Filmflächen gekoppelt ist, erhält ein Ausgangssignal in Rückwirkung auf die Schaltung einer Fläche. Eine Mehrzahl von Speicherelementen kann in der Speichervorrichtung zu einer Matrix angeordnet werden, wobei die einzelnen Flächen

Bistabile Kippschaltung, die eine Fläche aus
einem dünnen, anisotropen, ferromagnetischen
Film benutzt

Anmelder:

International Computers and Tabulators Limited, London

Vertreter:

Dipl.-Ing. W. Cohausz, Dipl.-Ing. W. Florack
und Dipl.-Ing. K.-H. Eissei, Patentanwälte,
Düsseldorf, Schumannstr. 97

Als Erfinder benannt:

Edward Michael Bradley,

Stevenage, Hertfordshire (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 24. Dezember 1958 (41 695)

durch bekannte Schaltungseinrichtungen ausgewählt werden.

Die Erfindung sieht demgegenüber eine bistabile Kippschaltung vor, bei dem eine innere bistabile Filmfläche nur durch magnetische Felder geschaltet wird, die durch zwei benachbarte äußere Fihnflächen erzeugt werden. Die benachbarten Flächen sind in den einen oder in den anderen ihrer beiden stabilen Zustände durch magnetische Felder schaltbar, die, wie in den bekannten Einrichtungen, durch An-

, triebsströme erzeugt werden, die an geeignete Leiter angelegt werden. Da die innere bistabile Fläche nur mit den remanenten magnetischen Feldern der beiden äußeren Flächen gekoppelt ist, wird sie nur umgeschaltet, wenn beide äußere Flächen in den gleichen Zustand geschaltet sind, und wird nicht durch die Antriebsströme direkt beeinflußt. Das Element kann als Speicherelement angesehen werden, und die Speicherung von Angaben ist abhängig von Schaltsignalen, die an beide äußeren Flächen angelegt werden. Auf diese Weise kann die innere Fläche durch Anlegung eines einzigen Antriebsstromes an jede der äußeren Flächen geschaltet werden. Es ist daher offensichtlich, daß die Toleranz in der Amplitude jedes einzigen Antriebsstromes viel größer sein kann,

409 637/338

Streifen 1 anfänglich bis zur Sättigung magnetisiert ist, wobei die linken und rechten Enden des Streifens Nord- bzw. Südpole sind.

Wenn ein Strom durch den Antriebsleiter 6 fließt, wird ein magnetisches Feld erzeugt, das die Tendenz hat, den magnetischen Zustand der Außenfläche des Films unterhalb des Leiters umzukehren. Ist dieser Strom genügend groß, so wird dieses Feld das Entmagnetisierungsfeld, das durch den Rest des Films

gnetische Feld, das in dem Film von dem Leiter 6 wirksam ist, ist im wesentlichen senkrecht zu dem Film, da der Leiter relativ dünn ist und in engem Kontakt mit dem Film steht. Auf diese Weise ist der magnetische Zustand der Fläche des Films unter dem Leiter 6 entgegengesetzt dem in der Innenfläche 3 des Films. Hierdurch wird eine Nord-Nord-Grenzfläche an der Kante der inneren Fläche 3, die an dem Lei-

als es bei der bekannten Einrichtung der Fall ist, bei der zugeordnete Antriebsströme gleichzeitig angelegt werden, um eine einzige Fläche zu schalten.

Darüber hinaus kann das Element der Erfindung als Element mit logischen Eigenschaften in einem Gerät zur Verarbeitung von Angaben benutzt werden, wobei dann die innere Fläche in Abhängigkeit von der Speicherung von Angaben in die beiden äußeren Speicherflächen betätigt werden kann.

Der Zweck dieser Erfindung ist es, eine bistabile io erzeugt wurde, sowie die Koerzitivkraft des Teils des Einrichtung vorzusehen, besonders, jedoch nicht Films unterhalb des Leiters 6 überwinden. Das inaausschließlich, zur Benutzung als Speicherelement,
die eine größere Toleranz in den Antriebsströmen
besitzt, als es bisher mit der Halbstromauswahl möglich war.

Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß
diese magnetischen Felder durch die remanenten Zustände von zwei benachbarten Filmflächen erzeugt
werden und daß die Kippschaltung nur dann umgeschaltet wird, wenn beide benachbarten Flächen die 20 ter 6 anliegt, erzeugt. Dieser Zustand bleibt so lange gleichen remanenten Zustände aufweisen. bestehen, wie der Strom in dem Antriebsleiter fließt.

Die Erfindung soll näher beschrieben und an Der stromdurchflossene Leiter 6 bewirkt infolge-

Hand von Beispielen erläutert werden, wobei Bezug dessen die Umkehrung des magnetischen Zustandes genommen wird auf die Zeichnung, in der auf einer äußeren Fläche des Films, die der inneren

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer bistabilen 25 Fläche 3 naheliegt, ohne daß diese Fläche angegrif-Einrichtung zeigt, die als Speicherelement angeord- fen wird. Der Strom in dem Leiter 6 muß groß genug

sein, um die äußere Fläche des Films zu schalten. Der Strom kann wesentlich größer als dieser, er darf jedoch nicht so groß sein, daß das resultierende Feld die Speicherelemente schaltet.

Eine Süd-Süd-Grenzfläche wird zwischen der inneren Fläche 3 und der äußeren Fläche unten erzeugt und wird durch den Leiter 7 geschaltet, wenn der Strom durch diesen Leiter hindurchgeht anstatt durch oben beschriebenen Art. Es kann festgestellt werden, 35 den Leiter 6.

daß zur Einfachheit der Darstellung die Isolations- Wenn sich beide äußeren Flächen in dem umge

kehrt gerichteten Zustand befinden, ergeben die Nord-Nord- und die Süd-Süd-Grenzflächen des Speicherabschnitts 3 eine Bewegung gegeneinander. Diese verstärkt das Feld in der Mitte des Abschnitts, so daß sich der magnetische Zustand der inneren Fläche

net ist;

F i g. 2 ist eine schematische Anordnung des Leiters für eine Speichermatrix, die bistabile Einrichtungen gemäß Fig. 1 benutzt, und

F i g. 3 zeigt eine abgeänderte Form der Matrix, die in F i g. 2 dargestellt ist.

Ein Streifen eines ferromagnetischen Films (F i g. 1) ist aufgetragen auf einer Unterlage 2 in der

schichten, die notwendig sind, fortgelassen wurden und daß die relative Stärke des Films und der Unterlage schematisch gezeigt sind, wobei es nicht beabsichtigt ist, diese maßstabgerecht darzustellen.

Eine durch zwei Stromleiter 6 und 7 begrenzte Innenfläche 3 des Films 1 ist das wirksame bistabile Element der Einrichtung und wird folgerichtig als eine Speicherfläche für ein Speicherelement benutzt. Eine Lesewicklung 5 ist dicht an diese Fläche des Films angeschlossen. Diese Wicklung hat die Gestalt eines Toroids, der auf das Speicherelement mittels einer Schablone aufgedampft werden kann.

Die Antriebsleiter 6 und 7 sind im rechten Winkel schnell umkehrt. Die beiden äußeren Flächen und die innere Fläche sind nun in dem entgegengesetzt gericheten Zustand.

Die Umschaltung der inneren Fläche des Films wird gesteuert durch die magnetischen Zustände der benachbarten äußeren Flächen des Films und nicht direkt durch die Ströme in den Antriebsleitern. Der Strom in den Antriebsleitern ist nicht bedenklich,

zu der Länge des Streifens 1 angeordnet, und jeder 5° vorausgesetzt, daß er groß genug ist, die äußeren

ist an eine Außenfläche des Films angeschlossen, die sich an jeder Seite der Fläche 3 des Films befindet. Die Antriebsleiter können ebenso durch Aufdampfung hergestellt werden. In jedem Falle müssen sie in engem Kontakt mit dem Film stehen. Sie müssen ferner relativ dünn im Vergleich mit deren Breite sein, so daß das Longitudinalfeld während des Stromdurchganges in dem Streifen gering ist. Die anisotrope Richtung der Magnetisierung des il li hd

Flächen, an die er angeschlossen ist, umzumagnetisieren.

Die innere Fläche 3 und der Rest des Films 1 können getrennt aufgedampft werden, so daß die zwei Teile des Films verschiedene magnetische Eigenschaften haben können. Zum Beispiel kann die innere Fläche 3 von einer verschiedenen Stärke oder von einer verschiedenen Zusammensetzung sein. Auf diese Weise kann die Schaltzeit z. B. der inneren

Films liegt annähernd entlang der Länge des Strei- 6o Fläche verbessert werden gegenüber der Benutzung fens. Wenn diese Richtung in einem geringen Winkel, eines gleichförmigen Films ohne Änderung der Chaz. B. 10°, zu der Länge des Streifens liegt, wird die
Schaltzeit für einige Filme kleiner, als wenn diese
Richtung sich parallel zu den langen Seiten des Streifens befindet. Die gleiche Wirkung kann in einem 65
anderen Falle erreicht werden durch Anwendung
von einem kleinen Vorspannungsfeld in der isotropen
Richtung. Es kann vorausgesetzt werden, daß der

rakteristiken der äußeren Flächen.

Für die Betätigung der bistabilen Einrichtung muß eine Anzahl von Bedingungen erfüllt werden. 1. Der Film muß eine im wesentlichen rechteckige Hysteresischarakteristik in der Richtung der Magnetisierung haben, um die erforderliche Stabilität in den beiden Zuständen zu besitzen.

5 6

2. Die Abmessungen der inneren Fläche müssen Polarität versorgt werden in der gleichen Art wie bei derart sein, daß sie nicht durch das Magnetfeld einer bekannten Matrix. Da jedoch die Amplituden einer äußeren Fläche allein, sondern nur ge- der Schaltströme die äußeren Flächen des ausgewählschaltet wird, wenn beide äußeren Flächen um- ten Elementes umschalten, sind die Antriebs- und gekehrt magnetisiert sind. 5 Rückstellströme viel größer als bei einer bekannten Die Eigenschaften des Films sind abhängig von Matrix. Die Wicklungen 5 können in bekannter Weise der Zusammensetzung, von dem Verfahren der Auf- in Reihe liegen, um die gespeicherten Informationen tragung und der Stärke des Films. abzulesen.

Der Abgriffleiter 5 ist nur an die innere Fläche 3 Die Matrix, die in F i g. 2 gezeigt ist, hat eine gedes Films angeschlossen, und infolgedessen zeigt er io trennte Fläche eines Films für jedes von den Speiden Wechsel der Magnetisierung nur in diesem einen cherelementen. Eine abgeänderte Form des Aufbaues Abschnitt an. Von hieraus kann die gespeicherte In- einer solchen Matrix dieser Art ist in F i g. 3 gezeigt, formation durch ein bekanntes Verfahren abgelesen in der die Unterlage 2 einen fortlaufenden ferrowerden. Zum Beispiel kann die innere Fläche zu- magnetischen Film 1 trägt. Die Antriebsleiter 9 und rückgeschaltet werden durch das Anlegen von Rück- 15 10 und die Abgriffleiter 5 sind in der Art, wie in stellströmen in der entgegengesetzten Richtung wie F i g. 2 beschrieben ist, hergestellt. In diesem Falle die Antriebsleiter, um die äußeren Flächen in den befindet sich jede Fläche des Films 1 innerhalb der ursprünglichen Zustand zurückzuversetzen. Es kann parallelen Begrenzung, die durch die parallelen Teile auch eine nichtzerstörende Ablesung vorgenommen der Leiter 9 und 10 bestimmt wird, um ein einzelnes werden. Diese enthält nur die Schaltung der inneren 20 Element zu bilden. Diese Elemente sind einzeln von-Fläche in den ursprünglichen Zustand durch An- einander durch einen Abstand D getrennt, der gelegung eines Stromes auf einen geeignet angeordneten nügend groß sein muß, um eine gegenseitige Inter-Ableseleiter. Wenn sich beide Außenflächen in dem ferenz zwischen benachbarten Elementen zu verumgekehrten Zustand befinden, kehren sie die innere hindern.

Fläche in den umgekehrten Zustand zurück, wenn 25 In der vorhergehenden Beschreibung sind die bider Strom in dem Ableseleiter aufhört. stabilen Einrichtungen als Informationsspeicherein-Eine Anzahl von Speicherelementen kann auf einer richtungen für elektronische Data-Verarbeitungsgemeinsamen Unterlage angeordnet werden, um eine geräte besprochen worden. Sie können jedoch eben-Mehrfach-Speichereinrichtung zu bilden. Jedes Spei- falls in logischen Schaltungen verwendet werden, cherelement besteht aus einer getrennten bistabilen 30 z.B. kann das in Fig. 1 gezeigte Schaltelement als Einrichtung, die oben beschrieben wurde. Eine solche »Und«-Gatter benutzt werden, wobei zwei Eingangs-Anordnung ist in F i g. 2 gezeigt. Die Speicher- signale als Antriebsströme an die Leiter 6 und 7 anelemente sind in Reihen und Spalten einer Matrix gelegt werden und ein Ausgangssignal nur dann von angeordnet, und eine getrennte Fläche 1 eines ma- dem Abgriffleiter erhalten wird, wenn beide Eingangsgnetisierbaren Films ist für jede bistabile Einrichtung 35 impulse gleichzeitig vorhanden sind, vorgesehen. Die Einrichtung kann auch so ausgebildet sein, Die Antriebsleiter für jede Spalte bestehen aus daß eine einzige Außenfläche, die gekippt wurde, einem geraden Leiter 10 entsprechend dem Leiter 7 nicht umgeschaltet wird. Das kann eingerichtet werin Fig. 1. Jeder Reihenleiter9 ist in Zickzackform den durch geeignete Wahl der Art und Zusammenangeordnet, so daß er eng nur mit den erforderlichen 40 Setzung der äußeren Fläche mit Rücksicht auf die Teilen von jedem Speicherelement verbunden ist. Auf innere Fläche, wobei die äußeren Flächen zwei stadiese Weise entsprechen die Teile des Leiters 9, die bile Zustände besitzen. Unter diesen Umständen wird der Fläche 1 überlagert sind, dem Leiter 6 in Fig. 1. die innere Fläche durch das Auftreten des letzteren Die Leiter 9 sind an ein Wählnetzwerk 11 ange- der zwei Eingangssignale geschaltet, und ein Ausschlossen, das zur Auswahl eines Reihenleiters 9 in 45 gangssignal kann zu dieser Zeit erzeugt werden, um bekannter Weise eingerichtet ist. Die Spaltenleiter 10 anzuzeigen, daß die zwei Eingangssignale eingegansind ebenso an ein Wählernetzwerk 12 angeschlossen. gen sind. In der Praxis können die äußeren Flächen Es kann festgestellt werden, daß infolge der Anord- zu vorbestimmten Zeiten zurückgestellt werden, so nung der Leiter 9 in einer Zickzackanordnung die daß ein Ausgangssignal das Auftreten mindestens Antriebsströme, die nur angelegt werden, um die 50 eines Eingangssignals an jede äußere Fläche seit dem Leiter 10 zu ändern, umgekehrt gerichtet sein müs- letzten vorhergehenden Zurückstellungsvorgang ansen, so daß beide, die Reihen- und die Spaltenan- gibt.

triebsströme, die an irgendeines der Elemente ange- In einer weiteren Abwandlung kann ein »Undlegt werden, die gleiche Richtung haben. Das Wähler- Nicht«-Gatter durch das Anlegen eines Stromes an netzwerk 12 speist die Leiter 10 mit Strömen ent- 55 einen Leiter eingerichtet werden, der an die innere gegengesetzter Richtungen. Da das Ablesen von Fläche angeschlossen ist. Dieser Steuerstrom wird an gespeicherten Daten durch Umkehrung der Stellung den Leiter zu einer vorbestimmten Prüfzeit angelegt, der äußeren Flächen eines Elementes ausgeführt wer- dem ein Rückstellstrom in der umgekehrten Richtung den kann, sind beide Wählernetzwerke 11 und 12 so folgt. Hierauf wird ein Ausgangssignal durch den angeordnet, daß Ströme von entgegengesetzten PoIa- 60 Steuerstrom nur dann erzeugt, wenn die innere ritäten an jeden der Leiter 9 und 10 in Abhängigkeit Fläche nicht bereits geschaltet ist, in Rückwirkung davon angelegt werden können, ob Informationen in auf die Eingangssignale der Leiter, die an die äußeren die Matrix eingeführt oder aus der Matrix abgelesen Flächen angeschlossen sind vor der letzten vorherwerden sollen. Die Auswahl eines besonderen EIe- gehenden Prüfzeit. Auf diese Weise zeigt das Ausmentes entweder zur Einführung oder Ablesung von 6₅ gangssignal an, daß mindestens ein Eingangssignal Informationen wird ausgeführt durch die Auswahl nicht aufgetreten ist.

der besonderen Reihen und Spalten der Leiter 9 und Ein »Oder«-Gatter kann durch Benutzung einer

10, die mit dem Strom von einer vorbestimmten Anzahl von bistabilen Elementen gebildet werden,

deren Ausgangsleiter miteinander verbunden sind und jeder eine äußere Fläche in einem Zustand aufrechterhält durch Anlegung eines Stromes an einen Leiter der äußeren Fläche. Auf diese Weise verursacht ein Eingangssignal auf irgendeinen der anderen Eingänge ein Kippen eines Elementes und damit ein Ausgangssignal.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Bistabile Kippschaltung, die eine Fläche aus einem dünnen, anisotropen, ferromagnetischen Film benutzt, der eine nahezu rechteckige Hysteresischarakteristik aufweist und der zwischen zwei entgegengesetzten stabilen Zuständen der magnetischen Remanenz durch gekoppelte magnetische Felder schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese magnetischen Felder durch die remanenten Zustände von zwei benachbarten Filmfiächen erzeugt werden und daß die Kippschaltung nur dann umgeschaltet wird,

wenn beide benachbarten Flächen die gleichen remanenten Zustände aufweisen.

2. Kippschaltunng nach Anspruch 1, in der eine Ablesewindung mit der bistabilen Fläche gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung eines Ablesesignals in der Ablesewindung (5) durch gleichzeitige Schaltung der zwei benachbarten Flächen in den gleichen magnetischen Zustand gesteuert wird.

3. Kippschaltung nach Anspruch 1, in der eine Ablesewindung mit der bistabilen Fläche gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ablesesignal durch Anlegung eines magnetischen Feldes an die bistabile Fläche (3) erzeugt wird, um diese Fläche in einen stabilen Zustand zu schalten.

4. Kippschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Fläche (3) und die zwei benachbarten Flächen Teile eines einzigen kontinuierlichen Firnis (1) sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 637638 7.64 © Bundesdruckerei Berlin