DE1549009B2 - Schaltungsanordnung zur unterdrueckung von stoerungen in einer speicherschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von Störungen in einer Speicherschaltung mit mindestens einer einseitig auf Nullpotential liegenden Ansteuerleitung, die kapazitiv mit einem nicht auf Nullpotential liegenden Leiterelement gekoppelt ist, mit dem außerdem eine ebenfalls einseitig auf Nullpotential liegende Leseschaltung kapazitiv gekoppelt ist, wobei die Störungen von der Ansteuerleitung über das Leiterelement kapazitiv in die Leseschaltung eingekoppelt werden.

Bei Speichern mit vielen, matrixartig angeordneten Speicherelementen wird das jeweils ein- oder auszulesende Speicherelement mit Hilfe zweier Ansteuerleitungen bestimmt, an deren Kreuzungspunkt sich die Ansteuersignale in ihrer Wirkung zu einem Wert überlagern, bei dem das betreffende Speicherelement ein gleichzeitig zugeführtes Schreibsignal einspeichern kann oder ein eingespeichertes Signal ausspeichert. Infolge der bei solchen Speicherelementen auftretenden, einleitend beschriebenen kapazitiven Koppelungen können von einer Ansteuerleitung auch an Speicherelementen, die gerade nicht angewählt sind, Störimpulse in die Leseschaltung überkoppeln, welche so groß sein können, daß sie fälschlicherweise als ausgelesene Speichersignale gewertet werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Vermeidung des Auftretens solcher Störimpulse in der Leseschaltung.

Eine Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von Störungen in einer Speicherschaltung mit mindestens einer einseitig auf Nullpotential liegenden Ansteuerleitung, die kapazitiv mit einem nicht auf Nullpotential liegenden Leiterelement gekoppelt ist, mit dem außerdem eine ebenfalls einseitig auf Nullpotential liegende Leseschaltung kapazitiv gekoppelt ist, wobei die Störungen von der Ansteuerleitung über das Leiterelement kapazitiv in die Leseschaltung eingekoppelt werden, zeichnet sich zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß dadurch aus, daß das Leiterelement über ein induktiv mit der Leseschaltung gekoppeltes Überbrückungselement mit Nullpotential verbunden ist, dessen Induktivität im wesentlichen gleich der Gegeninduktivität zwischen Leseschaltung und Überbrückungselement ist.

Durch diese Maßnahme lassen sich die eingekoppelten Störströme durch den das Überbrückungselement durchfließenden Strom genau kompensieren, so daß sie sich in der Leseschaltung nicht mehr auswirken können. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Überbrückungselement durch eine die Leseschaltung umgebende leitende Abschirmung gebildet, die mit ihrem dem Leiterelement abgewandten Ende mit dem nullpotentialseitigen Anschluß der Leseschaltung verbunden ist. Zur Verhinderung weiterer unerwünschter Kopplungen kann ferner die Abschirmung noch von zusätzlichen Abschirmhüllen umgeben sein, innerhalb deren die Schreibleitungen bzw. die Ansteuerleitungen verlaufen und die an einem Ende mit dem Leiterelement, am anderen Ende mit den auf Nullpotential liegenden Anschlüssen der Signalquellen für die Schreibbzw. Ansteuersignale verbunden sind. Dadurch läßt sich zusätzlich eine bessere Entkopplung der zum Speicher führenden Ansteuerleitungen und Schreibstromleitungen von der Leseleitung erreichen.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung liegt bei Speichern mit supraleitenden Speicherelementen, die in einer sehr tief gekühlten Umgebung betrieben werden und über Leitungen mit den auf Zimmertemperatur befindlichen Ansteuer-, Schreibund Leseschaltungen verbunden sind.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 in schematischer Darstellung ein Speicherelement einer bekannten cryoelektrischen Speicheranordnung,

ίο F i g. 2 ein die Herkunft der Störungen in der Anordnung nach F i g. 1 erläuterndes Ersatzschaltbild, F i g. 3 und 4 die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung erläuternde Ersatzschaltbilder, F i g. 5 das Schaltschema einer vereinfachten Form der erfindungsgemäßen Anordnung und

F i g. 6 das Schaltschema einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.

Bei der nachstehenden Beschreibung ist vorausgesetzt, daß die Speicherelemente, die Speicherebenen und bestimmte andere Schaltungskomponenten in einer cryogenen Umgebung angeordnet sind, was bekanntlich dadurch geschehen kann, daß alle diese Schaltungskomponenten in ein Flüssigheliumbad eingetaucht werden und der Oberflächendruck des Bades entsprechend kontrolliert wird. F i g. 1 zeigt innerhalb des gestrichelten Blockes die in einer solchen cryogenen Umgebung angeordneten Schaltungskomponenien.

Die erfindungsgemäße Schaltung läßt sich auf Speicheranordnungen mit einer oder mehreren Speicherebenen anwenden, wobei jede Speicherebene Hunderte bis Hunderttausende von Speicherelementen enthalten kann. Die einzelnen Speicherebenen enthalten jeweils eine Grundschicht, viele in Reihe geschaltete Speicherschleifen und mindestens je eine a- und ö-Ansteuerleitung.

In Fig. 1 ist lediglich ein Speicherplatz oder Speicherelement gezeigt. Die übrigen Speicherschleifen der Anordnung brauchen hier nicht gezeigt zu werden. Das Speicherelement ist über einer Grundschicht 10 angeordnet, die aus einem Supraleiter wie Blei bestehen kann. Über der Grundschicht, isoliert von dieser, ist eine Leseleitung s aus einem Supraleiter wie Zinn angeordnet. Die Leseleitung besteht aus einer Eingangsleitung 12, einer Ausgangsleitung 14 und zwei parallelen Stromwegen 16 und 18, die eine Speicherschleife 19 für persistenten Strom bilden. Der Stromweg 16 überquert eine Öffnung 20 in der Grundschicht, während der Stromweg 18 keine solche Öffnung überquert.

Über der Speicherschleife verlaufen zwei Ansteuerleitungen α und b aus einem Supraleiter wie Blei. Diese beiden Leitungen liegen in dem Bereich, wo sie die Schleife überqueren, übereinander. Sie sind voneinander, von der Grundschicht, von der Leseleitung s und von der Speicherschleife 19 isoliert. Die Isolation zwischen den einzelnen Leitern, die durch Dünnschichten aus Siliciummonoxyd od. dgl. gebildet werden kann, ist um der besseren Übersichtlichkeit willen nicht gezeigt. Die verschiedenen Zinn- und Bleileitungen können ebenfalls als Dünnschichten ausgebildet sein.

Um in die Speicherzelle nach F i g. 1 Information einzuschreiben, werden von der Schreibstromquelle 30 der Leitung s ein Schreibstrom I_w und von der a- und der ö-Ansteuerstromquelle 32 bzw. 34 den Leitungen α bzw. b Ansteuerströme I_a bzw. I_b zugeleitet. Der Schreibstrom /,„ verteilt sich entsprechend der

3 4

Induktivität der Stromwege 16 und 18 auf diese bei- hältnis so groß ist, daß das Lesesignal wahrgenomden Wege. Wegen der unter dem Weg 16 in der men werden kann. Eine Störquelle besteht in der so-Gmndschicht befindlichen Öffnung 20 hat dieser genannten »Halbwählstörung«, die durch die Lese-Stromweg eine sehr viel höhere Induktivität als der ströme hervorgerufen wird. Es wurde gefunden, daß Stromweg 18, so daß anfänglich im wesentlichen der 5 diese Störung auf die in F i g. 2 dargestellte Weise gesamte Schreibstrom in den Weg 18 fließt. hervorgerufen wird.

Durch die in die Leitungen α und b geschickten Die beiden Ansteuerleitungen α und b verlaufen Ansteuerströme l_a und I_b werden Magnetfelder indu- über einen verhältnismäßig großen Teil ihrer Länge ziert, die sich in den Bereichen, wo die beiden Lei- sehr dicht bei der Grundschicht. Jede dieser Leituntungen übereinander liegen, addieren. Die Stromdich- io gen ist daher kapazitiv mit der Grundschicht 10 geten werden so gewählt, daß das induzierte Magnet- koppelt. In F i g. 2 ist dies für die Ansteuerleitung a feld ausreicht, um Teile des Stromweges 18 der durch die gestrichelten Kondensatoren 40 und 42 an-Schleife in den normalleitenden (widerstandsbehafte- gedeutet. Diese Kondensatoren und die anderen geten) Zustand zu schalten, wenn gleichzeitig sowohl strichelten Kondensatoren stellen natürlich eine verein Strom I_a als auch ein Strom I_b anwesend ist, je- 15 teilte Kapazität dar. Die Leseleitung s ist ebenfalls doch nicht, wenn nur einer dieser Ströme vorhanden durch verteilte Kapazitäten 44 und 46 kapazitiv mit ist. Als Folge des Schaltens von Teilen des Weges 18 der Grundschicht gekoppelt. (In F i g. 2 und den in den normalleitenden Zustand verschwindet der übrigen Figuren sind die verschiedenen, entlang der Schreibstrom /,„ aus dem Weg 18, um in den hoch- Leitung s vorhandenen Speicherschleifen nicht geinduktiven (jedoch widerstandsfreien) Weg 16 zu 20 zeigt. Ebenso ist in einigen der Figuren die Ansteuern. Steuerleitung b nicht gezeigt.)

Die Ansteuerströme /_a und I_b werden jetzt ent- Wie aus F i g. 1 zu ersehen ist, befindet sich die

fernt, während der Schreibstrom I_w weiter zugeführt Grundschicht in einem Flüssigheliumbad, während

wird. Bei Verschwinden der Ansteuerströme kann die Ansteuerstromquelle 32 und der Leseverstärker

der niederinduktive Weg 18 in den supraleitenden 25 38 in einer auf Zimmertemperatur befindlichen Um-

Zustand zurückschalten, und der durch den Schreib- gebung angeordnet sind. Da die Grundschicht sich in

strom im Weg 16 induzierte Fluß wird von der einem erheblichen räumlichen Abstand von beispiels-

Schleife 19 eingefangen. Nach dem Zurückschalten weise der a-Ansteuerstromquelle 32 befindet, ist es

des Weges 18 in den supraleitenden Zustand wird der schwierig (und in der Praxis sogar unmöglich), sie auf

Schreibstrom /,„ entfernt. Der Zusammenbruch des 30 das gleiche wechselstrommäßige Potential wie Masse

eingefangenen Magnetflusses um die Schleife 19 indu- (Nullpotential) zu bringen.

ziert einen Stromfluß in der Schleife. Dieser Strom ist Das Nullpotential ist durch das übliche Massewegen des Nullwiderstands der Schleife persistent, symbol, z.B. bei 47 in Fig. 2, angedeutet. Versucht also ein Dauerstrom, der den in der Schleife einge- man, die Grundschicht 10 mittels einer Leitungsverfangenen Fluß unterhält. Der Dauerstrom I_p zirkuliert 35 bindung nach Masse zu erden, so wirkt dieser Anin der Schleife 19 in der durch den Pfeil 24 angezeig- schlußdraht als Induktivität (angedeutet durch die ten Richtung. gestrichelte Spule 49 in Fig. 2). Wegen der Länge Die durch den gespeicherten Dauerstrom (bzw. die des Drahtes hat diese Induktivität einen ziemlich Abwesenheit des Dauerstromes) verkörperten Daten großen Wert (ungefähr 200 nH oder mehr), so daß können aus der Schleife dadurch ausgelesen werden, 40 sie für die Störfrequenzkomponenten (2 MHz und daß bei Abwesenheit des Schreibstroms I_w in der höher) einen erheblichen induktiven Blindwiderstand Leseleitung den Ansteuerleitungen α und b Lese- darstellt. Wenn durch auf der Grundschicht angc-. ströme zugeführt werden. Die beiden Leseströme sammelte Ladung ein Stromfluß durch diese Indukschalten die beiden Teile des Weges 18 in den Be- tivität 49 erzeugt wird, entsteht eine Spannung, welche reichen unterhalb der Leitungen α und b wieder in 45 die Grundschicht auf einem vom Massepotential abden normalleitenden Zustand. Wenn die Schleife weichenden Potential hält.

einen Dauerstrom speichert (was die Speicherung Wenn unter diesen Umständen ein Lesestrom beieines Bits eines gegebenen Wertes, beispielsweise spielsweise einer der eine Speicherzelle überquereneiner »1« anzeigt), wird dieser Strom beim Schalten den Ansteuerleitungen, nicht jedoch der anderen Aneines Teils der Speicherschleife in den normalleiten- 50 Steuerleitung zugeleitet wird, wird, obwohl die betrefden Zustand zum Verschwinden gebracht, wobei an fende Speicherzelle nicht gewählt ist (d. h., wenn der der Schleife eine Spannung induziert wird, die an den Weg 18 in F i g. 1 nicht in den normalleitenden Zuäußeren Anschlußklemmen der Leseleitung s als Lese- stand geschaltet wird), ein Teil des Lesestromes kapaspannung wahrgenommen werden kann. Wenn kein zitiv auf die Grundschicht gekoppelt. Von der Grund-Dauerstrom anwesend ist (was die Speicherung eines 55 schicht stehen der sich auf ihr ansammelnden Ladung Bits des anderen Binärwertes, beispielsweise eine »0« eine Anzahl von Parallelwegen zur Verfügung, über anzeigt), wird beim Schalten des Weges 18 in den die ein Strom nach Masse zurückfließen kann. Einer normalleitenden Zustand keine Lesespannung er- dieser Wege verläuft über die verteilten Kapazitäten zeugt. 44 und 46 sowie den Transformator 36 zum Lese-Die Lesespannung, falls vorhanden, gelangt zur 60 verstärker 38. Es wurde gefunden, daß sogar ein Primärwicklung 35 des Transformators 36, wodurch verhältnismäßig großer Teil des Stromes in diesen in der Sekundärwicklung 37 eine Spannung induziert Weg fließt, wobei das durch diesen Strom verkörwird, die zum Leseverstärker 38 gelangt. perte Störsignal eine so große Amplitude hat, daß Bei einem cryoelektrischen Speicher der oben be- es ein etwa vorhandenes Lesesignal weitgehend verschriebenen Art ist die Lesesignalamplitude verhält- 65 deckt.

nismäßig niedrig. Es ist daher wichtig, daß etwa auf- F i g. 3 gibt die erfindungsgemäße Schaltung in

tretende Störsignale auf einen minimal kleinen Wert ihrer allgemeinsten Form wieder. Dabei ist die ver-

herabgedrückt werden, so daß das Signal-Stör-Ver- teilte Kapazität durch ausgezogene Linien wiederge-

geben. Die Bezugszeichen sind die gleichen wie in F i g. 1 und 2. Der gemeinsame Schaltungspunkt 10 stellt die Grundschicht dar. Die Spule mit dem Wert L₀ stellt die verteilte Induktivität der gesamten Leseschaltung, gesehen von der Grundschicht über den Leseverstärker nach Masse, dar.

Erfindungsgemäß ist ein Uberbrückungszweig 50 zwischen die Grundschicht und Masse geschaltet. Dieser Uberbrückungszweig hat eine Impedanz, die bei den Frequenzen der Halbwähl-Störsignale, d. h. bei Frequenzen oberhalb ungefähr 2 MHz, nur einen kleinen Bruchteil der Impedanz der Leseleitung beträgt. Ferner ist der Uberbrückungszweig so ausgebildet, daß er das etwaige Nutzlesesignal nicht kurzschließt.

Erfindungsgemäß ist der Uberbrückungszweig nach F i g. 3, damit er die gewünschten Eigenschaften aufweist, induktiv mit der Leseschaltung gekoppelt und ist seine verteilte Induktivität L₁ gleich der Gegeninduktivität M zwischen dem Uberbrückungszweig und der Leseschaltung. Schematisch ist dies in Fig.4 angedeutet. Die Störsignalquelle 52 umfaßt dabei die Grundschicht und die kapazitiv damit gekoppelten Lesestromquellen.

Die folgenden Gleichungen zeigen, daß, wenn L₁ = M, im wesentlichen der gesamte bei 52 erzeugte Störstrom in den Zweig 50 fließt. Die Bedeutung der verschiedenen Ausdrücke und Symbole in den Gleichungen ergeben sich ohne weiteres aus Fig. 4.

at

+JIf

at

— +M

dt dt

e₂ (durch Untersuchung).

ei=

——H M — M

dt
d/o

dt

dt

+M

dt " df dt

Durch Vereinigen von (5) und (6) ergibt sich:

(L₁ — M) —-—\- M — (M — L₂) —-—h L₂ —— .

dt dt dt dt

Durch Vereinigen der Ausdrücke und Vereinfachen ergibt sich:

(L₁ +L₂ -2M)A = (L₂ -M) ^dI°

dt

dir dt

L_n-M

L_s-2M

dt dl_o dt

Durch Einsetzen von M = L₁ in (8) und anschließendes Vereinfachen ergibt sich:

dt

L₁ + L₂- 2L₁
di\ d/₀

dt

dr di

Da gemäß F i g. 3 wegen der Kondensatoren 40, 44 kein Gleichstrom durch die Induktivitäten L, und L₂ fließen kann, ist die Konstante C=O. Folglich ist:

'i = ⁷O ·

Es wurde gefunden, daß eine Koaxialleitung die oben erörterten Eigenschaften aufweist, d. h., daß die Gegeninduktivität zwischen ihrem Innenleiter und ihrem Außenleiter gleich der Induktivität des Außenleiters ist. Dies gilt ohne Rücksicht auf die Lage des

ίο Innenleiters. Wenn man daher für den Überbrükkungszweig 50 den Außenleiter einer Koaxialleitung verwendet und diesen an Masse anschließt, wird das kapazitiv auf die Grundschicht gekoppelte Halbwähl-Störsignal nach Masse abgeleitet oder kurzgeschlossen.

F i g. 5. zeigt eine Anordnung, bei der erfindungsgemäß von diesen Prinzipien Gebrauch gemacht wird. Der Stromweg, bestehend aus dem Impulstransformator 36, dem verdrillten Leitungspaar 60 und dem Leseverstärker 38, ist im Inneren eines Koaxialabschirmrohres 62 angeordnet. Das Abschirmrohr 62 ist über ein verhältnismäßig kurzes Drahtstück 64 direkt mit der Grundschicht 10 verbunden. Die Grundschicht 10 und der Transformator 36 sind in einem Flüssigheliumbad angeordnet, und vorzugsweise ist das Abschirmrohr 62 dort, wo es den Impulstransformator umschließt, durch den Hals des Dewa'r-Gefäßes (nicht gezeigt), das das flüssige Helium enthält, zu dem auf Zimmertemperatur befindlichen Leseverstärker herausgeführt.

Beim Halbwählzustand fließt das auf die Grundschicht gekoppelte Störsignal nahezu gänzlich durch den Draht 64 und das leitende Abschirmrohr 62 nach Masse. Praktisch kein Anteil dieses Störsignals gelangt über die Leseleitung s zum Leseverstärker. Wenn dagegen eine Speicherzelle in den normalleitenden Zustand geschaltet wird, entsteht an der Primärwicklung 35 des Leseverstärkers in der bereits beschriebenen Weise eine Spannung, die über die Sekundärwicklung 37 und die verdrillte Doppelleitung 60 zum Leseverstärker gelangt. Dabei ist der Überbrückungszweig 64, 62 im wesentlichen ohne Einfluß, wie aus F i g. 5 und der Erläuterung der F i g. 1 ohne weiteres folgt.

F i g. 6 zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. Hier besteht der Innenleiter aus der verdrillten Doppelleitung 60, um die herum drei Koaxialmäntel 70, 72 und 74 angeordnet sind. Die zur a-Ansteuerleitung führende verdrillte Doppelleitung 76 ist ebenso wie die verdrillte Doppelleitung 78 für die ft-Ansteuerleitung zwischen den Mänteln 70 und 72 angeordnet. Die den Schreibstrom zur i-Leitung befördernde verdrillte Doppelleitung 80 ist zwischen den Mänteln 72 und 74 angeordnet. Die drei Mäntel 70, 72 und 74 sind an beiden Enden zusammengeschaltet und außerdem gemeinsam an Masse angeschlossen.

Die Wirkungsweise der Anordnung nach F i g. 6 ist weitgehend die gleiche wie die der Anordnung nach Fig. 5. Jedoch sind außer dem einzigen Überbrückungszweig nach F. i g. 5 zwei zusätzliche Uberbrückungszweige 70 und 72 vorhanden. Dadurch werden etwaige Reststörkomponenten, die beispielsweise an der Doppelleitung 60 auftreten können,

z. B. auf die Mantel 72 und 70 und von dort nach Masse abgeleitet. Außerdem wird durch die Mantel 70, 72 und 74 die Möglichkeit verringert, daß der in einer der Doppelleitungen anwesende Ansteuerstrom

oder Schreibstrom direkt in die zum Leseverstärker führende Doppelleitung gekoppelt wird. Wie bei der Anordnung nach F i g. 5 ist auch hier vorzugsweise der Leiter 74 (oder 70 oder 72) in das Heliumbad hineingeführt, und zwar unter Umhüllen des Impulstransformators am einen Ende, wobei er den Leseverstärker 38 am anderen Ende abschirmt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von Störungen in einer Speicherschaltung mit mindestens einer einseitig auf Nullpotential liegenden Ansteuerleitung, die kapazitiv mit einem nicht auf Nullpotential liegenden Leiterelement gekoppelt ist, mit dem außerdem eine ebenfalls einseitig auf Nullpotential liegende Leseschaltung kapazitiv gekoppelt ist, wobei die Störungen von der Ansteuerleitung über das Leiterelement kapazitiv in die Leseschaltung eingekoppelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterelement (Grundschicht 10) über ein induktiv mit der Leseschaltung (Transformator 36, Leitung 60, Leseverstärker 38) gekoppeltes Überbrükkungselement (L₁) mit Nullpotential (Masse) ver-

bunden ist, dessen Induktivität im wesentlichen gleich der Gegeninduktivität zwischen Leseschaltung und Überbrückungselement ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überbrückungselement durch eine die Leseschaltung umgebende leitende Abschirmung (Abschirmrohr 62) gebildet ist, die mit ihrem dem Leiterelement (Grundschicht 10) abgewandten Ende mit dem nullpotentialseitigen Anschluß der Leseschaltung verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (Abschirmrohr 62) von zusätzlichen Abschirmhüllen (72, 70) umgeben ist, innerhalb deren die Schreibleitungen (80) bzw. die Ansteuerleitungen (76, 78) verlaufen und die an einem Ende mit dem Leiterelement (10), am anderen Ende mit den auf Nullpotential liegenden Anschlüssen,, der Signalquellen (30; 32, 34) für die Schreib- bzw. Ansteuersignale verbunden sind.

4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Anwendung bei einem Supraleiterspeicher.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 109 539/324