DE1088541B

DE1088541B - Magnetic storage element

Info

Publication number: DE1088541B
Application number: DES50628A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Adolf Rechten
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1956-09-28
Filing date: 1956-09-28
Publication date: 1960-09-08

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetisches Speicherelement mit einem Magnetkern von einer nur wenig unterhab der Sättigung liegenden Sättigungsremanenz und mit mindestens zwei auf diesem Magnetkern aufgebrachten Wicklungen, deren eine (die Ausgangswicklung) beim Auftreten eines einer anderen Wicklung (der Schaltwicklung) zugeführten Schaltimpulses im Falle, daß dieser Schaltimpuls den Magnetkern aus seinem einen in seinen anderen stabilen Magnetisierungszustand ummagnetisiert, einen Impuls bestimmter Mindesthöhe abgibt.The invention relates to a magnetic memory element having a magnetic core of only one saturation remanence lying little below saturation and with at least two on this magnetic core applied windings, one of which (the starting winding) when another occurs Winding (the switching winding) supplied switching pulse in the event that this switching pulse the Magnetic core is remagnetized from its one to its other stable magnetization state, one Gives a pulse of a certain minimum height.

Derartige magnetische Speicherelemente finden beispielsweise als bistabile Schaltglieder in Schieberegistern Verwendung. In Fig. 1 der Zeichnung ist ein aus magnetischen Speicherelementen aufgebautes Schieberegister im Ausschnitt dargestellt, wobei jeder der gezeichneten ringförmigen Magnetkerne M1, M 2 .. . und JVl, N2 ... je drei Wicklungen besitzt: die Eingangswicklung E, die Schaltwicklung 6" und die Ausgangswicklung A. Bei der dargestellten beispielsweisen Ausführungsform eines Schieberegisters erfolgt das Weiterschalten der binären Speicherwerte »Null« und »Eins«, die dem Magnetkern Ml über seine den Eingang des Schieberegisters bildende Eingangswicklung E zugeführt werden, jeweils in zwei Schritten. Beim Auftreten eines Schaltimpulses Pm sind die Magnetkerne Ml, M2 ... die schaltenden Kerne und die Magnetkerne JVl, N 2... die geschalteten Kerne. Beim Auftreten eines Schaltimpulses Pn sind die Magnetkerne JVl, JV 2. .. die schaltenden Kerne und die Magnetkerne JkTl, M2 ... die geschalteten Kerne.Such magnetic storage elements are used, for example, as bistable switching elements in shift registers. In Fig. 1 of the drawing, a shift register constructed from magnetic storage elements is shown in detail, each of the drawn ring-shaped magnetic cores M 1, M 2 ... and JVl, N2 ... each has three windings: the input winding E, the switching winding 6 ″ and the output winding A. In the exemplary embodiment of a shift register shown, the binary storage values "zero" and "one" which the magnetic core Ml of the shift register forming the input winding e are its the input supplied, in each case in two steps. in the event of a switching pulse Pm the magnetic cores Ml, M2 ... the switching cores and the magnetic cores JVL, N 2 ... are the connected cores. Upon the occurrence of of a switching pulse Pn are the magnetic cores JVl, JV 2. ... the switching cores and the magnetic cores JkTl, M2 ... the switched cores.

Die Ausgangswicklung A jedes Magnetkernes ist über je ein richtungsabhängiges Kopplungsglied K mit der Eingangswicklung E des jeweils nächstfolgenden Magnetkernes verbunden. Die richtungsabhängigen Kopplungsglieder K legen die Weiterschalterichtung des Schieberegisters fest, indem sie die betreffenden Ein- und Ausgangswicklungen in der von links nach rechts weisenden Weiterschalterichtung miteinander verkoppeln und in der entgegengesetzten Richtung entkoppeln. Die Schaltwicklungen S der Magnetkerne Ml, M2 .. . bzw. JVl, JV2 ... sind jeweils in Serie geschaltet. Der aus den Schaltwicklungen der Magnetkerne Ml, M2 . .. bzw. JVl, JV2 . .. jeweils gebildeten Serienschaltung werden die periodisch auftretenden Schaltimpulse Pm bzw. Pn zugeführt, wobei zwischen den Schaltimpulsen Pm und den Schaltimpulsen Pn eine Phasenverschiebung von einer halben Impulsperiode herrscht.The output winding A of each magnetic core is connected via a direction-dependent coupling element K to the input winding E of the next following magnetic core. The direction-dependent coupling elements K determine the advancing direction of the shift register by coupling the relevant input and output windings with one another in the advancing direction pointing from left to right and decoupling them in the opposite direction. The switching windings S of the magnetic cores Ml, M2 ... or JVl, JV2 ... are each connected in series. The from the switching windings of the magnetic cores Ml, M2. .. or JVl, JV2. .. the series circuit formed in each case, the periodically occurring switching pulses Pm or Pn are supplied, with a phase shift of half a pulse period between the switching pulses Pm and the switching pulses Pn.

Jeder Schaltimpuls Pm kippt diejenigen der Magnetkerne Ml, M2 ..., die den dem Speicherwert »Eins« entsprechenden einen Magnetisierungszustand einnehmen, in den dem Speicherwert »Null« entsprechen-Magnetisches SpeieherelementEach switching pulse Pm toggles those of the magnetic cores Ml, M2

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Applicant:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2Berlin and Munich,
Munich 2, Witteisbacherplatz 2

Dr.-Ing. Adolf Rechten, München,
ist als Erfinder genannt wordenDr.-Ing. Adolf Rechten, Munich,
has been named as the inventor

den anderen Magnetisierungszustand. Das gleiche gilt für die Schaltimpulse Pn hinsichtlich der Magnetkerne JVl, JV2 .. . Durch jeden derartigen von einem Schaltimpuls bewirkten Ummagnetisierungsvorgang wird in der Ausgangswicklung A des betreffenden Magnetkernes ein elektrischer Impuls induziert, der über das betreffende Kopplungsglied K an die Eingangswicklung £ des jeweils nachfolgenden Magnetkernes weitergegeben wird. Dieser Magnetkern ist seinerseits durch den jeweils vorhergehenden Schaltimpuls in den einer »Null« entsprechenden Magnetisierungszustand übergeführt worden — sofern er diesen Zustand nicht schon eingenommen hatte — und wird nun durch den seiner Eingangswicklung. £ vom vorhergehenden Magnetkern zugeführten genannten Induktionsimpuls in den einer »Eins« entsprechenden Magnetisierungszustand gekippt. Diese den Speicherwert »Eins« gliedweise weitergebenden Induktionsimpulse werden üblicherweise als »Eins«-Impulse bezeichnet.the other state of magnetization. The same applies to the switching pulses Pn with regard to the magnetic cores JVl, JV2 ... Each such reversal of magnetization caused by a switching pulse induces an electrical pulse in the output winding A of the relevant magnetic core, which is passed on via the relevant coupling element K to the input winding £ of the respective subsequent magnetic core. This magnetic core, in turn, has been converted into the magnetization state corresponding to a "zero" by the respective preceding switching pulse - provided it has not already assumed this state - and is now through that of its input winding. £ mentioned induction pulse supplied by the preceding magnetic core is tilted into the magnetization state corresponding to a "one". These induction pulses, which pass on the stored value "one" element by element, are usually referred to as "one" pulses.

Andererseits geben auch diejenigen Magnetkerne, die bereits den dem Speicherwert »Null« entsprechenden Magnetisierungszustand einnehmen, an ihrer betreffenden Ausgangswicklung A beim Auftreten eines ihrer betreffenden Schaltwicklung 5 zugeführten Schaltimpulses einen Induktionsimpuls ab, obwohl der betreffende Schaltimpuls diese Magnetkerne gar nicht ummagnetisiert. Diese sogenannten »Null«-Impulse sind dadurch bedingt, daß auch bei den besten Speicherkernen gegenüber der Sättigungsmagnetisierung, in welche die Kerne beim Auftreten eines Schaltimpulses an ihrer Schaltwicklung vS" übergeführt werden, die am Ende des betreffenden Schaltimpulses zurückbleibende Magnetisierung — die Sättigungsremanenz — um einen gewissen Betrag kleiner ist. Um diesen Betrag, der relativ zur Größe der Sättigungsmagnetisierung nur gering ist, ändert sich beim Auftreten des jeweilsOn the other hand, those magnetic cores that are already in the magnetization state corresponding to the stored value "zero" emit an induction pulse at their respective output winding A when a switching pulse applied to their respective switching winding 5 occurs, although the respective switching pulse does not remagnetize these magnetic cores at all. These so-called "zero" pulses are due to the fact that, even with the best storage cores, the magnetization remaining at the end of the respective switching pulse - the saturation remanence - is converted into is smaller by a certain amount, by this amount, which is only small relative to the size of the saturation magnetization, changes when each occurs

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nächsten Schaltimpulses die Magnetisierung des betreffenden Kernes, wodurch in dessen Ausgangswicklung A ein »Null«-Impuls induziert wird.next switching pulse, creating a "zero" pulse induced magnetization of the respective core in the output winding A.

Da die Spannung dieses »Null«-Impulses relativ zur Spannung eines »Eins«-Impulses nur gering ist ■—-bei den handelsüblichen Speicherkernen liegt das Spannungsverhältnis von »Eins«-Impuls zu »Null«-Impuls in der Gegend von zehn —, kann er den dem erzeugenden Magnetkern nachfolgenden Magnetkern im allgemeinen nicht in den dem Speicherwert »Eins« entsprechenden Magnetisierungszustand kippen. Ein an die Eingangswicklung eines Magnetkernes gegebener »Null«-Impuls verringert aber dessen dem Speicherwert »Null« entsprechende remanente Magnetisierung, so daß dieser Magnetkern in seiner Ausgangswicklung beim Auftreten des nächsten seiner Schaltwicklung zugeführten Schaltimpulses einen »Null«-Impuls von einer gegenüber dem ursprünglichen »Null«-Impuls erhöhten Spannung induziert. Auf diese Weise bildet sich beim Weiterschalten des Speicherwertes »Null« im Schieberegister ein progressiv von Kern zu Kern immer mehr anwachsender Störimpuls aus, der, wenn er die für eine Ummagnetisierung nötige Spannung erreicht, den weiterzuschaltenden Speicherwert »Null« in den Wert »Eins« verfälscht.Since the voltage of this "zero" pulse is relative to the The voltage of a "one" pulse is only low ■ - at In the case of commercially available memory cores, there is a voltage ratio of "one" pulse to "zero" pulse in the region of ten -, it can generally use the magnetic core following the generating magnetic core do not switch to the magnetization state corresponding to the stored value "one". One at the input winding of a magnetic core of a given »zero« pulse reduces its remanent magnetization corresponding to the stored value »zero«, so that this magnetic core is in its output winding when the next one of its switching winding occurs applied switching pulse a "zero" pulse from one compared to the original "zero" pulse induced increased voltage. In this way, when the memory value is advanced, »zero« is formed in the shift register a progressively increasing interference pulse from core to core, which, if it reaches the voltage necessary for a remagnetization, the memory value to be switched on "zero" falsified into the value "one".

Es ist deshalb erwünscht, die weitergegebenen »Null«-Impulse in ihrer Spannung gegenüber den »Eins«-Impulsen möglichst zu verringern. Dieser Wunsch tritt nicht nur im Falle von magnetischen Schieberegistern auf, sondern überall dort, wo magnetische Speicherelemente mit anderen magnetischen Speicherelementen über ihre Wicklungen verkoppelt sind.It is therefore desirable to compare the voltage of the transmitted »zero« pulses with the Reduce "one" pulses as much as possible. This desire does not only occur in the case of magnetic Shift registers on, but wherever magnetic storage elements with other magnetic Storage elements are coupled via their windings.

Zur Verringerung des Einflusses der »Null«-Impulse ist es bekannt, in den Kopplungskreisen zwischen den einzelnen magnetischen Speicherelementen je einen mit einer Vorspannung beaufschlagten Richtleiter anzubringen, der die Weitergabe von unterhalb einer bestimmten Mindesthöhe liegenden Impulsen verhindert. Dazu sind jedoch Vorspannungsquellen nötig.To reduce the influence of the "zero" pulses, it is known to use in the coupling circles between the to attach a directional conductor to which a bias voltage is applied to each individual magnetic storage element, which prevents the transmission of pulses below a certain minimum level. However, bias sources are necessary for this.

Es ist auch bekannt, zur Verringerung der unerwünschten »Null«-Impulse eine Neutralisierungswicklung auf dem Magnetkern anzubringen, die mit der Ausgangswicklung derart in Reihe geschaltet ist, daß in der Neutralisierungswicklung beim Anlegen eines Weiterschaltimpulses ein Neutralisierungsimpuls entgegengesetzter Polarität wie der Ausgangsimpuls induziert wird. Die Ausgangswicklung ist dabei zur Unterstützung der Neutralisierungswicklung diametral gegenüber der Weiterschaltewicklung angeordnet.It is also known to use a neutralization winding to reduce unwanted "zero" pulses to be attached to the magnetic core, which is connected in series with the output winding in such a way that that a neutralization pulse is generated in the neutralization winding when a switching pulse is applied opposite polarity as the output pulse is induced. The output winding is for Support of the neutralization winding arranged diametrically opposite the switching winding.

Demgegenüber wird gemäß der Erfindung eine Verringerung der »Null«-Impulse und deren Einfluß ohne Mehraufwand dadurch erreicht, daß die Schalt- und Ausgangswicklungen jedes magnetischen Speicherelementes jeweils auf ein möglichst kleines Stück der Kernlänge konzentriert und mit möglichst großem gegenseitigem Abstand auf den Magnetkern aufgebracht sind.In contrast, according to the invention, there is no reduction in the "zero" pulses and their influence Additional effort is achieved in that the switching and output windings of each magnetic storage element each concentrated on the smallest possible piece of the core length and with the largest possible mutual spacing are applied to the magnetic core.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß sich für einen beispielsweise als Ringkern ausgebildeten Magnetkern das Kraftlinienbild mit der Art der Anordnung der einzelnen Windungen seiner Erregungswicklung ändert. Ist die Erregungswicklung auf ein kleines Stück des Kernumfanges konzentriert, so geht ein größerer Anteil des magnetischen Gesamtflusses durch den Luftraum als bei gleichmäßiger Verteilung der Windungen über den gesamten Kernumfang. Dieser Unterschied im Streuanteil des magne-. tischen Flusses tritt gegenüber dem Gesamtfluß kaum in Erscheinung, solange die Permeabilität des Kernmaterials sehr groß gegen die der Luft ist. Das ist bei dem eigentlichen Ummagnetisierungsvorgang, der längs der steilen Äste der Hystereseschleife verläuft, der Fall. In den Sättigungsbereichen des Magnetkernes, d. h. längs der flachen Äste seiner Hystereseschleife, ist hingegen der Anteil des Streuflusses am Gesamtfluß beträchtlich größer.The invention is based on the knowledge that it is designed, for example, as a toroidal core Magnetic core the line of force pattern with the type of arrangement of the individual turns of its Excitation winding changes. If the excitation winding is concentrated on a small piece of the core circumference, a larger proportion of the total magnetic flux goes through the air space than with even distribution of the turns over the entire core circumference. This difference in the proportion of scatter of the magne-. table flow hardly appears in relation to the total flow as long as the permeability of the core material very large compared to that of the air. During the actual magnetization reversal process, this is the runs along the steep branches of the hysteresis loop, the case. In the saturation areas of the magnetic core, d. H. along the flat branches of its hysteresis loop, on the other hand, is the proportion of the leakage flux Total flow considerably larger.

In der Anwendung dieser Erkenntnis auf die betrachteten magnetischen Speicherelemente bedeutet das:In applying this knowledge to the magnetic storage elements under consideration, this means:

ίο Für den zur Erzeugung eines »Eins«-Impulses führenden Ummagnetisierungsvorgang ist der durch den Magnetkern verlaufende Fluß fast völlig unabhängig von der Verteilung der einzelnen Windungen der Schaltwicklung auf dem Kern. Für den zur Erzeugung eines »Null«-Impulses führenden geringen Magnetisierungszuwachs von der Sättigungsremanenz bis zur Sättigung ist jedoch der Anteil des Streuflusses bei Konzentrierung der Schaltwicklung auf ein kurzes Stück des Kernes beträchtlich größer als bei gleich-ίο For the one leading to the generation of a "one" pulse The magnetic reversal process is almost completely independent of the flux passing through the magnetic core on the distribution of the individual turns of the switching winding on the core. For the generation of a "zero" pulse leading to a slight increase in magnetization from saturation remanence to saturation, however, the portion of the leakage flux is at Concentration of the switching winding on a short piece of the core is considerably greater than with the same

ao mäßiger Verteilung der Schaltwicklung auf dem Kern. Konzentriert man also in erfindungsgemäßer Weise nicht nur die Schalt-, sondern auch die Ausgangswicklung jeweils auf ein möglichst kurzes Stück des Kernes unter möglichst großem gegenseitigem Abas Stand, so daß die Ausgangswicklung möglichst wenig vom Streufluß der Schaltwickung erfaßt wird, so wird die Spannung der in der Ausgangswicklung induzierten »Null«-Impulse beträchtlich verringert gegenüber dem Falle der gleichmäßigen Bewicklung des ganzen Kernes, während die Spannung der »Eins «-Impulse in beiden Fällen fast die gleiche ist.ao moderate distribution of the switching winding on the core. So if you concentrate in the manner according to the invention not only the switching but also the output winding each on as short a piece of the Core under the greatest possible mutual Abas stand, so that the output winding as little as possible is detected by the leakage flux of the switching winding, the voltage becomes that induced in the output winding "Zero" impulses considerably reduced compared to the case of the uniform winding of the whole Kernes, while the tension of the "one" impulses is almost the same in both cases.

Messungen an handelsüblichen, kreisförmigen Ringkernen haben gezeigt, daß sich durch die Erfindung eine Verringerung der Spannung der »Null«-Impulse um über 5O*/o erreichen läßt.Measurements on commercially available, circular toroidal cores have shown that the invention a reduction in the voltage of the "zero" pulses by more than 50 per cent can be achieved.

In Fig. 2 ist die bisherige Anordnung der einzelnen Windungen der Schalt- und der Ausgangs wicklung auf einem Ringkern dargestellt: Die ausgezogene Schaltwicklung vS" und die gestrichelt gezeichnete Ausgangswicklung A sind zur Erzielung einer möglichst guten gegenseitigen Kopplung gleichmäßig auf den ganzen Umfang des Ringkernes verteilt.In Fig. 2, the previous arrangement of the individual turns of the switching and the output winding is shown on a toroidal core: The drawn out switching winding vS "and the dashed output winding A are evenly distributed over the entire circumference of the toroid to achieve the best possible mutual coupling .

Fig. 3 zeigt demgegenüber die erfindungsgemäße Anordnung der einzelnen Windungen der Schalt- und der Ausgangswicklung auf dem Ringkern: Die ausgezogene Schaltwicklung 6" und die gestrichelt gezeichnete Ausgangs wicklung A sind jeweils auf ein möglichst kurzes Stück des Kernumfanges konzentriert gegebenenfalls durch Bewicklung in mehreren Lagen— und stehen sieh diametral gegenüber.3 shows the arrangement according to the invention of the individual turns of the switching and the output winding on the toroidal core: The extended switching winding 6 "and the dashed output winding A are each concentrated on the shortest possible piece of the core circumference, if necessary by winding in several layers— and look diametrically opposite.

Finden die magnetischen Speicherelemente in einem Schieberegister nach Fig. 1 Verwendung, so bedürfen sie noch der Eingangswicklung E zur Kopplung mit der Ausgangs wicklung A des jeweils vorhergehenden Speicherelementes. Es ist vorteilhaft, die Eingangswickkmg E ihrerseits auf ein möglichst kurzes Stück des Magnetkernes in möglichst großem Abstand von der Ausgangswicklung A zu konzentrieren. Das hat nämlich zur Folge, daß die bei Zufuhr eines »Null«- Impulses an die Eingangswicklung im Magnetkern bewirkte Flußverminderung einen beträchtlichen Streuanteil aufweist, so daß die Sättigungsremanenz in der Ausgangswicklung A durch diesen »Null«- Impuls beträchtlich weniger vermindert wird, als es bei gleichmäßiger Verteilung der Eingangswicklung auf den ganzen Magnetkern der Fall wäre. Während also durch die Konzentrierung der Schalt- und Ausgangswicklung in möglichst großem gegenseitigem .Abstand die Spannung der »Null«-Impulse bereits bei deren Entstehen vermindert wird, wird durch die Kon-If the magnetic storage elements are used in a shift register according to FIG. 1, they still require the input winding E for coupling to the output winding A of the respective preceding storage element. It is advantageous to concentrate the input winding E on the shortest possible piece of the magnetic core at the greatest possible distance from the output winding A. The consequence of this is that the flux reduction caused when a "zero" pulse is supplied to the input winding in the magnet core has a considerable leakage component, so that the saturation remanence in output winding A is considerably less reduced by this "zero" pulse than it is would be the case with an even distribution of the input winding over the entire magnetic core. While concentrating the switching and output windings in the greatest possible mutual distance, the voltage of the "zero" pulses is already reduced when they arise, the contact

zentrierung der Eingangswicklung der Einfluß eines dieser zugeführten »Null«-Impulse auf die remanente Magnetisierung des betreffenden Magnetkernes verringert. Beide Maßnahmen tragen dazu bei, ein progressives Anwachsen der Spannung der »Null«-Impulse bis auf eine zur Verfälschung eines Speicherwertes ausreichende Höhe in Magnetkernketten üblicher Gliederzahl zu verhindern.centering of the input winding the influence of one of these supplied »zero« pulses on the remanent Reduced magnetization of the relevant magnetic core. Both measures help create a progressive Increase in the voltage of the "zero" pulses to one for corruption of a memory value to prevent sufficient height in magnetic core chains with the usual number of links.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der als Ringkern ausgebildete Magnetkern eine von einem Kreisring abweichende langgestreckte Form, vorzugsweise die Form eines elliptischen Ringes, hat. Dadurch läßt sich eine weitere Erhöhung des Streuanteils des magnetischen Flusses und damit eine weitere Verringerung der »Null«-Impulse gegenüber einem Speicherelement mit kreisringförmigem Magnetkern erreichen.Another feature of the invention is that the magnetic core designed as a toroidal core is a elongated shape deviating from a circular ring, preferably the shape of an elliptical ring, Has. This allows a further increase in the stray portion of the magnetic flux and thus a further reduction of the "zero" pulses compared to a storage element with a circular magnetic core reach.

Claims

Claims; 20th

1. Magnetic storage element with a magnetic core of just a little below the Saturation residual saturation and with at least two applied to this magnetic core Windings, one of which (the starting winding) when another occurs Winding (the switching winding) supplied switching pulse in the event that this switching pulse the

Magnetic core is remagnetized from its one stable state of magnetization to its other, emits a pulse of a certain minimum height, characterized in that the two mentioned Windings each concentrated on the smallest possible piece of the core length and with as much as possible large mutual distance are applied to the magnetic core.

2. Magnetic memory element according to claim 1, characterized in that one of the Coupling with the output winding of the respective preceding storage element serving third Winding (the input winding) concentrated in as small a piece of the core length as possible The greatest possible distance from the output winding is applied to the magnetic core.

3. Magnetic memory element according to claim 1 and 2, characterized in that the magnetic core designed as a toroidal core has an elongated shape deviating from a circular ring, preferably in the shape of an elliptical ring.

Considered publications:
"Proceedings of the IRE", March 1956, pp. 321 to 332.

Legacy Patents Considered:
German Patent No. 1 006 897.

1 sheet of drawings

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