DE1193551B - Schaltkernmatrix - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al - 37/60

Nummer: 1193 551

Aktenzeichen: J 21676IX c/21 al

Anmeldetag: 25. April 1962

Auslegetag: 26. Mai 1965

Die Erfindung betrifft eine Schaltkernmatrix, insbesondere für die Aufrufeinrichtungen von Magnetkern-Matrixspeichern, in welcher die Ausgangswicklungen der Schaltkerne mit ihren zugehörigen Verbrauchern in Reihe zwischen jeweils zwei, mehreren Schaltkernen gemeinsame Sammelleitungen eingeschaltet sind.

Bei großen Magnetkern-Matrixspeichern, wie sie in programmgesteuerten Rechenmaschinen und anderen Geräten zur automatischen Informationsverarbeitung Verwendung finden, werden die Aufrufeinrichtungen zu ihrer Vereinfachung und zur Einsparung von Treibern häufig mit Schaltkernmatrizen aufgebaut, in denen jeder Zeilen- und Spaltenleitung des Matrixspeichers ein Schaltkern als Treiber zugeordnet ist. Im allgemeinen werden diese Schaltkernmatrizen ähnlich wie die Speichermatrizen selbst nach dem Stromkoinzidenzprinzip betrieben. Da die Hystereseschleife der zur Verfügung stehenden Magnetmaterialien von der idealen Rechteckform abweicht, treten wie bei den Speicherkernen auch bei den Schaltkernen in den nur halbgewählten Kernen Störimpulse auf. Während diese Störimpulse bei den Speichermatrizen jedoch leicht kompensiert werden können, ist dies bei Schaltkernmatrizen nicht ohne weiteres möglich, da auf jeden Verbraucher nur ein Schaltkern arbeitet und alle Schaltkerne Impulse gleicher Polarität abgeben müssen.

Es ist nun eine Schaltkernmatrix bekanntgeworden, in der die auftretenden Störimpulse dadurch kompensiert werden, daß die Ausgangswicklungen der Schaltkerne mit ihren zugehörigen Verbrauchern in Reihe geschaltet und diese Reihenschaltungen für eine Zeile der Schaltkernmatrix parallel an zwei Sammelleitungen angeschlossen sind, so daß der Ausgangsstrom eines ausgewählten Schaltkernes nach Durchlaufen des zugehörigen Verbrauchers sich im wesentlichen gleichmäßig auf die restlichen Reihenschaltungen dieser Zeile aufteilt und den darin aufgetretenen Störimpulsen entgegenwirkt. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß in ihr nur die in der einen halbgewählten Zeile der Schaltkernmatrix auftretenden Störimpulse, nicht aber die Störimpulse in der halbgewählten Spalte kompensiert werden.

Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltkernmatrix der eingangs genannten Art, welche diesen Nachteil nicht aufweist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß jeder Zeile und jeder Spalte der Schaltkernmatrix eine Sammelleitung zugeordnet ist und daß ein Ende jeder Reihenschaltung von Schaltkernmatrix

Anmelder:
ίο

International Business Machines Corporation,

Armonk, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,

Böblingen (Württ), Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:
Norbert George Vogl jun.,
Wappingers Falls, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 26. April 1961 (105 797)

Ausgangswicklung und Verbraucher eines Schaltkernes an die ihrer Zeile zugeordnete Sammelleitung und das andere Ende an die ihrer Spalte zugeordnete Sammelleitung angeschlossen ist.

Diese Anordnung weist, genau wie auch die bekannte Anordnung, noch einen Nachteil auf, nämlieh, daß der Arbeitswiderstand des ausgewählten Schaltkernes durch die mit ihm in Reihe geschaltete Serien-Parallel-Kombination und damit auch die Anstiegszeit des Ausgangsstromes nicht unwesentlich vergrößert wird. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird auch dieser Nachteil vermieden, und zwar dadurch, daß die Sammelleitungen über je einen induktiven Widerstand mit einem gemeinsamen Punkt verbunden sind. Die induktiven Widerstände werden vorteilhafterweise derart bemessen, daß der Spannungsabfall des Ausgangsstromes eines ausgewählten Schaltkernes an jedem der beiden in seinem Stromkreis liegenden induktiven Widerstände weit-

509 577/163

gehend der Störspannung an der Ausgangswicklung weiterhin eine kleine Flußänderung in den Kernen eines nur halbgewählten Schaltkernes gleich ist. 10 d und 10 g und der Eingangsstrom in Wicklung Im folgenden wird die Erfindung an Hand zweier 14x eine ähnliche kleine Flußänderung in den Kerin den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbei- nenlOö und 10 c. Der umgeschaltete Kern 10 α spiele näher beschrieben. 5 wird nachstehend als »vollgewählter« Kern und die Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Kerne 10b, 10c, 1Od und 10g, in denen nur Erfindung mit neun Magnetkernen 10 a bis 10/, die kleine Flußänderungen erfolgen, werden als »halbin drei horizontalen Zeilen und in drei vertikalen gewählte« Kerne bezeichnet. Der Ausgangsstrom I₀ Spalten zu je drei Kernen angeordnet sind. Alle (Fig. 5a), der in der ausgewählten Ausgangswick-Kerne einer horizontalen Gruppe sind durch eine io lung 16 α induziert wird, dient zum Treiben einer gemeinsame Zeileneingangswicklung 12.* bis 12z Zeile von Speicherkernen in der Speichermatrix, und alle Kerne einer vertikalen Gruppe durch eine Der in den Ausgangswicklungen 166, 16 c, 16 d und gemeinsame Spalteneingangswicklung 14λ: bis 14z 16g induzierte StörimpulsT_n (Fig. 5b) erfüllt keine gekoppelt. Außerdem geht durch jeden Treiberkern nützliche Funktion und kann Informationsverluste in eine Ausgangswicklung 16 bis 16/ hindurch, die in 15 der Speichermatrix verursachen,
einer Treiberwicklung für eine entsprechende Zeile Die Fig. 2 stellt eine Umzeichnung der Fig. 1 bzw. Spalte des Kernspeichers endet. Diese Treiber- dar und verdeutlicht, wie die Störimpulse durch Anwicklungen dienen als Belastung für die Ausgangs- wendung des Erfindungsgedankens auf einen harmwicklungen der Treiberkerne und sind in Fig. 1 losen Wert reduziert werden. Wie zuvor wird angedurch Induktivitäts-Widerstands-Kombinationenl8a 20 nommen, daß der Kern 10 a der vollgewählte Kern bis 18/ dargestellt. Die Ausgangswicklungen jeder ist. Gemäß Fig. 2 bildet das Wicklungsschema der horizontalen Gruppe von Treiberkernen sind an Erfindung mehrere Rückkehrpfade für den in der ihrem kernseitigen Ende an eine gemeinsame Leitung ausgewählten Ausgangswicklung 16 a induzierten 20χ bis 20 z und die Ausgangswicklungen jeder ver- Ausgangsstrom I₀. Alle diese Pfade verlaufen durch tikalen Gruppe von Treiberkernen an ihrem be- 25 eine der Ausgangswicklungen 16 & und 16 c und eine lastungsseitigen Ende an eine gemeinsame Leitung der Ausgangswicklungen 16 d und 16 g, und zwar in 22χ bis 22 z angeschlossen. einer Richtung, die der der darin induzierten Stör-

Bei den Kernen 10 a bis 10/ handelt es sich um impulse/„ entgegengesetzt ist.

eine bekannte Art von Kernen, die sich jeweils in Es gibt eine je nach Matrixgröße verschiedene einem von zwei Sättigungszuständen befinden kön- 30 Anzahl von Rückkehrpfaden. Zum Beispiel verläuft nen. Ein Strom gegebener Polarität und bestimmter ein Pfad über die Ausgangswicklung 16 a, die ge-Mindestgröße in einer durch den Kern führenden meinsame Leitung 22x, die Ausgangswicklung 16 b, Wicklung induziert in dem Kern Flußänderungen, die gemeinsame Leitung 2Oy, die Ausgangwicklung die ihn in einen seiner beiden Sättigungszustände 16 h, die gemeinsame Leitung 22 z, die Ausgangsschalten bzw. keine Wirkung auf ihn ausüben, wenn 35 wicklung 16 g und die gemeinsame Leitung 2Ox zuer bereits in dem betreffenden Sättigungszustand ist. rück zur Ausgangswicklung 16 a. In diesem Pfad ist Ein Eingangssignal der entgegengesetzten Polarität die Richtung des Ausgangsstromes I₀ in den Wickinduziert die umgekehrten Flußänderungen in dem hingen 166 und 16 g entgegengesetzt der Richtung Kern. Ein Eingangssignal, das die für die Umschaltung der darin induzierten Störimpulse/„. Daher ist der nötige Mindestgröße unterschreitet, induziert kleine 40 in diesen Wicklungen fließende Differenzstrom gleich reversible Flußänderungen in dem Kern; bei Be- I_n abzüglich eines Teiles von I₀. Ein anderer Pfad endigung dieser Signale kehrt der Kern in seinen ist der über die Ausgangswicklung 16 a, die gemeinvorherigen Sättigungszustand zurück. Eine in einem same Leitung 22 x, die Ausgangswicklung 16 c, die Kern induzierte Flußänderung erzeugt ihrerseits eine gemeinsame Leitung 20 z, die Ausgangswicklung 16/, Spannung an der durch den Kern führenden Aus- 45 die gemeinsame Leitung 22y, die Ausgangswicklung gangswicklung. Wenn ein Kern umgeschaltet wird, 16 d und die gemeinsame Leitung 2Ox zurück zur bewirkt die so erzeugte Ausgangsspannung einen Ausgangswicklung 16 a. Da diese Pfade gegenüber Ausgangsstrom I₀ (F i g. 5 a), der, abgesehen von der anderen, z. B. den nicht gezeichneten Leitungen 18..., Anstiegs- und Abfallzeit, einen konstanten Wert hat. die von der Leitung 22 χ versorgt werden, die kürze-Fig. 5b zeigt die relative Dauer und Größe des 50 ren sind, kann angenommen werden, daß in ihnen Störimpulses /„, der in der Ausgangswicklung eines der größere Teil von I₀ fließt. Die Anwendung der Kernes, in dem nur eine kleine Flußänderung indu- Kirchhoffschen Regeln an jedem Verzweigungspunkt ziert wurde, erzeugt wird. Die Dauer des Stör- der Schaltung ergibt, daß in jeder der halbgewählimpulses ist etwa gleich der Anstiegszeit des Aus- ten Ausgangswicklungen etwa die Hälfte von I₀ fließt, gangsstromes. 55 Dies führt im allgemeinen zu Differenzströmen, die Es sei angenommen, daß zunächst jeder der Kerne nicht nur die Aufhebung der Störströme bewirken, 10 a bis 10/ in dem einen Sättigungszustand ist und sondern sogar eine Überkompensation in den Ausinfolge der kombinierten Erregung der Zeilenein- gangswicklungen der halbgewählten Kerne zur gangswicklung 12 und der Spalteneingangswicklung Folge haben. In einem größeren als dem in Fig. 1 14, die durch ihn hindurch führen, in den anderen 60 oder 2 gezeigten Schalter ist jedoch der Bruchteil Sättigungszustand gebracht werden kann, die Er- von Z₀ wesentlich kleiner als die Hälfte, und es regung nur einer dieser Wicklungen jedoch nur eine kann daher die gegenseitige Kompensation entkleine Flußänderung in dem Kern bewirkt. sprechend näher dem angestrebten Idealfall geWenn z. B. Eingangsströme an die Wicklungen bracht werden.

12x und 14x gelegt werden, wird der Kern 10a am 65 Bei dieser Anordnung fließt in denjenigen geSchnittpunkt dieser beiden Wicklungen aus dem schlossenen Schleifen des Schalters, welche die Ausersten Sättigungszustand in den zweiten geschaltet. gangswicklung 16 a des vollgewählten Kernes nicht Der Emgangsstrom in Wicklung 12 χ bewirkt jedoch enthalten, kein Strom. Da alle Kerne 10 a bis 10/

nahezu gleiche Hysteresekurven haben und alle halbgewählten Kerne durch gleiche Erregerströme erregt werden, sind die an den Ausgangswicklungen dieser halbgewählten Kerne entstehenden Spannungen etwa gleich. Daher wäre z. B. die Summe der induzierten Spannungen in der geschlossenen Leiterschleife, die die Ausgangswicklung 16 b, die gemeinsame Leitung 22 x, die Ausgangswicklung 16 c, die gemeinsame Leitung 20 z, die Ausgangswicklung 16/, die gemeinsame Leitung 22 y, die Ausgangswicklung 16 e und die gemeinsame Leitung 2Oy umfaßt, gleich Null. Auch jede andere geschlossene Schleife, die die Ausgangswicklung 16 a des ausgewählten Kernes nicht enthält, enthält eine Nettospannung Null. Es kann daher in diesen Schleifen kein Strom fließen.

Es ist angenommen worden, daß die Kerne 10 a bis 10 z zunächst in einem ihrer Sättigungszustände waren. Nach Beendigung des oben beschriebenen Arbeitszyklus wird der umgeschaltete Kern, im genannten Beispiel der Kern 10 a, durch einen Vor- ao magnetisierungsstrom oder ein anderes bekanntes Mittel wieder in seinen anfänglichen Zustand zurückgesetzt. Diese Rückkehr in den Anfangszustand würde ebenfalls Störimpulse (—/„) in den Ausgangswicklungen der halbgewählten Kerne induzieren. Diese Störimpulse werden jedoch ebenso wie die im ersten Zyklus induzierten Störimpulse I_n reduziert, nur sind alle Polaritäten umgekehrt.

Mit der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung lassen sich die Störimpulse in sehr hohem Maße kompensieren. Dieser Vorteil wird jedoch auf Kosten einer starken Vergrößerung des Belastungswiderstandes des ausgewählten Treiberkernes 10 a erlangt. Eine die Ausgangswicklung 16 a enthaltende geschlossene Leiterschleife enthält nämlich jeweils drei weitere Belastungen 18. Da für den Ausgangsstrom I₀ mehrerer parallele Pfade bestehen, wird die von dem ausgewählten Treiberkern gesehene Belastung zwar nicht um den Faktor Vier, aber doch immerhin wahrnehmbar vergrößert. Gemaß F i g. 5 a und 5 b haben die Störimpulse I_n eine gegenüber dem Ausgangsstrom /₀ relativ kurze Dauer. Daher wäre es sehr wünschenswert, die Störimpulse aufzuheben und danach einen widerstandslosen Rückkehrpfad für den Ausgangsstrom zu bilden, nachdem einmal der eingeschwungene Zustand erreicht ist.

Dies wird in dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung erreicht. Diese Schaltung unterscheidet sich dadurch von der in F i g. 1 gezeigten, daß an dem Verbindungspunkt der gemeinsamen Leitungen 2Ox, 2Oy und 20 z sowie 22x, 22y und 22z mit den Kern/Last-Leitungen 16... /18... je ein induktiver Widerstand 24 geschaltet ist. Die induktiven Widerstände an den Leitungen 2Ox bis 20 z sind mit ihrem anderen Ende an eine erste gemeinsame Leitung 26 und diejenigen an den Leitungen 22 λ: bis 22 z an eine zweite gemeinsame Leitung 28 angeschlossen. Die gemeinsamen Leitungen 26 und 28 sind mit einem gemeinsamen Punkt 30 verbunden.

Die Wirkungsweise dieser Schaltung wird an Hand von Fi g. 4 beschrieben, die eine abgewandelte Form von F i g. 3 ist. Wieder ist der Kern 10 α als der vollgewählte Kern angenommen. Zusätzlich zu den in Verbindung mit F i g. 2 erwähnten Strompfaden ist jedoch parallel dazu ein Rückkehrpfad für den Strom I₀ über die Leitung 22 x, die damit in Reihe liegende Induktivität 24, die gemeinsame Leitung 26, die Leitung 2Ox und die damit in Reihe liegende Induktivität 24 vorgesehen. Wenn die Induktivitäten 24 ausreichend dimensioniert sind, fließt während des Umschaltens ein großer Teil des Ausgangsstroms I₀ durch die Ausgangswicklungen der halbgewählten Kerne, der eine Aufhebung der Störsignale in derselben Weise wie bei der Schaltung von Fig. 2 bewirkt. Nachdem jedoch einmal der eingeschwungene Zustand erreicht ist, fällt der Einfluß der Induktivitäten 24 auf Null ab, und der oben beschriebene Pfad bildet einen nahezu widerstandslosen Rückkehrpfad für den Ausgangsstrom I₀. Während eines großen Teils des Arbeitszyklus muß also der vollgewählte Kern 10 a nur auf seinen eigenen Belastungswiderstand 18 α arbeiten.

Um eine optimale Aufhebung der Störsignale zu erreichen, müssen die Induktivitäten 24 so gewählt werden, daß der Spannungsabfall, der an ihnen durch den Ausgangsstrom I₀ erzeugt wird, etwa gleich den in den Wicklungen der halbgewählten Kerne induzierten Störspannungen ist. Dann ist die Gesamtspannung in jeder geschlossenen Schleife, die die Ausgangswicklung 16 a des vollgewählten Kernes nicht enthält, gleich Null, z. B. in der Schleife, die aus der Ausgangswicklung 16 a, der Leitung 22 z, der damit in Reihe liegenden Induktivität 24, der gemeinsamen Leitung 28, der gemeinsamen Leitung 26, der Leitung 20χ und der damit in Reihe liegenden Induktivität 24 besteht, denn die Störspannung an der Wicklung 16 g und die an den mit den Leitungen 22 z und 2Ox in Reihe liegenden Induktivitäten abfallende Spannung sind gleich groß und entgegengesetzt gerichtet. Ebensolche einander kompensierende Spannungen finden sich in jeder anderen geschlossenen Schleife, die die Ausgangswicklung 16a nicht enthält. In einer praktisch ausgeführten Schaltung werden jedoch die Wellenformen der Spannungen an einer Induktivität 24 und an der Ausgangswicklung eines halbgewählten Kernes nicht vollständig gleich sein, so· daß sich diese Spannungen trotz gleichen Mittelwertes nicht ständig kompensieren. Es werden daher kurze, allerdings vollkommen bedeutungslose Stromimpulse in den genannten Schleifen fließen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltkernmatrix, insbesondere für die Aufrufeinrichtungen von Magnetkern-Matrixspeichern, in welcher die Ausgangswicklungen der Schaltkerne mit ihren zugehörigen Verbrauchern in Reihe zwischen jeweils zwei, mehreren Schaltkernen gemeinsame Sammelleitungen eingeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zeile (12x, 12 y, 12 z) und jeder Spalte (14x, 14y, 14z) der Schaltkernmatrix (Fig. 1) eine Sammelleitung (2Ox, 2Oy, 20z; 22x, 22y, 22z) zugeordnet ist und daß ein Ende jeder Reihenschaltung von Ausgangswicklung (16 a) und Verbraucher (18 a) eines Schaltkernes (10 a) an die ihrer Zeile zugeordnete Sammelleitung (2Ox) und das andere Ende an die ihrer Spalte zugeordnete Sammelleitung (22x) angeschlossen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitungen (2Ox,

20y, 20z; 22*, 22y, 22z) über je einen induktiven Widerstand (24) mit einem gemeinsamen Punkt (30) verbunden sind (Fig. 2),

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die induktiven Widerstände (24) derart bemessen sind, daß der Spannungs-

abfall des Ausgangsstromes eines ausgewählten Schaltkernes (10 a) an jedem der beiden in seinem Stromkreis liegenden induktiven Widerstände (24) weitgehend der Störspannung an der Ausgangswicklung (16 c) eines nur halbgewählten Schaltkernes (10 c) gleich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 577/163 5.65 © Bundesdruckerei Berlin