DE1499611B1

DE1499611B1 - Speicherzelle mit Tunneldiode und Speicher mit mehreren dieser Speicherzellen

Info

Publication number: DE1499611B1
Application number: DE19661499611
Authority: DE
Inventors: Robert Van Zurk
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1965-04-02
Filing date: 1966-03-25
Publication date: 1970-08-06
Also published as: BE678231A; LU50794A1; NL6604271A; CH454225A; GB1089805A; ES324968A1; FR1441560A

Description

Die Erfindung betrifft eine Speicherzelle mit Demgegenüber war bisher lediglich ein Schiebe-Tunneldiode, deren Anode geerdet und deren register bekannt (vgl. deutsche Patentschrift Kathode durch eine Gleichspannungsquelle über 1153 071), das aus Speicherzellen besteht, die den einen Widerstand derart vorgespannt ist, daß zwei eingangs erwähnten bekannten Speicherzellen ähnstabile Schaltzustände an der Tunneldiode einstellbar 5 lieh sind, wobei als Zwischenspeicher die Schaltung sind, deren Kathode ferner einerseits an den Eingang einer ersten Diode, die einen positiven Schiebeimpuls der Speicherzelle und andererseits an den Ausgang überträgt, zusammen mit einer zweiten Diode, die der Speicherzelle über ein erstes Element sowie über einen negativen Rückstellimpuls überträgt, dient. Ereine zum Eingang gerichtete Ausgangsdiode ange- findungsgemäß wird dagegen vorteilhafterweise die schlossen ist, und der Verbindungspunkt zwischen io Speicherung durch eine einzige Diode, nämlich die dem ersten Element und der Ausgangsdiode über ein Speicherdiode, vorgenommen.

zweites Element mit einer Ansteuerimpulsquelle ver- Eine erfindungsgemäße Speicherzelle, bei der die

bundenist. Kathode der Tunneldiode an eine Vorspannungs-

Eine derartige Speicherzelle ist im wesentlichen quelle über eine Potentiometerschaltung und der Ein-

bereits bekannt bzw. vorgeschlagen worden. 15 gang der Speicherzelle direkt an einen der Verbin-

Eine bekannte ähnliche Speicherzelle (RCA- dungspunkte der Potentiometerschaltung angeschlos-

Technical Notes, September 1961, S. 1 bis 5, ins- sen ist, kann dadurch vorteilhaft weitergebildet wer-

besondere F i g. 5) ist ebenfalls durch einen zwei- den, daß die Kathode der Tunneldiode mit der Basis

poligen Impuls ansteuerbar und kann als Schiebe- eines Transistors verbunden ist, dessen Kollektor und

register verwendet werden. Das Lesen und die Infor- 20 Emitter an Spannungsquellen angeschlossen sind und

mationsübertragung werden während der ersten Halb- dessen Emitter außerdem mit einer Anzeigeeinrich-

welle des zweipoligen Ansteuerimpulses vorgenom- rung verbunden ist.

men, so daß während dessen zweiter Halbwelle die Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in

Nullrückstellung stattfindet. der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigt

Dagegen wird eine andere bekannte ähnliche Spei- 25 F i g. 1 das Prinzipschema einer erfindungsgemäßen cherzelle (IBM-Techn. Discl. Bull., April 1961, S. 41) Speicherzelle, die Teil eines Ringzählers ist,
nicht durch einen zweipoligen Impuls angesteuert, Fig. 2 eine weitere erfindungsgemäße Speichersie ist auch nicht für Schieberegister geeignet. zelle,

Bei einer vorgeschlagenen ähnlichen Speicherdiode F i g. 3 eine Anordnung zur Untersuchung der

(deutsche Patentschrift 1257 846), die ebenfalls nicht 30 Speicherzelle gemäß Fig. 2.

für Schieberegister geeignet ist, treten zwei aufein- Die in F i g. 1 dargestellte Speicherzelle 2 bildet die anderfolgende Funktionsabläufe auf, die durch zwei /-te Speicherzelle eines Ringzählers. Sie enthält eine an unterschiedlichen Eingängen eingespeiste Impulse Tunneldiode 4, deren Anode geerdet ist, während die steuerbar sind, wobei der erste zweipolige Impuls die Kathode über einen als Vorwiderstand dienenden Nunrückstellung und die Informationsübertragung 35 Widerstand 6 mit der negativen Klemme einer Vor- und der zweite das Lesen bewirkt. Spannungsquelle E_i verbunden ist. Der Verbindungs-Alien diesen Speicherzellen ist gemeinsam, daß die punkt des Widerstandes 6 und der Tunneldiode 4 ist zur Informationsübertragung notwendige Energie von einerseits mit dem Ausgang E der (7—l)-ten Speider Tunneldiode abgenommen wird, weshalb sie cherzelle 3 und andererseits über die Reihenschalgegenüber Änderungen der Betriebsparameter sehr 4° rung einer Diode 8 und einer mit dieser gleichsinnig empfindlich sind. angeordneten Ausgangsdiode 10 mit dem Eingang S₀

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, bei einer der 7+ 1-ten Speicherzelle 5 verbunden. Die Kathode Speicherzelle der eingangs genannten Art die Stör- der Diode 8 ist an die Tunneldiode 4 angeschlossen, anfälligkeit zu verringern, indem eine äußere Quelle während die Anode der Ausgangsdiode 10 mit der die zur Informationsübertragung notwendige Energie 45 folgenden Speicherzelle 5 verbunden ist. An den Verliefert, bindungspunkt der Diode 8 und der Ausgangsdiode

Die Speicherzelle der eingangs genannten Art ist 10 ist eine Speicherdiode (Speicher-Schaltdiode) 12

gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß angeschlossen, deren Anode mit einer nicht dar-

das erste Element eine Diode ähnlich der Ausgangs- gestellten Ansteuerimpulsquelle 9 verbunden ist.

diode und mit dieser gleichsinnig gerichtet ist, daß 50 Wie später bei der Beschreibung der Wirkungs-

das zweite Element eine zur Kathode der Ausgangs- weise der Speicherzelle erläutert wird, bestehen die

diode gerichtete Speicherdiode ist und daß die An- Ansteuerimpulse S aus zwei aufeinanderfolgenden

steuerimpulsquelle zweipolige Ansteuerimpulse er- Impulsen 14,16 entgegengesetzter Polarität

zeugt. Die Zwischenspeicherung der Speicherzelle 2 wird

Erfindungsgemäß werden also die Ansteuerimpulse 55 durch die Speicherdiode 12 vorgenommen. Wenn die durch die Speicherdiode verstärkt, die während einer Speicherzelle 2 in Betrieb ist, ist die Speicherdiode 12 bestimmten Zeit Ladungen sammelt, die am Ende unabhängig vom Schaltzustand der Tunneldiode 4 des Ansteuerimpulses schnell freigesetzt werden, so stets gesperrt (der Schaltzustand »1« entspricht einer daß am Ausgang der Speicherzelle ein starkes Signal hohen Anoden-Kathoden-Spannung und der Schalterhalten wird. Genauer gesagt, während der ersten 60 zustand »0« einer niedrigen Anoden-Kathoden-Span-Halbwelle der zweipoligen Ansteuerimpulse werden nung). Man stellt jedoch fest, daß die Speicherdiode Ladungen gesammelt, wobei die Speicherdiode als 12 dem Leitungszustand näher ist, wenn sich die Zwischenspeicher dient, und die gesammelten Ladun- Tunneldiode 4 im Schaltzustand »1« befindet. Der gen werden dann während der zweiten Halbwelle der erste Impuls des Ansteuerimpulses S muß daher eine zweipoligen Ansteuerimpulse freigesetzt. 65 solche Amplitude besitzen, daß er den Leitungs-

Daraus ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße zustand der Speicherdiode 12 nur dann herbeiführt,

Speicherzelle für den Aufbau von Schieberegistern wenn sich die Tunneldiode 4 im Schaltzustand »1«

oder Ringzählern sehr geeignet ist. befindet. Nur in diesem Fall kann ein Impuls, der

ORIGINAL INSPECTED

Claims

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dem ersten Impuls 14 des Ansteuerimpulses unmittel- Hinblick auf das Vorhandensein dieser Ladungen,

bar folgt und entgegengesetzte Polarität wie dieser wird der negative Impuls des Ansteuerimpulses in die

besitzt, die Speicherdiode 12 passieren und die fol- Speicherzelle /+1 übertragen, die den Schaltzustand

gende Speicherzelle betätigen (vorausgesetzt, daß »1« annimmt,

seine Amplitude einen bestimmten Wert besitzt). 5 Der Zweig B-C ist leicht im umgekehrten Sinn

Die Auslösung der Speicherzelle 2 setzt voraus, vorgespannt. Dies läßt sich durch Wahl der Aus-

daß diese von einem inversen Strom I_R, der von den gangsdiode 10 vermeiden.

Daten des Stromkreises abhängt, während einer In einem Schieberegister können sich mehrere

Minimalzeit t_min durchflossen wird, was einer Elek- Speicherzellen im Schaltzustand »1« befinden. Damit

trizitätsmenge Q_m;« entspricht. Für gut definierte io die Amplitude des als Taktsignal dienenden An-

Schaltzustände muß gelten: Steuerimpulses genau definiert ist, muß die Ausgangs-

O == nö impedanz der Ansteuerimpulsqüelle sehr klein sein.

^mn ' Diese Bedingung begünstigt die Erzielung eines hohen

Hierbei bedeutet Q% die Menge der restlichen Ladun- Verhältnisses

gen, die trotz des Schaltzustaüdes »0« der Tunnel- 15 Qmin

diode 4 infolge der Streukapazitäten der Speicher- ~ ·

diode 12 gespeichert sind, während η ein Koeffizient ^^R

ist, der ein Mehrfaches von 1 betragen kann. Die Die Speicherzelle gemäß F i g. 2 wurde zum Auf-Zeitintervalle Θ zwischen aufeinanderfolgenden An- bau eines Ringzählers aus fünf Speicherzellen besteuerimpulsen müssen der Ungleichung genügen: 20 nutzt. Dieser Ringzähler wurde ferner auch als 0 > t _i_ t Schieberegister verwendet. Das Verhalten dieses ⁼ ^{e r}' Ringzählers wurde mit Hilfe einer Vorrichtung be-Hierbei bedeutet t_e die Zeit zur Einspeicherung und stimmt, die Doppehmpulse erzeugt und in F i g. 3 t_r die Zeit zur Ausspeicherung (Wiederherstellung) dargestellt ist.
der Ladung ß_m;n. 25 Die Vorrichtung gemäß F i g. 3 enthält einen Im-

Die in F i g. 2 dargestellte Speicherzelle läßt sich pulsgenerator 36, der über ein Koaxialkabel 38 mit zum Aufbau eines Ringzählers und eines Schiebe- einem Impulsverdoppler 40 verbunden ist, der jeden registers benutzen. Gemäß Fig. 2 wird die Vorspan- vom Impulsgenerator 36 erzeugten Impuls in zwei nung durch ein Potentiometer 18 und drei Wider- Impulse umwandelt, die durch ein einstellbares Zeitstände 20, 22 und 24 erzeugt. Die Kathode der 30 intervall Θ voneinander getrennt sind. Der Ausgang Tunneldiode 4 ist mit der negativen Klemme der des Impulsverdopplers 40 ist über ein Koaxialkabel Spannungsquelle U₄ über das Potentiometer 18 und 42 mit einem Impedanzwandler 44 verbunden, dessen die Widerstände 20 und 22 verbunden, während der Ausgang mit dem Ansteuereingang des Ringzählers Widerstand 24 parallel zur Tunneldiode 4 geschal- und mit einem Impulsformer 46 zur Verbesserung tet ist. 35 der Impulsform verbunden ist. Eine mit dem Eingang

Die Verbindung zwischen der dargestellten Spei- des Impedanzwandlers 44 verbundene Diode 48 dient

cherzelle und der vorhergehenden Speicherzelle 3 zur NullrücksteJUung.

erfolgt am Verbindungspunkt zwischen den Wider- Die Nullrückstellung kann mittels eines positiven

ständen 20 und 22. Jeder Speicherzelle ist ein Aus- Impulses mit einer Zeitdauer von über 4,5 ns er-

gangskreis zugeordnet, der den Schaltzustand der 40 folgen, der dem Eingang des Impedanzwandlers zu-

Tunneldiode 4 angibt. Dieser Ausgangskreis wird geführt wird, oder mittels eines positiven Impulses,

durch einen Transistor 26 gebildet, dessen Basis dessen Amplitude etwa 1V beträgt und der dem

direkt mit der Kathode der Tunneldiode 4 verbunden Ringzählereingang zugeführt wird,

ist, während der Kollektor mit der negativen Klemme Die Wirkungsweise des Ringzählers ist zufrieden-

—E 26 einer Vorspannungsquelle und der Emitter 45 stellend, wenn die Zeitdauer β größer oder gleich

einerseits mit der positiven Klemme +£27 derselben 3 ns ist. Er besitzt eine hohe Zuverlässigkeit, da die

Vorspannungsquelle über einen Widerstand 28 und negative Speisespannung um + 4 % und die Ampli-

andererseits mit den Ablenkplatten eines Oszillo- tude der Taktsignale um ±6% schwanken kann,

graphen oder einer nicht gezeigten Anzeigevorrich- Wenn Θ wesentlich größer als 3 ns ist, können die

tung über einen Widerstand 30 verbunden ist. Beim 50 Schwankungen der Speisespannung ±6,2% und die

Bau eines Ringzählers aus derartigen Speicherzellen der Taktsignale ± 9,5 °/o betragen,

wird die Taktsignalquelle mit der Ansteuerimpuls- Bei Verwendimg der Speicherzelle zum Aufbau

quelle 32 verbunden. eines Schieberegisters analog zum Ringzähler ergibt

Befindet sich die Tunneldiode 4 der /-ten Speicher- sich eine Auflösung und eine Zuverlässigkeit der

zelle im Schaltzustand »0«, so ist die positive Halb- 55 gleichen Größenordnung.

welle des Ansteuerimpulses nicht groß genug, um Mit Rücksicht auf die große Arbeitsgeschwindigeinen Strom im Zweig A-B hervorzurufen. Sehr keit des erläuterten Ringzählers sowie im Hinblick wenig Ladungen werden durch die Speicherdiode 12 auf seinen geringen Raumbedarf kann man ihn beigespeichert, so daß die negative Halbwelle des An- spielsweise in einer Zeitkodiereinrichtung mit kleiner Steuerimpulses zur (/+l)-ten Speicherzelle 5 nicht 60 Auflösezeit verwenden,
übertragen wird, so daß deren Tunneldiode im „ .. ,
Schaltzustand »0« bleibt. Patentansprüche:

Wenn sich die Tunneldiode 4 der /-ten Speicher- 1. Speicherzelle mit einer Tunneldiode, deren

zelle im Schaltzustand »1« befindet, ist der Zweig Anode geerdet und deren Kathode durch eine

A-B im direkten Sinne vorgespannt. Der erste Impuls 65 Gleichspannungsquelle über einen Widerstand

des Ansteuerimpulses mit positiver Polarität bringt derart vorgespannt ist, daß zwei stabile Schalt-

die Tunneldiode 4 in den Schaltzustand »0« zurück zustände an der Tunneldiode einstellbar sind,

und bringt Ladungen in die Speicherdiode 12. Im deren Kathode ferner einerseits an den Eingang

der Speicherzelle und andererseits an den Ausgang der Speicherzelle über ein erstes Element sowie über eine zum Eingang gerichtete Ausgangsdiode angeschlossen ist, und der Verbindungspunkt zwischen dem ersten Element und der Ausgangsdiode über ein zweites Element mit einer Ansteuerimpulsquelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element eine Diode (8) ähnlich der Ausgangsdiode (10) und mit dieser gleichsinnig gerichtet ist und daß das zweite Element eine zur Kathode der Ausgangsdiode (10) gerichtete Speicherdiode (12) ist und daß die Ansteuerimpulsquelle zweipolige Ansteuerimpulse (14,16) erzeugt.
2. Speicherzelle nach Anspruch 1, bei der die Kathode der Tunneldiode an eine Vorspannungsquelle über eine Potentiometerschaltung und der Eingang der Speicherzelle direkt an einen der Verbindungspunkte der Potentiometerschaltung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode der Tunneldiode (4) mit der Basis eines Transistors (26) verbunden ist, dessen Kollektor und Emitter an Spannungsquellen (—E26, +E 27) angeschlossen sind und dessen Emitter außerdem mit einer Anzeigeeinrichtung verbunden ist (F i g. 2).
3. Speicher mit mehreren Speicherzellen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherzellen in Reihe zu einem Ringzähler zusammengeschaltet sind.
4. Speicher mit mehreren Speicherzellen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherzellen in Reihe zu einem Schieberegister zusammengeschaltet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen