DE1549009C - Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von Störungen in einer Speicherschaltung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung betrieben werden und über Leitungen mit den auf zur Unterdrückung von Störungen in einer Speicher- Zimmertemperatur befindlichen Ansteuer-, Schreibschaltung mit mindestens einer einseitig auf Null- und Leseschaltungen verbunden sind,
potential liegenden Ansteuerleitung, die kapazitiv mit Die Erfindung ist im folgenden an Hand der in den einem nicht auf Nullpotential liegenden Leiterelement 5 Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher gekoppelt ist, mit dem außerdem eine ebenfalls ein- erläutert. In den Zeichnungen zeigt
seitig auf Nullpotential liegende Leseschaltung kapa- F i g. 1 in schematischer Darstellung ein Speicherzitiv gekoppelt ist, wobei die Störungen von der An- element einer bekannten cryoelektrischen Speichersteuerleitung über das Leiterelement kapazitiv in die anordnung,
Leseschaltung eingekoppelt werden. io F i g. 2 ein die Herkunft der Störungen in der. An-

Bei Speichern mit vielen, matrixartig angeordneten Ordnung nach F i g. 1 erläuterndes Ersatzschaltbild,

Speicherelementen wird das jeweils ein- oder auszu- F i g. 3 und 4 die Wirkungsweise der erfindungs-

lesende Speicherelement mit Hilfe zweier Ansteuer- gemäßen Anordnung erläuternde Ersatzschaltbilder,

leitungen bestimmt, an deren Kreuzungspunkt sich F i g. 5 das Schaltschema einer vereinfachten Form

die Ansteuersignale.in ihrer Wirkung zu einem Wert 15 der erfindungsgemäßen Anordnung und

überlagern, bei dem das betreffende Speicherelement F i g. 6 das Schaltschema einer anderen Ausfüh-

ein gleichzeitig zugeführtes Schreibsignal einspeichern rungsform der erfindungsgemäßen Anordnung,

kann oder ein eingespeichertes Signal ausspeichert. Bei der nachstehenden Beschreibung ist vorausge-

Infolge der bei solchen Speicherelementen auftreten- setzt, daß die Speicherelemente, die Speicherebenen

den, einleitend beschriebenen kapazitiven Koppelun- 2° und bestimmte andere Schaltungskomponenten in

gen können von einer Ansteuerleitung auch an einer cryogenen Umgebung angeordnet sind, was be-

Speicherelementen, die gerade nicht angewählt sind, kanntlich dadurch geschehen kann, daß alle diese

Störimpulse in die Leseschaltung überkoppeln, welche Schaltungskomponenten in ein Flüssigheliumbad ein-

so groß sein können, daß sie fälschlicherweise als aus- getaucht werden und der Oberflächendruck des Bades

gelesene Speichersignale gewertet werden. 25 entsprechend kontrolliert wird. F i g. 1 zeigt innerhalb

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Vermei- des gestrichelten Blockes die in einer solchen cryoge-

dung des Auftretens solcher Störimpulse in der Lese- nen Umgebung angeordneten Schaltungskomponen-

schaltung. ten.

Eine Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von Die erfindungsgemäße Schaltung läßt sich auf Störungen in einer Speicherschaltung mit mindestens 30 Speicheranordnungen mit einer oder mehreren Speieiner einseitig auf Nullpotential liegenden Ansteuer- cherebenen anwenden, wobei jede Speicherebene leitung, die kapazitiv mit einem nicht auf Nullpoten- Hunderte bis Hunderttausende von Speicherelementen tial liegenden Leiterelement gekoppelt ist, mit dem enthalten kann. Die einzelnen Speicherebenen entaußerdem eine ebenfalls einseitig auf Nullpotential halten jeweils eine Grundschicht, viele in Reihe geliegende Leseschaltung kapazitiv gekoppelt ist, wo- 35 schaltete Speicherschleifen und mindestens je eine abei die Störungen von der Ansteuerleitung über das und fe-Ansteuerleitung.

Leiterelement kapazitiv in die Leseschaltung einge- In Fig. 1 ist lediglich ein Speicherplatz oder koppelt werden, zeichnet sich zur Lösung dieser Auf- Speicherelement gezeigt. Die übrigen Speicherschleigabe erfindungsgemäß dadurch aus, daß das Leiter- fen der Anordnung brauchen hier. nicht gezeigt zu element über ein induktiv mit der Leseschaltung ge- 40 werden. Das Speicherelement ist über einer Grundkoppeltes Überbrückungselement mit Nullpotential schicht 10 angeordnet, die aus einem Supraleiter wie verbunden ist, dessen Induktivität im wesentlichen Blei bestehen kann. Über der Grundschicht, isoliert gleich der Gegeninduktivität zwischen Leseschaltung von dieser, ist eine Leseleitung s aus einem Supra- und Überbrückungselement ist. leiter wie Zinn angeordnet. Die Leseleitung besteht

Durch diese Maßnahme lassen sich die eingekop- 45 aus einer Eingangsleitung 12, einer Ausgangsleitung

pelten Störströme durch den das Uberbrückungsele- 14 und zwei parallelen Stromwegen 16 und 18, die

ment durchfließenden Strom genau kompensieren, so eine Speicherschleife 19 für persistenten Strom bilden,

daß sie sich in der Leseschaltung nicht mehr auswir- Der Stromweg 16 überquert eine öffnung 20 in der

ken können. Bei einer bevorzugten Ausführungsform Grundschicht, während der Stromweg 18 keine solche

der Erfindung wird das Überbrückungselement durch 50 öffnung überquert.

eine die Leseschaltung umgebende leitende Abschir- Über der Speicherschleife verlaufen zwei Ansteuermung gebildet, die mit ihrem dem Leiterelement ab- leitungen α und b aus einem Supraleiter wie Blei, gewandten Ende mit dem nullpotentialseitigen An- Diese beiden Leitungen liegen in dem Bereich, wo sie Schluß der Leseschaltung verbunden ist. Zur Verhin- die Schleife überqueren, übereinander. Sie sind vonderung weiterer unerwünschter Kopplungen kann fer- 55 einander, von der Grundschicht, von der Leseleitung s ner die Abschirmung noch von zusätzlichen Ab- und von der Speicherschleife 19 isoliert. Die Isolation Schirmhüllen umgeben sein, innerhalb deren die zwischen den einzelnen Leitern, die durch Dünn-Schreibleitungen bzw. die Ansteuerleitungen verlau- schichten aus Siliciummonoxyd od. dgl. gebildet werfen und die an einem Ende mit dem Leiterelement, den kann, ist um der besseren Übersichtlichkeit willen am anderen Ende mit den auf Nullpotential liegen- 60 nicht gezeigt. Die verschiedenen Zinn- und Bleileiden Anschlüssen der Signalquellen für die Schreib- tungen können ebenfalls als Dünnschichten ausgebil- bzw. Ansteuersignale verbunden sind. Dadurch läßt det sein.

sich zusätzlich eine bessere Entkopplung der zum Um in die Speicherzelle nach Fig. 1 Information

Speicher führenden Ansteuerleitungen und Schreib- einzuschreiben, werden von der Schreibstromquelle

stromleitungen von der Leseleitung erreichen. 65 30 der Leitung s ein Schreibstrom l_w und von der a-

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung und der ft-Ansteuerstromquelle 32 bzw. 34 den Lei-

liegt bei Speichern mit supraleitenden Speicherele- tungen α bzw. b Ansteuerströme I₀ bzw. I_b zugeleitet,

menten, die in einer sehr tief gekühlten Umgebung Der Schreibstrom I_w verteilt sich entsprechend der

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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-Grundschicht 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 I_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- i° 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 α 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 I_w 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 I_a und I_b werden jetzt ent- Wie aus F i g. 1 zu ersehen ist, befindet sich die

fernt, während der Schreibstrom /„, 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 I_w 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, ζ. B. bei 47 in F i g. 2, angedeutet. Versucht also ein Dauerstrom, der den in der Schleife einge- man, die Grundschicht 10 mittels einer Leitungsverfangenen Fluß unterhalt. 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 ange-

ströme zugeführt werden. Die beiden Leseströme sammelte Ladung ein Stromfluß durch diese Induk-

schalten 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 ab-

den 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 verkör-

wird, 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 L₂ stellt die verteilte Induktivität der gesamten Leseschaltung, gesehen von der Grundschicht über den Leseverstärker nach Masse, dar.

Erfindungsgemäß ist ein Überbrückungszweig 50 zwischen die Grundschicht und Masse geschaltet. Dieser Überbrückungszweig 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 Überbrückungszweig so ausgebildet, daß er das etwaige Nutzlesesignal nicht kurzschließt.

Erfindungsgemäß ist der Überbrückungszweig nach Fig. 3, damit er die gewünschten Eigenschaften aufweist, induktiv mit der Leseschaltung gekoppelt und ist seine verteilte Induktivität L₁ gleich der Gegeninduktivität M zwischen dem Überbrückungszweig 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.

e =L -^- ι Μ ^d'^2
1 * di ⁺ di ·

² di di

e_x = e₂ (durch Untersuchung).

^₂=L₂

+ M
di

^d/o _r ^d*'i
di di

— M

di di

+ M

dt

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

_(Ll^M)-^ + M^-(M-L₂)-^ + L₂-^-. dt dt dt dt

Durch Vereinigen der Ausdrücke und Vereinfachen ergibt sich:

(L₁ + L₂- 2M) -^- = (L₂ - M) -^iI
di di

_^dA
dt

L_n-M

L₁

L₂- 2M

dt

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

L., - L₁

di

L₁+ L₂- 2L₁ d/j d/₀

dt

di

(9)

Da gemäß F i g. 3 wegen der Kondensatoren 40, 44 kein Gleichstrom durch die Induktivitäten L₁ und L₀ fließen kann, ist die Konstante C ■
lieh ist:

0. FoIg-

*o ·

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 Dewar-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 <2-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 5-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 F i g. 5. Jedoch sind außer dem einzigen Überbrückungszweig nach F i g. 5 zwei zusätzliche Überbrückungszweige 70 und 72 vorhanden. Dadurch werden etwaige Reststörkomponenten, die beispielsweise an der Doppelleitung 60 auftreten können,

z. B. auf die Mäntel 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 Überbrückungselement (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