DE1785668U

DE1785668U - MAGNETIC MEMORY ELEMENT.

Info

Publication number: DE1785668U
Application number: DE1956S0021733
Authority: DE
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1956-09-28
Filing date: 1956-09-28
Publication date: 1959-03-26

Description

Magnetisches Speicherelement --------------------------- Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetisches Speicherelement mit einem Magnetkern von einer nur wenig unterhalb 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.Magnetic storage element --------------------------- The invention relates to a magnetic storage element with a magnetic core with a saturation remanence only slightly below saturation and with at least two windings applied to "this magnetic core, one of which (the output winding) when a switching pulse is supplied to another winding (the switching winding) in the In the event that this switching pulse changes the magnetism of the magnetic core from its one stable state of magnetization to its other, it emits a pulse of a certain minimum height.

Ab/Ky - 2 - Derartige magnetische Speicherelemente finden beispielsweise als bistabile Schaltglieder in Schieberegistern Verwendung. In Figur 1 der Zeichnung ist ein aus magnetischen Speicherelementen aufgebautes Schieberegister im Ausschnitt dargestellt, wobei jeder der gezeichneten ringförmigen Magnetkerne M1, M2... und N1, N2... je drei Wicklungen besitzt : die Eingangswicklung E, die Schultwicklung S und die Ausgangswicklung A. Bei der dargestell- "A. Bei der darges'- ten, beispielsweisen Ausführungsform eines Schieberegisters erfolgt das V/eiterschalten der binären'Speicherwerte"Null"und "Eins", die dem'Magnetkern M1 über seine den Eingang des Schieberegisters bildende Eingangswicklung E zugeführt werden, jeweils in zwei Schritten. Beim Auftreten eines Schaltimpulses Pm sind die Magnetkerne M1, M2... die schaltenden Kerne und die Magnetkerne N1, N2... die geschalteten Kerne. Beim Auftreten eines Schaltimpulses Pn sind die Magnetkerne N1, N2... die schaltenden Kerne und die Magnetkerne M1, M2... die geschalteten Kerne.Ab / Ky - 2 - Such magnetic storage elements are used, for example, as bistable switching elements in shift registers. In Figure 1 of the drawing, a shift register constructed from magnetic storage elements is shown in detail, each of the drawn ring-shaped magnetic cores M1, M2 ... and N1, N2 ... each having three windings: the input winding E, the School winding S and the starting winding A. In the case of the illustrated "A. In the case of the In the eighth, exemplary embodiment of a shift register, the binary storage values "zero" and "one", which are fed to the magnetic core M1 via its input winding E forming the input of the shift register, are switched in two steps. When a switching pulse Pm occurs, the magnetic cores M1, M2 ... are the switching cores and the magnetic cores N1, N2 ... are the switched cores. When a switching pulse Pn occurs, the magnetic cores N1, N2 ... are the switching cores and the magnetic cores M1, M2 ... are the switched cores.

Die Ausgangswicklung A jedes Magnetkernes ist über je ein richtungsabhängiges Kopplungsglied K mit der Eingangsv.'icklung E des jeweils nächstfolgenden Magnetkernes verbunden. Die reich- des jevieils nächst-Polgenden tungsabhängigen Kopplungsglieder K legen die Weiterschalterichtung des Schieberegisters fest, indem sie die betreffenden Einund'Ausgangswicklungen in der von links nach rechts weisenden Weiterschalterichtung miteinander verkoppeln und in der entgegengesetzten Ri-chtung. entkoppeln. Die Schaltwicklungen S der Magnetkerne M1, M2... bzw. N1, N2... sind jeweils in Serie ge- schaltet. Der aus den Schaltwicklungen der Magnetkerne M1, M2... bzw. N1, N2... jeweils gebildete Serienschaltung werden die -. periodisch auftretenden Schaltimpulse Pm bzw. Pn zugeführt, wo- ' bei 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 to the input winding E via a direction-dependent coupling element K of the next following magnetic core. The rich of the next-pole-ending in each case Connection-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 in the opposite direction. decouple. The switching windings S of the magnetic cores M1, M2 ... or N1, N2 ... are each connected in series switches. The one from the switching windings of the magnetic cores M1, M2 ... or N1, N2 ... each formed series circuit will be the -. periodically occurring switching pulses Pm or Pn supplied, where- ' when there is 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 M1, M2..., die den dem Speicherwert"Eins"entsprechenden einen Magnetisierungszustand einnehmen, in den dem Speicherwert"Null"ent- sprechenden anderen Magnetisierungszustand. Das Gleiche gilt für die Schaltimpulse Pn hinsichtlich der Magnetkerne N1, N2.... Durch jeden derartigen von einem Schaltimpuls bewirkten Umma- gnetisierungsvorgang wird in der Ausgangswicklung A des betref- fenden Magnetkernes ein elektrischer Impuls induziert, der über das betreffende Kopplungsglied K an die Eingangswicklung E des jeweils nachfolgenden Magnetkernes weitergegeben wird. Dieser Magnetkern ist seinerseits durch den jeweils vorhergehenden , netisierungs- Schaltimpuls in den einer"Null"entsprechenden Magnetisierungs- zustand übergeführt worden-sofern er diesen Zustand nicht schon eingenommen hatte-und wird nun durch den seiner Eingangswicklung E vom vorhergehenden Magnetkern zugeführten genannten Induktionsimpuls in den einer "Eins" entspreschenden Magnetisierungszustand gekippt. Diese, den Speicherwert"Eins"gliedweise weiter webenden Induktionsimpulse werden üblicherweise als "Eins"-Impulse bezeichnet 6 Andererseits geben auch diejenigen Magnetkerne, die bereits den dem Speicherwert"Null"entsprechenden Magnet. isierungszustand einnehmen, an ihrer betreffenden Ausgangswicklung A beim Auftreten eines ihrer betreffenden Schaltwicklung S zugeführten ..-.'in Schaltimpulses einen Induktioisimpuls ab, obwohl der betreffende 't 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 S übergeführt werden, die am Ende des be- treffenden 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 jeweils nächsten Schaltimpulses die Magnetisierung des betreffenden Kernes, wodurch in dessen Ausgangswicklung A ein "Null"-Impuls induziert wird.Each switching pulse Pm flips those of the magnetic cores M1, M2 ... which assume the magnetization state corresponding to the storage value "one" in which the storage value "zero" results. speaking other state of magnetization. The same goes for for the switching pulses Pn with regard to the magnetic cores N1, N2 .... Every such change caused by a switching pulse The gnetization process is carried out in the output winding A of the fenden magnetic core induces an electrical pulse, which is passed on via the relevant coupling element K to the input winding E of the respective subsequent magnetic core. This magnetic core is in turn replaced by the previous one , netization Switching pulse in the magnetization corresponding to a "zero" state - provided it had not already assumed this state - and is now switched to the magnetization state corresponding to a "one" by the induction pulse supplied to its input winding E from the preceding magnetic core. These induction pulses that further weave the storage value "one" in limb are usually referred to as "one" pulses 6 On the other hand, those magnetic cores also produce the magnet corresponding to the storage value "zero". assume isierungsstatus, fed to their respective output winding A when one of their respective switching winding S occurs ..-.'in Switching pulse from an induction pulse, although the relevant one 't Switching impulse 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, compared to the saturation magnetization into which the cores are converted when a switching pulse occurs on their switching winding S, which occurs at the end of the matching switching pulse remaining magnetization-die Saturation remanence- is smaller by a certain amount. Around \ this amount, which is relative to the size of the saturation magnetization is only slight, changes when the next one occurs Switching pulse, the magnetization of the core concerned, whereby a "zero" pulse is induced in its 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 induzieren 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 voltage of a The "one" pulse is only small - this is the case with commercially available memory cores Voltage ratio of "one" pulse to "zero" pulse in the region of ten-can he does not generally follow the magnetic core following the generating magnetic core toggle into the magnetization state corresponding to the memory value "one". One on the input winding of a magnetic core, however, reduces the given 'zero' pulse remanent magnetization corresponding to the memory value "zero", so that this magnetic core in its output winding when the next one of its switching winding occurs Switching pulse a "zero" pulse from a compared to the original "zero" pulse Induce increased voltage In this way, when the Storage value "zero" in the shift register a progressive from core to the core more and more interfering impulse from; the, if-he the for a magnetization reversal required voltage is reached, the memory value to be switched "zero" into the value "One" falsified.

Es ist deshalb erwünscht, die weitergegebenen "Null"-Impuls in ihrer Spannung gegenüber den"Eins"-Impulsen möglichst zu ver- ringern. 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 use the passed "zero" pulse in to reduce their voltage to the "one" pulses as much as possible wrestle. This wish occurs not only in the case of magnetic shift registers; but everywhere; where magnetic storage elements are coupled to other magnetic storage elements 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 in the coupling circuits between the individual magnetic storage elements each to attach a pre-tensioned directional ladder, which the passing on prevents pulses lying below a certain minimum level. These are however, bias sources are required.

Demgegenüber wird gemäß der Erfindung eine Verringerung der "Null"-Impulse und deren Einfluß ohne Mehraufwand dadurch erreicht, daß die Schalt-und Ausgangswicklungen jedes magnetischen Spei- cherelementes jeweils auf ein möglichst kleines Stück der Kern- , wA, länge konzentriert'Mit möglichst großem gegenseitigen Abstand auf den Magnetkern aufgebracht sind. 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 magnetischen Flusses tritt gegenüber dem Gesamtfluß kaum in Erscheinung, solange die Permeabilität des Kernmaterial sehr groß gegen die der Luft ist. Das ist bei dem eigentlichen Ummagnetisierungsvorgang, der längs der steilen Aste 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.In contrast, according to the invention, a reduction in the "zero" pulses and their influence is achieved without additional effort in that the switching and output windings of each magnetic storage cher element each to a small piece of the core , wA, length concentrated 'with the greatest possible mutual distance are applied to the magnetic core. The invention is based on the knowledge that for a magnetic core, for example designed as a toroidal core, changes the pattern of the lines of force with the type of arrangement of the individual turns of its excitation winding. 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 if the windings are evenly distributed over the entire core circumference. This difference in the stray portion of the magnetic flux hardly appears in relation to the total flux as long as the permeability of the core material is very high compared to that of the air. This is the case with the actual magnetization reversal process, which runs along the steep branches of the hysteresis loop. In the saturation areas of the magnetic core, ie along the flat branches of its hysteresis loop, however, the proportion of the leakage flux in the total flux is considerably greater.

In der Anwendung dieser Erkenntnis auf die betrachteten magnetischen Speicherelemente bedeutet das : 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"-Impulsls führenden geringen Magnetisierungszuwachs von der Sättigungs- remanenz bis zur Sättigung ist jedoch der Anteil des Streuflus- tD ses bei Konzentrierung der Schaltwicklung auf ein kurzes Stück des Kernes beträchtlich größer als bei gleichmäßiger Verteilung der Schaltwicklung auf dem Kern. Konzentriert man also in erfindungsgemäßer Weise nicht nur die Schalt-sondern auch. die Ausgangswic'klung jeweils auf ein möglichst kurzes Stück des Kernes unter möglichst großem gegenseitigen Abstand, so daß die Ausgangswicklung möglichst wenig vom Streufluß der Schaltwicklung erfaßt wird, so wird die Spannung der in der Ausgangswick- lung 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.When this knowledge is applied to the magnetic storage elements under consideration, this means: For the magnetization reversal process leading to the generation of a "one" pulse, the flux passing through the magnetic core is almost completely independent of the distribution of the individual turns of the switching winding on the core. For the low increase in magnetization from the saturation that leads to the generation of a "zero" pulse remanence up to saturation is the portion of the leakage flux tD When the switching winding is concentrated on a short piece of the core, this is considerably greater than when the switching winding is evenly distributed on the core. So if you concentrate not only the switching but also in the manner according to the invention. the output winding in each case on as short a piece of the core as possible with the greatest possible mutual spacing, so that the output winding is affected as little as possible by the leakage flux of the switching winding, so the voltage in the output winding ment induced "zero" pulses are considerably reduced compared to in the case of uniform winding of the whole core, while the tension of the "one" pulses 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 50 % erreichen läßt.Measurements on commercially available, circular toroidal cores have shown that the invention reduces the voltage of the "zero" pulses can reach over 50%.

In Figur 2 ist die bisherige Anordnung der einzelnen Windungen der Schalt-und der Ausgangswicklung auf einem Ringkern dargestellt : Die ausgezogene Schaltwicklung S und die gestrichelt gezeichnete Ausgangswicklung A sind zur Erzielung einer möglichst guten gegenseitigen Kopplung gleichmäßig auf den ganzen Umfang z des Ringkernes verteilt.In Figure 2, the previous arrangement of the individual turns of the switching and the output winding on a toroidal core is shown good mutual coupling evenly over the whole circumference z of the toroidal core distributed.

Figur 3 zeigt demgegenüber dieerfindungsgemäße Anordnung der einzelnen Windungen der Schalt-und der Ausgangswicklung auf dem Ringkern : Die ausgezogene Schaltwicklung S und die gestrichelt gezeichnete Ausgangswicklung A sind jeweils auf ein möglichst kurzes Stuck des Kernumfanges konzentriert-gegebenenfalls durch Bewicklung. in mehreren Lgen-und stehen sich diametral gegenüber.In contrast, FIG. 3 shows the inventive arrangement of the individual Turns of the switching and the output winding on the toroidal core: The drawn out Switching winding S and the dashed line output winding A are respectively concentrated on the shortest possible piece of the core circumference - if necessary through Wrapping. in several lying and diametrically opposed to each other.

Finden die magnetischen Speicherelemente in einem Schieberegister nach Figur 1 Verwendung, so bedürfen sie noch der Eingangswicklung E zur Kopplung mit der Ausgangswicklung A des jeweils vorhergehenden Speicherelements. Es ist vorteilhaft, die Eingangswicklung 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 weni@er 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 gegenseitigen Abstand die Spannung der "Nulr'-Impulse bereits bei deren Entstehen vermindert wird, wird durch die Konzentrierung der Eingangswicklung der Einfluß eines dieser zugeführten"Null"-Impulse auf die reman-ente Magneti- sierung des betreffenden Magnetkernes verringert. Beide Maß- . namen tragen dazu bei, ein progressives Anwachsen der Span- nung der"Null"-Impulse bis auf eine zur Verfälschung eines Speicherwertes dusreichende Höhe in Magnetkernketten üblicher Gliederzahl zu verhindern.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 by the supply of a "zero" pulse to the input winding in the magnetic core has a considerable amount of leakage, so that the saturation remanence in the output winding A is reduced considerably less by this "zero" pulse, than 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 concentration of the input winding has the effect of a these supplied "zero" pulses on the remanent magnet ization of the relevant magnetic core is reduced. Both dimensional . names contribute to a progressive growth of the span tion of the "zero" pulses except for one to falsify one To prevent storage value from 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 as a toroidal core formed magnetic core deviating from a circular ring elongated Shape, preferably the shape of an elliptical ring. This can be a further increase in the leakage component of the magnetic flux and thus a further increase Reduction of the "zero" pulses compared to a storage element with a circular ring Reach magnetic core.

Claims

Protection against Proverbs 1. Magnetic storage element with a magnetic core from a saturation remanence lying only slightly below saturation and with at least two windings applied to this magnetic core, one of which (the Output winding) when another winding occurs (the switching winding) supplied switching pulse in the event that this switching pulse off the magnetic core one of which has been remagnetized into its other stable state of magnetization, one Emits pulse of a certain minimum level, characterized in that the two mentioned Windings each concentrated on as small a piece of the core length as possible and are applied to the magnetic core with the greatest possible mutual spacing.

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

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