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Signalübertragungsanordnung zwischen durch eine Kopplungsbandleitung verbundenen Magnetschichtelementen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung mit verbesserten Signalübertragungseigenschaften zwi- schen durch eine Kopplungsbandleitung verbundenen Magnetschichtelementen, mittels welcher vorzugs- weise binäre Information von mindestens einem steuernden auf mindestens eingesteuertes Magnetschicht- element übertragen wird.
Magnetschichtelemente sind dem Fachmann bekannt. Ihre Eignung als schnell arbeitende Schaltele- mente bedingt ihre bevorzugte Verwendung in der Schaltungstechnik von elektronischen Rechen- und Da- tenverarbeitungsanlagen. Es ist auch bekannt, Magnetschichtelemente mit uniaxialer magnetischer An- isotropie mittels bandleiterförmiger Kopplungsleitungen miteinander zu verkoppeln und binäre Information von einem ersten (steuernden) Magnetschichtelement auf ein nachgeschaltetes zweites (gesteuertes) Ma- gnetschichtelement zu übertragen. Von der Technik der Magnetkernschaltungen weiss man, dass bei der
Signalübertragung von einem ersten auf einen nachgeschalteten zweiten Magnetkern gewisse Dimen- sionierungsvorschriften und Anpassungsbedingungen beachtet werden müssen, um energetisch günstige
Signalübertragungseigenschaften zu schaffen.
Bei Magnetkernen löst man dieses Problem durch entsprechende Wahl der auf den steuernden und gesteuerten Magnetkernen angebrachten Windungszahlen. Wegen der grundsätzlichen topologischen Verschiedenheit von Magnetkern-und Magnetschichtschaltungen ist es aber nicht möglich, die von den Magnetkernschaltungen her bekannten Dimensionierungsregeln für die Kopplungsschaltungen mit Magnetschichtelementen zu übernehmen, und es ist bisher nicht bekannt gewesen, auf welche Weise das Anpassungsproblem bei Magnetschichtschaltungen gelöst werden kann.
Es ist somit ein Hauptzweck der Erfindung, eine Kopplungsanordnung zwischen steuernden und gesteuerten Magnetschichtelementen mit günstiger Anpassung anzugeben, womit eine Verbesserung der energetischen Signalübertragung gegenüber vorbekannten Kopplungsschaltungen mit Magnetschichtelementen erzielt wird.
Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, Dimensionierungsregeln hinsichtlich der geometrischen Form der Magnetschichtelemente und der sie verbindenden Kopplungsbandleitungen zum Zwecke einer Verbesserung der energetischen Signalübertragungseigenschaften anzugeben.
Es ist ebenfalls ein Zweck dieser Erfindung aufzuzeigen, dass die Anfangsinduktivitäten der steuernden und gesteuerten Magnetschichtelemente in einer Kopplungsschaltung durch entsprechende geometrische Formgebung der Magnetschichtelemente und der sie verbindenden Kopplungsbandleitungen aneinander angepasst werden können.
Schliesslich wird mit dieser Erfindung bezweckt, als spezielles Anwendungsbeispiel eine Kopplungsanordnung zur Übertragung von binärer Information über mehrere Stufen hinweg in der Ausführungsform eines 2-Takt-Schieberegisters anzugeben, wobei eine eindeutige vorbestimmte Informationsschleberichtung dadurch zustande kommt, dass in dieser Richtung eine günstige Anpassung und in der dazu entgegengesetzten Richtung eine bewusste ungünstige Anpassung der energetischen Signalübertragung vorhanden ist.
Allgemein zeichnet sich die erfindungsgemässe Kopplungseinrichtung, welche eine Kopplungsbandleitung, eine steuernde und eine gesteuerte Magnetschichtanordnung, die miteinander durch die Kopplungsbandleitung verkoppelt sind, sowie Ablenkmittel zur temporären Auslenkung der Magnetisierungen der Magnetschichtanordnungen umfasst, dadurch aus, dass zum Zwecke der Verbesserung der Signalüber-
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tragungseigenschaften die Breite der Kopplungsbandleitung am Ort der steuernden Magnetschichtanordnung ungleich ist der Breite der Kopplungsbandleitung am Ort der gesteuerten Magnetschichtanordnung, dass mindestens bei einer der beiden Magnetschichtanordnungen ihre linearen Gesamtausdehnungen paraliel und orthogonal zur Längsachse der Kopplungsbandleitung voneinander verschieden sind,
dass die grössere Breite der Kopplungsbandleitung dort vorhanden ist, wo sich auch die Magnetschichtanordnung mit der in der zur
Längsachse der Kopplungsbandleitung orthogonalen Richtung grösseren linearen Gesamtausdehnung befin- det, und dass bei beiden Magnetschichtanordnungen die Produkte Magnetschichtdicke mal lineare Gesamt- ausdehnung in bezug auf die Längsachse der Kopplungsbandleitung voneinander verschieden sind.
Obige sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden, in weitere Einzelheiten gehenden Beschreibung an Hand der Zeichnungen weiter ausgeführt und erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Grundanordnung der erfindungsgemässen Kopplungseinrichtung mit zwei Magnet- schichtelementen, die durch eine Kopplungsbandleitung veränderlicher Breite miteinander verkoppelt sind ;
Fig. 2 einen Querschnitt der Kopplungseinrichtung gemäss Fig. l ; Fig. 3 das elektrische Ersatzschaltbild der Kopplungseinrichtung gemäss Fig. 1j Fig. 4 eine erste Variante der erfindungsgemässen Kopplungsein- richtung mit einer steuernden Magnetschichtanordnung, die aus drei nicht zusammenhängenden, von der
Kopplungsbandleitung in Serie umfassten, dünnen magnetischen Schichten besteht ;
Fig. 5 eine zweite Va- riante der Kopplungseinrichtung mit einer gesteuerten Magnetschichtanordnung, die aus drei nicht zusam- menhängenden, von der Kopplungsbandleitung parallel umfassten, dünnen magnetischen Schichten be- steht ; Fig. 6 eine weitere Variante der Kopplungseinrichtung mit zwei nicht zusammenhängenden, in Se- rie geschalteten, die steuernde Magnetschichtanordnung bildenden, dünnen magnetischen Schichten und zwei nicht zusammenhängenden, parallelgeschalteten, die steuernde Magnetschichtanordnung bildenden, dünnen magnetischen Schichten ; Fig. 7 eine Kopplungseinrichtung mit in Serie geschalteten, die gesteu- erte Magnetschichtanordnung bildenden, dünnen magnetischen Schichten ; Fig. 8 eine Kopplungseinrich- tung mit parallelgeschalteten, die gesteuerte Magnetschichtanordnung bildenden, dünnen magnetischen Schichten ;
Fig. 9 eine Kopplungseinrichtung zur Signalübertragung über zwei Stufen hinweg ; Fig. 10 diagrammatisch die idealisiert Kennlinie für Induktion B und Feldstärke H bei einem Magnetschichtelement ; Fig. lla und llb diagrammatisch die sich aus der B/H-Kennlinie von Fig. 10 ergebenden Kennlinien für Magnetfluss und Strom I für verschiedene geometrische Formen von Magnetschicht und Kopplungsbandleitung ; Fig. lla zeigt die /I-Kennlinie für ein rechteckförmiges Magnetschichtelement, dessen Längsachse parallel, und Fig. llb zeigt die lI-Kennlinie für ein rechteckförmiges Magnetschichtelement,. dessen Längsachse orthogonal zur Kopplungsbandleitung verläuft ;
Fig. 12a diagrammatisch die B/H-Kennlinie für ein steuerndes Magnetschichtelement bei Aussteuerung in der harten Richtung ; Fig. 12b diagrammatisch die B/H-Kennlinie für ein gesteuertes Magnetschichtelement bei Aussteuerung in der leichten Richtung mit einer magnetischen Vorspannung in der harten Richtung : Fig, 13a und 13b diagrammatisch die sich aus den B/H-Kennlinien von Fig. 12a bzw. 12b ergebenden $/I-Kennlinien, wobei durch geeignete Wahl der geometrischen Form der Magnetschichtelemente und Kopplungsbandleitungen diese Kennlinien sowohl in bezug auf das steuernde als auch das gesteuerte Magnetschichtelement die gleiche
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matisch den zeitlichen Verlauf der in bezug auf die B-Elemente des 2-Takt-Schieberegisters wirksamen Treibfelder;
Fig. 20 die kritische Kurve eines Magnetschichtelements und in vektorieller Darstellung die auf ein gesteuertes Magnetschichtelement unter dem Einfluss von links und rechts benachbarten steuernden Magnetschichtelementen einwirkenden Steuerfelder in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung zum Zwecke einer qualitativen Analyse der Arbeitsweise des 2-Takt-Schieberegisters gemäss Fig. 14.
Alle nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung haben die Verkopplung von Magnetschichtelementen mittels einer bandleiterförmigen Kopplungsleitung gemeinsam. Magnetschichtelemente sind elektromagnetische, aus dünnen magnetischen Schichten bestehende Hochgeschwindigkeits-Schaltelemente. Unter einer dünnen magnetischen Schicht hat màn sich hiebei ein auf eine Unterlage aufgebrachtes, beispielsweise aufgedampftes, ferromagnetisches Material (z. B. 2f'f1/o Eisen und 80% Nickel) vorzustellen. Für die Dicke der Magnetschichtelemente bevorzugt man den Bereich zwischen 100 und 30 000 Ä (1 = 10-8 cm).
Besondere Bedeutung kommt magnetischen Schichten mit einheitlich ausgerichteter Magnetisierung zu, hiebei unterscheidet man isotrope und anisotrope dünne magnetische Schichten. Bei
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isotropen Magnetschichten verharrt die Magnetisierung jeweils in der Lage, in die sie durch einen Um- schaltprozess, z. B. hervorgerufen durch Anlegen eines äusseren Magnetfeldes, gebracht wurde. Bei an- isotropen Magnetschichten gibt es bestimmte Vorzugslagen für die Magnetisierung. Bei Magnetschichten mit uniaxialer magnetischer Anisotropie stellt sich die Magnetisierung parallel oder antiparallel zu einer bestimmten Vorzugsrichtung, die man auch als "leichte Richtung" bezeichnet, ein.
Wenn bei einer Ma- gnetschicht mit uniaxialer Anisotropie die Magnetisierung durch Anlegen eines äusseren Magnetfeldes aus der leichten Richtung ausgelenkt wird, so kehrt sie beim Abschalten des äusseren Magnetfeldes in die nächst benachbarte Vorzugslage zurück.
Bei Magnetschichtelementen wird im allgemeinen die binäre Information EINS bzw. NULL durch die parallele bzw. antiparallele Einstellung der Magnetisierung in bezug auf eine bestimmte Richtung darge- stellt. Die Umschaltung eines Magnetschichtelements aus der EINS- in die NULL-Lage und umgekehrt kann mit Hilfe von aussen einwirkender magnetischer Felder entweder durch Wand- oder durch Rotations- schalten erfolgen. Wegen der wesentlich kürzeren Schaltzeiten - sie liegen in der Grössenordnung von
Nanosekunden (lns = 10-9s) - bevorzugt man die durch Rotationsschalten hervorgerufene Ummagnetisie- rungsvorgänge. Beim Rotationsschalten (oder auch Drehschalten genannt) erfolgt die Ummagnetisierung durch eine im allgemeinen kohärente Drehung der Magnetisierung in die neue Richtung.
Als erstes wird eine Grundanordnung der erfindungsgemässen Kopplungseinrichtung beschrieben, bei welcher zwei Magnetschichtelemente durch eine Kopplungsbandleitung veränderlicher Breite miteinander verkoppelt sind ; Fig. 1 zeigt die Draufsicht und Fig. 2 einen Querschnitt dieser Kopplungseinrichtung.
Zwei Magnetschichtelemenie l und 2 sind mittels einer in sich geschlossenen Bandleiterschleife 3, von welcher der oberhalb der Elemente liegende Teil als Hinleitung und der unterhalb der Elemente verlau- fende Teil als Rückleitung bezeichnet wird, miteinander verkoppelt. Jedes einzelne der zwei Magnet- schichtelemente wird von einer zusammenhängenden, annähernd rechteckförmigen, dünnen magnetischen Schicht von der Dicke d gebildet. Die längere Rechteckseite ist mit a, die kürzere mit b bezeichnet. Die beide Magnetschichtelemente sind um 900 versetzt zueinander angeordnet derart, dass beim
Element 1 die Seite a und beim Element 2 die Seite b parallel zur Bandleiterlängsachse 4 verlaufen.
Die
Breite der Bandleitung 3 ist den entsprechenden Abmessungen der Magnetschichtelemente angepasst, d. h. die Bandleitung ist ober-und unterhalb des Elements 1 etwa so breit wie die Magnetschichtseite b ; oberund unterhalb des Elements 2 ist sie etwa so breit wie die Magnetschichtseite a. Der Übergang vom schmalen zum breiten Teil der Bandleitung erfolgt kontinuierlich. Der Abstand wl zwischen Hin-und Rückleitung beim Element 1 und der entsprechende Abstand w, beim Element 2 stehen in demselben Verhältnis wie die Breite b der Bandleitung in bezug auf das Element 1 und die Breite a der Bandleitung in bezug auf das Element 2. Die Begründung für diese Massnahme wird später gegeben.
Die beiden Magnetschichtelemente 1 und 2 bestehen aus dünnen magnetischen Schichten der eingangs erwähnten Art, deren einheitlich ausgerichtete Magnetisierungen durch von aussen angelegte, parallel zur Schichtebene verlaufende Magnetfelder aus einer Ausgangslage in eine bestimmte Richtung ausgelenkt bzw. umgeschaltet werden können. Für die nachfolgend durchgeführte, für den allgemeinen Fall gültige Betrachtung braucht das Vorhandensein einer Anisotropie der Magnetschichten grundsätzlich nicht vorausgesetzt werden. Es wird angenommen, dass die Magnetisierung des Elements 1 in der Ausgangslage in die durch den Pfeil 5 angegebene Richtung parallel zur Bandleiterlängsachse 4 ausgerichtet ist.
Beim Anlegen eines senkrecht zur Ausgangslage 5 gerichteten, äusseren magnetischen Treibfeldes Htr wird die Magnetisierung des Elements 1 in die Richtung des Treibfeldes, nämlich in die durch den Pfeil 6 angegebene Richtung ausgelenkt. Der Auslenkungswinkel ist umso grösser, je stärker das magnetische Treibfeld Htr ist. Für den Fall, dass das Treibfeld seinem Betrage nach grösser ist als die Sättigungsfeldstärke HK der Magnetschicht, ergibt sich ein Auslenkungswinkel von 900, d. h. die Magnetisierungsrichtung liegt dann parallel zum äusseren Treibfeld in Richtung des Pfeiles 6. Eine solche Auslenkung oder Umschaltung der Magnetisierung bewirkt infolge der damit verbundenen Änderung des magnetischen Flusses das Induzieren einer Spannung in dem ober-bzw. unterhalb des Elements 1 verlaufenden Teil des Bandleiters 3.
Da der Bandleiter eine geschlossene Leiterschleife bildet, so beginnt ein Induktionsstrom I zu fliessen. Dieser durch den Bandleiter 3 fliessende Strom I wirkt seinerseits durch die von ihm verursachten Magnetfelder sowohl auf das Magnetschichtelement 1 als auch auf das Magnetschichtelement 2. Die Wirkung des Induktionsstroms in bezug auf das Magnetschichtelement 1 besteht in der Ausbildung eines dem äusseren Feld Htr entgegenwirkenden Feldes in Übereinstimmung mit dem Lentzschen Gesetz. Vom Induktionsstrom I wird in bezug auf das Magnetschichtelement 2 ein Magnetfeld erzeugt, das-wie schematisch durch den Pfeil 8 angedeutet-orthogonal zur Bandleiterachse 4 nach oben gerichtet ist. Unter der Annahme, dass die Magnetisierung des Elements 2 in der Ausgangslage parallel zur Bandleiterlängsachse 4, z.
B. in die
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durch den Pfeil 7 angegebene Richtung, ausgerichtet ist, so erfährt sie durch das vom Induktionsstrom I hervorgerufene Magnetfeld eine gewisse Auslenkung nach der durch den Pfeil 8 dargestellten Richtung hin.
Diese beim Magnetschichtelement 2 stattfindende Auslenkung der Magnetisierung hat in Übereinstimmung mit dem Lentzschen Gesetz die Erzeugung einer Gegenspannung zur Folge, die dem im Bandleiter 3 fliessenden Strom entgegenwirkt. Während des hier betrachteten, durch das Anlegen des äusseren Treibfeldes Htr ausgelösten Schaltvorganges stellt sich in der Kopplungseinrichtung ein elektrischer Gleichgewichtszustand ein entsprechend der Bedingung, dass die Summe der induzierten Spannungen und der Ohmsche Spannungsabfall, der sich aus dem fliessenden Strom und dem Leitungswiderstand ergibt, gleich Null ist.
Die rechnerische Behandlung des hier betrachteten Falles einer Verkopplung zweier Magnetschichtelemente mittels einer Kopplungsbandleitung wird an Hand des entsprechenden Ersatzschaltbildes durchge-
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elementen 1 und 2 in bezug auf die Kopplungsleitung hat ihr Äquivalent in den zwei Spannungsquellen U1 und U des Ersatzschaltbildes. Der Leitungswiderstand der Kopplungsbandleitung wird durch den Widerstand R im Ersatzschaltbild berücksichtigt. Unter der Annahme gleicher Polarität der Spannungsquellen Ul und Up und der eingezeichneten Richtung des Stromes I gilt die Beziehung, dass die Summe der Spannungen U1 und U, gleich ist dem Spannungsabfall am Widerstand R :
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(Die Indices 1 und 2 beziehen sich jeweils auf die Magnetschichtelemente 1 und 2).
Die Spannungen U, und U ergeben sich aus dem Induktionsgesetz :
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Die magnetischen Flüsse e, und P, ergeben sich aus dem Produkt Magnetschichtelement-Querschnitts- fläche F mal Induktion B :
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Die Querschnittsflächen F und F2 sind die Magnetfluss-Austrittsflächen in bezug auf die Kopplungsleitung; sie sind gegeben durch den senkrechten Querschnitt durch die Magnetschichtelemente 1 und 2 parallel zur Bandleiterlängsachse 4.
Wenn beide Magnetschichtelemente von gleicher Dicke d sind, so sind die Querschnittsflächen :
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In Induktionen B und B2 sind bekanntlich das Produkt aus Permeabilität und Feldstärke H :
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Um den mathematischen Aufwand für die hier aufzuzeigende Rechnung klein zu halten, werden die Permeabilitäten j und der Magnetschichtelemente als gegeben vorausgesetzt ; sie sollen weder vom Feld noch von der Zeit abhängen. Bei der praktischen Durchführung von Dimensionierungsaufgaben empfiehlt es sich jedoch, realistischere Annahmen zu treffen. Es ergeben sich dann jedoch nur quantitative, aber keine qualitativen Unterschiede.
Die in die Rechnung einzusetzenden Permeabilitäten kann man beispielsweise aus den experimentell aufgenommenen Hysteresecharakteristiken (B/H-Kennlinien) der Magnetschichtelemente bestimmen.
Die Feldstärke H wird für die Rechnung angesetzt als die Summe aus dem äusseren magnetischen Treibfeld Htr und dem vom Strom I erzeugten Magnetfeld, welch letzteres umgekehrt proportional ist der Breite der Kopplungsleitung über dem Magnetschichtelement 1:
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Die Feldstärke H ergibt sich allein aus dem vom Strom I erzeugten Magnetfeld, welches umgekehrt proportional ist der Breite der Kopplungsleitung über dem Magnetschichtelement 2 :
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Durch entsprechendes Zusammenfassen der obigen Gleichungen erhält man die Differentialgleichung
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für das im Magnetschichtelement 2 wirkende Magnetfeld H, welches das für die Signalübertragung vom steuernden Magnetschichtelement 1 auf das gesteuerte Magnetschichtelement 2 allein ausschlaggebende Steuerfeld darstellt. Um günstige Signalübertragungsverhältnisse zu erzielen, muss man bestrebt sein, eine möglichst grosse Steuerfeldstärke H zu bekommen.
Unter der Annahme eines linear ansteigenden Treibfeldes
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und bei gleichzeitiger Zusammenfassung der als bekannt vorausgesetzten Grössen
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ergibt sich als Lösung der Differentialgleichung die Steuerfeldstärke H als Funktion der Zeit t gültig für den Zeitabschnitt 0 < t < T bevor eine Sättigung des Magnetschichtelements 1 erreicht ist :
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Die Grösse T kennzeichnet den Zeitpunkt, bei dem Sättigung erreicht wird. Es wird angenommen, dass die Sättigung des Magnetschichtelements 1 gerade dann eintritt, wenn das Treibfeld Htr seinen Maximalwert
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zeichnet werde.
Zum Zeitpunkt t = T schreibt sich die Gleichung (10) wie folgt :
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Um den Einfluss der Steuerfeldstärke H auf das gesteuerte Magnetschichtelement 2 hinsichtlich ihrer Steuerwirksamkeit beurteilen zu können, ist es zweckmässig, den Quotienten Steuerfeldstärke zu Sättigungsfeldstärke zu betrachten, was durch Zusammenfassung der Gleichungen (16) und (17) unter Elimina-
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Demnach sind hohe Steuerfeldstärken zu erwarten, wenn man a sehr viel grösser als b vorsieht. Durch eine Taylorsche Entwicklung kann man die Gleichung (18) durch folgende Beziehung approximieren :
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b herangezogenSteuerfeldstärke.
Aus Gleichung (19) ist zu ersehen, dass die Steuerfeldamplitude für den Fall a b den folgenden Maximalbetrag annehmen kann :
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Es ist jedoch nicht zu empfehlen, Steuerfeldstärken nahe dieses Maximalbetrages anzusetzen, da dies gemäss Gleichung (17) unter Umständen eine prohibitiv hohe Treibfeldstärke Ho erforderlich macht.
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dass ein bestimmter Mindestwert der Steuerfeldstärke erreicht wird, um eine einwandfreie Signalübertragung sicherzustellen. Gesucht ist das geometrische Abmessungsverhältnis a : b sowie die Anstiegzeit T für das Treibfeld bis zum Erreichen des Wertes H.
Die Bestimmungsgleichungen lauten :
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Aus diesen Gleichungen ergibt sich, dass für den Kopplungskreis die folgende Nebenbedingung erfüllt sein muss :
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Bezeichnet man den für eine einwandfreie Betriebsweise erforderlichen Mindestwert der Steuerfeldstärke mit ##2#min, so erhält man unter Berücksichtigung der Gleichungen (22) und (23) folgende Di- mensionierungsbedingungen für die geometrischen Abmessungen und für die Treibfeldamplitude :
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Nachdem bisher die Signalübertragung von links nach rechts, d. h. vom Magnetschichtelement 1 auf das Magnetschichtelement 2 mathematisch untersucht wurde, sei jetzt der Fall der Signalübertragung in entgegengesetzter Richtung, d. h. vom Magnetschichtelement 2 auf das Magnetschichtelement 1 betrachtet.
Es interessiert jetzt das in bezug auf das Magnetschichtelement 1 einwirkende Steuerfeld. wenn das äussere Treibfeld auf das Magnetschichtelement 2 einwirkt. Die mathematische Analyse ist in analoger Weise wie oben durchzuführen. Zur Unterscheidung der beiden Fälle seien die entsprechenden Grössen für den Fall der Signalübertragung von rechts nach links mit einem Stern (*) gekennzeichnet. Man geht von folgenden zwei Gleichungen [vgl. hiezu die obigen Gleichungen (10) und (16)] aus :
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Hierin bedeuten Hl das in bezug auf das Magnetschichtelement 1 wirksame Steuerfeld und Ha das in bezug auf das Magnetschichtelement 2 einwirkende resultierende Magnetfeld. Die Konstante k mit dem Wert
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Während im Falle der Signalübertragung von links nach rechts die Zeit t, welche vergeht, bis das in bezug auf das steuernde Magnetschichtelement 1 wirksame resultierende Magnetfeld Hl die Sättigungsfeldstärke HK erreicht, gleich gesetzt wurde der Zeit T, die man benötigt, bis das Treibfeld Htr seinen Maximalwert Ho erreicht, so zeigt sich, dass im Falle der Signalübertragung von rechts nach links das in
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Die Richtwirkung einer Kopplungsschaltung ist umso besser, je kleiner das Verhältnis ss in bezug auf 1 ist.
Unter Berücksichtigung von Gleichung (22), unter Vernachlässigung des Unterschiedes zwischen ts* und r und unter der Voraussetzung a > > b, kann man für ss angenähert setzen :
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Unter Heranziehung von (26) findet man weiterhin
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Wenn der Klammerausdruck in (34) kleiner ist als 1, so muss man von der Kopplungsschaltung eine gewisse Richtwirkung verlangen, damit eine befriedigende Betriebsweise erreicht wird.
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ranziehungden, so ist eine befriedigende Betriebsweise der Kopplungsschaltung nur möglich, wenn folgende Bedingung erfüllt ist :
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Diese Forderung (35) steht für die in qualitativer Hinsicht wichtige Aussage, dass, um mit der Kopplungsanordnung eine gewisse Richtwirkung in der Signalübertragung erzielen zu können (ss < 1), das Abmessungsverhältnis a : b kleiner als 1 gewählt werden muss, d. h. a > b. Ausserdem lassen sich auch die an die Anstiegzeit T für das Treibfeld gestellten Anforderungen leichter verwirklichen für a > b.
Um den praktischen Wert der obigen Analyse aufzuzeigen, wird ein Beispiel angeführt.
Die folgenden Annahmen entsprechen realen Verhältnissen in der Praxis auf Grund des derzeitigen Standes der Technik : HK = 5 Oe;j.t:j.i= 4; Tl = 'd/R = 1 nsec (= 10-9 sec). Von der Kopplungschaltung werde eine gute Steuerwirkung JHJ = l Oe und eine gute Richtwirkung ss = 1/3 verlangt.
Man prüft zunächst, ob (34) erfüllt ist ; dies ist der Fall, denn 1/3 < 1, 56.
Die benötigte maximale Feldstärke des Treibfeldes errechnet sich aus (33) und ergibt Ho = 8,75 Oe.
Um (35), nämlich b/a < 0, 58 zu erfüllen, wird a = 3b gewählt.
Die Anstiegszeit für das Treibfeld errechnet sich aus (23) und ergibt T = 2, 36 nec,
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Grundanordnung der erfindungsgemässen Kopplungseinrichtung (vgl. Fig. 1 und 2) angewendet wird, ist es erwünscht, dass die charakteristische Impedanz Z (auf die Längeneinheit bezogen) über die gesamte Längsausdehnung der Leitung hinweg einen konstanten Wert aufweist. Für Bandleiterschleifen gilt die bekannte Beziehung :
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Das heisst, die Impedanz Z ist proportional dem Abstand w zwischen Ein- und Rückleitung sowie umgekehrt proportional der Breite X der Bandleiterschleife.
Um im Falle der Kopplungsbandleitung 3 der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Grundanordnung die Impedanzbedingung Z = const. zu erfüllen, muss das Verhältnis
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erfüllt sein, d. h., der Abstand zwischen und Rückleitung wird in demselben Verhältnis verändert, wie sich die Breite der Bandleitung ändert.
Die in der Grundanordnung der erfindungsgemässen Kopplungseinrichtung (vgl. Fig. 1 und 2) angewendeten zwei Magnetschichtelemente 1, 2 sind von gleichem Volumen, denn es wurde vorausgesetzt, dass sie gleiche Dicke d, gleiche Länge a und gleiche Breite b haben. Im folgenden werden einige der Grundanordnung äquivalente Kopplungseinrichtungen gezeigt, auf welche die in bezug auf die Grundanordnung gemachten Ausführungen in entsprechender Weise zutreffen. In den Fig. 4, 5 und 6 werden steuernde bzw. gesteuerte Magnetschichtanordnungen angewendet, die aus mehreren einzelnen Magnetschichtelementen zusammengesetzt sind. Dabei ist es unwesentlich, welche geometrische Form die einzelnen Elemente haben. Es ist vorausgesetzt, dass die einzelnen Elemente der steuernden Magnetschichtanordnung und die einzelnen Elemente der gesteuerten Magnetschichtanordnung summarisch dasselbe.
Volumen haben, d. h., unter der Voraussetzung gleicher Schichtdicke d, dass die "effektive" Länge einer Magnetschichtanordnung, die sich aus mehreren von der Kopplungsleitung in Serie umfassten Magnetschichtelementen zusammensetzt, gleich ist der Summe der Längen der einzelnen Elemente, und dass die "effektive" Breite eine Magnetschichtanordnung, die sich aus mehreren von der Kopplungsleitung parallel umfassten. Magnetschichtelementen zusammensetzt, gleich ist der Summe der Breiten der einzelnen Elemente.
Prinzipiell kann man folgende Fälle ins Auge fassen : a) Steuernde Magnetschichtanordnung mit in Serie liegenden Einzelelementen (Fig. 4) ; b) gesteuerte Magnetschichtanordnung mit in Serie liegenden Einzelelementen ; c) steuernde Magnetschichtanordnung mit parallelliegenden Einzelelementen ; d) gesteuerte Magnetschichtanordnung mit parallelliegenden Einzelelementen (Fig. 5) ; e) Kombination der Fälle a) bzw. c) mit b) bzw. d) ; als Beispiel ist in Fig. 6 die Kombination der Fälle a) und d) gezeigt.
Allgemein ist zu sagen, dass das Vorhandensein mehrerer Einzelelemente in einer steuernden Magnetschichtanordnung für die Ausführung von logischen Operationen wichtig ist. Hingegen ist das Vorhanden-
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sein mehrerer Einzelelemente in einer gesteuerten Magnetschichtanordnung wichtig für die Durchführung von Verzweigungen. Bei der Ausführung von logischen Operationen ist jedoch zu beachten, dass die Kopp-
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von tatsächlich steuernd wirkenden Elementen in eine möglichst grosse Steuerwirkung in bezug auf die ge- steuerte Magnetschichtanordnung erzielt.
Es wird nun Bezug genommen auf Fig. 4, welche eine erste Variante der Kopplungseinrichtung ge- mäss Fig. 1 darstellt, indem die steuernde Magnetschichtanordnung nunmehr nicht mehr aus einer einzi- gen, zusammenhängenden dünnen magnetischen Schicht, sondern aus drei gleich grossen, voneinander getrennt angeordneten, annähernd quadratischen dünnen magnetischen Schichten 11,12 und 13 mit der Seitenlänge b gebildet wird. Diese drei nicht zusammenhängenden Magnetschichtelemente werden von der Kopplungsbandleitung 3 in Serienschaltung umfasst. Sie sind-ähnlich wie in Fig. l-mit einem ge- steuerten, aus einer einzigen, zusammenhängenden, rechteckförmigen, dünnen magnetischen Schicht bestehenden Magnetschichtelement 2 verkoppelt, dessen Länge a das 3fache seiner Breite b beträgt.
Es ist offensichtlich, dass die Signalübertragungsverhältnisse der Kopplungseinrichtung von Fig. 4 die glei- chen sind wie im vorhin betrachteten Fall der Kopplungseinrichtung gemäss Fig. 1, vorausgesetzt, dass die drei getrennt angeordneten dünnen magnetischen Schichten 11,12 und 13 denselben Betriebsbedin- gungen unterworfen werden. Dann können sie in ihrer Gesamtheit als eine steuernde Magnetschichtan- ordnung angesehen werden von einer effektiven linearen Gesamtausdehnung 3b = a parallel zur Achse der
Kopplungsbandleitung 3.
Fig. 5 zeigt eine zweite Variante der Kopplungseinrichtung gemäss Fig. 1. In diesem Fall wird die gesteuerte Magnetschichtanordnung aus drei gleich grossen, voneinander getrennt angeordneten, etwa qua- dratischen, dünnen magnetischen Schichten 21, 22 und 23 mit der. Seitenlänge b gebildet. Diese drei nicht zusammenhängenden Magnetschichtelemente werden von der Kopplungsbandleitung 3 in Parallel- schaltung umfasst.
Sie sind-ähnlich wie in Fig. 1 - mit einem steuernden, aus einer einzigen, zusam- menhängenden, rechteckförmigen, dünnen magnetischen Schicht bestehenden Magnetschichtelement 1 verkoppelt dessen Länge a das 3fache seiner Breite b beträgt. Auch hier ist offensichtlich, dass die Signal- übertragungsverhältnisse die gleichen sind wie bei der Kopplungseinrichtung gemäss Fig. 1, vorausgesetzt, dass die drei getrennt angeordneten Magnetschichtelemente 21,22 und 23, zumindest während des Zeit- intervalls der Signalübertragung auf diese Schichten, denselben Betriebsbedingungen unterworfen werden.
Dann können sie in ihrer Gesamtheit als eine gesteuerte Magnetschichtanordnung angesehen werden mit einer effektiven linearen Gesamtausdehnung 3b = a orthogonal zur Achse der Kopplungsbandleitung.
Zum
Zwecke der Parallelschaltung der drei Magnetschichtelemente 21,22 und 23 ist der sie umschlingende
Bandleiter in drei Abschnitte 31,32 und 33 verzweigt, wobei jeder Abschnitt die gleiche Breite entspre- chend der Seitenlänge b aufweist. Durch die angewendete Parallelschaltung ist die effektive Breite der
Kopplungsbandleitung in bezug auf die als gesteuerte Magnetschichtanordnung zu betrachtenden drei Magnetschichtelemente 21,22 und 23 die Summe der Breiten der einzelnen Verzweigungen 31,32 und 33.
Das in Fig. 6 wiedergegebene Ausführungsbeispiel zeigt eine Kombination der oben besprochenen
Fälle, indem sowohl die steuernde als auch die gesteuerte Magnetschichtanordnung aus z. B. je zwei getrennt angeordneten Magnetschichtelementen gebildet werden. Insgesamt sind somit vier Magnetschichtelemente, nämlich zwei steuernde 14 und 15 sowie zwei gesteuerte 16 und 17 vorgesehen, die in Fig. 6 beispielsweise quadratisch gezeigt sind und eine Seitenlänge c haben. Die Magnetschichtelemente befinden sich auf einer nicht ferromagnetischen, elektrisch leitenden Grundplatte 9, welche z. B. eine dünne Kupfer- oder Tantalfolie sein kann ; sie sind gegebenenfalls von dieser durch eine dünne isolierende Zwischenschicht, z.
B. Siliziumoxyd, elektrisch isoliert. Über den vier Magnetschichtelementen ist ein Kopplungsbandleiter 10 vorgesehen, welcher im wesentlichen aus drei Leiterteilen 18, 19 und 20 besteht.
Der eine Leiterteil 18 erstreckt sich über die zwei Magnetschichtelemente 14 und 15 und bewirkt deren Serienschaltung. Die zwei andern Leiterteile 19 und 20 stellen eine Verzweigung dar, wobei sich der Teil 19 über das Magnetschichtelement 16 und der Teil 20 über das Magnetschichtelement 17 erstrecken und somit eine Parallelschaltung dieser zwei Magnetschichtelemente bewirken. Diese Schaltung hat zur Folge, dass die beiden Magnetschichtelemente 14 und 15 in ihrer Gesamtheit wie eine steuernde Magnetschichtanordnung mit einer effektiven linearen Gesamtausdehnung 2c parallel zur Längsachse des Leiterteils 18, und die beiden Magnetschichtelemente 16 und 17 in ihrer Gesamtheit wie eine gesteuerte Magnetschichtanordnung mit einer effektiven linearen Gesamtausdehnung 2c orthogonal zur Längsachse der Leiterteile 19 und 20 wirken.
Ebenso beträgt in diesem Ausführungsbeispiel die effektive Breite der Kopplungsbandleitung in bezug auf die als gesteuerte Magnetschichtanordnung zu betrachtenden Magnetschichtelemente 16 und 17 das 2fache der effektiven Breite der Kopplungsbandleitung in bezug auf die als steuernde Magentschichtanordnung zu betrachtenden Magnetschichtelemente 14 und 15.
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Die Enden 24,25 und 26 des Kopplungsbandleiters 10 sind mit der Grundplatte 9 elektrisch leitend verbunden, so dass der Bandleiter 10 zusammen mit der elektrisch leitenden Grundplatte 9 eine geschlossene Kopplungsschleife bildet. Um die oben erwähnte Impedanzbedingung Z = const. zu erfüllen, wird der Abstand zwischen dem Bandleiter 10 und der Grundplatte 9 entsprechend der effektiven Breite der Kopplungsbandleitung über die Längsausdehnung der Leitung hinweg kontinuierlich verändert. Dementsprechend ist der Abstand desleiterteils 18 von der Grundplatte kleiner als der Abstand der Leiterteile 19 und 20 von der Grundplatte. Dieser Unterschied in den Abständen erlaubt den Entwurf eines mehrstufigen Schieberegisters, wie in Fig. 6 angedeutet.
Gemäss dieser Ausführungsform verläuft oberhalb der Magnetschichtelemente 16, 17, die sich auf der Grundplatte 9 befinden, der Leitertei118'des zu der sich rechtsseitig anschliessen- den Stufe des Schieberegisters gehörenden Bandleiters 10'. Erst darüber befinden sich die zum Bandleiter 10 gehörenden Leiterteile 19 und 20. Da die Magnetschichtelemente 16,17 in der nachfolgenden Stufe des Schieberegisters als steuernde Magnetschichtanordnung wirken, werden sie vom Leiterteil 18'in Serienschaltung umfasst. Die in Fig. 6 dargestellte Kopplungskonfiguration ist besonders dann vorteilhaft anwendbar, wenn das
Rotationsschalten von Magnetschichten mit uniaxialer Anisotropie für den Informationsübertragungsprozess ausgenutzt wird, wie es bereits prinzipiell vorgeschlagen und z. B. in dem'Artikel "Thin Magnetic Films" von S.
Methfessel, W. E. Proebster und C. Kinberg in dem Sammelband"Information Processing", Verlag
Oldenbourg, München 1960, S. 439-446, beschrieben wurde ; besonders hingewiesen sei auf die Abbildun- gen 4,15 und 17 in diesem Artikel.
In diesem Anwendungsfall haben die Magnetschichten 14-17 eine uniaxiale magnetische Anisotropie ; die leichte Richtung 30 verläuft bei allen vier Schichten orthogonal zur Längsachse der sie umfassenden
Bandleiterteile 18,19 bzw. 20. Das in bezug auf die Magnetschichten 14 und 15 wirkende magnetische
Treibfeld H'tr, kann z. B. durch einen (in Fig. 6 nicht gezeigten) stromdurchflossenen Bandleiter erzeugt werden, der beide Magnetschichten 14 und 15 umfasst und dessen Längsachse parallel zur leichten Richtung liegt. Das von ihm erzeugte Treibfeld wirkt dann orthogonal zur leichten Richtung, wie es in Fig. 6 symbolisch durch die beiden Pfeile Htr1 angedeutet ist.
Das in bezug auf die Magnetschichten 16 und 17 wirkende Treibfeld HL. n kann in ähnlicher Weise durch einen zweiten (in Fig. 6 nicht gezeigten) stromdurchflossenen Bandleiter erzeugt werden, der beide Magnetschichten 16 und 17 umfasst und dessen Längsachse auch'wieder parallel zur leichten Richtung liegt. Das von ihm erzeugte orthogonal zur leichten Richtung wirkende Treibfeld ist in Fig. 6 symbolisch durch die beiden Pfeile Htr2 angedeutet.
Gemäss diesem Verfahren der Übertragung von binärer Information wird die Magnetisierung der gesteuerten Magnetschichtelemente 16,17 durch das Treibfeld Htr2 in die "harte" Richtung (das ist die zur leichten Richtung orthogonale Richtung) ausgelenkt. Gleichzeitig mit dem Eintreffen eines mittels des Kopplungsbandleiters 10 übertragenen Steuerimpulse, der durch Auslenken der Magnetisierung der steuernden Magnetschichtelemente 14,15 aus der leichten Richtung 30 erhalten wird, schaltet man das Treibfeld Htr ab. Dabei schaltet die Magnetisierung der Elemente 16,17 aus der instabilen harten Richtung in die stabile leichte Richtung zurück. Die Richtung des Zurllckschaltens ist bestimmt durch die Polarität des . Steuerimpulses.
Die binäre Information wird bekanntlich durch die Orientierung der Magnetisierung in der
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Magnetisierung der steuernden Magnetschichtelemente 14,15 bewerkstelligt man durch das Einschalten des auf diese Elemente einwirkenden Treibfeldes Hot.. je nach der in diesen steuernden Elementen gespeicherten Binärinformation, d. h. je nach der Ausgangslage der Magnetisierung, erhält man im Kopplungsbandleiter 10 einen induzierten positiven bzw. negativen Stromimpuls. Dieser Strom- oder Steuerimpuls erzeugt ein auf die gesteuerten Magnetschichtelemente steuernd wirkendes impulsförmiges Magnetfeld (Steuerfeld), welches-wie bereits erwähnt-die Richtung des Zurllckschaltens der Magnetsierung dieser Elemente aus der harten in die leichte Richtung bestimmt.
Dieses Steuerfeldistrelativ klein, wenn man es mit der Feldstärke der Treibfelder Htr vergleicht. Da man es jedoch durch Synchro-. nisierung so einrichten kann, dass das Steuerfeld gerade zum Zeitpunkt des Abschaltens des auf die gesteuerten Magnetschichtelemente 16,17 einwirkenden äusseren Treibfeldes Htr2 wirksam ist, so hat es lediglich eine Steuerfunktion zu erfüllen, wofür seine Feldstärke ausreicht. Durch das Zurückschalten der Magnetisierung der gesteuerten Elemente 16, 17 in eine vorbestimmte Lage parallel zur leichten Richtung in Abhängigkeit von der Polarität des Steuerfeldes, wird die vorher in den steuernden Elementen 14, 15 gespeicherte Binärinformation in eindeutiger Weise von den gesteuerten Elementen übernommen.
Bei dem hier angewendeten Verfahren der Übertragung von binärer Information ist während des für die Übertragung wesentlichen Zeitabschnitts, nämlich während einer gewissen Zeit am Anfang des
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Signalübertragungsprozesses, die Permeabilität m, der steuernden Magnetschichtelemente beträchtlich kleiner als die Permeabilität u, der gesteuerten Magnetschichtelemente, was allein durch die Art der
Aussteuerung dieser Magnetschichtelemente bestimmt wird. Die früher gemachte Annahme > gl ist so- mit erfüllt.
Bei den bisher betrachteten Anordnungen der erfindungsgemässen Kopplungseinrichtung wurde aus Gründen der einfacheren analytischen Darstellung die einschränkende Voraussetzung gemacht, dass die gegebenenfalls aus mehreren einzelnen Magnetschichtelementen zusammengesetzten steuernden und gesteuerten Magnetschiçhtanordnungen ein gleiches magnetisches Volumen aufweisen, d. h., dass das Produkt aus Dicke, effektiver Länge und effektiver Breite aller steuernden Magnetschichten gleich ist dem Produkt aus Dicke, effektiver Länge und effektiver Breite aller gesteuerten Magnetschichten. Beim Entwerfen von Schaltungsnetzwerken, z. B. für Rechen- oder Steuerwerke in programmgesteuerten digitalen Rechenmaschinen wird man es jedoch häufig mit Fällen zu tun haben, dass diese Voraussetzung nicht erfüllt ist.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 ist als Beispiel der Fall der Verzweigung herausgegriffen, wobei eine steuernde Magnetschicht mehrere (hier z. B. 3) nachgeschaltete gesteuerte Magnetschichten aussteuern muss, wobei letztere, in ihrer Gesamtheit als gesteuerte Magnetschichtanordnung betrachtet, von der steuernden Magnetschicht abweichende, u. zw. grössere effektive lineare Gesamtausdehnungen aufweisen.
Die Serienschaltung von drei gesteuerten Magnetschichten 35,36 und 37, von denen jede von gleicher Grösse und Form ist wie die steuernde Magnetschicht 34, ist in Fig. 7 dargestellt. Diese Schichten sind über eine Kopplungsbandleiterschleife 27 ähnlicher Weise, wie bereits mehrmals beschrieben, miteinander verkoppelt.
Die Parallelschaltung von drei gesteuerten Magnetschichten 39,40 und 41, von denen jede von gleicher Grösse und Form ist wie die steuernde Magnetschicht 38, ist in Fig. 8 dargestellt. Diese Schichten sind über eine Kopplungsbandleiterschleife 28 durch Parallelschaltung miteinander verkoppelt.
Unter der Annahme gleicher Dicke der Magnetschichten ist in den Ausführungsbeispielen gemäss Fig. 7 und 8 das Volumen der gesteuerten Magnetschichten um den Faktor 3 grösser als das Volumen der steuernden Magnetschicht.
UmDimensionierungsregeln für den verallgemeinerten Fall abweichender effektiver linearer Gesamtausdehnungen zwischen steuernden und gesteuerten Magnetschichtanordnungen geben zu können, ist die oben gegebene mathematische Analyse entsprechend zu modifizieren. Die abgeleiteten Gleichungen und Beziehungen gelten entsprechend auch für den verallgemeinerten Fall, wenn man darin folgende Substitutionen vornimmt :
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Unter Berücksichtigung der obigen Substitutionen geht Gleichung (22) über in ihre modifizierte Form :
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Desgleichen- geht Gleichung (19) über in ihre modifizierte Form :
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Durch Substitution der entsprechenden Werte in der Beziehung (25) erhält man für den verallgemeinerten Fall folgende Dimensionierungsbedingung für die geometrischen Abmessungen :
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Diese Beziehung (46) lässt sich wie folgt interpretieren. Um eine gesteuerte Magnetschichtanordnung auszusteuern, muss die steuernde Magnetschichtanordnung eine magnetische Flussänderung aufbringen, die grösser ist als ein gewisser Minimalbetrag min. Anderseits erzeugt die steuernde Magnetschichtanordnung in bezug auf die Kopplungsleitung eine magnetische Flussänderung t, Die Kopplungseinrichtung hat einen Wirkungsgrad für die Übertragung des magnetischen Flusses, der kleiner ist als Eins. da natür-
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Die benötigte Anstiegszeit [vgl. Gleichung (23)] ergibt sich für den verallgemeinerten Fall aus der folgenden modifizierten Form :
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In der Praxis kann der Fall auftreten, dass in einem Übertragungssystem zwei Grössentypen von Magnetschichtzellen vorkommen, wie es im Ausführungsbeispiel von Fig. 9 für eine zweistufige Kopplungskonfiguration gezeigt ist, die insgesamt eine Verzweigung über zwei Stufen darstellt. Dabei ist angenommen, dass in der ersten Übertragungsstufe ein Element der ersten Grössentype ein Element der zweiten
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Funktion und die Magnetschicht 85 in gesteuerter Funktion. Diese beiden Magnetschichten sind über eine Kopplungsbandleiterschleife 85, so wie bereits mehrfach beschrieben, miteinander verkoppelt.
Zur zweiten Übertragungsstufe gehören die Magnetschicht 85 in steuernder Funktion und die Magnetschichten 82, 83,84 in gesteuerter Funktion. Diese Schichten sind über eine Kopplungsbandleiterschleife 87 durch Parallelschaltungomiteinander verkoppelt. Es ist klar, dass die in Fig. 9 gezeigten zwei Übertragungsstufen Teil eines weiter verzweigten logischen Systems sein können.
Es ist nun erwünscht, die zwei Übertragungsstufen energetisch günstig zu dimensionieren, d. h. die geometrischen Abmessungen der Magnetschichten so zu bestimmen, dass die Anforderungen an das Treibfeld (Amplitude Ho und Anstiegszeit T) und die Steuerfeldstärke in bezug auf die gesteuerten Schichten
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stufen angewendet :
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Aus Gleichung (50) ergibt sich die Bedingung
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Durch Koeffizientengleichsetzung in Gleichung (51) in Kombination mit der Bedingung (52) erhält man folgende Dimensionierungsbedingungen für die geometrischen Abmessungen der Magnetschichten :
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Aus praktischen Gründen mag es unter Umständen nicht erwünscht sein, Magnetschichten mit verschiedener Dicke vorzusehen.
Dann ist also d1 = d, und es ist das Volumenverhältnis r = n = 3, gemäss Gleichung (50). Aus der für den verallgemeinerten Fall modifizierten Beziehung (25) lässt sich folgende weitere Dimensionierungsbedingung ableiten :
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Nachfolgend seien die Signalübertragungseigenschaften der erfindungsgemässen Kopplungseinrichtung vom Standpunkt der Anpassungsbedingung her betrachtet. Zu diesem Zweck wird zu der in Fig. 1 gezeigten Grundanordnung der Kopplungseinrichtung zurückgekehrt. Die aus der Elektrotechnik bekannte Anpassungsbedingung besagt, dass zwischen einem Generator und einem Empfänger dann die Energieübertragung am günstigsten ist, wenn der Innenwiderstand des Generators gleich ist dem Innenwiderstand des Empfängers, unter der Annahme einer idealen Übertragungsleitung.
Im Falle der vorliegenden Kopplungskonfiguration (Fig. 1 und 2) kann man eine gute Verkopplung zwischen den Magnetschichtelementen 1, 2 und der Bandleiterschleife 3 voraussetzen. Das steuernde Magnetschichtelement 1 bildet zusammen mit dem linken Teil der Bandleiterschlaufe 3 den Signalgenerator, während das gesteuerte Magnetschichtelement 2 zusammen mit dem rechten Teil der Bandleiterschleife 3 den Signalempfänger bildet. Aus der Verwendung von Magnetschichtelementen in der vorbeschriebenen Betriebsweise ergibt sich, dass die Innenwiderstände von Generator und Empfänger im wesentlichen durch die Induktivitäten L der Elemente dargestellt sind. Und zwar ist es in erster Linie die Anfangsinduktivität, die hiefür massgebend ist.
Diese Anfangsinduktivität bestimmt man aus dem Steigungsmass im Nullpunkt der Magnetfluss ($)-Strom (I)- Kennlinie der Magnetschichtelemente. Die Anpassungsbedingung ist dann erfüllt, wenn die Anfangsinduktivität des steuernden Magnetschichtelementes gleich ist der Anfangsinduktivität des gesteuerten Magnetschichtelementes.
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die Zone der Sättigung an, d. h. dort bleibt die Induktion B = IBS konstant für Feldstärken H > Mi 1. Die Anfangspermeabilität l A ist gegeben durch das Steigungsmass des linearen Teils der B/H-Kennlinie im Koordinatenursprung.
Ausgehend von der B/H-Kennlinie in Fig. 10 ergeben sich in Abhängigkeit von der Lage und der
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geometrischen Formgebung der Magnetschichtelemente und ihrer zugehörigen Kopplungsbandleitungen verschieden aussehende $/I-Kennlinien.
Fig. lla zeigt die $/I-Kennlinie für eine Anordnung, die dem Magnetschichtelement 1 in Fig. 1 entspricht. Der Sättigungsfluss $gi ergibt sich unter Berücksichtigung der Gleichungen (4) und (6) zu
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Um diesen Sättigungsfluss zu erzielen, braucht man einen Strom
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Anders ausgedrückt, Ill ist derjenige Strom, der durch die Bandleiterschleife 3 fliessen muss, damit in bezug auf das Magnetschichtelement 1 ein Magnetfeld von der Grösse HK erzeugt wird.
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entspricht. Der Sättigungsfluss e S2 ergibt sich unter Berücksichtigung der Gleichungen (5) und (7) zu
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Um diesen Sättigungsfluss zu erzielen, braucht man einen Strom
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linie in Fig. llb), vorausgesetzt, dass die beiden Magnetschichten 1 und 2 von gleicher Dicke d sind.
Für eine Magnetschicht mit vorgegebener Anfangspermeabilität .. kann also eine gewünschte Anfangsinduktivität allein durch topologische Massnahmen erreicht werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wurde bereits erwähnt, dass bei dem zur Anwendung kommenden Treib- feld-Aussteuerungsverfahren der steuernden und gesteuerten Magnetschichtelemente die Anfangspermeabi-
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Fig. 12a gezeigt ; sie ergibt sich durch Aussteuerung in der "harten" Richtung (d. i. die zur uniaxialen magnetischen Anisotropie orthogonale Richtung).
Die B/H-Kennlinie für ein gesteuertes Magnetschichtelement ist in Fig. 12b gezeigt; sie ergibt sich durch Aussteuerung in der"leichten"Richtung (d. i. die zur uniaxialen magnetischen Anisotropie parallele Richtung), wobei das Magnetschichtelement durch ein in der harten Richtung wirksames magnetisches Treibfeld, das gleich oder grösser ist als die Sättigungsfeldstärke HK, eine magnetische Vorspannung erhält, welche die Magnetisierung in der harten Richtung zu halten versucht.
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:me 11A2 gAl2 9 : 1 (vgl. Fig. 12a/b) müsste das geometrische Abmessungsverhältnis
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gewählt werden (vgl. Fig. 1). Die sich für diesen Fall ergebenden cp/I-Kennlinien sind in Fig. 13a für das steuernde Magnetschichtelement 1 und in Fig. 13b für das gesteuerte Magnetschichtelement 2 dargestellt.
Es ist klar, dass für steuernde und gesteuerte Magnetschichtelemente oder-anordnungen, die von ungleichem magnetischem Volumen sind, die obigen Schlussfolgerungen entsprechend zu modifizieren sind. In jedem Falle lassen sich durch Erfüllung der Anpassungsbedingung die Signalübertragungseigenschaften in den vorliegenden Kopplungseinrichtungen zwischen steuernden und gesteuerten Magnetschichtelementen in der aufgezeigten Weise durch rein topologische Massnahmen verbessern.
Es wird auf Fig. 14 Bezug genommen, welche als ein weiteres Anwendungsbeispiel für die gegenständliche Erfindung ein 2-Takt-Schieberegister in schematischer Darstellung zeigt. Auf einer elektrisch leitenden Grundplatte 50 befinden sich-gegebenenfalls von der Grundplatte durch eine dünne Isolierschicht getrennt-mehrere etwa rechteckige Magnetschichtelemente, die abwechselnd den Taktgruppen A
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allel zueinander, welche zu einer, die Mittelpunkte der Elemente verbindenden Achse 42 unter einem
Winkel von wenigstens ungefähr 45 geneigt ist. Die Magnetschichtelemente, die eine Dicke von nur einigen hundert oder tausend (1 = 10-8 cm) aufweisen, bestehen aus einem ferromagnetischen Ma- terial, z. B.
Permalloy der Zusammensetzung 80% Ni und 20lao Fe. Sie weisen eine uniaxiale magnetische
Anisotropie auf ; ihre leichte Richtung, symbolisch durch den Doppelpfeil 43 dargestellt, ist bei allen
Elementen gegenüber der Achse 42 um einen kleinen Winkel E geneigt. Dieser Winkel e kann etwa zwi- schen 2 und 150 liegen ; er sei z. B. mit 60 angenommen. Die Binarinformation"EINS"wird durch eine in der leichten Richtung nach rechts und die Binarinformation"NULL"durch eine in der leichten Rich- tung nach links ausgerichtete Magnetisierung dargestellt.
Die Magnetschichtelemente sind über Kopplungsbandleitungen variabler Breite gemäss der Erfindung miteinander verkoppelt. Im einzelnen sind die Elemente 51 und 52 über die Bandleitung 61, die Elemen- te 52 und 53 über die Bandleitung 62, die Elemente 53 und 54 über die Bandleitung 63, die Elemente 54 und 55 über die Bandleitung 64, das Element 55 mit einem gegebenenfalls nachgeschalteten weiteren
Magnetschichtelement über eine weitere Bandleitung 65 usw. verkoppelt. Die Stirnseiten 44 (in der Zeich- nung durch dickere Linien dargestellt) der Bandleitungen sind mit der darunter befindlichen Grundplatte 50 elektrisch leitend verbunden. Bei einem Informationsfluss, der von links nach rechts vorgesehen ist, wird die Anordnung der Bandleitungen so getroffen, dass der schmale Teil der Bandleitung links und der breite
Teil rechts liegen.
Der schmale Bandleiterteil entspricht wenigstens ungefähr der Breite eines Magnet- schichtelements, während der breite Bandleiterteil etwa der Länge eines Magnetschichtelements ent- spricht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Verhältnis zwischen Länge und Breite der Magnet- schichtelemente bzw. zwischen den breiten und schmalen Bandleiterteilen beispielsweise mit 3 : l an- genommen.
Weitere Einzelheiten des strukturellen Aufbaues des gegenständlichen 2-Takt-Schieberegisters gehen aus dem in Fig. 15 dargestellten Querschnitt längs der Linie P - Q der Anordnung von Fig. 14 hervor. Zu- oberst befindet sich die einen Vorspannstrom i führende Leiteranordnung 60, die weiter unten im Detail beschrieben wird. Es. folgen eine Isolierschicht 47 und dann der einen Treiberstrom il führende Bandlei- ter 45, der so breit ist, dass er die Magnetschichtelemente bedeckt ; seine Längsachse 42 verläuft parallel zur Verbindungslinie der Mittelpunkte der Elemente. Auf der Unterseite des Bandleiters 45 befindet sich eine dünne Isolierschicht 48. Darunter befindet sich der Kopplungsbandleiter 64, der mit seiner Stirnsei- te 44 mit der leitenden Grundplatte 50 verbunden ist.
Der Raum zwischen Kopplungsbandleiter und Grund- platte ist mit isolierendem Material 49, z. B. aufgedampftem Siliziumoxyd, ausgefüllt. Zwischen der
Grundplatte 50 und dem Kopplungsbandleiter 64, eingebettet in das Isoliermaterial 49, liegt oberhalb des
Magnetschichtelements 55 der Kopplungsbandleiter 65. Während die Achse des Kopplungsbandleiters 64 mit dem Querschnitt P - Q zusammenfällt, verläuft die Achse des Kopplungsbandleiters 65 senkrecht da- zu, betrachtet an der Stelle des Magnetschichtelements 55. Unter der oben gemachten Annahme einer
Informationsflussrichtung von links nach rechts stellt die Kopplungsbandleitung 65 in bezug auf das Ele- ment 55 eine Eingangsleitung und die Kopplungsbandleitung 65 eine Ausgangsleitung dar.
Im vorliegen- den Ausführungsbeispiel liegen also die Achsen der Eingangs- und Ausgangskopplungsleitungen senkrecht zueinander, wodurch eine gute Entkopplung erreicht wird. Der Abstand zwischen dem schmalen Teil der
Bandleitung 65 und der Grundplatte 50'an der Stelle des Magnetschichtelements 55 und der Abstand zwi- schen dem breiten Teil der Bandleitung 64 an der Stelle des Magnetschichtelements 55 stehen zueinander in einem solchen Verhältnis, dass beide Bandleitungen möglichst die gleiche charakteristische Impedanz haben. Der Übergang vom kleineren zum grösseren Abstand eines Bandleiters erfolgt vorzugsweise konti- nuierlich.
Im Falle der Herstellung der Bandleitungen mit Hilfe eines Aufdampfprozesses wird durch an den entsprechenden Stellen kontinuierlich zunehmende Dicke der isolierenden Zwischenschicht 49 für das
Einhalten des entsprechenden Abstandverhältnisses gesorgt.
Die leitende Grundplatte 50 kann z. B. aus einer Kupferfolie oder aus einer durch Aufdampfen hergestellten dünnen Kupferschicht bestehen, die auf eine Glasplatte 57 aufgebracht ist. Unter dieser Glasplatte befindet sich der zur Rückleitung des Stromes il vorgesehene Bandleiter 45'. Dann folgen eine Isolierschicht 47'und die zur Rückleitung des Stromes i vorgesehene Leiteranordnung 60'. Im Falle, dass die leitende Grundplatte 50 zur Rückführung des Stromes il herangezogen wird, werden selbstverständlich der Bandleiter 45'und die Isolierschicht 47'nicht benötigt. sondern dann liegt unterhalb der Glasplatte 57 sogleich die Leiteranordnung 60', dessen Funktion gegebenenfalls jedoch auch vom Leiter 50 übernommen werden kann.
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Es wird nun auf Fig. 16 Bezug genommen, welche weitere Einzelheiten der Leiteranordnung 60 zeigt.
Die Form der Leiteranordnung ist so gewählt, dass der durch sie hindurchfliessende konstante Vorspannstrom i, über den A-Elementen in der einen Richtung (z. B. nach rechts) und über den B-Elementen in der dazu entgegengesetzten Richtung (d. h. nach links) fliesst, Die Leiteranordnung 60 liegt so über den Magnet-
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schichtelementenfliesst, liegt über dem Element 51,. das Mittelstück 72, in welchem der Strom i von rechts nach links fliesst, liegt über dem Element 52 usw. ; schliesslich liegt-wie auch aus dem Vergleich mit Fig. 14 her- vorgeht-das Mittelstück'75, in dem der Strom L ; von links nach rechts fliesst, über dem Element 55.
Zur Erzielung der gewünschten abwechselnden Umkehr der Stromrichtung in n Mittelstücken der Leiteran- ordnung 60 liegen die Stromzuführungsstellen zu den einzelnen Mittelstücken abwechselnd rechts und links.
Allen Mittelstücken, in welchen der Strom i von links nach rechts fliesst, wird der Strom über eine an einer linken oberen Anschlussstelle angebrachte Zuleitung 46 zu- und über eine an einer rechten unteren
Anschlussstelle angeschlossene Ableitung 56 abgeführt, Allen Mittelstücken, in welchen der Strom i von rechts nach links fliesst, wird der Strom über eine an einerrechten unteren Anschlussstelle angebrachte Zu- leitung 56 zu-und über eine an einer linken oberen Anschlussstelle angebrachten Ableitung 46 abgeführt.
(Die Bezeichnungen "oben" und "unten" beziehen sich auf die zeichnerische Darstellung in Fig. 16). Um einen parallel zur Achse 42 fliessenden Stromfluss in den Mittelstücken zu erzielen, sind diese mit einer
Vielzahl von schmalen länglichen Schlitzen 66 versehen. Zur Rückführung des Stromes i dient vorzugs- weise eine gleiche wie in Fig. 16 dargestellte Leiteranordnung 60', die unterhalb der Magnetschichtele- mente angebracht ist und die von dem Strop il in entgegengesetzter Richtung durchflossen wird.
Durch die von einem konstantenVorspannstrom iz durchflossene Leiteranordnung 60, 60'kommen die
A-Elemente und die B-Elemente unter den Einfluss senkrecht zur Achse 42 gerichteter, konstanter magne- tischer Vorspannfelder Hi n. Diese Felder sind in Fig. 14 durch entsprechend gekennzeichnete Pfeile sym- bolisch dargestellt. Der Strom iz ist so festgelegt, dass der Absolutbetrag dieser Vorspannfelder gleich ist der Amplitude der von dem Treiberstrom il erzeugten Magnetfelder. Demnach kompensieren sich jeweils die überlagerten Felder in bezug auf die eine Gruppe von Elementen (z. B. bezüglich der B-Elemente), während sie sich in bezug auf die andere Gruppe von Elementen (z. B. bezüglich der A Elemente) in ihrer
Wirkung auf diese Elemente unterstützen.
Die Dimensionierung ist so gewählt, dass im letzteren Fall die insgesamt auf die betreffenden Magnetschichtelemente wirksame Feldamplitude grösser ist als die Aniso- tropiefeldstärke HK der Magnetschichtelemente, d. h., dass deren Magnetisierung senkrecht zur Achse 42 ausgelenkt wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel findet die Auslenkung der Magnetisierung der
A-Elemente nach oben, die der B-Elemente nach unten statt.
Das Impulsprogramm für den durch die Leitung 45 fliessenden Treiberstrom il ist in Fig. 17 darge- stellt. Der Strom fliesst abwechselnd in positiver und negativer Richtung. Die Umschaltzeit r ist diejenige
Zeit, die es braucht, bis die konstante Stromamplitude von entgegengesetzter Polarität erreicht ist.
Durch Überlagerung der vom Strom il erzeugten Magnetfelder mit den Vorspannfeldern Hi2 werden in bezug auf die A-Elemente die in Fig. 18 dargestellten Treibfelder HA und in bezug auf die B-Elemen- te die in Fig. 19 dargestellten Treibfelder HB wirksam.
Zum Zeitpunkt tl wird der Treiberstrom i1 im Leiter 45 von minus nach plus umgeschaltet, Das hat das Wirksamwerden oder Einschalten des Treibfeldes HA von Null oder einem Wert, der kleiner ist als die
Anisotropiefeldstärke H, zu einem Maximalwert H, der grösser ist als HK, zur Folge. Synchron damit erfolgt zum Zeitpunkt t das Abschalten des Treibfeldes Hn vom Maximalbetrag H auf den Wert Null oder auf einen Wert, der kleiner ist als HR. Somit wird zum Zeitpunkt tl die Magnetisierung der A-Elemente aus der leichten Richtung ausgelenkt in eine Richtung, die senkrecht ist zur Achse 42 (d. h. nach oben in
Fig. 14), und gleichzeitig schaltet die Magnetisierung der B-Elemente aus der senkrecht zur Achse 42 verlaufenden Richtung in. die leichte Richtung zurück (u. zw. von unten her in Fig. 14).
Es erfolgt zum Zeitpunkt tl eine Übertragung von binärer Information von den A-Elementen auf die B-Elemente. Wegen der nichtreziproken Übertragungsverhältnisse der Verkopplungsanordnung übernehmen die B-Elemente die In-. formation jeweils von den links benachbarten A-Elementen, wie weiter unten noch gezeigt wird.
Zum Zeitpunkt ta werden das Treibfeld HA ab-und das Treibfeld HB eingeschaltet. Die Magnetisierung der A-Elemente schaltet aus der senkrecht zur Achse 42 verlaufenden Richtung (in Fig. 14 von oben her) in die leichte Richtung zurück ; die Magnetisierung der B-Elemente wird gleichzeitig aus der leichten Richtung ausgelenkt (u. mv. in Fig. 14 nach unten). Zum Zeitpunkt ta erfolgt eine Übertragung von binärer Information von den B-Elementen auf die A-Elemente, u. zw. übernehmen - aus dem oben angegebenen Grund - die A-Elemente die Information jeweils von den links benachbarten B-Elementen.
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rationsbedingungen zum Zeitpunkt t sind die gleichen wie zum Zeitpunkt t,.
Für die Arbeitsweise des vorliegenden 2-Takt-Schieberegisters sind neben den nichtreziproken Über- tragungseigenschaften, d : e durch geometrische Formgebung der Magnetschichtelemente und Kopplung- leitungen erzielt werden, noch folgende Merkmale charakteristisch : Die Neigung der leichten Richtung 43 um einen bestimmten Winkel zur Achse 42 der Treiberleitungen und die Schräglage der Kopplungsleitun- gen 61-65 unter etwa 450 zur Achse 42 der Treiberleitungen (vgL Fig. 14).
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mit möglicherweise verbundene Aufspalten der Magnetisierung des gesteuerten Elements in viele kleine
Domänen entgegengesetzter Magnetisierungsrichtung verhindert. Dabei erweist sich ein Winkel e zwi- schen 2 und 150 als günstig.
Das erwähnte Aufspalten der Magnetisierung tritt gegebenenfalls ein, wenn während des Abschaltens des Treibfeldes eine, von einem Steuerstrom in der Kopplungsleitung herrühren- de, ein eindeutiges Zurückschalten der Magnetisierung des gesteuerten Elements bestimmende Steuer- feldkomponente in der leichten Richtung nicht vorhanden ist. Ein bestimmter Neigungswinkel ist wir- kungsmässig gleichzusetzen mit einer konstanten Steuerfeldkomponente H, bezogen auf die leichte
Richtung.
Wenn somit im Augenblick des Abschaltens des in bezug auf das gesteuerte Elementwirken- den Treibfeldes kein Steuerstrom genügend grosser Amplitude vom steuernden Element in die Kopplungsleitung induziert wird, so schaltet-wegen des Neigungswinkels e-die Magnetisierung im gesteuerten Element dennoch in eine vorbestimmte leichte Richtung zurück, nämlich in die nächstbenachbarte leichte Richtung. Diese vorbestimmte leichte Richtung ist für die A-Elemente 51, 53, 55 die "0"-Lage ; für die B-Elemente 52,54 ist es hingegen die "1M-Lage. Dieser Unterschied liegt darin, dass die Treibfelder HA für die A- und die Treibfelder Ho für die B-Elemente von entgegengesetzter Polarität sind.
Die Schräglage der Kopplungsleitungen unter etwa 450 zur Achse 42 der Treiberleitungen hat asymmetrische Übertragungseigenschaften für die binären Werte"EINS"und"NULL"zur Folge.
Zu den erwähnten asymmetrischen Übertragungseigenschaften kommt im vorliegenden Ausführungbeispiel auf Grund der erfindungsgemässen topologischen Massnahmen im Hinblick auf optimale Anpassung noch eine Diskriminierung der Grösse der Steuerwirkung der Signale hinzu in Abhängigkeit davon, ob es sich um Steuersignale handelt, die in Richtung des gewünschten Informationsflusses oder in entgegengesetzter Richtung wirken, was die nichtreziproken Übertragungseigenschaften des vorliegenden Verschieberegisters bedingt. Die erwähnte Diskriminierung in der Steuerwirkung der nach"vorwärts" (d. h. in der gewünschten Informationsflussrichtung von links nach rechts) und der nach"rückwärts" (d. h. entgegen der gewünschten Informationsflussrichtung) wirkenden Steuersignale ermöglicht überhaupt erst den Betrieb in einem 2-Takt-System.
Es ist ein Kennzeichen des hier betrachteten 2-Takt-Schieberegisters, dass infolge der topologischen Anordnung der Kopplungsleitungen bei der Informationsübertragung von einem Element zum nächsten regelmässig eine Inversion der binären Information vorgenommen wird. Eine z. B. im A-Element 51 stehende "1" wird, vom rechts benachbarten B-Element 52 als "0" und während des nächsten Taktes vom rechts benachbarten A-Element 53 wieder als "1" übernommen usw.
Vor dem Zeitpunkt tl steht die zu übertragende binäre Information in den A-Elementen; sie wird dargestellt durch die"Magnetisierungsvektoren", d. h. durch die Richtung der Magnetisierung in diesen EIementen, die wegen des Treibfeldes HA = 0 (vgl. Fig. 18) parallel zur leichten Richtung verlaufen. Die Magnetisierungsvektoren der B-Elemente sind zur gleichen Zeit nach unten ausgelenkt wegen des Treibfeldes HB > HK (vgl. Fig. 19). Zum Zeitpunkt tl beginnen das Treibfeld HA anzusteigen und das Treibfeld HB abzunehmen. Dadurch wird auf die Magnetisierungsvektoren der A-Elemente ein Auslenkungsmoment ausgeübt, das sie nach oben orthogonal zur Achse 42 auslenkt.
Sobald nach Einsetzen dieses Auslenkungsvorganges eine merkliche magnetische Flussänderung in den A-Elementen bezüglich der Kopplungsleitungen wirksam wird, tritt von den B-Elementen her eine Rückkopplungswirkung auf, welche abschwächend auf die Drehung der A-Magnetisierungsvektoren (d. i. die Magnetisierung in den A-Elementen) einwirkt.
Dieser Rückkopplungseffekt hat seine Ursache im Ablauf folgender Vorgänge : Die durch Auslenkung des A-Magnetisierungsvektors bedingte Flussänderung verursacht die Induktion einer Spannung in der betreffenden Kopplungsleitung, und es fliesst ein Strom in dieser Leitung. der ein Magnetfeld in bezug auf das betreffende B-Element erzeugt ; dieses Feld verursacht eine
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Drehung des B-Magnetisierungsvektors, was ebenfalls eine Flussänderung und folglich eine Gegen-EMK hervorruft, die den Strom in der Kopplungsleitung schwächt. Es ist zu sagen, dass-bei Vernachlässigung der Verluste - eine perfekte Kopplung zwischen zwei Magnetschichtelementen gleiche aber entgegenge- setzte Flussänderungen in beiden Elementen verlangt.
Im einzelnen sei beispielsweise das B-Element 52 ! betrachtet, das gleichzeitig unter dem Steuereinfluss seiner links und rechts benachbarten A-Elemente 51 und 53 steht (vgl. Fig. 14).
Als Ausgangslagen für die A-Magnetisierungsvektoren wird zunächst beispielsweise angenommen, dass im Element 51 eine "1" und im Element 53 eine "0" stehen (Fall 1). Die Auslenkung des Magnetisierungs- vektors des Elements 51 unter dem Einfluss des Treibfeldes HA nach oben bewirkt in bezug auf die Kopp-
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ments 53 in bezug auf die Kopplungsleitung 62, und es bildet sich in bezug auf das B-Element 52 ein re- sultierendes Steuerfeld aus, unter dessen Einfluss der Magnetisierungsvektor des Elements 52 aus der unteren Lage (orthogonal zur Achse 42) in die entsprechende leichte Richtung zurückschaltet. Die Zurückschaltung des Magnetisierungsvektors des Elements 52 erfolgt dabei in dem Sinne, dass diese Flussänderung den obigen Flussänderungen entgegenwirkt.
Die Gegen-EMK, die vom Element 52 in die Kopplungsleitung 61 induziert wird, ist um einen Faktor 3 kleiner als die Gegen-EMK, die vom Element 52 in die
Kopplungsleitung 62 induziert wird. Das bedeutet, dass das Element 52 einen kleinen Widerstand darstellt im Hinblick auf eine grosse, vom Element 51 ausgehende Wirkung und dass es einen grossen Widerstand darstellt im Hinblick auf eine kleine, vom Element 53 ausgehende Wirkung. Diese beiden Effekte werden durch einen weiteren jedoch etwas abgeschwächt : Ein Strom in der Kopplungsleitung 61 erzeugt ein dreimal kleineres Steuerfeld in bezug auf das Element 52 als ein gleicher Strom in der Kopplungsleitung 62 es in bezug auf dasselbe Element tut.
Insgesamt gesehen werden also die nichtreziproken Übertragungseigenschaften des in Fig. 14 gezeigten 2-Takt-Schieberegisters durch das einfache Länge/Breiteverhältnis, das beispielsweise mit 3 : 1 angenommen wurde, bestimmt und nicht durch das Quadrat desselben.
In dem oben angenommenen Fall 1 (d. h."l"steht im Element 51 und"0"im Element 53) wird die Informationsübernahme in das Element 52 - wie aus der gegebenen Analyse hervorgeht-durch das linke benachbarte Element 51 bestimmt. Das durch Strome in den Kopplungsleitungen 61 und 62 resultierende Steuerfeld in bezug auf das Element 52 hat eine ausreichend grosse Komponente in der linken leichten Richtung, so dass während des Abklingen des Treibfeldes FfB > HK auf den Wert HB = 0 (vgL Fig. 19) der Magnetisierungsvektor des Elements 52 aus der unteren Lage orthogonal zur Achse 42 über die harte Richtung in die"0"-Lage zurückschaltet.
Für die Beurteilung der Informationsübertragung im vorliegenden Schieberegister müssen noch drei weitere Ausgangslagen betrachtet werden und es muss sich herausstellen, dass auch in diesen Fällen die Information immer vom Element 51 (und nicht vom Element 53) in das. Element 52 übertragen wird.
Wenn im Element 51 eine "0" und im Element 53 eine "1" stehen (Fall 2), so ist. die durch das Element 51 bedingte" in bezug auf die Kopplungsleitung 61 resultierende Flussänderung sehr klein. Auch die durch das Element 53 bedingte, in bezug auf die Kopplungsleitung 62 resultierende Flussänderung ist vernachlässigbar klein. Es ist also auch das auf das Element 52 einwirkende, durch die sehr kleinen Induktionsströme in den Kopplungsleitungen 61 und 62 resultierende Steuerfeld sehr klein und von keinem entscheidenden Einfluss.
Der durch das Treibfeld HB zum Zeitpunkt t. nach unten ausgelenkte Magnetisierungsvektor des Elements 52 schaltet also infolge des vorgesehenen Neigungswinkels s in die nächst benachbarte, in diesem Fall also in die rechte leichte Richtung zurück, d. h. in die "1"-Lage.
. Wenn in beiden Elementen 51 und 53 die gleichen Binärwerte"l"stehen (Fall 3), so ist die durch das Element 53 bedingte, in bezug auf die Kopplungsleitung 62 resultierende Flussänderung vernachlässigbar klein. Dagegen ist die durch das Element 51 bedingte, in bezug auf die Kopplungsleitung 61 resultierende Flussänderung von entscheidendem Einfluss, und der Magnetisierungsvektor des Elements 52 wird aus
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das Element 51 bedingte, in bezug auf die Kopplungsleitung 61 resultierende Flussänderung sehr klein.
Die durch das Element 53 bedingte, in bezug auf die Kopplungsleitung 62 resultierende Flussänderung verursacht eine Steuerfeldkomponente in der rechten leichten Richtung. Die Wirkung dieser Steuerfeldkomponente wird unterstützt durch den vorgegebenen Neigungswinkel e, so dass der Magnetisierungsvektor des Elements 52 in die rechte leichte Richtung, d. h. in die"l"-Lage zurückschaltet.
Es wird nun auf Fig. 20 Bezug genommen, wo auf graphischem Wege eine zumindest qualitative Analyse der bei der Informationsübertragung in dem vorliegenden 2-Takt-Schieberegister in bezug auf das Element 52 auftretenden Steuerfelder gegeben wird. Das sich aus dem Induktionsstrom in der Kopplungs-
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Wie bereits gezeigt wurde, ist wegen der nichtreziproken Übertragungseigenschaften der Steuereffekt H (V) : H (r in bezug auf das Element 52 gleich 3 : 1. Das Zurückschalten des Magnetisierungsvektors des Elements 52 wird bestimmt durch die Polarität der resultierenden Steuerfeldkomponenten in der leichten Richtung zu dem Zeitpunkt, in dem die Komponente in der harten Richtung des abklingenden Treibfeldes HB etwa den Wert der Sättigungsfeldstärke #HK# der Magnetschicht hat.
Der in Fig. 20 festgehaltene Zeitpunkt liegt kurz nach tl (vgl. Fig. 18 und 19), d. h. dass bereits signifikante Flussänderungen durch Aus- lenkungen der Magnetisierungsvektoren der Elemente 51 und 53 in bezug auf die Kopplungsleitungen 61, 62 vorliegen.
In der benutzten diagrammatischen Darstellung von Fig. 20 ist die Kopplungsleitung 61 schematisch durch ihre Achse 161 gezeigt. Das Steuerfeld in Vorwärtsrichtung H (v) steht senkrecht zur Achse 161. Die Kopplungsleitung 62 ist schematisch durch ihre Achse 162 gezeigt. Das Steuerfeld in Rückwärtsrichtung H (r) steht senkrecht zur Achse 162. Die die Treiberströme il und i führenden Leitungen 45 und 60 sind durch ihre gemeinsame Achse 180 schematisch dargestellt. Das Treibfeld HB steht senkrecht zur Achse 160. Die leichte Richtung des Magnetschichtelements 52 ist durch H=, die harte Richtung durch Hj. eingezeichnet. Wie bekannt, wird das Schaltverhalten einer Magnetschicht durch die sogenannte "kritische Kurve", die Asteroide 170, wiedergegeben.
Die Spitzen der kritischen Kurve entsprechen der Sättigungsfeldstärke HK der Magnetschicht. Die Neigung der leichten Richtung zur Achse 160 ist durch den Winkel e wiedergegeben.
Im obigen Fall 1 (d. h."l"steht im Element 51 und "0" im Element 53) sind das vom Element 51 herrührende Steuerfeld H und das vom Element 53 herrührende Steuerfeld Her) wirksam, die sich mit dem Treibfeld HB zum Vektor 163 überlagern. Die Spitze des Vektors 163 liegt links vom Punkt -HK während der Zeitspanne, in der das Treibfeld von seinem Maximalwert auf einen Wert kleiner als jHp ! abklingt. Damit ist während der für die Umschalt'mg entscheidenden Zeitspanne eine in die linke leichte Richtung wirkende resultierende Steuerfeldkomponente vorhanden, unter deren Einfluss der Magnetisie-
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der leichten Richtung des Treibfeldes HB bestimmt.
Diese wirkt wegen des Winkels immer in die rechte leichte Richtung, so dass der Magnetisierungsvektor des Elements 52 in die "1"-Lage zurückschaltet.
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Im Fall 4 (d. h."0"steht in beiden Elementen 51 und 53) ist H (V) vernachlässigbar, und es überlagern sich H (r) und HB zum Vektor 165. Die Spitze dieses Vektors liegt rechts vom Punkt-H, und der Magnetisierungsvektor des Elements 52 schaltet in die "1 "-Lage zurück.
Wie aus Fig. 20 hervorgeht, setzt sich die resultierende Steuerwirkung auf ein gesteuertes Magnet- schichtelement aus folgenden drei Anteilen zusammen : 1. Steuerfeld H (V) in Vorwärtsrichtung, das auf die Wirkung eines links benachbarten steuernden Elements zurückgeht. 2. SteuerfeldH in Rückwärtsrich- tung, das auf die Wirkung eines rechts benachbarten steuernden Elements zurückgeht, 3. Konstante Steuer- feldkomponente H zufolge des Neigungswinkels der leichten Richtung zur Achse der Treiberleitungen.
In den folgenden zwei Tabellen sind alle zum Verständnis der Arbeitsweise des vorliegenden 2-Takt- Schieberegisters in Frage kommenden Ausgangslagen der Magnetschichtelemente zusammengestellt. Tabelle 1 bezieht sich auf die Zeitpunkte t, tg, t usw. ; im besonderen werden die zu diesem Zeitpunkt als steuernde Elemente wirkenden A-Elemente 51 und 53 sowie das zu diesem Zeitpunkt als gesteuertes Element wirkende B-Element 52 betrachtet.
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Tabelle 1
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<tb>
<tb> Binärinformation
<tb> im <SEP> A-Element <SEP> 51 <SEP> "0" <SEP> "0" <SEP> "1" <SEP> "1"
<tb> Binärinformation
<tb> im <SEP> A-Element <SEP> 53 <SEP> "0" <SEP> "1" <SEP> "0" <SEP> "1"
<tb> Grössenfaktor <SEP> und <SEP> Wirkung <SEP> drei <SEP> drei
<tb> von <SEP> H(v) <SEP> auf <SEP> das <SEP> B-Element <SEP> 52 <SEP> - <SEP> - <SEP> - > "0" <SEP> - > <SEP> :
<SEP> "0" <SEP>
<tb> Grössenfaktor <SEP> und <SEP> Wirkung <SEP> eins <SEP> eins
<tb> von <SEP> H <SEP> (r) <SEP> auf <SEP> das <SEP> B-Element <SEP> 52 <SEP> #"1" <SEP> - <SEP> #"1"
<tb> Grössenfaktor <SEP> und <SEP> Wirkung <SEP> eins <SEP> eins <SEP> eins <SEP> eins
<tb> von <SEP> He <SEP> auf <SEP> das <SEP> B-Element <SEP> 52 <SEP> #"1" <SEP> #"1" <SEP> #"1" <SEP> #"1"
<tb> Gtössenfahtor <SEP> der <SEP> Steuerwirkung <SEP> zwei <SEP> eins <SEP> eins <SEP> zwei
<tb> und <SEP> Endlage <SEP> des <SEP> B-Elements <SEP> 52 <SEP> "1" <SEP> "1" <SEP> "0" <SEP> "0"
<tb>
Tabelle 2
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<tb>
<tb> Binärinformation
<tb> im <SEP> B-Element <SEP> 52 <SEP> "0" <SEP> "0" <SEP> "1" <SEP> "1"
<tb> Binärinformation
<tb> im <SEP> B-Element <SEP> 54 <SEP> "0" <SEP> "1" <SEP> "0" <SEP> "1"
<tb> Grössenfaktor <SEP> und <SEP> Wirkung <SEP> drei <SEP> drei
<tb> von <SEP> H <SEP> (vr
<SEP> auf <SEP> das <SEP> A-Element <SEP> 53 <SEP> - > "1" <SEP> - > "I" <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb> Grössenfaktor <SEP> und <SEP> Wirkung <SEP> eins <SEP> eins
<tb> von <SEP> auf <SEP> das <SEP> A-Element <SEP> 53 <SEP> - <SEP> #"0" <SEP> - <SEP> #"0"
<tb> Grössenfaktor <SEP> und <SEP> Wirkung <SEP> eins <SEP> eins <SEP> eins <SEP> eins
<tb> von <SEP> He <SEP> auf <SEP> das <SEP> A-Element <SEP> 53 <SEP> #"0" <SEP> #"0" <SEP> #"0" <SEP> #"0"
<tb> Grössenfaktor <SEP> der <SEP> Steuerwirkung <SEP> zwei <SEP> eins <SEP> eins <SEP> zwei
<tb> und <SEP> Endlage <SEP> des <SEP> A-Elements <SEP> 53 <SEP> "1" <SEP> "1" <SEP> "0" <SEP> "0"
<tb>
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steuernde Elemente wirkenden B-Elemente 52 und 54 sowie das zu diesem Zeitpunkt als gesteuertes Element wirkende B-Element 53 betrachtet. Die Tabellen gelten für die übrigen Elemente in entsprechender Weise.
Die Analyse der in den beiden Tabellen dargestellten Möglichkeiten zeigt-wie bereits erwähnt-, dass ein eindeutiger Informationsfluss von links nach rechts vorliegt und dass die Binärinformation von einem Element jeweils auf das rechts benachbarte Element in invertierter Form übergeht. Diese regelmässige In- vertierung stellt jedoch keinen Nachteil für die praktische Brauchbarkeit des Schieberegisters dar.
Obgleich die grundsätzlichen und neuen Merkmale der gegenständlichen Erfindung in Anwendung auf spezielle Ausführungsbeispiele von durch Kopplungsleitungen verbundenen Magnetschichtelementen herausgestellt und beschrieben wurden, können offenbar von Fachleuten mannigfaltige Änderungen in der Form und in Einzelheiten der dargestellten Anordnungen und auch deren Wirkungsweise, zum Zwecke einer erfindungsgemässen Verbesserung der Signalü bertragungseigenschaften zwischen den Magnetschichtelementen, vorgenommen werden, ohne dadurch den nachfolgend beanspruchten Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.