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Die
Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung beziehen sich im Allgemeinen
auf den Betrieb von statischen Speichereinheiten, und ganz besonders
auf Verfahren und Vorrichtungen zum Schreiben und Lesen von Daten
in bzw. aus solchen Einheiten.
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Der
Betrieb von multi-gort statischen Speichereinheiten mit niedriger
Versorgungsspannung kann die Betriebsrate zum Lesen und Schreiben
im Datenspeicher verringern. Die Verbesserung der Lese- und Schreibrate
würde eine
zuverlässige
Bedienung eines Datenspeichers bei niedriger Versorgungsspannung
erlauben.
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1 zeigt
einen Schaltkreis, in dem Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung
zur Verbesserung der Lese- und Schreibrate eines Datenspeichers
eingesetzt werden.
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2 zeigt
eine einigen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen
entsprechende ausführlichere schematische
Darstellung einer Wortleitungssteuerschaltung für zwei Ports eines Multiport-Systems, und 3 ist
eine Darstellung der Spannungskurvenformen dieses Schaltkreises.
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4 stellt
eine erfindungsgemäße Ausgestaltung
einer Bootstrap-Schaltung für
Wortleitungen dar, und 5 zeigt Spannungskurvenformen
dieser Schaltung in einigen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen.
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6 ist
ein schematischer Überblick
von erfindungsgemäßen Ausgestaltungen
einer selbstauslösenden
Boost-Steuerung.
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7 und 8 sind
Darstellungen von Schaltkreisen, die in einigen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen
zur Erzeugung der BOOSTA- und BOOSTB-Ansteuersignale eingesetzt
werden.
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9 stellt
das Verhältnis
unter verschiedenen Signalen, die im Schaltkreis einiger erfindungsgemäßer Ausgestaltungen
eingesetzt werden, dar.
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Speicher-Designer
sind typischerweise mit zwei Aspekten der Betriebsleistung befasst:
Leserate und Schreibrate. Der Umstand, dass herkömmliche Anordnungen nach einer
Verbesserung der Lese- oder Schreibrate streben, bedingt, dass dabei
eine weitere Spannungsversorgung erforderlich ist, was bei eingebetteten
Speichersystemen schwer durchführbar
ist. In den hier beschriebenen Ausgestaltungen werden die Lese-
und Schreibraten durch den Einsatz einer selbstauslösenden Bootstrap-Schaltung
zur Erhöhung
der Wortleitungsspannung während
der Lese- und Schreibvorgänge in einem
Dual-Port Speicher verbessert.
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1 ist
ein Blockdiagramm einer Vorrichtung und eines Systems 100 zum
Lesen oder Schreiben im statischen Speicher. Das Blockdiagramm zeigt
einen Teil 100 einer statischen Multi-Port Speicherzugriff-Schaltung
zum Lesen von Information aus Speicherstellen eines Speicherknotens
in einem Speicher 102 auf Bitleitungen 103 während eines
Zugriffszyklus. Der Speicher 102 erhält Eingaben der Zeilen- und
Spaltenauswahl von der Decoderschaltung 104, welche Adresssignale
Ao bis An erhält, und Bitleitungssignale 106 an
den Speicher 102 sowie Wortleitungssignale 108 an
die Steuerschaltung 110 liefert.
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Die
Einteilung der Schaltungen in Blöcke, wie
z. B. 102, 104 und 110 ist bemerkenswerterweise im
gewissen Maß beliebig
und erfolgt zur Erklärung eines
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels ohne
vorauszusetzen, dass die Schaltung ein Teil einer separaten Schaltung
ist, weil sie in einem abgetrennten Feld eingeschlossen ist. Daher
ist es völlig zutreffend
sich in einigen Ausgestaltungen auf die Steuerschaltungen 110 als
Teil der Speicherzellen 102 anstatt als getrenntes Feld 110 zu
beziehen.
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In
einigen Ausgestaltungen, ist der Speicher 102 ein Multi-Port
Speicher, wie z.B. ein Dual-Port-Speicher. In einigen Ausgestaltungen
ist der Speicher 102 ein Multi-Port Speicher mit zwei oder mehr Ports.
In einigen Ausgestaltungen ist der Speicher 102 ein Multi-Port
Speicher mit n Ports. In einem Multi-Port Speicher, erfolgt eine
Vielzahl von Lese- und Schreibvorgängen zur gleichen, oder fast
gleichen, Zeit.
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Die
Steuerschaltung 110 erhält
auch Taktsignale CLK, wobei dann der Speicherzugriff Wortleitungssignale
WLA, WLB über
WLAN and den Speicher über
die Wortleitungen 112 liefert, die mit ausgewählten Speicherzellen
des Speichers 102 gekoppelt sind. In der in 1 dargestellten
Ausgestaltung des Multi-Port-System werden die Ausgaben aus dem Speicher 102 als
Bitsignale auf den Bitleitungen 103, die einzeln als BITLEITUNG
A, BITLEITUNG B bis BITLEITUNG n gekennzeichnet sind, geliefert.
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Die
Steuerschaltung 110 ist als Wortleitungssignale WLA und
WLB bis WLn auf den Wortleitungen 112 liefernde Schaltung
gezeigt. Diese Wortleitungssignale werden wiederum zur Ansteuerung
eines Speichers mit einem Signal eingesetzt, welches an eine ausgewählte Speicherzelle
durch eine Spalten- und Zeilenauswahl-Decoderschaltung 110 adressiert
wird. In den vorhandenen Systemen ist der Pegel der Wortleitung
auf einen normalen VDD-Wert für alle Ports
während
der Aktivierung eingestellt.
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In
statischen Speichersystemen können
die Lese- und Schreib-Eigenschaften der Kernzellen schwanken, wobei
diese Schwankungen zu Lese- und Schreibausfällen führen können. Schreibausfälle können vorkommen,
wenn die Betriebsspannung des Zugriffstransistors im Verhältnis zum
Lasttransistor abnimmt. Wenn während
des Doppellesezugriffs in einem Dual-Port-System der Strom des Port-Laufwerks
A abnimmt, nimmt der Strom des Port-Laufwerks B zu während der
Stromantrieb des Treibertransistors abnimmt, so dass sich die Leserate
verringert und wiederum möglicherweise
Leseausfälle
auslösen
kann.
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In
früheren
Versuchen die Raten zu verbessern und dabei Lese- und Schreibausfälle zu vermeiden
wurde bekannterweise die Spannungsversorgung der Kernzellen einer
ausgewählten
Spalte verringert, um die Schreibrate zu verbessern. Bei diesen Vorgehensweisen
wurde die Spannungsversorgung der ausgewählten Spalte auf schwach (VDD minus VPD) geschaltet
und alle anderen nicht ausgewählten Spalten
wurden entweder auf normal VDD belassen oder
unter Einsatz einer Spaltenauswahl-Schaltung auf einen höheren VDD geschaltet. Damit derartige Anordnungen
die Schreibrate durch Verbesserung des Treiberstroms des Zugriffstransistors
einer ausgewählten
Kernzelle verbessern konnten war eine zusätzliche Spannungsversorgung
erforderlich.
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Eine
Erhöhung
der Leserate wurde auch erreicht, indem die Spannungsversorgung
der Kernzellen innerhalb einer ausgewählten Zeile auf einen höheren Wert
(VDD plus VPD) und
die Spannungsversorgung der nicht ausgewählten Zeilen auf einen niedrigeren
VDD geschaltet wurden. Durch diese Vorgehensweise
konnte die Leserate einer ausgewählten Kernzelle
unter Inkaufnahme einer zusätzlichen Spannungsversorgung
verbessert werden.
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2 ist
eine schematische Darstellung eines Teils der Steuerschaltung 110 für ein Multi-Port-System,
das wenigstens Port A und B aufweist. 3 stellt
Wortleitungskurvenformen der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen dar, in
denen die Wortleitungen sowohl von Port A als auch von Port B während des
ersten und des zweiten Zeitintervallabschnitts eines Zugriffszyklus
verstärkt
werden. Die Zeitintervallabschnitte eines Zugriffszyklus werden auch
als tboostA und tboostB bezeichnet. In einigen Ausgestaltungen sind
der erste und der zweite Zeitintervallabschnitt dekorreliert, so
dass sie sich im Wesentlichen nicht überschneiden.
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Bei
den Methoden der verstärkten
Wortleitungen der hier offen gelegten Ausgestaltungen handelt es
sich um Speicherarchitekturen, bei denen die Wortleitungsspannung
für eine
ausgewählte
Zelle während
eines Teils des Zugriffszyklus über
den externen Kern VDD hinaus erhöht wird.
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Die
Schaltung in 2 sieht Bitleitungssignal BLA
und BLB für
den Port A, und BLAB und BLBB für
Port B vor. Diese sieht Treibersignale an den als S und SB bezeichneten
Anschlüssen
für die
Speicherports A bzw. B des Speichers 102 vor. Die Schaltung
in 2 erhält
Wortleitungsspannungen WLA und WLB.
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In
einigen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen
werden die WLA- und WLB-Spannungen aus VDD entsprechend
den in 3 dargestellten Kurvenformen für einen Speicherzugriffszyklus
geändert, der
ein Zeitintervall und wenigstens ein weiteres Zeitintervall umfasst.
In der Kurvenform WLA zeigt die 3 eine während eines
Zeitintervallabschnitts tboostA des Zugriffszyklus auf die Wortleitung
A zu beaufschlagende Spannung V1, und eine weitere Spannung V2,
mit der die Wortleitung A während
eines weiteren Zeitintervallabschnitts tboostB des Zugriffszyklus
beaufschlagt wird.
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Der
Einsatz der geänderten
WLA- und WLB-Spannungen erhöht
während
tboostA die Steuerung am Gate des portA-Zugriffstransistors NACC_A über VDD hinaus und erhöht die Steuerung am Gate des
portB-Zugriffstransistors NACC_B über VDD hinaus
während
tboostB. Hierdurch wird der Treiberstrom von NACC_A und NACC_B im
Verhältnis zum
Lasttransistor PL erhöht
und eine ausreichende Schreibrate gewährleistet, so dass Schreibausfälle während des
Schreibvorgangs über
portA und portB verringert werden. Während des Lesezyklus entladen
die erhöhten
WLA- und WLB-Spannungen auch die Bitleitungen schneller, so dass
eine ausreichende Leserate zur Verringerung der Leseausfälle vorhanden
ist.
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4 ist
eine Schaltung zur Beaufschlagung von veränderten Wortleitungsspannungen
auf Wortleitungen in einigen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen. Wenn die
Decoderausgaben (WLSA und WLSB, wie bereits für die Ausgestaltung des Dual-Ports
in 5 dargestellt) auf hoch und BOOSTA auf niedrig
eingestellt sind, entlädt
der Knoten „A" auf niedrig, und
WLA lädt
auf VDD. Nachdem BOOSTA bei Beginn des ersten
Zeitintervallabschnitts des Zugriffszyklus auf hoch eingestellt
ist, lädt
der Knoten „A" auf VDD und
WLA erhöht
sich als Folge eines Ladekopplungseffekts zwischen dem Bootstrap-Kondensator 402 (in
einigen Ausgestaltungen ist es eigentlich die Gatekanal-Kapazität eines
isolierten FET-Gate) und dem Wort leitungskondensator 404 (CWL) über VDD hinaus. Wenn BOOSTA am Ende des ersten
Zeitintervalls des Zugriffszyklus auf niedrig eingestellt ist, kehrt
WLA auf VDD zurück. Ein sinngemäßer Ablauf
wird durch eine ähnliche
Schaltung für
portB während
des zweiten Zeitintervallabschnitts des Zugriffszyklus durchgeführt, wenn
ein BOOSTB-Puls, wie weiter unten beschrieben, erzeugt wird.
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In
Multi-Port-Ausgestaltungen mit n Ports, wobei n mehr als 2 bedeutet,
ist der Zugriffszyklus in 1/n Zeitintervallabschnitte eingeteilt,
wobei jeder Teil eine Breite von ca. 1/n der Dauer des Zugriffszyklus aufweist.
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6 ist
ein Schaltkreis einer selbstauslösenden
Schaltung für
eine erfindungsgemäße Dual-Port-Ausgestaltung
im Zusammenhang mit der Ansteuerschaltung 110 zur Erzeugung
von BOOSTA- und BOOSTB-Signalen für die Steuerung der Boost-Dauer der Wortleitungen
für portA
und portB in verschiedenen Zeitfenstern mit ca. 50 % der Einschaltdauer.
In einer Drei-Port-System-Ausgestaltung werden BOOSTA-, BOOSTB-
und BOOSTC-Signale erzeugt, wobei Pulse jeweils ca. 33 % der Einschaltdauer
aufweisen. Die Schaltung umfasst die Dummy-Bitleitungsarrays „Seif-Time
Normal A" und „Seif-Time
Boost A", welche
beschleunigt arbeiten, so dass ihre Bitleitungen schneller entladen
werden als die normalen Dummy-Bitleitungen,
so dass dieselbe Pulsbreite und genaue Dekorrelation zwischen den
BOOSTA- und BOOSTB-Signalen gewährleistet ist.
In einem Dual-Port-System ist die Anstiegszeit doppelt so hoch wie
die der Dummy-Bitleitung und in einem dreifachen Port-System ist
die Bitgeschwindigkeit dreimal so hoch wie die der Dummy-Bitleitung. Die 7 und 8 zeigen
Schaltungseinzelheiten der in 6 gezeigten
Boost CTRL_A- und Boost CTRL_B-Schaltungsblöcken.
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Der
Betrieb der Schaltung in 6-8 ist unter
Bezugnahme auf die in der 9 dargestellten Kurvenformen
besser verständlich.
Die Signale WLEN_BUFA und WLEN_BUFB sind Zeitsignale, die, wenn
auf hoch eingestellt, die Dauer eines Zugriffszyklus bestimmen.
Die Signale BLDUMA und BLDUMB sind Signale der normalen Dummy-Wortleitungen
A und B. Die BLDUM_BOOSTA- und BLDUM_BOOSTB-Signale sind die Bitleitungssignale
der Bitleitungen Boost A- und Boost B Dummy-Arrays.
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Wenn
die WLEN_BUFA- und BLDUM_BOOSTA-Signale bei beiden Eingängen des
NAND-Gate 802 eingesetzt werden, ist der Ausgang an diesem
Gate anfänglich
niedrig, während WLEN_BUFA
hoch ist und BLDUM_BOOSTA niedrig verbleibt. Indem BLDUM_BOOSTA,
wie in der 9 dargestellt, abnimmt, schaltet
der Ausgang am NAND-Gate 802 von niedrig auf hoch und das BOOST
A-Signal schaltet entsprechend von einem Hochsignal auf ein Niedrigsignal,
um das tboosta-Zeitintervall zu beenden.
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Beim
Einsatz der WLEN_BUFB- und BLDUM_BOOSTB-Signale an beiden Eingängen des NAND-Gate 802 ändert sich
der Ausgang von hoch auf niedrig, wenn WLEN_BUFB hoch ist and BLDUM_BOOSTB
hoch bleibt, um das tboobst-Zeitintervall zu starten. Indem, wie
in der 9 dargestellt, BLDUM_BOOSTB abnimmt, schaltet
der Ausgang des NAND-Gate 802 von einem Niedrigsignal auf
ein Hochsignal, wobei das NAND-Gate 804 von einem Hochsignal
auf ein Niedrigsignal und der Ausgang des Umkehrers 806 von
niedrig auf hoch schaltet, um das tboostb-Intervall zu starten,
welches endet, wenn WLEN_BUFB von einem Hochsignal auf ein Niedrigsignal
schaltet.
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Unter
Einsatz der oben beschriebenen Ausgestaltungen werden ausgewählte Bitleitungen
(BLA oder BLAG) von portA und portB (BLB oder BLBG) auf das Grundniveau
entladen und die Wortleitung von portA wird über VDD hinaus
verstärkt,
indem die Wortleitung von portB während 50 % der WL-Aktivierungszeit
auf VDD erhalten wird, wodurch der Treiberstrom
des portA-Transistors im Verhältnis
zum PMOS(PL)-Lasttransistor erhöht
wird. Folglich kann die Bitleitung von portA die gewünschten
Daten während
des Schreibvorgangs in die Kernzelle drängen, was wiederum Schreibausfälle von
portA ausschließt.
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Nach
Schreiben auf portA, wird die portA-Wortleitung auf VDD zurück gebracht,
und die portB-Wortleitung für
die nächste
50 %-ige Wortleitungsaktivierungszeit verstärkt, was zur Verbesserung des
Treiberstroms des portB-Zugriffstransistors im Verhältnis zum
PMOS-Lasttransistor (PL) beiträgt, wobei
wiederum Schreibausfälle
durch Drängen
der gewünschten
Daten in die ausgewählten
Kernzelle über
portB ausgeschlossen werden. Bei doppeltem Lesen aus derselben Adresse
wird das Vorladen der ausgewählten
Bitleitungen sowohl für
portA als auch für
portB abgeschaltet und die Wortleitung von portA über VDD hinaus verstärkt, indem die Wortleitung
von portB während
50 % del WL-Aktivierungszeit auf VDD gehalten
wird. Dadurch wird der Zugriffstransistor von portA gestärkt und
die Bitleitung von portA schneller zur Verbesserung der Leserate
von portA entladen. Im zweiten Zeitintervallabschnitt des Zugriffszyklus
wird die portA-Wortleitung auf VDD zurück gebracht
und die portB-Wortleitung für
den zweiten Zeitintervallabschnitt der Wortleitungsaktivierungszeit
verstärkt.
Dadurch wird der Zugriffstransistor von portB gestärkt und
die Bitleitung von portB schneller entladen, wobei die Leserate
von portB verbessert wird.
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Durch
den Einsatz der verstärkten
Wortleitungssteuerung werden, wie in den oben beschriebenen Ausgestaltungen
dargestellt, die Lese- und Schreibrate des Speichers für den Niederspannungsbetrieb
verbessert, ohne eine zusätzliche
Spannungsversorgung zu benötigen,
die für
die Bereitstellung eines verringerten Kern-VDD einer ausgewählten Spalte
zur Verbesserung der Leserate bestimmt wäre und auf Kosten des erhöhten Aufwands
und möglicherweise
zweier Spannungsquellen ginge. In ähnlicher Weise werden Schreibausfälle von
Systemen, bei denen das Kern-VDD für ausgewählte Zeilen
erhöht
wird, auch nicht vermieden. Die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen steuern
die Verstärkungsdauer
der Wortleitungen für
portA und portB in verschiedenen Zeitintervallabschnitten, so dass
die Kernzelleninstabilität
innerhalb der ausgewählten Zeile
vermieden wird. In den erfindungsgemäßen Ausgestaltungen ist die
Wortleitungsverstärkung über einen
im Decoder befindlichen Bootstrap-Kondensator vorgesehen. Die Verstärkungsdauer
der Wortleitungen von portA und portB wird genau über selbstauslösende Schaltungen
gesteuert.
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Die
erfindungsgemäßen Ausgestaltungen
lösen sowohl
Lese- als auch Schreibausfallprobleme durch die jeweilige Verbesserung
der Lese- und Schreibrate, indem selbstauslösende Verstärkungspulse für portA
und portB in verschiedenen Zeitfenstern vorgesehen sind und die
erhöhte
Spannung mit einer Bootstrap-Schaltung für die Wortleitung erzeugt wird,
wodurch der Bedarf einer zusätzlichen
Spannungsversorgung nicht mehr besteht.
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Obwohl
die oben beschriebenen Ausgestaltungen als Dual-Port-Struktur angeordnet
sind, ist daraus erkennbar, dass sehr leicht weitere Ausgestaltungen
für drei
oder mehr Ports unter Einsatz derselben Bootstrap-Schaltung hergestellt
werden können,
wobei die Einschaltdauer des Verstärkungszeitintervalls auf ein
Drittel der Wortleitungsaktivierungszeit eingestellt wird, so dass
die Verstärkung
jeweils an einem Port eingesetzt wird, während die anderen beiden Ports
während
desselben Zeitintervalls unverstärkt
bleiben. In Ausgestaltungen, bei denen n Ports eingesetzt werden,
wird jedes Port in einer Reihenfolge von VDD bis
zur Verstärkungsspannung
während eines
1/n-Intervalls des Zugriffszyklus verstärkt.
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Die
Ausführung
der hier offen gelegten Vorrichtung, Systeme und Verfahren können die
Lese- und Schreibrate von statischen Speichern, die sowohl in stationären als
auch mobilen Geräten,
u. a. im Computerwesen und Kommunikationsplattformen, eingesetzt
werden, verbessern. Die Batterielebensdauer kann aufgrund der höheren Leistungsbeständigkeit
unter veränderlichen
Ladebedingungen gegenüber
herkömmlicheren
Lösungen
ebenfalls verlängert
werden.
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Die
als Teil dieser Beschreibung beiliegenden Zeichnungen stellen spezifische
Ausgestaltungen, in denen der Gegenstand der Erfindung angewandt
werden kann, zur Veranschaulichung dar, die aber nicht als einschränkend zu
verstehen sind. Die dargestellten Ausgestaltungen sind ausführlich genug
beschrieben, so dass ein Fachmann in der Lage sein dürfte, die
hier offen gelegten Lehren praktisch umzusetzen. Es können weitere
Ausgestaltungen benutzt und hiervon abgeleitet werden, so dass strukturelle
und logische Substitutionen und Änderungen ohne
Abweichung vom Rahmen dieser Offenlegung durchführbar sind. Daher ist diese
Ausführliche
Beschreibung nicht als einschränkend
anzusehen, wobei der Umfang der verschiedenen Ausgestaltungen nur
von den beigefügten
Ansprüchen
einher mit dem ganzen Bereich der Entsprechungen, zu denen diese Ansprüche berechtigt
sind, bestimmt wird.
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Solche
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstands können hierbei
lediglich der Einfachheit halber in individueller oder kollektiver Weise
als „Erfindung" bezeichnet werden,
ohne die Absicht, den Bereich dieser Anwendung auf eine einzige
Erfindung oder ein erfindungsgemäßes Konzept,
falls mehr als einseins tatsächlich
offen gelegt wird, willkürlich
zu beschränken.
Obwohl die spezifischen Ausgestaltungen hier dargestellt und beschrieben
wurden, ist zu bemerken, dass irgendeine zur Erzielung desselben
Zwecks errechnete Anordnung durch die dargestellten spezifischen
Ausgestaltungen ersetzt werden kann. Diese Offenlegung erstreckt
sich über
einzelne und sämtliche
Anpassungen oder Änderungen
der verschiedenen Ausgestaltungen. Weitere Kombinationen der oben
genannten Ausgestaltungen und andere nicht ausdrücklich beschriebene Ausgestaltungen
dürften
für den
Fachmann bei der Durchsicht der Beschreibung erkennbar sein.
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Die
Zusammenfassung der Offenlegung wird in Erfüllung von 37 C.F.R. §1.72(b)
mitgeliefert, wonach eine Zusammenfassung erforderlich ist, die
es dem Leser erlaubt, die Art der technischen Offenlegung prompt
zu ermitteln. Die Einreichung erfolgt unter der Voraussetzug, dass
sie nicht zur Auslegung oder Einschränkung des Bereichs oder des
Sinns der Ansprüche
benutzt wird. Außerdem
kann der vorhergehenden Ausführlichen
Beschreibung entnommen werden, dass verschiedene Merkmale in einer
einzigen Ausgestaltung zwecks Rationalisierung der Offenlegung zusammen
gruppiert sind. Dieses Offenlegungsverfahren soll nicht als die
Widerspiegelung der Absicht ausgelegt werden, dass die beanspruchten
Ausgestaltungen mehr Merkmale erfordern als die, die ausdrücklich in
den Ansprüchen
vorgetragen werden. Eher ist der erfindungsgemäße Gegenstand, wie die folgenden
Ansprüche
widerspiegeln, zahlenmäßig in weniger
Merkmalen als allen Merkmalen einer einzigen offen gelegten Ausgestaltung
enthalten. Daher werden die nachfolgenden Ansprüche hiermit in die Ausführliche
Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch allein als eine getrennte
Ausgestaltung gilt.