DE1073031B - Steuer kette aus bistabilen magnetischen Element ten - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Steuerschaltungen für Informationswandler.

Ein elektronischer Informationswandler führt seine Aufgaben in Elementarschritten aus, deren zeitlicher Ablauf durch die Steuerung ausgelöst wird. Eine starre Steuerung hat eine fest vorgegebene zyklische Schrittfolge, vorteilhafter ist eine flexible Steuerung mit freier Wahl von Anfang, Ende und Fortschaltrichtung der Schritte.

Derartige an sich bekannte Steuerungen sind aus bistabilen Triggerringen aufgebaut, für die auch die Bezeichnung Schieberegister gebräuchlich ist. Da die erforderlichen logischen Elemente diesen Triggerringen nachgeschaltet werden und wegen ihrer unzureichenden Ausgangsleistung nur über Verstärkerstufen die Steuerbefehle weitergeben konnten, bestand zunächst keine Veranlassung, die unmittelbar am Triggerring abnehmbare Leistung zu vergrößern. Außerdem waren auch zwischen logischen Elementen selbst noch Verstärkerstufen nötig. Insgesamt machte deshalb die Steuerschaltung einen wesentlichen Kostenanteil einer Maschine aus.

Es ist bereits bekannt, Schieberegister ausbistabilen magnetischen Elementen aufzubauen und die Elemente zweier aufeinanderfolgender Stufen durch passive oder aktive Schaltelemente miteinander zu verbinden, welche als Zwischenspeicher dienen bzw. den Ausgangsimpuls verstärken.

Da die von einer Steuerschaltung abgegebenen Impulse im allgemeinen hohe Anforderungen hinsichtlich Impulsform, -dauer und -leistung stellen, war die Nachschaltung von impulsformenden und verstärkenden Stufen an die Ausgangsklemmen einer solchen Steuerschaltung unumgänglich. Die Erfindung betrifft die Aufgabe, die Funktion der Koppelelemente und der an die Ausgangsklemmen anzuschließenden Elemente zum Zwecke der Schaltungsvereinfachung und Einsparung von Elementen in einem Element zu vereinen. Gegenstand der Erfindung ist eine Steuerkette aus bistabilen magnetischen Elementen mit je einem magnetischen Element pro Stufe und je einem aktiven Koppelelement zwischen zwei Stufen mit dem Merkmal, daß das aktive Koppelelement aus einer monostabilen Schaltung besteht, deren Eigenimpulszeit mindestens gleich der Dauer des gewünschten Ausgangsimpulses ist.

Die Beschreibung bedient sich zur Erläuterung der nachstehend genannten Zeichnungen:

Fig. 1 ist die Prinzipschaltung einer magnetischen Verzögerungskette mit aktiven Koppelelementen,
; Fig. 2 eine idealisierte Hystereseschleife,

Fig. 3 das Blockbild der erfindungsgemäßen Steuerkette,

Steuerkette
aus bistabilen magnetischen Elementen

Anmelder:

IBM Deutschland
Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m.b.H.,
Sindelfingen (Württ.), Tübinger Allee 49

Dr. Theodor Einsele, Sindelfingen (Württ.),
ist als Erfinder genannt worden

Fig. 4 das Schaltbild einer Kette mit Sperrschwingern und

Fig. 5 ein Impulsdiagramm zu Fig. 4.
Bekannte magnetische Verzögerungsketten enthalten Speicherkerne, die durch passive Elemente wie

^a5 Dioden, Widerstände, Spulen und Kondensatoren oder auch über Koppelkerne miteinander verbunden sind. Sie dienen der Verzögerung, Speicherung, Zählung oder Parallel-Serien-Umformung. Die entnehmbaren Impulse sind kurz und oft von ungeeigneter Form. Das Einfügen aktiver, impulsformender Koppelelemente, die vom Ausgangsimpuls eines magnetischen Elementes der Kette eingeschaltet werden, beseitigt die Nachteile, ohne daß sich an der Wirkungsweise der Kette grundsätzlich etwas ändert.

Fig. 1 zeigt eine Prinzipschaltung einer solchen Kette. Die Speicherelemente 10 sind durch je ein aktives Koppelelement 11 verbunden. Letzteres kann entweder eine bistabile Impulsschaltung (z. B. ein Transistor-Flip-Flop) oder eine monostabile Impulsschaltung (ζ. B. ein Sperrschwinger) sein. Die bistabilen Impulsschaltungen müssen von einem Ausschaltimpuls zurückgestellt werden; die monostabilen brauchen diesen Impuls grundsätzlich nicht, ihre Impulsdauer hängt aber unter Umständen von der Konstanz der aktiven Elemente (z. B. der Transistoren) ab.

Die Koppelelemente geben an der Ausgangsklemme

einen Impuls von geforderter Dauer und Leistung und an das folgende Speicherelement einen Schreibimpuls ab, dessen Leistung durch Gleichstromvormagnetisierung der Speicherkerne vermindert werden kann (Fig. 2).

Die mit Fig. 1 angedeutete Kette kann nur eine starre Steuerung betätigen. Durch die in Fig. 3 gezeigte Erweiterung ist die Steuerkette in der Lage,

909 709/322

vorwärts oder rückwärts zu laufen, auf einer gewünschten Stufe stehenzubleiben oder von beliebiger Stelle zu starten. Mittels mehrerer Erregerwicklungen auf den Speicherkernen der Kette lassen sich logische Operationen in der Steuerkette selbst durchführen unter Einsparung von besonderen, nur der Durchführung logischer Operationen dienenden Magnetkernen.

Die einzelnen Stufen der Verzögerungskette sind durch liegende Rechtecke dargestellt; das linke Feld 12 dieser Rechtecke stellt die logischen Funktionen dieser Stufe dar, deren Eingänge von außerhalb der Kette kommen. Die Zahl dieser Eingänge hängt von der Art der Schaltung ab (z.B. UND, ODER, NICHT). Das mittlere Feld 13 ist für die Arbeitsweise der Kette selbst bestimmend, etwa für Vor- und Rückwärtslauf oder Stehenbleiben. Dieses kann ein statisches oder dynamisches Stehen sein. Im ersten Falle muß das Koppelelement eine bistabile Stufe sein, und der Ausschaltimpuls wird während des Stehens unterdrückt. Im zweiten Fall gibt die Koppelstufe dauernd Impulse ab. Das rechte Feld 14 ist der Ausgangskreis, der die Steuerspannung für die Koppelstufe 15 liefert, die mehrere Ausgänge haben kann. In Fig. "3 wurde eine bistabile Stufe vorgesehen, die einen Regulärausgang 1, 2 ..., einen Komplementärausgang 1' 2'... und einen Ausgang 16 zur Magnetisierung der Speicherkerne hat; letzterer Ausgang wirkt je nach der Einstellung der Steuerung 17 (Vorwärts, Stehen, Rückwärts) auf den nächstfolgenden, den zugehörigen oder den vorhergehenden Speicherkern der Kette.

Die Fig. 4 zeigt ein konkretes Schaltbeispiel für das Blockbild der Fig. 3. Die logische Funktion am Eingang jeder Stufe (entsprechend 12 von Fig. 3) ist hier der Einfachheit halber auf eine Startoperation reduziert, 18, die das Einschreiben einer »1« bewirkt. Streng genommen ist dies keine logische Operation; sie wäre aber gegeben, wenn diese Startmagnetisierung nur in Koinzidenz mit einer der ganzen Kette gemeinsamen Erregung wirksam würde (UND-Schaltung) . Von einer Vormagnetisierung der Kerne 33 wurde in diesem Beispiel abgesehen.

Die aktiven Koppelelemente sind synchronisierte Transistor-Sperrschwinger 19, deren Eigenimpulsdauer in jedem Fall langer ist als die gewünschte Impulsdauer. Das Impulsende wird durch Zufuhr eines der ganzen Kette gemeinsamen Endimpuäses an der Klemme 20 erzwungen. Dadurch wird die Unabhängigkeit von Transistoreigenschaften und Belastung gewährleistet und die Impulsdauer gleich dem zeitlichen Abstand von Fortschalt- und Endimpuls gemacht.

Der Rückkopplungszweig einer Sperrschwingerstufe 19 besteht aus einem Widerstand R, der Sekundärwicklung des Impulsübertragers, der Ausgangswicklung 21 des Speicherkerns 33 und dem allen Stufen gemeinsamen Transistorschalter 22. Dieser ist normalerweise EIN-geschaltet und legt über seinen Sättigungswiderstand (Größenordnung 1Ω) eine Sperrspannung von etwa —0,2 V an alle NPN-Transistoren23, welche damit gesperrt werden. Die Ausgangsspannung an Wicklung 21 der Speicherkerne überwindet die Sperrspannung und setzt den Sperrschwinger in Tätigkeit. Für das rasche Anschwingen ist ein kräftiger Triggerimpuls 24 wünschenswert; seine Amplitude wird von der Induktivität L₁ dem Widerstand R und dem Eingangswiderstand des Transistors 23 begrenzt. Die Parallelschaltung einer Diode 25 zu L und R (in Stufe 1 gestrichelt gezeichnet), weiche vom Triggerimpuls in Durchlaß-und vom Sperrschwingerimpuls in Sperrichtung getroffen wird, schafft Abhilfe.

Gestrichelt ist in Stufe 2 der Kette eine weitere Möglichkeit der Zufuhr des Triggerimpulses zum Sperrschwinger angegeben. Der Ausgangsimpuls der Kernwicklung 21' wird der Basis des Transistors über eine Diode 26 zugeführt. Die Gefahr, daß nach Abklingen des Fortschaltimpulses die gerade ausgelesene »1« wieder im gleichen Kern eingeschrieben

ίο wird, ist hier vermieden, weil der Rückkopplungsstrom des Sperrschwingers nicht mehr über die Ausgangswicklung 21' fließt. Bei der zuerst genannten und in Fig. 4 ausgezogen dargestellten Lage der Ausgangswicklung im Rückkopplungszweig wird diese Gefahr durch geeignete Bemessung der Ausgangswicklung umgangen.

Der Endimpuls auf Klemme 20 sperrt den Transistorschalter 22 und läßt eine Spannung von —10 V an der Basis des Transistors 23 wirksam werden. Dadurch wird der in die Basis des Transistors 23 fließende, annähernd konstante Stromimpuls zeitlich

begrenzt und der Sperrschwinger rasch abgeschaltet.

Die Nullstellung der ganzen Kette erfolgt mit

einem über Klemme 27 zugeführten positiven NuIl-Stellimpuls, der den Fortschaltimpuls zeitlich überdeckt. Die Folge ist, daß der Fortschaltimpuls zwar den gerade im Zustand »1« befindlichen Kern auslesen, der zugehörige Sperrschwinger aber wegen der hohen Sperrspannung nicht anschwingen kann.

Ein anderer Transistorschalter 28 »Fortschalten Stop« schafft die Möglichkeit, die Kette ohne Nullstellung so außer Betrieb zu setzen, daß sie nicht wie beim (dynamischen) Stehen dauernd Impulse abgibt. Der an Klemme 29 zugeführte positive Impuls sperrt den Transistor, so daß die Fortschaltimpulse nicht wirksam werden können.

Die Entscheidung, welcher Speicherkern 33 von einer gerade aktiven Sperrschwingerstufe in den Zustand »1« magnetisiert wird und damit die Fortschaltrichtung definiert, wird durch Steuerung eines von drei weiteren Transistorschaltern 30,31,, 32 (Vorwärts, Stehen bzw. Rückwärts) gefällt, welche über die Wicklungen 34, 35, 36 der Speicherkerne mit Ausgangswicklungen 37 der zugehörigen Sperrschwingerübertrager verbunden sind. Rückströme werden durch zwischengeschaltete Dioden 38 unterbunden, die Stromamplitude durch den Begrenzerwiderstand R₁ passend eingestellt. Da ein rasches Umkippen des Kernes nicht notwendig ist, kann die Belastung des Sperrschwingers gering gehalten werden. Der Ausgang der Steuerkette läßt sich wie in Fig. 4 oder an einer besonderen, gegebenenfalls Gegentaktwicklung abnehmen.

An Hand der Fig. S soll zusammenfassend der Arbeitsablauf beschrieben werden unter der Annahme, daß die Kette in der Stufe durch einen von außen kommenden Impuls gestartet, in zwei Zyklenv+i weitergeschaltet, dort für einen Zyklus gestoppt, nach ν+2 weitergeschaltet und auf Null gestellt werde.

Der Startimpuls (Fig. 5, dritte Zeile von oben) magnetisiert zwischen einem End- und einem Fortschaltimpuls den Speicherkern mit relativ langen An- und Abstiegzeiten in den Zustand »1«. Während die Kerndurchflutung dem Strom proportional verläuft, geht der Fluß mit einer gewissen Verzögerung in die Sättigung, die er bis zum nächsten Fortschaltimpuls beibehält. Die dann eintretende rasche Flußänderung bewirkt in der Wicklung 21 den »Triggerstrom«, der den Sperrschwinger in Gang setzt und den mit Ausgangsspan-

nung bezeichneten, schraffiert dargestellten Impuls hoher Leistung und größerer Dauer liefert. Gleichzeitig wird der Kern der Stufe v+i gesättigt. Der Endimpuls (zweite Zeile von oben) beendet beide Vorgänge.

Der folgende Fortschal timpuls verursacht das Auslesen der Stufe ν +1 und das Einschreiben in ν+ 2. Verabredungsgemäß wird der dritte Fortschal timpuls (bei 29) unterdrückt; der nächste Ausgangsimpuls erscheint im vierten Zyklus, wobei j>+3 eingeschrieben wird. Das Auslesen im fünften Zyklus kann aber wegen der bei 27 veranlaßten Sperrung (Nullstellimpuls, zweite Zeile der Fig. 4) den Sperrschwinger der Stufe v+3 nicht mehr starten.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Steuerkette aus bistabilen magnetischen Elementen mit je einem magnetischen Element pro Stufe und je einem aktiven Koppelelement zwischen zwei Stufen, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Koppelelement aus einer monostabilen Schaltung besteht, deren Eigenimpulszeit mindestens gleich der Dauer des gewünschten Ausgangsimpulses ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Länge des Ausgangsimpulses durch einen diesen beendenden Impuls festgelegt wird.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die monostabile Schaltung ein Sperrschwinger (19) ist, in dessen Rückkopplungszweig die Ausgangswicklung (21, 21') des Speicherkernes einer Stufe liegt und dessen Ausgangsimpuls wahlweise einer Magnetisierungswicklung des vorhergehenden, des zugehörigen oder des folgenden Speicherkernes der Kette zugeführt werden kann.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswicklung (21) jedes Speicherkernes einer Kettenstufe mit der von einem Richtleiter (25) überbrückten Rückkopplungswicklung des Sperrschwingerübertragers in Serie geschaltet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangs wicklung 21' jedes Speicherkernes einer Kettenstufe über einen Richtleiter (26) der Rückkopplungswicklung des Sperrschwingerübertragers parallel geschaltet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortschaltrichtung der Steuerkette durch wahlweise zti betätigende Schalter (30, 31, 32) festgelegt wird, welche den Ausgangsimpuls des Koppelelementes einer Stufe über eine Wicklung des folgenden, des zugehörigen oder des vorhergehenden Speicherkernes leiten.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortschaltimpuls wahlweise unterdrückt wird (28, 29).

8. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen im Rückkopplungszweig des Sperrschwingers (19) liegenden Schalter (22), dessen Betätigung den Schwingzustand des Sperrschwingers wahlweise beendet (20) oder sein Anschwingen verhindert (27).

In Betracht gezogene Druckschriften:

»Proceedings of the IRE«, März 1955, S. 291 bis 298;

»Wireless World«, Mai 1956, S. 210 bis 212.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 019 346.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

© 909 709/322 1.60