DE1129737B

DE1129737B - Coincidence switch matrix

Info

Publication number: DE1129737B
Application number: DES53007A
Authority: DE
Inventors: Joseph Douglas Lawrence Jun
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1957-02-25
Filing date: 1957-04-02
Publication date: 1962-05-17

Description

Es sind Koinzidenzschaltmatrizes mit einer Mehrzahl von Magnetkernen in einer Matrixschaltung bekannt, die je aus magnetischem Werkstoff mit stabilen Remanenzeigenschaften bestehen, in einer bestimmten Richtung vormagnetisiert werden sowie eine Ausgangswicklung und eine Mehrzahl von Eingangswicklungen tragen. Bei einer derartigen Matrix ist im allgemeinen eine erste und zweite Gruppe von Magnetverstärkern vorgesehen, die mit den einzelnen Eingangswicklungen in den Zeilen und Spalten der Matrixanordnung verbunden sind, um den Kernen eine magnetisierende Kraftwirkung entgegen der Richtung der Vormagnetisierung zu geben und wobei jeder Magnetverstärker mindestens eine Eingangswicklung und eine Leistungswicklung trägt. There are known coincidence switch matrices with a plurality of magnetic cores in a matrix circuit, each made of magnetic material with stable remanence properties, in a certain Direction are biased as well as an output winding and a plurality of input windings wear. Such a matrix generally has a first and second group of Magnetic amplifiers are provided, which connect to the individual input windings in the rows and columns of the Matrix arrangement are connected to the cores a magnetizing force against the action To give direction of the bias and each magnetic amplifier carries at least one input winding and one power winding.

Es ist ferner bekannt, als Treiber für eine Schaltmatrix Magnetverstärker zu verwenden und auf diese Weise bestimmte Wicklungen zur Herstellung elektrischer Verbindungen zu benutzen. Es ist auch bereits bekannt, zwei oder mehrere Magnetverstärker gleichzeitig zu beaufschlagen, wenn ein bestimmter Kern in der Matrix selektiv ausgewählt werden soll.It is also known to use magnetic amplifiers as a driver for a switching matrix and to use them Way to use certain windings to make electrical connections. It is already known to act on two or more magnetic amplifiers at the same time, if a certain one Core should be selected selectively in the matrix.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Schaltmatrix, wie sie beispielsweise in Rechenmaschinen und Meßwertübertragungsanlagen verwendet wird, den selektiv gewählten Leitungen der Matrix Treiberströme zuzuführen, welche die Forderung der absoluten Koinzidenz erfüllen.The invention is based on the object in a switching matrix such as that used in computing machines, for example and data transmission equipment is used, the selectively chosen lines of the matrix To supply driver currents which meet the requirement of absolute coincidence.

Es sind zwar statische Matrixspeicherschaltungen mit Magnetkernen bekannt, die durchaus als Koinzidenzschaltmatrizes anzusprechen sind, denen aber praktisch nur die Aufgabe zugrunde liegt, die Gesamtzahl der erforderlichen letzten Treiberstufen zu reduzieren. Zur Erreichung dieses Ziels wird eine Anzahl von Matrizes so zusammengeschaltet, daß durch die erstgenannten Matrizes ein Paar Treibermatrizes selektiv gesteuert wird, welches dann eine weitere Matrix steuert.Static matrix memory circuits with magnetic cores are known which are known as coincidence switch matrices are to be addressed, but practically only the task is based on the total number of the required final driver stages. To achieve this, a Number of matrices interconnected in such a way that the first-mentioned matrices create a pair of driver matrices is selectively controlled, which then controls another matrix.

Es gehört ferner zur Aufgabe der Erfindung, in der Schaltmatrix Vakuumröhren unter allen Umständen zu vermeiden.It is also part of the object of the invention to use vacuum tubes in the switching matrix under all circumstances to avoid.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine mit allen Leistungswicklungen verbundene Impulsquelle alle Verstärker gleichzeitig speist, wobei eine Quelle für Signalimpulse und Signalmittel zur wahlweisen Zuführung der Signalimpulse zu den Eingangswicklungen der Magnetverstärker vorgesehen sind, derart, daß Signalimpulse selektiv, aber gleichzeitig in ausgewählte Magnetverstärker gelangen, und wobei die Auswahl eines Schaltkerns durch die gleichzeitige Anwendung von Signalimpulsen in den Eingangsspulen derjenigen Magnetverstärker erfolgt,The problem posed is achieved in that a pulse source connected to all power windings feeds all amplifiers at the same time, with a source for signal pulses and signal means to choose from The signal pulses are supplied to the input windings of the magnetic amplifiers, such that signal pulses arrive selectively but simultaneously in selected magnetic amplifiers, and wherein the selection of a switch core by the simultaneous application of signal pulses in the input coils that magnetic amplifier takes place,

Anmelder:Applicant:

Sperry Rand Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)Sperry Rand Corporation,
New York, NY (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. F.Mayer, Patentanwalt,
Berlin-Dahlem, Hüttenweg 15Representative: Dr.-Ing. F. Mayer, patent attorney,
Berlin-Dahlem, Hüttenweg 15

Joseph Douglas Lawrence jun.,Joseph Douglas Lawrence Jr.,

Oreland, Pa. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt wordenOreland, Pa. (V. St. A.),
has been named as the inventor

welche die entsprechenden Zeilen und Spalten, in denen die Magnetkerne liegen, steuern.which control the corresponding rows and columns in which the magnetic cores are located.

Die Koinzidenzschaltmatrix nach der Erfindung weist vorzugsweise eine Anzahl horizontaler Leitungen und eine Anzahl vertikaler Leitungen auf, in deren Kreuzungspunkten jeweils ein magnetischer Kern liegt, wobei jede Leitung für sich einen Serienkreis bildet und jeweils in ihrer Reihe auf jedem Kern eine Magnetisierungswicklung enthält, und jeder Kern noch eine Vormagnetisierungswicklung trägt.The coincidence switch matrix according to the invention preferably has a number of horizontal lines and a number of vertical lines, each with a magnetic line at their crossing points Core lies, with each line forming a series circuit and in each case in its row on each Core contains a magnetizing winding, and each core still carries a bias winding.

Gemäß einem weiteren Erfmdungsgedanken besitzt jeder Magnetverstärker einen Kern, auf den eine Ausgangsspule, gegebenenfalls mit einem Gleichrichter in Reihe mit der dazugehörigen vertikalen Leitung, bzw. eine Ausgangsspule, gegebenenfalls mit einem Gleichrichter in Reihe mit der dazugehörigen horizontalen Leitung angeordnet ist.According to a further idea of the invention, each magnetic amplifier has a core on which an output coil, if necessary with a rectifier in series with the associated vertical line, or an output coil, possibly with a rectifier in series with the associated horizontal one Line is arranged.

Der durch die Erfindung erzielte technische Fortschritt besteht darin, daß man mit der Koinzidenz- schaltmatrix nach der Erfindung erstmalig ein Mittel in die Hand bekommt, das Treiben und Synchronisieren in Form einer kombinierten Wirkung zu erzielen, wie sie bei Koinzidenzschaltmatrizes angestrebt wird, bei denen diese Wirkung von einem einzigen Element in Gestalt eines impulsgesteuerten Magnetverstärkers ausgeht. Ein wesentlicher Vorteil der neuen Matrix besteht in der erheblichen Vereinfachung der gesamten Stromkreisanordnungen und in der besseren und vorteilhafteren Wirkung der neuen Schaltung. Beim Erfindungsgegenstand entfällt ferner die Anwendung von Vakuumröhren, die bekanntlich immer noch gelegentlich ausfallen, und außerdemThe technical progress achieved by the invention consists in the fact that one with the coincidence switching matrix according to the invention for the first time gets a means in hand, driving and synchronizing in the form of a combined effect, as aimed at with coincidence switching matrices is where this effect is from a single element in the form of a pulse-controlled Magnetic amplifier goes out. A major advantage of the new matrix is its considerable simplification of the entire circuit arrangements and in the better and more advantageous effect of the new ones Circuit. The subject matter of the invention also eliminates the use of vacuum tubes, which is known still fail occasionally, and besides

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erhält man mit dem Erfindungsgegenstand tatsächlich eine absolut genaue Synchronisierung der Treibeffekte. With the subject of the invention, one actually obtains an absolutely precise synchronization of the driving effects.

In der nun folgenden Beschreibung soll die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Koinzidenzschaltmatrix nach der Erfindung dargestellt ist, im einzelnen näher erläutert werden. In der Zeichnung istIn the following description of the invention with reference to the drawing, in which an embodiment of the coincidence switch matrix according to the invention is shown in more detail explained. In the drawing is

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes;1 shows a schematic representation of an embodiment of the subject matter of the invention;

Fig. 2 zeigt einen der Kerne mit seinen Wicklungen; Fig. 2 shows one of the cores with its windings;

Fig. 3 ist eine Hysteresisschleife des Kernmaterials des Kerns von Fig. 2,Fig. 3 is a hysteresis loop of the core material of the core of Fig. 2,

Fig. 4 eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Wechselströme quadratischer Wellenform der Generatoren PP-I und PPI der Fig. 1.FIG. 4 shows a representation of the time profile of the alternating currents of square wave form of the generators PP-I and PPI of FIG. 1.

In Fig. 1 ist eine Anzahl horizontaler Leitungen H und eine Anzahl vertikaler Leitungen V wiedergegeben. An jedem Kreuzungspunkt befindet sich ein Kern 10. Jede horizontale Leitung bildet einen Serienkreis und enthält in jeder horizontalen Reihe auf jedem Kern 10 eine Spule (Wicklung) H. In ähnlicher Weise stellt jede vertikale Leitung einen Serienkreis dar und enthält in jeder vertikalen Reihe auf jedem Kern 10 eine Spule (Wicklung) V. Außerdem trägt jeder Kern eine Vormagnetisierungswicklung B, und die Vormagnetisierungswicklungen sind alle miteinander und mit einer Vormagnetisierungsstromquelle 29 in Reihe geschaltet. Eine Ausgangswicklung O auf jedem Kern kann einen Gleichrichter in Reihenschaltung mit der Stromquelle aufweisen, wenn Ausgangssignale nur in einer Richtung gewünscht werden; d. h., der Gleichrichter 28 kann natürlich auch weggelassen werden.In Fig. 1 a number of horizontal lines H and a number of vertical lines V are shown . At each crossing point there is a core 10. Each horizontal line forms a series circuit and contains a coil (winding) H in each horizontal row on each core 10. Similarly, each vertical line represents a series circuit and contains on each vertical row on each Core 10 has a coil (winding) V. In addition, each core carries a bias winding B, and the bias windings are all connected in series with one another and with a bias current source 29. An output winding O on each core may have a rectifier in series with the power source when unidirectional output signals are desired; that is, the rectifier 28 can of course also be omitted.

Jede vertikale Leitung besitzt einen Magnetverstärker, die alle schematisch dargestellt sind, aber nur einer ist mit Bezugsziffern versehen. Die zu diesem Magnetverstärker gegebenen Erläuterungen gelten für sämtliche Magnetverstärker. Die Ausgangsspule 11 des Magnetverstärkers liegt in Reihe mit der zugehörigen vertikalen Leitung und ist auf einen Kern gewickelt, dessen Material eine im wesentlichen rechteckige Hysteresisschleife besitzt. Die Erregerwicklung 12 auf diesem Kern liegt in Reihe mit der Stromquelle PP-I, die einen Wechselstrom quadratischer Kurvenform erzeugt, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Ferner ist noch eine Signalwicklung 13 vorhanden, die in Reihe mit der Stromquelle PP-2 liegt, die ebenfalls einen Wechselstrom quadratischer Kurvenform liefert.Each vertical line has a magnetic amplifier, all of which are shown schematically, however only one is provided with reference numbers. The explanations given for this magnetic amplifier apply for all magnetic amplifiers. The output coil 11 of the magnetic amplifier is in series with the associated vertical line and is wound on a core, the material of which is essentially one has a rectangular hysteresis loop. The excitation winding 12 on this core is in series with the Power source PP-I, which generates an alternating current with a square waveform, as shown in FIG is. There is also a signal winding 13 which is in series with the power source PP-2 which also supplies an alternating current with a square waveform.

Wie Fig. 1 und 4 zeigen, durchläuft die Wechselstromkurve PP-2 die positiven Halbwellen immer dann, wenn die Wechselstromkurve PP-I die negativen Halbwellen durchläuft. Da aber noch ein Gleichrichter 27 vorhanden ist, so können nur die positiven Halbwellen der Stromquelle PP-2 durch die Wicklung 13 fließen. Sollte der Wunsch bestehen, die zweite vertikale Leitung für Schaltzwecke auszuwählen, so wird das obere oder freie Ende der Wicklung 13 über irgendeinen geeigneten Schalter oder einen anderen elektrischen Stromkreis geerdet. Dies bewirkt, daß die nächste positive Halbwelle der Stromquelle PP-2 einen Strom durch die Spule 13 fließen läßt. Hierauf kommt der Kern 9 auf negative Remanenz. Während der nächsten positiven Halbwelle der Stromquelle PP-I fließt ein positiver Stromimpuls durch die Spule 12 und bringt den Kern wieder auf positive Remanenz. Dieser Vorgang bewirkt eine rasche Änderung des Flusses in dem Kern 9 und dieser induziert infolgedessen eine Spannung in der Wicklung 11. Diese Spannung hat die richtige PoIarität, um einen Strom durch den Gleichrichter 26 in die zu der vertikalen Leitung gehörigen Wicklungen fließen zu lassen, die sich auf jedem Kern 10 der zweiten vertikalen Reihe von Kernen befindet. Wie bereits erwähnt, genügt dieser Vorgang allein nicht,As shown in FIGS. 1 and 4, the alternating current curve PP-2 always passes through the positive half-waves when the alternating current curve PP-I passes through the negative half-waves. But there is one more Rectifier 27 is present, so only the positive half-waves of the power source PP-2 through the Winding 13 flow. Should you wish to select the second vertical line for switching purposes, so the upper or free end of the winding 13 is via any suitable switch or ground another electrical circuit. This causes the next positive half-wave of the Power source PP-2 allows a current to flow through the coil 13. Then the core 9 comes to negative Remanence. A positive current pulse flows during the next positive half-cycle of the power source PP-I through the coil 12 and brings the core back to positive remanence. This process causes a rapid change in the flux in the core 9 and this consequently induces a voltage in the Winding 11. This voltage has the correct polarity, by a current through the rectifier 26 in the windings belonging to the vertical line to flow which is on each core 10 of the second vertical row of cores. As already mentioned, this process alone is not enough,

ίο Spannungen in den Ausgangswicklungen O der Kerne 10 der zweiten vertikalen Reihe von Kernen zu induzieren. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß der Vormagnetisierungsstrom durch die Vormagnetisierungsspulen B diesen Kern nicht nur negativ gesättigt hat, sondern ihm eine sehr große negative Vormagnetisierung von der durch den Vektor 30 in Fig. 3 dargestellten Größe gegeben hat. Der die Vertikalwicklungen V auf den Kernen durchfließende Strom kompensiert genau die große negative Vor-ίο to induce voltages in the output windings O of the cores 10 of the second vertical row of cores. This results from the fact that the bias current through the bias coils B has not only negatively saturated this core, but has given it a very large negative bias of the magnitude represented by the vector 30 in FIG. The current flowing through the vertical windings V on the cores precisely compensates for the large negative

zo spannung 30 und bringt die Kerne 10 auf negative Remanenz zurück. Dieser Vorgang induziert aber noch keine Spannung in den Ausgangswicklungen O, weil die Flußänderung sehr klein ist, wenn der Kern von negativer Sättigung auf negative Remanenz übergeht, wie dies hier der Fall wäre. Daraus folgt, daß sämtliche Kerne 10 der ausgewählten vertikalen Reihe auf negativer Remanenz sind, ausgenommen denjenigen Kern, der in der ausgewählten horizontalen Reihe liegt. Unter der Annahme, daß die fünfte horizontale Reihe von oben die ausgewählte Reihe ist, hat diese eine Eingangsspule 16 in Reihe mit der Stromquelle PP-2. Dazu gehört die Ausgangsspule 14 in Reihe mit dem Gleichrichter 17, der auch mit der fünften horizontalen Leitung in Reihe liegt. Die Magnetisierungswicklung 15 liegt in Reihe mit der Stromquelle PP-I. Wäre die Spule 16 entweder über einen einfachen Schalter oder irgendeinen Bestandteil einer elektrischen Einrichtung geerdet, und würde diese Erdung ungefähr im gleichen Zeitpunkt erfolgen, in dem das freie Ende der Wicklung 13 geerdet wird, so fließt die gleiche positive Welle der Stromquelle PP-2, welche den Kern 9 ummagnetisiert, auch durch die Spule 16 und bringt den Kern 25 auf negative Remanenz zurück. Die nächste positive Halbwelle der Stromquelle PP-I fließt durch die Spule 15 und bringt den Kern 25 auf positive Remanenz zurück, woraus sich eine sehr große Flußänderung in dem Kern 25 und damit eine große induzierte Spannung in der Spule 15 ergibt. Diese Spannung hat die richtige Richtung, um einen Strom durch den Gleichrichter 17 zu treiben und damit auch durch die fünfte horizontale Leitung mit allen Spulen H auf den Kernen 10 dieser horizontalen Reihe. Infolgedessen entfallen auch auf den besonderen Kern 23, der zufällig sowohl in der ausgewählten vertikalen Reihe als auch in der ausgewählten horizontalen Reihe liegt, Ströme, welche die Spulen # und V durchfließen, und da beide Ströme im wesentlichen gleich groß und entgegengesetzt dem Vormagnetisierungsstrom in Spule B gerichtet sind, ist der Vormagnetisierungsstrom mehr als kompensiert und der Kern wird plötzlich auf positive Sättigung gebracht. Beim Durchgang von negativer zu positiver Sättigung geht er durch einen ungesättigten Teil der Hysteresisschleife hindurch; infolgedessen entsteht eine sehr rasche Flußänderung, die eine hohe Ausgangsspannung in der Ausgangsspule O induziert. Die Kerne 9, 10 und 25 sollten ebenso wie alle an-zo voltage 30 and brings the cores 10 back to negative remanence. However, this process does not yet induce any voltage in the output windings O, because the change in flux is very small when the core changes from negative saturation to negative remanence, as would be the case here. It follows from this that all cores 10 of the selected vertical row are at negative remanence, with the exception of the core which lies in the selected horizontal row. Assuming that the fifth horizontal row from the top is the row selected, it has an input coil 16 in series with the power source PP-2. This includes the output coil 14 in series with the rectifier 17, which is also in series with the fifth horizontal line. The magnetizing winding 15 is in series with the power source PP-I. If the coil 16 were earthed either via a simple switch or some component of an electrical device, and this earth would take place at approximately the same time as the free end of the winding 13 is earthed, the same positive wave of the power source PP-2 flows, which magnetizes the core 9, also through the coil 16 and brings the core 25 back to negative remanence. The next positive half-wave of the power source PP-I flows through the coil 15 and brings the core 25 back to positive remanence, which results in a very large change in flux in the core 25 and thus a large induced voltage in the coil 15. This voltage has the right direction to drive a current through the rectifier 17 and thus also through the fifth horizontal line with all coils H on the cores 10 of this horizontal row. As a result, the special core 23, which happens to be in both the selected vertical row and the selected horizontal row, also has currents flowing through the coils # and V , and since both currents are essentially equal and opposite to the bias current in the coil B , the bias current is more than compensated and the core is suddenly brought to positive saturation. When passing from negative to positive saturation, it goes through an unsaturated part of the hysteresis loop; as a result, there is a very rapid change in the flux, which induces a high output voltage in the output coil O. Cores 9, 10 and 25, like all other

deren Kerne vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise aus irgendeinem bekannten Material bestehen, das eine im wesentlichen rechteckige Hysteresisschleife ergibt.the cores of which are preferably, but not necessarily, made of any known material, which gives a substantially rectangular hysteresis loop.

Zusammenfassend ist zu sagen, daß selbstverständlieh ein Ausgangssignal von irgendeiner beliebigen gewünschten Ausgangsspule O von den Erregereingängen der Magnetverstärker erzeugt werden kann, die gerade die zugehörigen horizontalen und vertikalen Leitungen speisen, die sich an dem Kern für die ausgewählte Ausgangswicklung O kreuzen.In summary, of course, an output signal from any desired output coil O can be generated by the excitation inputs of the magnetic amplifiers which are just feeding the associated horizontal and vertical lines which cross at the core for the selected output winding O.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Coincidence switch matrix with a plurality of magnetic cores in a matrix circuit, each made of a magnetic material with stable remanence properties, are premagnetized in a certain direction and carry an output winding and a plurality of input windings, a first and second group of magnetic amplifiers being provided which are connected to the individual input windings in the rows and columns of the matrix arrangement in order to give the cores a magnetizing force against the direction of the premagnetization, and each magnetic amplifier carries at least one input winding and one power winding, characterized in that one with all power windings (12 , 15) connected pulse source (FP-I) feeds all amplifiers simultaneously, with one source (PP-2) for signal pulses and signal means for the optional supply of the signal pulses to the input windings (13, 16) of the magnetic amplifiers (9, 25), de rart that signal pulses arrive selectively but simultaneously in selected magnetic amplifiers, and the selection of a switching core is made by the simultaneous application of signal pulses in the input coils of those magnetic amplifiers which control the corresponding rows and columns in which the magnetic cores are located.

2. Coincidence switch matrix according to claim 1, characterized by a number of horizontal lines (H) and a number of vertical lines (V), each of which has a magnetic core (e.g. 10 or 23) at the crossing points, each line being a series circuit forms and contains a magnetization winding in its row on each core and each core also carries a bias winding (B) .

3. Coincidence switch matrix according to claim 1 and 2, characterized in that each magnetic amplifier has a core on which an output coil (11) optionally with a rectifier (26) in series with the associated vertical line (F) or an output coil (14) optionally with a rectifier (17) is arranged in series with the associated horizontal line (H) .

4. coincidence switching matrix according to claim 1 to 3, characterized in that all the bias windings (B) of the cores are connected in series with one another and with a bias current source (29).

5. coincidence switch matrix according to claim 1 to 4, characterized by signal windings (13, 16), which are in series with a rectifier (27, 24) and from a power source (PP-2) be fed, which supplies an alternating current with a square waveform.

6. coincidence switch matrix according to claim 5, characterized in that for the purpose of selection one of the magnetic amplifiers the upper free end of the associated signal winding is grounded.

Considered publications:
U.S. Patents Nos. 2,776,419, 2,729,755,
734 187;

"RC A Review", 1952, No. 2, pp. 183 to 201;
"Electronics", 1953, H. April, pp. 146 to 149;
Electronics, 1956, July, 138 and 139;
“Proc. of the IR Ε. ”, May 1955, pp. 570 to 584.

For this purpose, 1 sheet of drawings