DE1207437B - Verfahren und Anordnung zum Lesen einer in einem Kondensator mit ferroelektrischem Dielektrikum gespeicherten Information - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HO3k

Deutsche Kl.: 21 al -36/16

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

D 35612 VIII a/21 al
10. März 1961
23. Dezember 1965

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lesen einer in einem Kondensator mit ferroelektrischem Dielektrikum gespeicherten binären Information.

In den letzten Jahren ist viel über ferroelektrische Materialien, wie Bariumtitanat, gearbeitet worden mit dem Ziel, solche Materialien zu Speicherzwecken zu benutzen. Einige der früheren Arbeiten, die im Hinblick auf die Benutzung ferroelektrischer Materialien zu Speicherzwecken geleistet wurden, sind beispielsweise beschrieben in WADC Technical Report 55 339 »Determining the Usefulness of Barium Titanate Material for Memory Devices in Large Scale Digital Computers« von C. F. Pulvari (PD 121 384), welches vom Office of Technical Services herausgegeben wird. Andere Arbeiten, die über ferroelektrische Materialien für Speicherzwecke geleistet worden sind, sind in den USA.-Patentschriften 2717 372 und 2717 373 vom 6. September 1955 von I. R. Anderson beschrieben.

Es gibt augenscheinlich noch keine vollständige Theorie, die alle beobachteten Erscheinungen bei Ferroelektrika erfaßt. Jedoch sind die Kristallstruktur und die Mechanik der Elementarbereiche eines ferroelektrischen Materials z. B. durch die Technik der Röntgenstrahlbeugung aufgezeigt worden. Nach diesem Verfahren erscheint es so, daß ferroelektrische Materialien eine polare 'Achse besitzen, welche die Folge einer kleinen spontanen Ionenverschiebung ist. Diese Ionenverschiebung verspannt die Struktur senkrecht zu einer gegebenen Ebene nach beiden Richtungen um ungefähr 1% gegenüber den übrigen orthogonalen Ebenen. Diese Fähigkeit der Ionenverschiebung nach beiden Seiten in einer gegebenen Richtung stellt den wesentlichen Lademechanismus für Speicheranwendungen dar.

Wie in den obigen Patenten und Berichten und in vielen anderen Veröffentlichungen beschrieben ist, zeigt das ferroelektrische Material infolge dieser Ionenverschiebung, die sich ergibt, wenn das ferroelektrische Material einem elektrischen Feld ausgesetzt ist, eine Beziehung zwischen der elektrischen Feldstärke und seiner Polarisation (parallel zu dem elektrischen Feld), welche die Form einer Hystereseschleife besitzt, wie sie bei ferromagnetischen Materialien auftritt. Durch Benutzung eines solchen ferroelektrischen Materials als Dielektrikum eines Kondensators, wobei jeder solcher Kondensator ein getrenntes Speicherelement darstellt, kann dieser Hystereseeffekt zur Speicherung von Informationen benutzt werden. Diese Speicherelemente können vollständig unabhängige Gebilde sein, oder sie können ein gemeinsames Dielektrikum benutzen, aber unab-Verfahren und Anordnung zum Lesen einer
in einem Kondensator mit ferroelektrischem
Dielektrikum gespeicherten Information

Anmelder:

Control Data Corporation, Minneapolis, Minn.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Fincke, Dipl.-Ing. H. Bohr
und Dipl.-Ing. S. Staeger, Patentanwälte,
München 5, Müllerstr. 31

Als Erfinder benannt:

Joseph W. Crownover, La Jolla, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 16. März 1960 (15 431) - -

hängige Elektrodenpaare haben, so daß sie eine Mehrzahl von Speicherelementen bilden, die elektrisch unabhängig voneinander sind.

Gemäß einem bekannten Verfahren kann ein geeignetes ferroelektrisches Material in einer Richtung polarisiert werden, um eine binäre »Eins« darzustellen, und in der umgekehrten Richtung, um eine binäre »Null« darzustellen. Mit Polarisation ist die Erscheinung gemeint, durch welche gewisse Kristalle ein spontanes Dipolmoment infolge einer Polarisationskatastrophe zeigen, bei welcher die durch die Polarisation selbst hervorgerufenen örtlichen elektrischen Felder schneller anzusteigen scheinen als die auf die Ionen im Kristall wirkenden Rückstellkräfte. Das führt zu einer asymmetrischen Verschiebung der lonenplätze und daher zu einem permanenten Dipolmoment. Die gespeicherte Information wird bei diesem bekannten Verfahren durch Anlegen einer Abtastspannung an das ferroelektrische Material, mit der es in einer vorgegebenen Richtung polarisiert wird, abgetastet oder gelesen. Die Höhe des Stromimpulses, der nach Anlegen der Lesespannung durch das ferroelektrische Material hindurchgeht, hängt von der vorherigen Polarisation des ferroelektrischen Materials ab. Diese Art von Lesen oder Abtastung, bei welcher das Material während dieser Abtastung

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tatsächlich umgepolt werden kann, wird als destruk- gibt nun augenscheinlich für die meisten Ferroelektives Lesen bezeichnet. Nach einem solchen destruk- trika keinen Mindestwert des polarisierenden elektiven Lesen muß die gespeicherte Information erneut irischen Feldes, unterhalb dessen keine Umkehr dei

erzeugt und wieder in dem jeweiligen Speicher- Polarisation stattfinden kann. Das besagt, daß das

element gespeichert werden. 5 Anlegen dieser störenden Teilimpulse sich kumulativ

Unglücklicherweise hat ein solches destruktives auswirkt, so daß eine endliche Anzahl von Teilimpul-Lesen einige ziemlich schwierige Probleme zur Folge. sen schließlich auch das beste der zur Zeit bekannten Beispielsweise neigt ein ferroelektrisches Material ferroelektrischen Materialien umschaltet,
dazu, seine Polarisierbarkeit zu verlieren, wenn seine Es sind verschiedene Systeme geschaffen worden Polarisation einige Male umgekehrt worden ist. io im Bemühen, diesen Akkumulationseffekt zu überWenn das Material nicht mehr polarisiert werden winden. Einige solcher Systeme haben vielfache kann, ist es als Speicherelement nicht mehr brauch- Kondensatoren verwendet, andere sperrende Dioden, bar. Wenn viele von diesen bekannten Systemen sich

Durch die Erfindung sollen deshalb ein Verfahren auch stark unterscheiden, so sind sie doch durchweg

und eine Vorrichtung zum Lesen einer in einem 15 sehr aufwendig und kompliziert.

Kondensator mit ferroelektrischem Dielektrikum ge- Um eine durch diesen Akkumulationseffekt sich

speicherten Information verfügbar gemacht werden, ergebende Schwächung des gespeicherten Signals zu

bei dem diese Nachteile nicht auftreten, bei dem also vermeiden, kann in weiterer Ausbildung der Erfin-

die gespeicherte Information nicht zerstört wird, dung nach dem Abfrageimpuls ein Rückstellimpuls

d. h. nichtdestruktiv gelesen werden kann. 20 gleicher Größe, aber entgegengesetzter Polarität auf

Zur Lösung dieser Aufgabe wird von dem bekann- den Kondensator gegeben werden,
ten Verfahren zum Lesen einer in einem Konden- Wenn eine an sich bekannte ferroelektrische Koinsator mit ferroelektrischem Dielektrikum gespeicher- zidenzspannungs-Speichermatrix mit gemeinsamen ten binären Information, bei welchem auf den Kon- Zeilen- und Spaltenelektroden, die an ihren Schnittdensator ein Abfrageimpuls vorgegebener Polarität 25 punkten eine Vielzahl von Kondensatoren bilden, gegeben und die Größe des dadurch erzeugten Strom- nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben Stoßes beobachtet wird, ausgegangen, und dieses werden soll, werden zweckmäßigerweise Abfrage-Verfahren wird erfindungsgemäß dadurch verbessert, impulse von einander entgegengesetzter Polarität auf daß ein Dielektrikum mit einer von der Polarisations- je eine Zeilen- und eine Spaltenelektrode gegeben, richtung abhängigen Kapazität verwendet wird, und 30 deren Summe kleiner als die zum Umpolarisieren des daß der Abfrageimpuls eine kleinere Amplitude be- Ferroelektrikums erforderliche Spannung ist.
sitzt als zum Umpolarisieren des ferroelektrischen Um einer durch den Akkumulationseffekt verur-Dielektrikums erforderlich ist. Durch die Verwen- sachten Schwächung der Speicherenergie bei einer dung eines Dielektrikums mit einer von der Polari- solchen Matrix entgegenzuwirken, werden zwecksationsrichtung abhängigen Kapazität ist es nicht 35 mäßigerweise auf die Zeilen- und Spaltenelektroden mehr, wie bei den bisherigen Verfahren, erforderlich, Rückstellimpulse von entgegengesetzter Polarität, das Dielektrikum »umzuklappen«, um einen Impuls aber gleicher Amplitude wie die Abfrageimpulse zu erzeugen; die Anzeige ergibt sich bereits aus dem gegeben, wenn die Amplitude des Stromstoßes einen ermittelten Kapazitätswert des betreffenden Speicher- vorgegebenen Wert überschreitet,
elementes. 40 Üblicherweise besteht eine Datenspeicheranord-

Diese Kapazität kann aber bereits mit einem Im- nung aus einem Kondensator mit ferroelektrischem puls kleinerer Amplitude gemessen werden, und zum Dielektrikum, an den nach Maßgabe einer zu speinichtdestruktiven Lesen wird die Impulsgröße selbst- chernden Information eine polarisierende Spannung verständlich so gewählt, daß das ferroelektrische Di- in der einen oder der anderen Richtung anlegbar ist elektrikum durch die Amplitude nicht umpolarisiert 45 und an den durch einen Abfragekreis ein Abfragewerden kann. impuls anlegbar ist, wobei der dadurch erzeugte

Bei den bekannten Verfahren war es erwünscht, Stromstoß gemessen wird. Zur Durchführung des erdurch das »Umklappen« des Ferroelektrikums einen findungsgemäßen Verfahrens besitzt der Abfragemöglichst scharfen Impuls zu erhalten, und das ließ impuls eine kleinere Amplitude, als zum Umpolarisiesich nur erreichen, wenn ein Ferroelektrikum mit 5° ren des ferroelektrischen Dielektrikums erforderlich möglichst gut rechteckiger Hysteresekurve verwendet ist, und weist das Dielektrikum eine von der Polariwurde. Solche Ferroelektrika stehen nicht ohne wei- sationsrichtung abhängige Kapazität auf.
teres zur Verfügung, und da bei dem erfindungs- Bei einer solchen erfindungsgemäßen Vorrichtung, gemäßen Verfahren diese rechteckige Hysterese- zweckmäßig als Datenspeicheranordnung bezeichnet, schleife nicht unbedingt erforderlich ist, wird zweck- 55 wird vorzugsweise ein Ferroelektrikum mit nicht mäßigerweise ein leichter erhältliches Ferroelektrikum rechteckiger Hysteresekurve verwendet,
mit nicht rechteckiger Hysteresekurve verwendet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird, wie

Der bei Ferroelektrika auftretende sogenannte oben bereits erläutert, zweckmäßigerweise nach dem »Akkumulationseffekt« wirkt sich bei Halbspan- Abfrageimpuls ein Rückstellimpuls auf den Kondennungsspeichermatrizen störend aus, bei welchen 60 sator gegeben. Vorzugsweise geschieht das dadurch, Impulse mit der halben Spannung auf dem Speicher- daß an den Kondensator nach jedem Abfrageimpuls element gemeinsame Zeilen- und Spaltenelektroden durch einen Rückstellkreis ein Rückstellimpuls entgegeben werden. Während diese Halbspannungs- gegengesetzter Polarität anlegbar ist, der eine kleinere impulse so wirken, daß sie das ausgewählte Speicher- Amplitude besitzt, als zum Umpolarisieren des f erroelement, das im Schnittpunkt der zwei gemeinsamen 65 elektrischen Dielektrikums erforderlich ist. Die EinElektroden liegt, umschalten, wirken sie auf die justierung der Impulsamplitude wird bei einer anderen Speicherelemente, die längs der jeweiligen erfindungsgemäßen Datenspeicheranordnung zweckgemeinsamen Elektroden liegen, als Störimpulse. Es mäßigerweise dadurch ermöglicht, daß im Abfrage-

und Rückstellkreis in Reihe mit dem Kondensator jeweils eine konstante Impedanz liegt.

Es wurde bereits erwähnt, daß eine bekannte Datenspeicheranordnung aus einer Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordneten Kondensatoren besteht, deren Elektroden auf der einen Seite zeilenweise und auf der anderen Seite spaltenweise miteinander verbunden sind. Bei einer erfindungsgemäßen Datenspeicheranordnung dieser Art ist zum Abfragen eines bestimmten Kondensators zwischen die Elektroden einer Zeile und die anderen Elektroden einer Spalte ein Abfrageimpuls anlegbar, der eine kleinere Amplitude besitzt, als zum Umpolarisieren des ferroelektrischen Dielektrikums erforderlich ist.

Zur Erzeugung der Abfrageimpulse sind eine Reihe von verschiedenen Einrichtungen bekannt. Eine besonders raumsparende Bauweise ergibt sich für eine erfindungsgemäße Datenspeicheranordnung, wenn zur Erzeugung der Abfrageimpulse ein Paar von sättigbaren Zeilenmagnetkernen und ein Paar von sättigbaren Spaltenmagnetkernen vorgesehen sind, die jeder eine im wesentlichen rechteckige Hystereseschleife aufweisen und auf denen Treiberwicklungen sitzen, die paarweise in Reihe an einer Zeile bzw. Spalte von Elektroden anliegen, und daß Mittel vorgesehen sind, um die Kerne von dem einen in den anderen Sättigungszustand zu bringen, und wahlweise einschaltbare Mittel, durch welche der eine Kern in dem ersteren Sättigungszustand gehalten wird.

Bei einer solchen Datenspeicheranordnung sind zweckmäßigerweise beide Kerne zur Erzeugung von Rückstellimpulsen in Abhängigkeit von dem beim Abfragen entstehenden Stromstoß entweder gleichzeitig ummagnetisierbar, wenn der Stromstoß einen vorgegebenen Wert überschreitet, oder nacheinander, wenn der Stromstoß kleiner als der vorgegebene Wert ist, so daß in jedem Falle nur ein Rückstellimpuls der erwünschten Amplitude zur Verfügung steht.

Vorzugsweise besteht die Speichermatrix bei einer erfindungsgemäßen Datenspeicheranordnung aus einer Scheibe aus ferroelektrischem Material, auf welcher gekreuzt zueinander gemeinsame Spalten- und Zeilenelektroden angeordnet sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden beschrieben:

F i g. 1 ist eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Systems, welches zum nichtdestruktiven Lesen nach der Erfindung in der Lage ist, teilweise schematisch, teilweise in Form eines Blockschaltbildes;

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung einer typischen Hystereseschleife, wie sie das ferroelektrische Material zeigt, das vorteilhafterweise bei der Erfindung verwendet wird, und bei welcher die von dem ferroelektrischen Dielektrikum aufgenommene Ladung (als Ordinate) als Funktion der an das Dielektrikum angelegten Koerzitivspannung (als Abszisse) aufgetragen ist;

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer ferroelektrischen Speichermatrix, welche bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet werden kann;

F i g. 4 veranschaulicht die Formen einiger Impulse, als Ordinate, die über der Zeit, als Abszisse, aufgetragen sind und welche einerseits bei destruktivem Abfragen in dem System nach F i g. 1 auftreten; F i g. 5 ist ein schematisches Schaltbild einer Lesetor- und Abtastimpedanzstufe;

F i g. 6 ist ein schematisches Schaltbild eines Adressenstrom-Steuerkreises, der bei dem System nach F i g. 1 angewendet werden kann;

F i g. 7 ist ein Blockschaltbild eines geeigneten Rückstell-Steuerkreises, der bei dem System nach F i g. 1 angewendet werden kann;

F i g. 8 ist ein Blockschaltbild eines Abfrage-Steuerkreises, der in einem System nach F i g. 1 angewendet werden kann.

I. Grundaufbau des Speicherwerkes

Das Verfahren und das System eines typischen Ausführungsbeispieles der Erfindung sind an Hand des in F i g. 1 teils als Blockschaltbild, teils schematisch dargestellten Diagramms beschrieben. Um ein klares und vollständiges Verständnis der Erfindung zu ermöglichen, sind das erfindungsgemäße Verfahren und System im Zusammenhang mit einer typischen digitalen Rechenanlage beschrieben. Somit kann angenommen werden, daß verschiedene der Register, Steuer-Flip-Flops usw., die in F i g. 1 dargestellt sind, ihre Eingangswerte von dieser typischen Rechenanlage erhalten. Beispielsweise ist die jeweilige Adresse oder der Platz in dem in F i g. 1 dargestellten Speichersystem in Form einer binären oder digitalen Information in Gestalt eines Adressencode gespeichert, welche einem Adressenregister 10 entnommen werden kann. Dieses Adressenregister, dessen Eingangswerte von der Rechenanlage geliefert werden, kann eine Vielzahl einzelner Flip-Flops aufweisen, von denen jeder »Eins»- und »Null«-Ausgangswerte besitzt, welche durch zwei getrennte und bestimmte Spannungswerte dargestellt werden. Um in der gesamten Beschreibung der Erfindung ein geschlossenes System darzustellen, wird eine binäre »Eins« durch eine negative Spannung —E dargestellt, die beispielsweise —10 Volt sein kann. In ähnlicher Weise wird eine binäre »Null« durch eine Spannung Null oder Erdpotential dargestellt. Die verschiedenen, hierbei benutzten Stromkreise und Tore usw. arbeiten unter Benutzung dieser Spannungswerte.

Somit kann die im Adressenregister 10 gespeicherte Adresse die Form eines binären Code haben, wie er in typischer Weise in einem Digitalrechner benutzt wird. Diese Adresse wird einem ersten und einem zweiten Adressenwähler oder Spaltenadressenstrom-Steuerkreisen 12 bzw. 14 und einem dritten und vierten Zeilenadressenstrom-Steuerkreis 16 bzw. 18 zugeführt. Die Einzelheiten eines geeigneten Adressenstrom-Steuerkreises, der bei einem erfindungsgemäßen System benutzt werden kann, sind in F i g. 6 dargestellt.

Jeder der Adressenstrom-Steuerkreise 12 bis 18 wird von dem ersten Impuls einer Folge von Zeitabgabeimpulsen (P₁, Φ₂ und Φ₃ betätigt, welche von einem Zeitmarkengeber 20 geliefert werden können. Der Zeitmarkengeber 20 kann von einem synchronisierten Taktzeitimpuls getriggert werden, der von dem Taktzeitimpuls der digitalen Rechenanlage abgeleitet ist, in welcher der erfindungsgemäße Speicher angewendet wird. Der Zeitmarkengeber 20 kann nach Art der USA.-Patentschrift 2 860 243 von M. Kaplan, veröffentlicht am 11. November 1958, ausgebildet sein. Wenn der Zeitmarkengeber von Kaplan verwendet wird, so würden nur die ersten

drei Zeitgabeimpulse Tp₁ bis einschließlich Tp₃ benötigt.

Eine andere Lösung besteht darin, daß die drei aufeinanderfolgenden Zeitgabeimpulse Φ_χ bis Φ₃ von einem binären Zähler abgenommen werden, der so arbeitet, daß er die Ausgangstaktzeitimpulse der Rechenanlage zählt. Rechenschaltungen, die an den Ausgang jeder der Zählerstufen angekoppelt sind, können dazu benutzt werden, um die drei Taktzeitimpulse Φ_ί bis Φ₃ in Abhängigkeit von den binären Zählungen 0, 2, 4 usw., z. B. in einem Modulo-8-Zähler herauszusuchen.

Auf diese Weise erscheinen die drei Zeitgabeimpulse Φ_± bis Φ₃ nacheinander in genauen Zeitabständen, wie das beispielsweise in den Kurvenformen in F i g. 4 dargestellt ist. Wie im einzelnen in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben ist, werden die Adressenstrom-Steuerkreise jeweils von dem ersten Zeitgabeimpuls Φ_ί eingeschaltet und liefern dann einen Ausgangsimpuls, dessen Polarität von dem Adresseneingangswert aus dem Adressenregister 10 abhängt. Bei dem in F i g. 1 dargestellten System liefert jeder der Adressenstrom-Steuerkreise 12 bis 18 einen negativen Impuls in dem Falle, daß seine Eingangsadresse ein Signal ist, das eine binäre »Eins« darstellt, und einen positiven Impuls für den Fall, daß seine Eingangsadresse ein Signal ist, das eine binäre »Null« darstellt. Der Ausgang jedes der Adressenstrom-Steuerkreise 12 bis 18 ist über einen Einstellwiderstand angekoppelt. Der Betriebssicherheit halber liefern die Adressenstrom-Steuerkreise 12 bis 18 Impulse von mehr als ausreichender Amplitude, die dann durch den Einstellwiderstand gedämpft werden, so daß Impulse von der richtigen Höhe zur Beaufschlagung der verschiedenen Kerne geliefert werden, wie unten beschrieben werden wird.

Der erste und der zweite Spaltenadressenstrom-Steuerkreis 12 bzw. 14 sind mit jedem Kern von vier Paaren von Spaltenadressenkernen 32 bis 39 gekoppelt. In ähnlicher Weise sind der dritte und der vierte Zeilenadressenstrom-Steuerkreis 16 bzw. 18 mit jedem Kern von vier Paaren von Zeilenadressenkernen 40 bzw. einschließlich 47 gekoppelt. Jedes Paar von Zeilen- und Spaltenadressenkernen 32 bis 42 ist so gekoppelt, daß sie entsprechend der im Adressenregister 10 enthaltenen Adresse Impulse einer bestimmten Polarität und Amplitude auf die gemeinsamen Elektroden einer ferroelektrischenKoinzidenz-Speichermatrix 48 geben.

Die ferroelektrische Speichermatrix 48 kann vorteilhafterweise so ausgebildet sein, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist, bei welcher eine parallele Reihe von Elektroden SO auf einer Seite einer Scheibe, eines Filmes oder einer Oberfläche von ferroelektrischem Material 52 angeordnet ist. Um das erfindungsgemäße nichtdestruktive Lesen zu ermöglichen, sollte das ferroelektrische Material polykristallin sein, beispielsweise aus Kristallen bestehen, die von einer Kombination von 58% Bleizirkonat und 42% Bleititanat gebildet werden. Solche Arten von ferroelektrischen Materialien zeigen eine Hystereseeigenschäft, welche eine unterschiedliche Kapazität oder Steigung auf beiden Seiten der Punkte aufweist, die einer angelegten Spannung Null entsprechen. Die Einzelheiten eines solchen Materials werden unten unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Generell kann jede Art von ferroelektrischem Material zur Bildung der Scheibe, Waffel, des Filmes oder der Oberfläche 52 benutzt werden, wenn dieses ferroelektrische Material nur eine Hystereseeigenschaft mit dem beschriebenen Differentialkapazitätseffekt zeigt.

Eine zweite parallele Reihe von Elektroden 54 ist auf der entgegengesetzten Oberfläche der Scheibe 52 angeordnet. Diese zwei Reihen von Elektroden 50 und 54 können senkrecht zueinander angeordnet sein oder unter irgendeinem anderen Winkel zueinander, so daß die verschiedenen gemeinsamen Elektroden

ίο auf der einen Seite jede der verschiedenen gemeinsamen Elektroden auf der anderen Seite kreuzen. Auf diese Weise bildet jeder räumliche Schnittpunkt der Elektroden einen ferroelektrischen Kondensator oder ein Speicherelement. Normalerweise kann das ferroelektrische Material eine Dicke in der Größenordnung von 0,13 bis 0,25 mm haben.

Bei dem speziellen beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung bietet die Speichermatrix Speichermöglichkeit für sechzehn einzelne Informa^· tionsbits, wobei jede parallele Reihe vier gemeinsame Elektroden aufweist. Es ist für den Fachmann selbstverständlich, daß auf der ferroelektrischen Scheibe 52 eine viel größere Anzahl von Elektroden angeordnet werden kann, um eine größere Anzahl von ferroelektrischen Elementen zu erhalten. Wenn eine solche größere Anzahl von gemeinsamen Elektroden verwendet würde, wäre es natürlich erforderlich, zusätzliche Adressenkerne vorzusehen.
Um ©ine Information in irgendeinem der ferroelektrischen Speicherelemente zu speichern, die von der Koinzidenzmatrix nach Fig. 3 gebildet werden, wird bekanntlich eine Spannung V zwischen diejenigen Elektroden gelegt, die sich in dem ausgewählten Speicherelement schneiden. Das wird in bekannter Weise dadurch erreicht, daß gleichzeitig eine Teilspannung von beispielsweise Va V von einer Polarität an die obere Elektrode und eine Teilspannung von entgegengesetzter Polarität aber gleicher Größe'¹/« V an die untere Elektrode angelegt wird. Zunächst wird zum destfüktiven Lesen der Information aus dem ausgewählten Speicherelement in der Matrix ein einziger Abfrage- oder Leseimpuls der gleichen Amplitude aber vorgegebener oder entgegengesetzter Polarität, nämlich — V Volt an die Elektroden dieses ausgewählten Speicherelementes angelegt. Wie während des Speicherzyklus kann auch der negative Spannungsstoß — V durch Benutzung von Teil- oder Halbspännungsstößen erzeugt werden, die auf jede der ausgewählten gemeinsamen Elektroden gegeben werden. Diese Art der Informationsspeicherung in den Speicherelementen und des Abfragens solcher Speicherelemente ist als destruktive Arbeitsweise bekannt, da während des Abfragens das jeweilige Speicherelement in die entgegengesetzte Polarisation gebracht werden kann, wodurch die gespeicherte Information zerstört wird.

Um die Beschreibung der Erfindung zu vereinfachen, kann angenommen werden, daß die gemeinsamen unteren Elektroden 54 der Speichermatrix 48 von F i g. 3 einzeln mit einem verschiedenen, von jedem der Paare von Spaltenadressenkernen 32 bis 39 gekoppelt sind, und diese Elektroden werden als Spaltenelektroden bezeichnet. Weiterhin werden die Speicherelemente, die von einer solchen gemeinsamen Elektrode gebildet werden, als eine Spalte von Speicherelementen bezeichnet. Auch die gemeinsamen Elektroden 50, die auf der Oberseite des ferroelektrischen Materials 52 erscheinen, können als ein-

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zein mit je einem der Paare von Zeilenadressenkernen gangswicklungen 68, eine für jeden Kern der Kern-40 bis 47 gekoppelt angesehen werden. Diese ge- paare, sind zwischen verschiedenen Spaltenelektroden meinsamen Elektroden 50 werden als Zeilenelektro- 54 und einem gemeinsamen Punkt miteinander in den und die dadurch gebildeten Speicherelemente als Reihe geschaltet. Der gemeinsame Punkt 70 ist wieeine Zeile von Speicherelementen bezeichnet. Die 5 derum über einen einstellbaren Abgleichwiderstand einzelnen Speicherelemente, die im Kreuzpunkt jeder 72 mit Erde verbunden. Somit wird jede der Spaltender Zeilen- und Spaltenelektroden 50 bzw. 54 gebil- elektroden von einem verschiedenen Paar von Spaldet werden, sind in F i g. 1 als einzelne ferroelek- tenadressenkernen betätigt. Auf ähnliche Weise sind irische Kondensatoren oder Speicherelemente 101 bis die Spaltensperrwicklungen 69 in Reihe zwischen 116 dargestellt. Somit ist eines der ferroelektrischen io einen Abfrageart-Steuerkreis 77 und Erde geschaltet. Elemente 113 so dargestellt, daß es eine ferroelek- Die Einzelheiten des Abfrageart-Steuerkreises 77 trische Scheibe 52 aufweist, die zwischen Platten 49 werden in Verbindung mit F i g. 8 noch näher beliegt, schrieben. Es genügt vorerst, zu sagen, daß der Ab-In Fig. 1 kann jeder der Zeilen- und Spalten- frageart-Steuerkreis 77 die Aufgabe hat, entweder adressenkerne 42 bis 47 aus Permalloy (78% Nickel 15 den zweiten von jedem Paar von Spalten- undZeilen- und Eisen) hergestellt sein oder einem ähnlichen Ma- adressenkernen 33 bis 47 (nur ungerade Zahlen) terial, wie aus Band gewickelten Kernen oder Ker- gleichzeitig mit dem ersten von jedem Paar von nen, die aus einem magnetischen Film hergestellt Spalten- und Zeilenadressenkernen 32 bis 46 (nur sind, wobei das einzige Erfordernis ist, daß das be- gerade Zahlen) arbeiten zu lassen oder aber den nutzte Material eine magnetische Hysteresecharakte- 20 ersten Kern jedes Paares zu sperren,
ristik aufweist, die im wesentlichen rechteckig ist. Jeder der Zeilenadressenkerne 40 bis 47 hat auch Jeder Adressenkern 32 bis 47 ist mit einer ersten eine erste Halblesewicklung 64, eine zweite HaIb-Halblesewicklung 64, einer zweiten Halblesewicklung lesewicklung 66 und eine Ausgangswicklung 68. Wei-66 und einer Ausgangswicklung 68 versehen. Die terhin haben die ersten Kerne 40, 42, 44 und 46 jedes ersten Kerne 32, 34, 36, 38, 40, 42 und 46 von 25 Paares von Zeilenadressenkernen jeder eine Rückjedem der Paare von Zeilen- und Spaltenadressen- Stellwicklung 62. In ähnlicher Weise haben die zweikernen sind mit einer Rückstellwicklung 62 versehen. ten Kerne 41, 43, 45 und 47 jedes Paares von Zeilen-In ähnlicher Weise sind die zweiten Kerne 33, 35, 37, adressenkernen jeder eine Sperrwicklung 69. Da diese 39, 41, 43, 45 und 47 jedes der Paare von Zeilen- Wicklungen im wesentlichen die gleichen sind wie und Spaltenadressenkemen mit einer Sperrwicklung 30 die, welche oben in Verbindung mit den Spalten-69 versehen. Jede der Rückstellwicklungen 62, die adressenkernen beschrieben wurden, sind die glei-Sperrwicklung 69 und die Ausgangswicklungen 68 chen Bezugszeichen verwendet worden. So sind alle sind so gewickelt, daß sie die doppelte Windungszahl ersten Halblesewicklungen 64 miteinander in Reihe auf ihren jeweiligen Kernen haben wie die ersten zwischen den dritten Adressensteuerkreis 16 und bzw. zweiten Halblesewicklungen 64 und 66. Die 35 ^Erde geschaltet.

genaue Windungszahl, die jede Wicklung erhält, In ähnlicher Weise sind alle zweiten Zeilenhalblesehängt natürlich von der Art und Breite sowie von der wicklungen miteinander in Reihe zwischen den vier-Amplitude der Erregerimpulse ab, die auf die Adres- ten Adressenstrom-Steuerkreis 18 und Erde geschalsenkerne gegeben werden. tet. Auch die Arbeitswicklungen 68 von jedem Paar Die an jeweils einem Ende der Wicklungen auf 40 von Zeilenadressenkernen 40 bis 47 sind miteinander den Kernen eingezeichneten Punkte werden in üb- ⁱⁿ Reihe zwischen eine gemeinsame Elektrode der licher Weise benutzt, um momentane Potentiale von verschiedenen Zeilen und einen gemeinsamen Punkt gleicher Polarität anzudeuten. Wenn somit der Strom ⁷¹ geschaltet. Der Punkt 71 ist wiederum mit dem durch eine Wicklung so fließt, daß sein gepunktetes Eingang einer Lesetor- und Abtastimpedanzstufe Ende gegenüber dem nicht gepunkteten Ende positiv 45 verbunden, die durch den Block 80 dargestellt ist. ist, so induziert das in dem zu dieser Wicklung gehö- Die Einzelheiten der Lesetor- und Abtastimpedanzrigen Kern aufgebaute Feld in den auf den gleichen stufe 80 sind im einzelnen in Verbindung mit F i g. 5 Kern gewickelten Wicklungen Spannungen in der dargelegt. Einfach gesagt, liefert die Lesetor- und Weise, daß zur gleichen Zeit ihr gepunktetes Ende Abtastimpedanzstufe 80 einen Strompfad von niedpositiv gegenüber ihrem nicht gepunkteten Ende ist. 50 riger Impedanz gegen Erde für jedes Paar von Zeilen-Alle Rückstellwicklungen 62 der Spaltenadressen- arbeitswicklungen 68. Die Zeilenarbeitswicklungen kerne (die im folgenden als Spaltenrückstellwicklun- 68 sind in bezug auf die restlichen Wicklungen auf gen bezeichnet werden) sind miteinander in Reihe jedem Kern entgegengesetzt zu den Spaltenarbeitsgeschaltet zwischen einem Punkt mit Bezugspotential, wicklungen 68 gewickelt (wie durch die Punktsymnämlich Erde, und dem Zeitgabeimpulsgenerator 20, 55 bole angedeutet ist). Diese Anordnung liefert Teilderart, daß sie den zweiten Zeitgabeimpuls Φ, erhal- impulse, die von entgegengesetzter Polarität sind wie ten. Um in Übereinstimmung mit der Schaltanord- die Teilimpulse, die von den verschiedenen Spaltennung für die Adressenkerne, die in F i g. 1 darge- adressenkernen geliefert werden. Die beiden Impulse stellt ist, zu bleiben, ist angenommen, daß die Zeit- von entgegengesetzter Polarität ergeben zusammen gabeimpulse Φ₁ bis Φ₃ negativ sind, wie das in F i g. 4 60 ^die erforderliche Schaltspannung an dem gewählten dargestellt ist. In ähnlicher Weise ist jede der ersten Speicherelement.

Spaltenhalblesewicklungen 64 in Reihe zwischen dem Alle Zeilenrückstellwicklungen 62 sind miteinanersten Adressenstrom-Steuerkreis 12 und Erde ge- der in Reihe geschaltet und werden von einem soschaltet, so daß sie dadurch erregt werden. Alle genannten Rückstellsteuerkreis 82 gespeist. Die Einzweiten Spaltenhalblesewicklungen sind miteinander 65 zelheiten des Rückstellsteuerkreises sind in F i g. 7 in Reihe zwischen Erde und dem Ausgang des zwei- dargestellt und in Verbindung damit weiter unten beten Adressenstrom-Steuerkreises 14 geschaltet, so schrieben. Vorläufig genügt es, zu sagen, daß der daß sie davon erregt werden. Die beiden Spaltenaus- Rückstellsteuerkreis 82 den Ausgang der Lesetor-

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und Abtastimpedanzstufe 80 abgreift und als Ergeb- Die in F i g. 2 dargestellte Hystereseschleife benis dieses Abgriffs entweder den zweiten oder den steht aus einer Kurvendarstellung der Beziehung, die dritten Zeitgabeimpuls Φ₂ bzw. Φ_Ά durch die Zeilen- zwischen der Koerzitivspannung V, die an die Elekrückstellwicklungen 62 leitet. Durch diesen Rückstell- troden eines ferroelektrischen Speicherelementes ansteuerkreis 82 wird die binäre »Eins« oder die binäre 5 gelegt wird, und der sich ergebenden Ladung Q be- »Null« in dem jeweiligen ferroelektrischen Speicher- steht, die von diesem Element aufgenommen wird, element regeneriert. Der Rückstellsteuerkreis 82 dient Diese Hystereseschleife stellt eine etwas idealisierte auch dazu, neue Information in den ferroelektri- Hysteresecharakteristik dar, die besonders vorteilhaft sehen Speicher einzuführen. So liefert ein Lese- angewendet werden kann, um ein nichtdestruktives Schreibeart-Steuerkreis 90 Eingangswerte für den io Lesen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und Rückstellsteuerkreis 82. Auch ein Speichereingangs- System zu erzielen. Das Material zeigt eine Eigenregister 92, welches die zu speichernde binäre Infor- schaft, die als Differentialkapazität bezeichnet wermation enthält, liefert einen Eingangswert für den den kann, d. h., es besitzt eine Kapazität, die sich in Rückstellsteuerkreis 82. Sowohl das Speicherein- Abhängigkeit von der Polarität der angelegten Spangangsregister 92 als auch der Lese-Schreibeart-Steuer- 15 nung V ändert.

kreis 90 können Teile einer typischen Rechenanlage Bei der Hystereseschleife nach Fig. 2 stellt die

bilden. Ordinate die innere Ladung Q dar, die von dem

Der Abfrage-Steuerkreis 77 ist so geschaltet, daß ferroelektrischen Material angenommen wird, das

er den zweiten Zeitgabeimpuls Φ.₂ und einen Ein- z. B. zwischen irgendeinem der Kreuzungspunkte von

gangswert von dem Rückstellsteuerkreis 82 erhält, so Zeilen- und Spaltenelektroden 50 und 54 (F i g. 3)

Die Zeilen- und Spaltensperrwicklungen 69 sind alle liegt, oder die, welche von dem ferroelektrischen

miteinander in Reihe zwischen Erde und den Aus- Material 52 angenommen wird, das zwischen den

gang des Abfrageart-Steuerkreises 77 geschaltet. Kondensatorplatten 49 liegt, wie in Fig. 1 darge-

Um die Beschreibung der Erfindung zu verein- stellt ist. Die Ladung Q ist gleich der inneren Polarifachen, sei angenommen, daß jeder der Adressen- 25 sation P für das jeweilige ferroelektrische Element in kerne 32 bis 47 auf eine Art negative Sättigung hin Richtung des angelegten elektrischen Feldes E pro getrieben wird, wenn er von einem Strom erregt Flächeneinheit v4 der Elektroden,
wird, der durch eine der vier auf jeden Kern aufge- Die Abszisse der Hystereseschleife stellt die Koerbrachten Wicklungen in einer solchen Richtung fließt, zitivspannung V dar, die an einem bestimmten ferrodaß ihr gepunktetes Ende positiv gegenüber dem 30 elektrischen Speicherelement besteht. Diese Koerzitivnichtgepunkteten Ende ist. Infolgedessen wird bei spannung V ist gleich dem Produkt der angelegten einer solchen Erregung der Wicklung durch den flie- elektrischen Feldstärke E und der Kristalldicke D. ßenden Strom, daß das gepunktete Ende negativ Die Kapazität C des ferroelektrischen Elementes 52 gegenüber dem nichtgepunkteten Ende ist, der jewei- ist beispielsweise definiert als das Verhältnis von lige Kern in entgegengesetzter Richtung auf eine Art 35 Polarisationsänderung pro Volumeinheit zur Ändepositive Sättigung hin getrieben. Infolge der kleineren rung des angelegten Feldes. Wenn somit
Windungszahl der Halblesewicklungen für einen bestimmten Kern 64 und 66 müssen beide im gleichen _ P , _
Sinne erregt werden, um den Sättigungszustand des ^ ~ ~j~ ^{u =}
Kernes zu ändern. Wenn sich beispielsweise der be- 40 j_{st s0} j_st
trachtete Kern im Zustand der negativen Sättigung ' , _ λ AP

befand, so verbleibt der Kern gemäß bekannter Ma- —~_ = .

gnetschalttechniken in diesem Zustand. Wenn jedoch ^F AD άΕ

beide Halblesewicklungen 64 und 66 ein und dessel- '

ben Kernes durch den gleichen Strom erregt werden 45 Es ist aus Fig. 2 ersichtlich, daß dieses Verhältnis und das von jeder der Wicklungen erzeugte Feld in und somit die Kapazität des ferroelektrischen Mateein und derselben Richtung verläuft, so ist der korn- rials auf beiden Seiten der Punkte mit angelegter binierte Effekt ausreichend, den Sättigungszustand Spannung Null unterschiedlich ist. Es ist dieser Undes Kernes zu ändern. Auf diese Weise kann da- terschied, der als »Differentialkapazität« bezeichnet durch, daß die beiden Halblesewicklungen gegen- 50 wird, welcher, wie im folgenden beschrieben werden sinnig auf jedes der Paare von Zeilen- und Paare von wird, die Grundlage für das erfindungsgemäße Merk-Spaltenadressenkernen gewickelt werden, wahlweise mal des nichtdestruktiven Lesens bildet. Die Form eine einzige Zeilen- oder Spaltenelektrode erregt der Hysteresecharakteristik ist nicht rechteckig wie werden. bei den meisten gebräuchlichen Speichermaterialien.

II. Wirkungsweise der Speichermatrix ⁵⁵ „ .^We?^{n da}* ^erste .^^{al eine s}P™ⁿS ^a« «n<s der

^r F1 g. 1 angelegt wird, so kann vor dem Polarisieren

Bevor jedoch die Einzelheiten der Adressenopera- ferroelektrischen Speicherelemente 101 bis 116 von tion beschrieben werden, erscheint es notwendig, die die von dem ferroelektrischen Material aufgenom-Wirkungsweise der ferroelektrischen Speichermatrix mene, bestehende Ladung Null sein. Dann kann die 48 zu beschreiben. Diese Wirkungsweise läßt sich am 60 Hystereseschleife, welche diese Ladungs-Spannungsbesten an Hand der Hystereseschleife gemäß F i g. 2 Beziehung darstellt, vom Ursprung der Ordinate und beschreiben, welche die Ladeeigenschaften eines ty- Abszisse in Fig. 2 ausgehen. Jedoch bestimmt dapischen Speicherelementes 101 bis 116 in der ferro- nach die typische Hystereseschleife, wie sie in F i g. 2 elektrischen Speichermatrix 48 darstellt. Wie gesagt, dargestellt ist, die Ladungs-Spannungs-Beziehung. sind diese Speicherelemente als einzelne Kondensato- 65 Das Anlegen einer Spannung ± V schaltet die Polariren 101 bis 116 dargestellt, von denen jeder ein Paar sation des ferroelektrischen Speicherelementes in von Platten 49 mit einem dazwischen angeordneten einen ihrer stabilen Zustände. Diese stabilen Zustände Dielektrikum 52 aufweist. sind als Punkte remanenter Polarisation bekannt,

weil das ferroelektrische Material ein gewisses Maß die Hystereseschleife, welche die Ladungs-Spanseiner Polarisation auch nach Wegfall des polarisie- nungs-Beziehung charakterisiert, in diesem Bereich renden elektrischen Feldes beibehält. Indem man relativ steil ist, ist die Kapazität des ferroelektrischen willkürlich einen dieser stabilen Zustände remanenter Elementes relativ hoch. Wenn andererseits eine biPolarisation als Darstellung einer binären »Null« und 5 näre »Null« gespeichert worden ist, so ändert das den anderen stabilen Zustand remanenter Polarisation ferroelektrische Element beim Anlegen der positiven als Darstellung einer binären »Eins« definiert, kann Abfragespannung +V seine Polarisation und damit man die ferroelektrischen Speicherelemente digitale seine Ladung in einer Weise, wie sie in der Hysterese-Information speichern lassen. So kann man sagen, schleife nach Fig. 2 durch den Weg AGA dargedaß der Punkt positiver remanenter Polarisation io stellt ist. In diesem Arbeitsbereich ist die Steigung +P_r, wie er durch Punkte auf der Hystereseschleife der Hystereseschleife und somit die Kapazität des nach F i g. 2 dargestellt ist, eine binäre »Null« dar- ferroelektrischen Elementes relativ klein,
stellt, während der Punkt negativer remanenter PoIa- Man sieht somit, daß ein relativ starker Leseimpuls risation — P₁., welcher durch den Punkt D auf der an einer Abfrageimpedanz entsteht, wenn eine binäre Hystereseschleife dargestellt wird, eine binäre »Eins« 15 »Eins« gespeichert worden war, während sich ein darstellt. relativ schwacher Impuls ergibt, wenn eine binäre

Wenn ein ferroelektrisches Speicherelement, bei- »Null« gespeichert wurde.

spielsweise das erste Speicherelement 101 (F i g. 1), Es ist auch bekannt, daß bei ferroelektrischen Dasich in einem Zustand positiver remanenter Polarisa- tenspeicherwerken, bei denen eine Anzahl von ferrotion P₁. befindet, so ändert sich beim Anlegen und ao elektrischen Speicherelementen in einer gemeinsamen Abschalten eines negativen elektrischen Feldes an Speichermatrix vereinigt sind und, wie in F i g. 3 dem feroelektrischen Speicherelement, wie es beim dargestellt, gemeinsame Elektroden besitzen, die erAnlegen einer negativen Schaltspannung erzeugt forderliche Schaltspannung ± V dadurch erzielt wird, wird, die in F i g. 2 als — V dargestellt ist, der La- daß eine Teilschaltspannung wie ± Vs V an eine Zeidungszustand des ferroelektrischen Speicherelemen- as lenelektrode und eine Teilschaltspannung wie + V2 V tes in der durch den Verlauf der Hystereseschleife an eine Spaltenelektrode angelegt wird, wodurch die dargestellten Weise, welcher von dem Punkt A nach volle Schaltspannung ± V nur an ein bestimmtes links unten längs des Schaltweges BCD zu dem Speicherelement angelegt wird, das im Schnittpunkt Punkt D verläuft, der den remanenten Zustand nega- der ausgewählten Zeilen- und Spaltenelektroden liegt, tiver Polarisation —P_r darstellt. 30 Um somit das erste ferroelektrische Speicher-

Beim Anlegen eines positiven elektrischen Feldes element 101 destruktiv abzufragen, wird ein positiver an dieses Speicherelement wie beim Anlegen einer Halbspannungsstoß, welcher durch die Kurve 126 positiven Sättigungs- oder Schaltspannung + V ändert (F i g. 4) dargestellt ist, mit einer Amplitude + ¹It V sich sein Ladungszustand in der durch die Hysterese- an die oberste gemeinsame Elektrode 120 (F i g. 1) schleife von F i g. 2 dargestellten Weise. Beim An- 35 und gleichzeitig ein ähnlicher negativer Impuls, wie legen der positiven Sättigungsspannung +V verläuft er durch die Kurve 124 (Fig. 4) dargestellt ist, mit der Schaltweg vom Punkt D nach rechts oben durch einer Amplitude -¹IiV auf die erste Spaltenelektrode den Punkt F zum Punkt G, welcher den Punkt der 122 gegeben. Das ausgewählte ferroelektrische Speipositiven Polarisationssättigung darstellt. Nach Ab- cherelement 101, das im Kreuzungspunkt dieser beischalten der angelegten Sättigungsspannung +V ist 40 den Elektroden 120 und 122 liegt, wird dadurch in die Zustandsänderung des ferroelektrischen Elemen- die positive Polarisationsrichtung gebracht. Während tes durch die Bahn in F i g. 2 dargestellt, die nach eines solchen Abfragens mittels der destruktiven links unten zu dem Punkt der positiven remanenten Lesemethode werden alle restlichen ferroelektrischen Polarisation verläuft, welcher durch den Punkt A be- Elemente 102, 103, 104, die mit der ersten Spaltenzeichnet wird, der eine binäre »Null« darstellt. 45 elektrode verbunden sind, von dem gleichen Abfrage-

Eine Information kann aus jedem ferroelektrischen impuls gestört.

Speicherelement durch Anlegen einer Abfrage- oder Obwohl, wie aus der Hystereseschleife nach F i g. 2

Lesespannung gelesen werden, welche die gleiche ersichtlich ist, diese Störteilspannung ±VzF an sich

Amplitude und Polarität hat wie die positive (oder nicht ausreicht, um alle Elementarbereiche des ferro-

negative) Sättigungsspannung ± V, so daß das ferro- 50 elektrischen Materials in ihrer Polarisationsrichtung

elektrische Element in die positive (oder negative) umzukehren, so kehrt in der Tat eine bestimmte end-

remanente Polarisation ±P_r getrieben wird. Da liehe Anzahl von Elementarbereichen ihre Polarisa-

J = % ist, kann die beim Anlegen dieser Abfrage- tionsrichtüng um Bekanntlich kann ein wiederholtes άΤ ^{6 6} Anlegen einer solchen Storspannung an ein bestimm-

spannung auftretende Ladungsänderung beobachtet 55 tes ferroelektrisches Speicherelement, ohne daß dawerden, indem mittels einer mit dem Speicherelement zwischen eine Spannung von entgegengesetzter PoIain Reihe liegenden Impedanz der Stromfluß durch rität daran angelegt wird, zur Folge haben, daß eine das jeweilige Speicherelement ermittelt wird. Bei der hinreichende Anzahl von Elementarbereichen des Beschreibung der Erfindung wird eine positive Ab- ferroelektrischen Materials ihre Polarisation umkehrt, fragespannung benutzt werden. 60 so daß das ferroelektrische Material fälschlich in der

Wenn eine binäre »Eins« gespeichert worden ist, entgegengesetzten Richtung polarisiert,
so daß sich das ferroelektrische Speicherelement in Weiterhin übt die mögliche Umschaltung jedes der

einem Zustand negativer remanenter Polarisation be- ferroelektrischen Elemente in jedem Fall, wo ein findet, der durch den Punkt D auf der Hysterese- bestimmtes Element destruktiv abgefragt werden soll, schleife von F i g. 2 bezeichnet ist, so bewirkt der 65 einen löschenden Einfluß auf das ferroelektrische Abfragestoß, daß das ferroelektrische Material in Material aus. Es ist eine Eigenschaft von ferroelekeinem Bereich hoher Kapazität arbeitet, wie er in irischem Material, daß nach wiederholter Umschal-F i g. 2 durch den Weg DEFGA dargestellt ist. Da tung von einer Polarisationsrichtung in die andere

während einer Zeitspanne seine Polarisierbarkeit ver- ferroelektrischen Speicherelementes 101 Rückstellmindert wird und manchmal verlorengeht. Wenn eine stoße von verminderter Amplitude und entgegensolche Polarisierbarkeit vermindert wird oder ver- gesetzter Polarität, die durch die Kurven 135 bzw. lorengeht, so wird das Material für Speicherzwecke 137 in Fig. 4 dargestellt werden, entweder nacheinpraktisch unbrauchbar. 5 ander oder gleichzeitig auf die jeweiligen Zeilen- und Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung werden Spaltenelektroden 120 und 122 gegeben. Es wird diese Mängel und Schwierigkeiten vermieden. Ein nicht mehr als ein Störimpuls mit verminderter Amausgewähltes ferroelektrisches Speicherelement mit plitude auf irgendein Speicherelement gegeben, ohne Differentialkapazität wird nichtdestruktiv abgefragt daß dieses Element durch Anlegen eines Rückstelloder gelesen, io impulses gleicher Größe, aber entgegengesetzer PoIa-

1. indem ein Abfrageimpuls von vorgegebener Po- rität regeneriert wird

larität an das ausgewählte Element angelegt *"%. ^der _t ^fef£ ^ImP^edfz ^de*£^hi™Z% ^und

wird, dessen Amplitude aber nicht ausreicht, Ruckstellimpulsschaltung und der Differentialkapa-

um die Polarisationsrichtung des Dielektrikums f^{at de}/ ^hQnu}^ztJⁿ, ^ie™^slekt™^chsn Materials suchen

umzukehren und ¹⁵ aufeinanderfolgenden Abfrage- und Ruckstell-

„., ,. .' ,.j, , ,j ..., impulse, die von gleicher Amplitude, aber entgegen-

2. indem die Amplitude des durch das ausgewählte _{gesetzter Polarität} ^ ^_{ead der aufeinan}der-Speicherelement beim Anlegen des Abfrage- _folgenden Speicherzyklen das jeweilige Speicherimpulses meßenden Stromes ermittelt wird. _{element vo}n/_{tändig m seiner} ursprünglichen Polari-

Betrachtet man diese Schritte im einzelnen, so 20 sationsrichtung zu erhalten. Das ist möglich, obwohl

wird beispielsweise das erste Element 101 nicht- die Amplitude der Abfrage- und Rückstellimpulse

destruktiv abgefragt oder gelesen, indem verhältnis- zusammen nicht ausreicht, um die Polarisation der

mäßig kleine Teilspannungs-Abfrageimpulse auf die jeweiligen Speicherelemente umzukehren. Es ist zu

ausgewählten Zeilen- und Spaltenelektroden 120 und beachten, daß die Kapazität eines bestimmten Spei-

122 gegeben werden. Die Amplitude dieser nicht- 25 cherelementes kleiner ist, wenn es von einem elektri-

destruktiven Abfrageimpulse ist so gewählt, daß die sehen Feld in Richtung einer bestehenden Polarisation

gesamte angelegte Spannung an dem ferroelektrischen erregt wird und umgekehrt größer ist, wenn es in

Speicherelement 101 geringer ist als die Spannung, entgegengesetzter Richtung als die bestehende PoIa-

welche die Polarisationsrichtung des ferroelektrischen risationsrichtung erregt wird (s. F i g. 2). Wegen der

Materials 52 umkehrt. Zweckmäßigerweise sind diese 30 festen Impedanz der Speiseschaltung führen diese

Abfrageimpulse für die Zeilen und Spalten Viertel- Kapazitätsänderungen zu einem Spannungsabfall an

,. , . , ν ~. . , , , . „ . dem betrachteten Speicherelement 101, der für Imamphtudenimpulse ₄-, Diese nichtdestruktiven Zei- _{puke mit dner} p£_{arität? wekne das} betrachtete

len- und Spaltenimpulse sind in Fig. 4 durch die Speicherelement 101 in seine bestehende Polarisa-Kurven 127 bzw. 129 dargestellt. 35 tionsrichtung treiben, größer ist als für entgegen-

Wie man aus den durchschnittlichen Steigungen gesetzte Impulse. Dem betrachteten Speicherelement der Hystereseschleife von F i g. 2 ersieht, zeigt das wird daher überwiegend elektrische Energie zugeausgewählte Speicherelement 101 eine unterschied- führt, deren Polarität es in Richtung auf die beliche Kapazität, je nachdem, ob eine binäre »Eins« stehende Polarisationsrichtung zu treiben sucht, oder eine binäre »Null« gespeichert ist. Dies liegt an 40 gleichgültig, ob das Speicherelement eine binäre der Differentialkapazität des benutzten ferroelektri- »Null« oder eine binäre »Eins« speichert, der jeweischen Materials. So ist für einen positiven Abfrage- lige Zustand wird also während der aufeinanderfolimpuls die mittlere Kapazität des ausgewählten Spei- genden Speicherzyklen aufrechterhalten,
cherelementes beim Speichern einer binären »Null« Wenn beispielsweise das betrachtete ferroelektrische (wie sie durch die mittlere Steigung der Hysterese- 45 Speicherelement 101 eine binäre »Eins« enthalten schleife in diesem Arbeitsbereich veranschaulicht hatte und sich somit in seinem stabilen Zustand wird) kleiner als seine mittlere Kapazität, wenn es negativer remanenter Polarisation befand, der durch eine »Eins« speichert. Der Ausdruck »mittlere Kapa- den Punkt —P_r auf der Hystereseschleife von Fig. 2 zität« wird benutzt, weil sich die Kapazität des ferro- bezeichnet wird, so ändert sich beispielsweise beim elektrischen Materials in Abhängigkeit von der pola- 50 Anlegen eines Abfrageimpulses von halber Amplirisierenden Spannung und dem Zustand der bestehen- tude V/Z die Ladung des Speicherelementes 101 den Ladung (oder Polarisation) ändert, welche Be- nach Maßgabe der angelegten Spannung. Diese Beziehung durch die Hystereseschleife nach F i g. 2 ziehung ist in F i g. 2 dargestellt, d. h., das ferrodargestellt ist. Infolgedessen ist der Stromfluß durch elektrische Material verläßt den Zustand negativer das ausgewählte Speicherelement 101 für eine ge- 55 remanenter Polarisation, der durch den Punkt D darspeicherte binäre »Eins« größer als für eine gespei- gestellt ist, und wandert zu einem Polarisationscherte binäre »Null«. zustand, wie durch die Hystereseschleife dargestellt

Unglücklicherweise können beim Abfragen die ist, die nach rechts oben zu dem Punkt E verläuft,

restlichen ferroelektrischen Speicherelemente 102, Die mittlere Steigung der Hystereseschleife zwischen

103,104,105, 109 und 113, die an den beaufschlag- 60 den Punkten D und E, also die Kapazität, welche

ten gemeinsamen Zeilen- und Spaltenelektroden 120 das Speicherelement 101 für den Abfrageimpuls V/2

bzw. 122 anliegen, genügend gestört worden sein, bildet, ist relativ groß. Wegen der festen Impedanz

daß einige der Elementarbereiche des ferroelektri- des Kernspeisekreises ist der sich ergebende Span-

schen Materials ihre Polarisation umgekehrt haben. nungsabfall an dem Speicherelement tatsächlich klei-

Um zu verhindern, daß diese Umkehrung von EIe- 05 ner als der Halbamplitudenimpuls V/2 und kann in

mentarbereichen bei aufeinanderfolgenden Abfrage- der Größenordnung von einem Eindrittelamplituden-

impulsen sich kumulativ auswirkt, werden je nach impuls V/3 liegen, wie das dargestellt ist. Aus die-

dem abgefragten binären Zustand des ausgewählten sem Grunde kann der Halbamplituden-Abfrageimpuls

V/2 die Ladung des betrachteten Speicherelementes 101 nur in dem äwcph. den Punkt E auf der Hystereseschleife dargestellten Maße ändern. Nach Aufhören des Halbspannungs-Abfrageimpulses V/2 wächst die von dem betrachteten Speicherelement gespeicherte negative Ladung an bis zu einem stabilen Wert,- der auf der Hystereseschleife durch den Punkt/ dargestellt ist.

Die relativ große mittlere Kapazität des betrachteten Speicherelements 101 gestattet bei der Abfragung einen vergleichsweise großen Stromfluß, wie durch die Kurven 281 (Fig. 4) dargestellt ist. Dieser Ausgangsimpuls wird von der Lesetor- und Abtastimpedanzstufe 80 abgegriffen und dem Rückstellsteuerkreis 82 zugeführt.

Während des Rückstellzyklus steuert der Rückstellsteuerkreis 82 die Beaufschlagung der ausgewählten Zeilen- und Spaltenelektroden 120 und 122 mit den Rückstellimpulsen. So wird das ausgewählte ferroelektrische Speicherelement 101 kurzzeitig von einer Halbamplituden-Polarisationsspannung — V12 beaufschlagt (F i g. 2), welche, wie aus der Hystereseschleife ersichtlich ist, das ausgewählte Speicherelement 101 in seinen ursprünglichen Zustand negativer remanenter Polarisation, wie er durch den Punkt D dargestellt ist, zurückbringt. Während dieses Rückstellteiles des Speicherzyklus durchläuft das betrachtete Speicherelement 101 einen Übergangsbereich mit relativ hoher Kapazität (s. die relativ starke Steigung der Hystereseschleife in einem Teil dieses Arbeitsbereiches auf dem Weg JHD). Das betrachtete Speicherelement läuft schnell durch den Übergangsbereich von hoher Kapazität hindurch in einen Bereich niedrigerer Kapazität (den Bereich längs der Linie HD in Fig. 2). Selbst wenn somit eine kleinere wirksame Rückstellspannung an dem betrachteten Speicherelement 101 auftritt, so ist diese doch genügend, um das Element in den Zustand maximaler negativer Ladung, wie er durch die Linie CHD, in F i g. 2 dargestellt ist, zu verbringen. 4" Jetzt kehrt das betrachtete Speicherelement b.eim Aufhören der Rückstellspannung in seinen Zustand negativer remanentef Ladung zurück, welcher durch den Punkt D dargestellt ist, und die binäre »Eins« ist wiederhergestellt. Infolge der relativ hohen Kapazität läßt das betrachtete Element 101 beim Rückstellen einen relativ großen Stromstoß durch, wie durch die Kurve 287 (F i g. 4) dargestellt ist.

Wenn andererseits das betrachtete Speicherelement 101 ursprünglich in positiver Richtung posarisiert war, um dadurch eine binäre »Null« zu speichern, so wird während des nichtdestruktiven Abfragezyklus das betrachtete Speicherelement 101 durch einen positiven Halbspannungsstoß +V/2 erregt, welcher die Polarisation oder Ladung des ferroelekirischen Materials 52 in positiver Richtung in einem geringen Maße zu erhöhen sucht, wie aus der Hystereseschleife von F i g. 2 ersichtlich ist. Da die Steigung der Hystereseschleife in diesem Teil (AG) des Operationszyklus für eine gespeicherte »Null« weniger steil ist, so ist der sich ergebende Ausgangsstrom, der durch das betrachtete Speicherelement 101 hindurchgeht, vergleichsweise klein, wie durch die Kurven 291 von F i g. 4 dargestellt ist. Dieser relativ kleine Stromstoß 291 wird von dem Rückstellsteuerkreis 80 als eine binäre »Null« abgegriffen, welche bewirkt, daß das Anlegen des Viertelspannungs-Zeilenimpulses von entgegengesetzter Polarität auf einen Zeitpunkt verschoben wird, der durch die Kurve 135' (F i g. 4) dargestellt ist, so daß er nicht mit dem Anlegen des Viertelspannungs-Spaltenrückstellimpulses 127 zusammenfällt. Indem so die Zeitfolge der Viertelamplituden-Rückstellimpulse verändert wird, wird das betrachtete Speicherelement 101 nur Viertelamplituden-Rückstellimpulsen unterworfen und nicht dem vollständigen Halbamplituden-Rückstellimpuls. Wie aus der Hystereseschleife der F i g. 2 ersichtlich ist, hat die Benutzung von Viertelamplitudenimpulsen weit weniger die Tendenz, die Polarisation des betrachteten Speicherelementes zu ändern, als wenn die Zeilen- und Spaltenimpulse gleichzeitig aufgetreten wären und eine angelegte Spannung von der halben Amplitude erzeugt hätten. Der Speicher wird dadurch wesentlich betriebssicherer.

Eine ähnliche Analyse kann durchgeführt werden, um zu zeigen, daß die Speicherelemente 102, 103, 104, 105, 109 und 113, die an den ausgewählten Zeilen- und Spaltenelektroden anliegen, durch die aufeinanderfolgenden Abfrage- und Rückstellimpulse von wechselnder Polarität weiter in Richtung ihrer bestehenden Polarisationsrichtung getrieben werden. Die Grundlage für diese Arbeitsweise ist die Differentialkapazität des benutzten ferroelektrischen Materials.

Man sieht somit, daß durch Benutzung dieser nichtdestruktiven Teilstöße auch bei einer großen Anzahl von Abfragungen relativ wenige Elementarbereiche des Materials während des Abfragens ihre Polarisation geändert haben. Deswegen kann das Material länger benutzt werden, ohne seine Polarisierbarkeit einzubüßen.

III. Die Steuerung der Abfrage- und Rückstellimpulse

Nach Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird jetzt ein besonders vorteilhaftes System zur Durchführung dieses Verfahrens beschrieben, welches die Paare von Zeilen- und Spaltenadressenkernen 32 bis einschließlich 47 benutzt, um jede der verschiedenen Zeilen- und Spaltenelektroden zu beaufschlagen.

Kurz gesagt, gibt das Adressenregister 10 Spannungswerte, die eine binäre Adresse darstellen, auf die ersten, zweiten, dritten und vierten Adressenstrom-Steuerkreise 12 bis 18, welche wiederum ein Paar von Zeilenspeisekernen und ein Paar von Spaltenspeisekernen auswählen und dadurch ein spezielles, ferroelektrisches Speicherelement 101 bis 116 auswählen. Die Binärlogik, die von dem Adressenregister 10 benutzt wird, ist in nachstehender Tabelle zusammengestellt:

Binäre Adresse für ^ltrnm-	0	0	0	Ausgewählte	40,41	Ausgewähltes
J-Ul OH will Steuerkreise	0	0	0	Kerne	40,41	Speicherelement
0	1	0	0	32,33	40,41	101
1	1	0	0	32,33	40,41	102
0	0	1	0	36,37	42,43	103
1	0	1	0	38,39	42,43	104
0	1	1	0	32,33	42,43	105
1	1	1	0	34,35	42,43	106
0	36,37	107
1	38,39	108

509 759/503

ί 207437

Binäre Adresse für ^!trr\m-	0	0	1	Ausgewählte	44,45	Ausgewähltes
AUA OLl Ulli Steuerkreise	0	0	1	Kerne	44,45	Speicherelement
0	1	0	1	32,33	44,45	109
1	1	0	1	34,35	44,45	110
0	0	1	1	35,37	46,47	111
1	0	1	1	38,39	46,47	112
0	1	1	1	32,33	46,47	113
1	1	1	1	34,35	46,47	114
0	36,37	115
1	38,39	116

Zu Beginn jedes Speicherzyklus, welcher die Abfrage- und die Rückstellphase einschließt, werden infolge der Rückstellphase des vorangegangenen Speicherzyklus alle Adressenkerne 32 bis 47 in positiver Richtung magnetisch gesättigt.

Wenn nun die von dem ersten ferroelektrischen Speicherelement 101 gespeicherte binäre Information abgefragt werden soll, so wird, wie man der obigen Tabelle entnehmen kann, die binäre Adresse 0000 in das Adressenregister eingeführt. Um die binäre Adresse 0000 darzustellen, ist jeder der »Eins«-Ausgänge des Adressenregisters 10 auf Erdpotential und jeder der »Null«-Ausgänge des Adressenregisters auf —E Volt. Beim Auftreten des ersten Zeitabgabeimpulses Φ_ί erzeugt nun jeder der Adressensteuerkreise einen Impuls, wie im einzelnen in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben ist. Diese positiven Spannungsstöße, die beispielsweise eine Amplitude in der Größenordnung von 10 Volt haben können, haben, wenn sie an jede der ersten und zweiten Spalten-Halblesewicklungen 64 und 66 angelegt werden, zusammen eine hinreichende Amplitude, um einen Kraftfluß zu erzeugen, der das erste Paar von Spaltenadressenkernen 32 und 33 von einem Zustand positiver in einen Zustand negativer magnetischer Sättigung zu treiben. Man vergegenwärtige sich, daß die Kerne in Richtung auf eine positive Sättigung P getrieben werden, wenn der Strom in der Wicklung des Kernes so fließt, daß das gepunktete Ende positiv gegen das nichtgepunktete Ende wird. Hier wird das erste Paar von Kernen 32 und 33 jeder in die negative magnetische Sättigung getrieben, da die Impulse derart auf die Wicklungen gegeben werden, daß das nichtgepunktete Ende' positiv gegenüber dem gepunkteten Ende wird. Wenn der Speicher in destruktiver Arbeitsweise betrieben wird, erzeugt beim Umschalten des ersten Paares von Kernen 32 und 33 von positiver zu negativer Sättigung die sich ergebende Kraftflußänderung (mit der angenommenen Punktübereinkunft) einen negativen Spaltenabfrageimpuls 124 (Fig. 4) mit einer Amplitude von der halben Polarisationsspannung V, die nötig ist, um die Polarisationsrichtung umzukehren. Jeder Kern des ersten Paares von Kernen 32 und 33 liefert einen Spannungsstoß mit einer Amplitude von einem Viertel der Polarisationsspannung V, nämlich V/4. Da die Arbeitswicklungen für jedes Paar von Kernen 32 und 33 gleichsinnig gewickelt und in Reihe geschaltet sind, ergibt sich ein Spaltenspeiseimpuls 124 von halber Amplitude.

In dem zweiten oder dritten Paar von Spaltenadressenkernen 34 und 35 oder 36 und 37 wird kein Kraftfluß erzeugt, da der von der ersten und der zweiten Spalten-Halblesewicklung 64 bzw. 66 erzeugte Kraftfluß in diesen Kernen entgegengesetzt gerichtet ist. Der Kraftfluß in diesen Kernen hebt sich daher auf, und es wird in keiner der Arbeitswicklungen 68 des zweiten oder dritten Paares von Adressenkernen eine Spannung induziert. Auch von dem vierten Paar von Spaltenadressenkernen 38 und 39 wird kein Ausgangsimpuls erzeugt. Bei der Richtung der Halblesewicklungen auf dem vierten Paar von Spaltenadressenkernen, wie sie gemäß der

ίο Punktübereinkunft angedeutet ist, suchen die positiven Impulse von den Spaltenadressenstrom-Steuerkreisen 12 und 14 jeden Kern des vierten Paares von Spaltenadressenkernen 38 und 39 in Richtung auf einen Zustand positiver Sättigung hin zu treiben. Da jeder Kern des vierten Paares 38 und 39 schon vorher zu Beginn des Speicherzyklus sich in einem Zustand positiver Sättigung befand, ist die sich darin ergebende Kraftflußänderung vernachlässigbar. Es ergibt sich längs der von dem vierten Paar von Spaltenadressenkernen gespeisten gemeinsamen Elektrode nur ein geringer oder gar kein Ausgangsimpuls.

Die gleiche Analyse kann man hinsichtlich jedes der Paare von Zeilenadressenkernen 40-41, 42-43, 44-45 und einschließlich 46-47 durchführen. Es ergibt sich, daß das erste Paar von Zeilenadressenkernen 40 ausgewählt ist und einen positiven Zeilenspeiseimpuls liefert, der durch die Kurve 126 (F i g. 4) dargestellt ist. Der Zeilen- und Spaltenabfrageimpuls 126 bzw. 124 erzeugen zusammen eine positive Umschaltspannung + V an dem ausgewählten Speicherelement 101, welche die gespeicherte Information destruktiv abfragt.
Der negative zweite Zeitabgabeimpuls Φ₂ schickt Strom durch die Rückstellwicklungen 62 der ersten Kerne 32, 34, 36 und 38 jedes Paares von Spaltenadressenkernen und leitet damit die zweite Phase des Speicherzyklus ein. Dieser Strom treibt jeden dieser ersten Spaltenadressenkerne 32, 34, 36 und 38 in Richtung auf die positive Sättigung. Wenn der Abfrageart-Steuerkreis 77 auf destruktive' Abfragung gestellt ist, tritt der zweite Zeitgabeimpuls Φ₂ auch durch diesen Abfrageart-Steuerkreis 77 zu der Sperrwicklung 69 des zweiten Kernes jedes Paares von Spaltenadressenkernen 33, 35, 37 und 39.

Da sich alle außer dem ersten Paar von Spaltenadressenkernen 32, 33 schon in einem Zustand positiver Sättigung befinden, unterliegt nur das erste Paar von Kernen 32, 33 der Kraftflußänderung, die nötig ist, um einen Impuls in ihren Arbeitswicklungen 68 zu induzieren.

Die Gesamtwirkung des ersten Paares von Spaltenadressenkernen 32, 33, von denen jeder einen Viertelspannungsstoß in seiner Arbeitswicklung 68 induziert, ist die, daß ein Halbspannungs-Spaltenrückstellimpuls +V2 V erzeugt wird, wie er durch die Kurve 136 von Fig. 4 dargestellt wird.

Die Wirkungsweise der Zeilenadressenkerne 40 bis 47 ist ganz ähnlich derjenigen der Spaltenadressenkerne 32 bis 39. Ein Unterschied besteht jedoch hinsichtlich der Arbeitsweise des Rückstellsteuerkreises 82, welcher das Anlegen des zweiten Zeitgabeimpulses Φ₂ an die Zeilenrückstell- und -sperrwicklungen 62 bzw. 69 in dem Falle verzögert, daß während der Abfragephase eine binäre »Eins« in dem ausgewählten Speicherelement 101 gelesen wird. Somit läßt der Rückstellsteuerkreis 82 den zweiten Zeitgabeimpuls Φ₂ direkt auf die Rückstellwicklun-

gen 62 aller ersten Zeilenadressenkerne 40, 42, 44 und 46 und über den Abfrageart-Steuerkreis 77 auf die Sperrwicklungen 69 aller zweiten Zeilenadressenkerne 41, 44, 45 bzw. 47 gehen. Der dritte Zeitgabeimpuls ist blockiert. Dieser zweite Zeitgabeimpuls Φ₂ treibt jedes der Paare von Zeilenkernen in Richtung der negativen magnetischen Sättigung. Da jedes der Paare von Adressenkernen, die zu den nicht ausgewählten gemeinsamen Elektroden gehören, sich

eine Amplitude haben, die nur halb so groß ist wie die, welche bei destruktiver Arbeitsweise auftritt.

Somit lösen die drei Zeitgabeimpulse Φ_χ bis einschließlich Φ₃ während jedes Speicherzyklus die

5 Viertelamplituden-Abfrage- und -Rückstellkurven 127, 129, 135, 137 (135') aus, wie oben beschrieben und in F i g. 4 für das nichtdestruktive Lesen dargestellt ist. Je nachdem, ob eine binäre »Eins« oder eine binäre »Null« in dem ausgewählten Speicher-

infolge der vorausgegangenen Rückstellphase schon io element gespeichert ist, ist das von dem Speicher in einem Zustand positiver Sättigung befinden, lie- abgeleitete Signal entweder von größerer oder kleifert nur das erste Paar von Zeilenadressenkernen 40, nerer Amplitude, um eine abgefragte binäre »Eins« 41 einen Zeilenrückstellimpuls als Ausgang, der die bzw. eine binäre »Null« darzustellen, wie durch die gleiche Amplitude, aber entgegengesetzte Polarität jeweiligen Kurven 281 und 291 (F i g. 4) darhat wie der Spaltenrückstellimpuls 136. Dieser Zei- 15 gestellt ist.

lenrückstellimpuls ist in F i g. 4 durch die Kurve 134 Nachdem somit die Arbeitsweise des Systems von

dargestellt.

Wenn andererseits von dem Rückstellsteuerkreis eine binäre »Null« gelesen wird (die durch die Kurve 206 von Fig. 4 dargestellt ist), so blockiert der 20 Rückstellsteuerkreis den zweiten Zeitabgabeimpuls

F i g. 1 beschrieben worden ist, werden nunmehr die verschiedenen Schaltungen, die darin benutzt werden können, beschrieben.

Φ₂, aber läßt den dritten Zeitgabeimpuls Φ₃ durch

IV. Lesetor- und Abtastimpedanzstufe

alle Zeilenrückstellwicklungen 62 und über den Ab- In Fig. 5 ist ein schematisches Schaltbild einer frageart-Steuerkreis 77 durch alle Zeilensperrwick- Schaltung dargestellt, die als Lesetor- und Abtastlungen hindurchgehen. Der dritte Zeitgabeimpuls Φ₃, 25 impedanzstufe 80 benutzt werden kann. Die Leseder über die Zeilenrückstellwicklungen 62 und die tor- und Abtastimpedanzstufe 80 enthält einen NuIl-Zeilensperrwicklungen 62 wirksam wird, schaltet das löschkern 250, welche ähnlich den Zeilen- und Spalerste Paar von Zeilenadressenkernen zurück in einen tenadressenkernen 32 bis 46 ist. Der Nullöschkern Zustand positiver magnetischer Sättigung und er- 250 weist eine Nullöschwicklung 252 auf, deren zeugt damit einen verzögerten Zeilenrückstellimpuls, 30 eines Ende so geschaltet ist, daß es den ersten Zeitder durch die Kurve 138 (F i g. 4) dargestellt ist. Der gabeimpuls Φ_χ von dem Zeitmarkengeber 20 (F i g. 1) verzögerte Zeilenrückstellimpuls 138 ist von gleicher erhält und deren anderes Ende an Erde liegt. Der Amplitude, aber entgegengesetzter Polarität wie der Nullöschkern 250 weist außerdem eine Rückstell-Spaltenrückstellimpuls 136 und ist zeitlich gegenüber wicklung 254 auf, deren eines Ende mit dem Rückdiesen verschoben. Durch diese Technik wird die 35 stellsteuerkreis 82 (F i g. 1) und dessen anderes Ende binäre »Null« in dem ausgewählten ferroelektrischen mit Erde verbunden ist. Schließlich ist eine Speise-Speicherelement 101 beibehalten. Zur gleichen Zeit wicklung 256 auf den Nullöschkern 250 gewickelt, werden die ferroelektrischen Kondensatorelemente deren eines Ende über die Kathode einer Diode 258 102, 103, 104, 105, 109 und 113, die an den aus- mit Erde und dessen anderes Ende über einen Komgewählten gemeinsamen Zeilen- und Spaltenelektro- 40 pensationskondensator 260 mit dem gemeinsamen den anliegen, jedes von einem Impuls gleicher Punkt 71 (F i g. 1) und einem Abtastimpedanzkreis Größe, aber entgegengesetzter Polarität beauf- 262 verbunden ist, welcher von dem gestrichelten schlagt, so daß sie regeneriert werden. Dieses ver- Reckteck umgeben dargestellt ist. Zwischen Erde mindert den kumulativen Effekt der Störteilimpulse. einerseits und einem Verbindungspunkt zwischen der Die veränderbare Impedanz sowie die Abtastimpe- 45 Ausgangsklemme, der Ausgangswicklung 256 und danz, welche in der Lesetor- und Abtastimpedanz- dem Kompensationskondensator 260 andererseits ist stufe 80 enthalten ist, kann eingestellt werden, um
die Signale, die an die ausgewählten gemeinsamen
Zeilen- und Spaltenelektroden angelegt werden, abzugleichen. Weiterhin kann jede dieser Impedanzen 5°
als Abtastimpedanz benutzt werden, um die Stromänderungen abzugreifen, welche in dem ausgewählten ferroelektrischen Speicherelement während dei
Abfrageperiode auftreten.

Wenn der Abfrageart-Steuerkreis 77 mit nicht- 55 sind so geschaltet, daß sie in bezug auf den gemeindestruktiver Abfrage arbeitet, gibt er ein konstantes samen Punkt 71 (F i g. 1) in entgegengesetzten Richnegatives Signal auf die Sperrwicklungen 69 des zwei- tungen leitend sind, derart, daß der linke Arm nur ten Kernes jedes der Paare von Zeilen- und Spalten- positive und der rechte Arm nur negative Impule zur adressenkernen. Dieses konstante negative Signal ist Erde durchläßt. Der Ausgang des Abtastimpedanzvon ausreichender Amplitude, um jeden der zweiten 6° kreises 262 wird von einem gemeinsamen Punkt 268 Kerne 33 bis 47 (nur ungerade Zahlen) positiv ge- zwischen der Diode und dem Einstellwiderstand im sättigt zu halten und somit unempfindlich gegen das rechten Arm der Abtastimpedanz 262 abgegriffen. Anlegen von Schaltspannungen über die Halblese- Der Ausgangsmeßwert an diesem gemeinsamen wicklungen 64 und 66 zu machen. Auf diese Weise Punkt 268 wird auf den Eingang eines Transistorverkann nur der erste Kern jedes der Paare von Zeilen- 65 stärkers 269 gegeben. Die erste Stufe des Transistor-Lind Spaltenadressenkernen 32 bis 46 (nur gerade Verstärkers enthält einen ersten pnp-Transistorver-Zahlen) umgeschaltet werden. Es ergibt sich, daß die stärker 270. Der Emitter des ersten Transistorver- £eilen- und Spaltenabfrage- und -rückstellimpulse stäkers 270 ist mit einer einstellbaren Vorspannung

ein Einstellwiderstand 259 geschaltet, der eine Möglichkeit zur Einstellung der Amplitude der von dem Nullöschkern erzeugten Ausgangsimpulse bietet.

Die Abtastimpedanz 262 weist ein Paar von parallelgeschalteten Zweigen auf, von denen jeder eine Diode 264 und einen Einstellwiderstand 266 aufweist. Die Zweige liegen parallel zwischen dem gemeinsamen Punkt 71 (F i g. 1) und Erde. Die Dioden

272 verbunden, durch welche man dafür sorgen kann, daß die erste Verstärkerstufe nur auf negative Signale anspricht, deren Amplitude einen vorgegebenen negativen Wert überschreitet. Der Ausgang des ersten Transistorverstärkers 270 ist an einen zweiten pnp-Transistorverstärker 274 angekoppelt, dessen Ausgang an den Eingang eines Emitterverstärkers 276 angekoppelt ist. Der Emitterverstärker liefert einen negativen Ausgangsimpuls, der durch die Kurve 284 dargestellt ist. Dieser Ausgangsimpuls ändert sich mit den in diesem Kreis benutzten Speise-Spannungen zwischen einem Ruhezustand von null Volt oder Erde und — E Volt, wodurch er den dargestellten, in diesem System benutzten Rechenspannungen entspricht, wo -EVoIt = binäre »Eins« und 0 Volt = binäre »Null« ist. Der Ausgang des Emitterverstärkers 276 ist auf den Rückstellsteuerkreis 82 (F i g. 1) geschaltet.

Die Wirkungsweise der Lesetor- und der Abtastimpedanzstufe 80 wird in Verbindung mit den in Fig. 4 dargestellten Kurven beschrieben. Wenn eine binäre Ziffer »Eins« in dem ersten Speicherelement 101 gespeichert ist, wie vorher angenommen worden war, erzeugt beim Auftreten des ersten Zeitgabeimpulses Φ_χ während eines destruktiven Lesevorganges der durch das erste Speicherelement 101 fließende Strom eine Spannung an der Abtastimpedanz 262. Diese Spannung, welche eine gespeicherte binäre »Eins« darstellt, ist durch die Kurve 280 (F i g. 4) als negativer Impuls veranschaulicht. Man sieht, daß dieser Ausgangsimpuls eine ziemlich scharfe Vorderkante und eine relativ lange Dauer hat. Bekanntlich wird bei ferroelektrischen Speichervorrichtungen diese relativ scharf Vorderkante in der Kurve 280 durch die kombinierte Kapazität des ausgewählten Speicherelements und derjenigen Speicherelemente verursacht, die an den ausgewählten Zeilen- und Spaltenelektroden anliegen. In diesem Fall liegt jedoch jedes der Speicherelemente 102 bis 104 an der ausgewählten gemeinsamen Zeilenelektrode 120 an. Da diese scharfe Vorderkante beim Abfragen des ferroelektrischen Speichers erscheint, unabhängig davon, ob das abgefragte Element eine binäre »Null« oder eine binäre »Eins« enthält, müssen irgendwelche Mittel vorgesehen werden, um den Einfluß der Vorderkante zu unterdrücken. Es sind verschiedene bekannte Techniken geeignet, die gewünschte Unterscheidung zu erzielen. Eine solche Technik benutzt ein »Stroboskoptor«, welches in einem Zeitpunkt geöffnet wird, nachdem das anfängliehe, auf der Kapazität der verschiedenen ferroelektrischen Elemente beruhende starke Signal abgeklungen ist. Ein solches Tor ist für das erfindungsgemäße System vollständig ausreichend.

Die Schaltung nach Fig. 5 zeigt eine andere Lösung, welche zur Unterdrückung dieser scharfen Vorderfront geeignet ist und welche ein Nullöschsignal benutzt, welches gleich groß, aber von entgegengesetzter Polarität ist wie der scharfe Impuls, der sich aus diesem kapazitiven Effekt in dem Speicher ergibt.

Somit erzeugt bei Fig. 5 beim Auftreten des ersten Zeitgabeimpulses C^₁ die Nullöschwicklung 252 einen Kraftfluß in dem Nullöschkern 250, derart, daß ein positiver Impuls in der Speisewicklung 256 erzeugt wird. Dieser positive Impuls kann in seiner Amplitude durch den Einstellwiderstand 259 einreguliert werden, wonach er über den Kompensationskondensator 260 geleitet wird, dessen Kapazität (N-1) C ist, wenn C die gesättigte Kapazität jedes der ferroelektrischen Speicherelemente ist, die an der ausgewählen gemeinsamen Zeilenelektrode anliegen, und N die Gesamtzahl solcher Elemente in der Reihe. Der Zweck des Kompensationskondensators 260 ist es, diesen in der Speisewicklung 266 erzeugten Impuls so zu formen, daß er in Form, Amplitude und Zeitdauer im wesentlichen identisch

ίο ist der scharfen Vorderkante des Signals 280, welches von dem Speicher bei destruktivem Abfragen abgenommen wird. Da der Nullöschimpuls 282 somit von gleicher Amplitude, aber entgegengesetzter PoIarität ist wie das Speicherausgangssignal 280, löscht er die Vorderkante dieses letzteren Signals aus und erzeugt an dem rechten Abtastwiderstand 266 im rechten Zweig der Abtastimpedanz 262 ein Signal, welches durch die Kurve 204 dargestellt wird. Dieses Ausgangssignal 204 wird durch den Verstärker 269 verstärkt und abgeschnitten, so daß ein negativer Ausgangsimpuls, der durch die Kurve 284 dargestellt wird und sich zwischen Erde und — E Volt ändert, dem Rückstellsteuerkreis 82 zugeführt wird. Man wird sich erinnern, daß mit den angewendeten Rechenspannungswerten das negative Ausgangssignal 284 des Lesetores eine binäre »Eins« darstellt.

Bei dem zweiten Zeitgabeimpuls Φ2, welcher die Rückstellphase des Speicherzyklus bildet, wird an der Abtastimpedanz 262 ein äußeres positives Ausgangssignal erzeugt, welches durch die Kurve 286 (F i g. 4) dargestellt wird. Dieses äußere Ausgangssignal ist eine Folge des starken Stromes, welcher durch das ausgewählte Speicherelement fließt, wenn dieses beim Rückstellen von positiver remanenter Polarisation zu negativer remanenter Polarisation umgeschaltet wird. Da dieses äußere Signal positiv ist, wird es durch den linken Zweig der Abtastimpedanz 262 gegen Erde kurzgeschlossen und liefert keinen Eingangsmeßwert für den Verstärker 269 in der Lesetor- und Abtastimpedanzstufe 80. Während des zweiten Zeitgabeimpulses Φ₂ bringt die Rückstellwicklung 254 des Nullöschkernes 250 den Kern auch wieder in seinen Ruhezustand positiver Sättigung. Wenn der Nullöschkern 250 von negativer zu positiver Sättigung umgeschaltet wird, so sucht die Speisewicklung 256 einen Ausgangsimpuls zu erzeugen, aber dieser wird durch die Wirkung der Diode 258 gesperrt, welches nur positive Impulse zu der Abtastimpedanz 62 durchläßt. Somit können während der Rückstellphase des Speicherzyklus keine äußeren Impulse durch die Lesetor- und Abtastimpedanzstufe 80 hindurchgehen und zu dem Rückstellkreis 82 gelangen.

Wenn das erste Speicherelement 101 statt eine binäre »Eins« zu speichern, eine binäre »Null« speichert, so entsteht bei destruktivem Abfragen, welches durch den ersten Zeitgabeimpuls Φ_χ ausgelöst wird, an der Abtastimpedanz 262 ein »Null«-Signal, wie es durch die Kurve 290 (F i g. 4) dargestellt wird.

Wie gesagt, erscheint dieses binäre »Null«-Signal 290 gleichzeitig mit dem Nullöschimpuls von der gleichen Amplitude, aber entgegengesetzter Polarität. Dei Nullöschimpuls 282 sucht die binären »Null«- impulse 290 zum größten Teil, wenn nicht vollständig auszulöschen, so daß nur ein geringes Maß von Störung am Eingang des Verstärkerteiles der Lesetor- und Abtastimpedanzstufe 80 übrigbleibt, wie durch die Kurve 206 von Fig. 4 dargestellt ist.

Diese kleine Störung kann leicht dadurch unterdrückt werden, daß die Vorspannung an dem ersten Transistorverstärker 270 mittels des Vorspannungsreglers 272 derart eingestellt wird, daß der erste Transistorverstärker 270 nicht leitend wird, wenn nicht das negative Speicherausgangssignal einen vorgegebenen Mindestwert überschreitet. Bei geeigneter Einstellung des Vorspannungsreglers 272 liefert somit die Lesetor- und Abtastimpedanzstufe 80 keinen Ausgangsmeßwert an den Rückstell-Steuerkreis in dem Falle, daß das abgefragte Speicherelement 101 eine binäre »Null« enthält, und einen negativen E-Volt-Impuls 284 in dem Fall, daß das abgefragte Speicherelement eine binäre »Eins« enthält.

Während des Rückstellteiles des destruktiven Lese-Speicherzyklus treten positive äußere Ausgangssignale 293 auf, die von den Halbamplitudenspalten und Zeilenrückstellimpulsen hervorgerufen werden. Wie oben beschrieben, sind alle positiven Signale aus dem Speicher durch den linken Zweig der Abtastimpedanz 262 gegen Erde kurzgeschlossen, so daß sie die Arbeitsweise des Leseverstärkers 269 nicht stören.

Bei nichtdestruktivem Lesen des Speichers ist die Wirkungsweise der Abtastimpedanz- und Lesetorstufe 80 im wesentlichen die gleiche wie bei destruktivem Lesen. Der hauptsächliche Unterschied ist der, daß die von dem Speicher abgeleiteten Signale in ihrer Amplitude vermindert sind. So liegt, wenn beim Abfragen mit Viertelamplituden- oder noch geringeren Zeilen- und Spaltenspeiseimpulsen 127 bzw. 129 eine binäre Ziffer »Eins« in dem ausgewählten Element gespeichert ist, das an der Abtastimpedanz 262 entstehende Signal eine kleinere Amplitude, wie durch die Kurve 281 dargestellt ist. In ähnlicher Weise wird das Signal, das beim Rückstellen auftritt, wenn eine binäre »Eins« gespeichert wird, durch die Kurve 287 dargestellt. Das binäre »Eins«-Signal 281 enthält, wie man sieht, auch eine relativ scharfe Vorderkante, welche durch das Nullöschsignal 282 ausgelöscht wird, um ein Binäre-»Eins«-Eingangssignal für den Verstärker 299 zu liefern, wie es durch die Kurve 296 dargestellt ist. Das Binäre-»Eins«-Eingangssignal 296 hat im wesentlichen die gleiche Form, aber kleinere Amplitude als das Binäre- »Eins«-Signal 204, welches bei destruktivem Lesen auftritt.

Wenn andererseits in dem ausgewählten Speicherelement eine binäre »Null« gespeichert ist, so ist bei nichtdestruktivem Lesen das Signal aus dem Speicher einfach ein negatives Signal, wie es durch die spitzenartige Kurve 291 dargestellt wird, welches durch das Nullöschsignal 282 ausgelöscht wird, mit dem Ergebnis, daß nur eine relativ kleine Störung, wie sie durch die Kurve 206 dargestellt wird, zu dem Lesetorverstärker gelangt. In ähnlicher Weise werden die äußeren, positiven Signale, welche durch die aufeinanderfolgenden Rückstellimpulse 135' und 137 erzeugt werden, durch die positiven spitzenförniigen Signale 295 dargestellt. Diese positiven Signale 295 werden durch den linken Zweig 265 der Abtastimpedanz 262 gegen Erde kurzgeschlossen, wie oben erläutert wurde.

V. Der Adressenstrom-Steuerkreis

In Fig. 6 ist ein schematisches Schaltbild einer geeigneten Schaltung dargestellt, welche für die Adressenstrom-Steuerkreise 12 bis 18 verwendet werden kann. In Fig. 6 ist der eine Flip-Flop in dem Adressenregister 10 dargestellt, welches den ersten Adressensteuerkreis 12 steuert. Dieser Flip-Flop ist ein gebräuchlicher bistabiler Kreis. Ein bekannter typischer Transistor-Flip-Flop hat einen Schalt- und einen Rückstelleingang und entsprechende »Eins«- und »Null«-Ausgänge. Um mit den benutzten Rechenspannungen in diesem Ausführungsbeispiel übereinzustimmen, ist beim Schalten

ίο des Flip-Flops sein einer Ausgangswert hoch, wie er durch einen — E-Volt-Signalpegel dargestellt wird, während sein komplementärer »Null«-Ausgangswert niedrig ist, wie er durch einen Erd- oder Null-Spannungswert dargestellt wird. Umgekehrt ist, wenn der Flip-Flop zurückgestellt ist, sein »Null«-Ausgang hoch mit — E Volt, während sein »Eins«-Ausgang niedrig auf Erd- oder Null-Spannung. Der »Eins«- Ausgang des Adressenregister-Flip-Flops 10 ist mit einem Eingang eines ersten »Und«-Tores 150 verbunden. Der zweite Eingang für das erste »Und«- Tor 150 wird von dem ersten Zeitgabeimpuls Φ_χ aus dem Zeitmarkengeber 20 abgeleitet. Zur Benutzung mit dieser Schaltung ist der von dem Zeitmarkengeber gelieferte Zeitgabewert im Ruhezustand auf Erdpotential und beim Auftreten jedes Zeitgabeimpulses werden — E Volt erzeugt. Die Eingänge des ersten »Und«-Tores 150 sind über eine erste und eine zweite Diode 152 und 154 mit einem gemeinsamen Punkt 156 verbunden. Der gemeinsame Punkt 156, von welchem der Ausgangswert des ersten »Und«-Tores 150 abgenommen wird, ist über einen Widerstand 158 mit einer Quelle von negativem Potential verbunden, welches einen Wert von —E Volt besitzt. Ein zweites »Und«-Tor, welches im wesentlichen identisch mit dem ersten »Und«-Tor 150 ist, enthält einen seiner Eingangswerte von dem Null-Ausgang des Adressen-Flip-Flops 10.

Der Ausgang des ersten »Und«-Tores 150 (gemeinsamer Punkt 156) ist kapazitiv an eine Transistorumkehrstuf e 162 gekoppelt, dessen Ausgang kapazitiv an den Eingang eines Transistorverstärkers 164 gekoppelt ist. In ähnlicher Weise ist der Ausgang des zweiten »Und«-Tores 160 kapazitiv an den Eingang eines zweiten Transistorverstärkers 160 gekoppelt.

Jeder der Transistorverstärker benutzt Transistoren von entgegengesetzter Leitfähigkeit, um Impulse von entgegengesetzter Polarität zu erzeugen, wie noch näher geschildert werden wird. Die Ausgänge jedes der Transistorverstärker 164 und 166 sind über Dioden 168 bzw. 170 mit einer gemeinsamen Ausgangsleitung und von dort über einen Einstellwiderstand 24 mit den Halblesewicklungen der Adressenkerne gekoppelt. Die Wirkungsweise des Adressenstrom-Steuerkreises ist so, daß ein negativer Ausgangsimpuls erzeugt wird, wenn der Adresseneingangswert eine binäre »Eins« ist. Wenn umgekehrt der binäre Eingangswert aus dem Adressen-Flip-Flop »Null« ist, so ist der erzeugte Ausgangsimpuls positiv.

Wenn beispielsweise der Adressen-Flip-Flop eine binäre »Eins« erhält, so ist der an die zweite Diode 154 des ersten »Und«-Tores 150 gelegte Spannungswert —E Volt gegen Erde. Unter diesen Umständen bleibt der gemeinsame Punkt infolge der Leitfähigkeit der ersten Diode geerdet, selbst wenn die zweite Diode 154 vorgespannt und nichtleitend ist. Man wird sich erinnern, daß die erste Diode 152 an einer Potentialquelle (dem Zeitmarkengeber) anliegt, die

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im Ruhezustand auf Erdpotential liegt. Beim Auf- »Oder«-Schaltung 308 und auf den Eingang eines treten des ersten Zeitgabeimpulses Φ_χ fällt jedoch der um eine Zeiteinheit verzögernden Multivibrators 310 Eingang der ersten Diode auf — ZsVoIt ab. Wenn gibt. Der Verzögerungsmultivibrator kann in üblicher beide Dioden sperren, fällt die Spannung an dem Weise einen Ausgangswert liefern, der im Ruhegemeinsamen Punkt auf — EVoIt, der Speisespan- 5 zustand bei — 10 V liegt und auf Erdpotential annung für das »Und«-Tor, ab. Das erzeugt einen nega- wächst, wenn er von einem Stoß von der ersten tiven Ausgangsimpuls, wie er durch die Kurve 172 »Oder«-Schaltung getriggert wird. Wenn der Multidargestellt ist. Dieser negative Ausgangsimpuls 172 vibrator 310 einmal getriggert ist, bleibt sein Auswird differenziert und auf die Umkehrstufe 162 ge- gangswert für die Zeitspanne zwischen dem ersten gegeben, welche einen schmalen positiven Impuls auf io und dritten Zeitgabeimpuls Φ» bzw. Φ_Ά auf Erdpotenden zweiten Transistorverstärker 164 gibt. Dieser tial. Diese Zeitspanne reicht "aus, um das Auftreten positive umgekehrte Impuls entspricht zeitlich der des dritten Zeitgabeimpulses Φ_Ά zu überdecken. Der Vorderkante des Ausgangsimpulses 172 des ersten Ausgang des Verzögerungsmultivibrators 310 ist mit »Und«-Tores 150. Der zweite Transistorverstärker einem der beiden Eingänge des Null-»Und«-Tores 164 verstärkt diesen umgekehrten Impuls und erzeugt 15 304 verbunden. Der andere Eingangswert für das bei den dargestellten Schaltungsparametern einen Null-»Und«-Tor 304 ist der dritte Zeitgabeimpuls negativen Impuls, der sich von +E nach — E ändert. Φ_ν Der Ausgang des Null-»Und«-Tores 304 ist wie-Dieser negative Impuls, der durch die Kurve 176 derum so geschaltet, daß er ein »Rückstellen-aufdargestellt ist, geht durch die Diode 168 auf eine der Null«-Signal auf die zweite »Oder«-Schaltung 308 Halblesewicklungen von Fig. 1. 20 gibt. Die zweite »Oder«-Schaltung308 ist wiederum

Das zweite »Und«-Tor 160 erzeugt keine Aus- über einen Einstellwiderstand 84 mit allen Rückstell-

gangsimpulse, da sein Eingang aus dem »Null«-Aus- wicklungen 62 und dem Abfrageart-Steuerkreis 77

gang des Flip-Flops auf Erdpotential bleibt. Wenn verbunden.

die in dem Adressen-Flip-Flop 10 enthaltene Adresse Wenn der Lese-Schreibeart-Steuer-Flip-Flop 92 »Null« gewesen wäre, wäre natürlich das umgekehrte 25 auf Lesen steht, so ist sein Nullausgangswert eingetreten, nämlich, daß beim Auftreten des ersten — IsVoIt. So ausgelöst, geht der zweite Zeitgabe-Zeitgabeimpulses Φ_χ das zweite »Und«-Tor 160 einen impuls Φ₂ durch das Eins-»Und«-Tor 302 und das negativen Ausgangsimpuls liefert, welcher nach Dif- erste »Oder«-Tor 306 als »Rückstellen-auf-Eins«- ferentiation und Verstärkung durch den Verstärker Signal hindurch, welches wiederum durch das zweite 166 einen positiven Ausgangsimpuls 178 wie darge- 30 »Oder«-Tor 308 zu jeder der Zeilenrückstellwickstellt erzeugt. Dieser positive Impuls 178 wird auf hingen62 (Fig. 1) und dem Abfrageart-Steuerkreis eine der Halblesewicklungen der Adressenkerne läuft. Das löst während des zweiten Zeitgabeimpulses (F i g. 1) gegeben. Φ₂ die Erzeugung von Zeilenrückstellimpulsen 134

oder 135 (F i g. 4) von verminderter Amplitude an

VI. Der Rückstellsteuerkreis 35 der ausgewählten gemeinsamen Zeilenelektrode

gleichzeitig mit dem Spaltenrückstellimpuls 136 oder

Die Einzelheiten einer geeigneten Logikschaltung, 137 (F i g. 4) aus. Wie oben beschrieben, stellen diese

welche für den Rückstellsteuerkreis 82 (F i g. 1) be- gleichzeitigen Rückstellimpulse das ausgewählte

nutzt werden kann, sind als Blockschaltbild in F i g. 7 Speicherelement zurück, so daß es eine binäre »Eins«

dargestellt. Im Grundaufbau weist der Rückstell- 40 speichert.

steuerkreis 82 ein Schreibe-»Und«-Tor 300, ein Eins- Das »Rückstellen-auf-Eins«-Signal von dem ersten »Und«-Tor 302 und ein Null-»Und«-Tor 304 auf. »Oder«-Tor 306 wird außerdem über den monostabi-Das Schreibe-»Und«-Tor 300 ist ein Koinzidenztor len Verzögerungsmultivibrator 310 benutzt, um das mit drei Eingängen und enthält Eingangswerte von »hohe« Auslösepotential an dem Null-»Und«-Tor dem Speichereingangsregister-Flip-Flop 92 (Fig. 1), 45 304 zu beseitigen. So wird der dritte Zeitgabeimpuls dem zweiten Zeitgabeimpuls Φ.₂ und von dem »Eins«- Φ₃ blockiert und kein Ausgangsimpuls geliefert.
Ausgang des Lese-Schreibeaft-Steuer-Flip-Flops 90 Dieser Lese-Schreibeart-Steuer-Flip-Flop 90 steu-(F i g. 1). In ähnlicher Weise ist das Eins-»Und«-Tor ert das Schreiben von neuer Information in den 302 ein Koinzidenztor mit drei Eingängen, welches Speicher während jedes Speicherzyklus. Wenn somit Eingangswerte von dem »Nulk-Ausgang des Lese- 50 der Lese-Schreibeart-Steuer-Flip-Hop90 auf »Schrei-Schreibeart-Steuer-Flip-Flop 92 (F i g. 1), dem Spei- ben« steht, wobei sein Eins-Ausgangswert hoch und cherausgangsregister 303 und dem zweiten Zeitgabe- sein komplementärer Null-Ausgangswert niedrig ist, impuls Φ₂. Das Speicherausgangsregister enthält so wird entweder eine »Eins« oder eine »Null« in einen Flip-Flop, dessen »Eins«-Ausgang an den dem ferroelektrischen Speicherelement eingestellt, Eins-»Und«-Tor 302 gekoppelt ist. Der Ausgang des 55 entweder bei dem zweiten oder dem dritten Zeitgabe-Lesetores 80 ist an den Stelleneingang des Flip-Flops impuls Φ₂ oder Φ₃, je nach dem Zustand des Speigekoppelt und der dritte Zeitgabeimpuls liefert den chereingangsregister-Flip-Flops 92.
Rückstelleingangswert. Der Ausgang jedes der Wenn beispielsweise der Speichereingangsregister-Schreibe- und Ein-»Und«-Tore 300 bzw. 302 ist an Flip-Flop 92 eine binäre »Eins« speichert, so ist sein eine »Oder«-Schaltung 306 gekoppelt. So einer Ausgangswert hoch, derart, daß das Schreib-

Die »Oder«-Schaltung 306 ist eine übliche Logik- »Und«-Tor 300 sowohl von dem Lese-Schreibeartschaltung, welche in der Lage ist, beim Auftreten Steuer-Flip-Flop 90 vorgespannt wird, als auch von eines negativen E-Volt-Signals von den »Und«- dem Speichereingangsregister-Flip-Flop 92. Somit Toren 300 bzw. 302 an irgendeinem seiner beiden läßt beim Auftreten des zweiten Zeitgabeimpulses Φ₂ Eingänge einen negativen Is-Volt-Impuls zu liefern, 65 das Schreib-»Und«-Tor 300 ein negatives Signal der von Erde bis — EVoIt geht. Der Ausgang der durch, welches sich wiederum durch das erste »Oder«-Schaltung 308 ist so geschaltet, daß er einen »Oder«-Tor 306 läuft und ein »Rückstellen-auf- »Rückstellen-auf-Eins«-Eingangswert auf die zweite Eins«-Signal erzeugt, welches in der gleichen Weise

wirkt, als wenn das Signal in der oben beschriebenen Weise in dem Eins-»Und«-Tor 302 entstanden wäre. Wenn andererseits ein Speichereingangsregister-Flip-Flop 92 eine binäre »Null« enthalten hätte, so würde sein Eins-Ausgang niedrig sein, so daß das Schreibe-»Und«-Tor 300 nicht vorgespannt wird und dementsprechend beim Auftreten des zweiten Zeitgabeimpulses Φ₂ keinerlei Ausgangssignal erzeugt. Unter diesen Umständen ist der monostabile Verzögerungsmultivibrator 310 nicht in der Lage, das Null- »Uhd«-Tor 304 zu sperren, und infolgedessen schickt das Null-»Und«-Tor 304 beim Auftreten des dritten Zeitgabeimpulses Φ_& ein »Rückstellen-auf-Nulk-Signal durch das zweite »Oder«-Tor 308. Das bei dem dritten Zeitgabeimpuls Φ₃ auftretende »Rückstellen-auf-Null «-Signal erzeugt aufeinanderfolgende Rückstellimpulse 138 und 135 und das ausgewählte Speicherelement bleibt in seinem polarisierten binären »Nulk-Zustand. Man wird sich erinnern, daß das ausgewählte Speicherelement während jeder Abfragephase des Speicherzyklus in die binäre »Null« getrieben wird. Der Einstellwiderstand 84 dient dazu, die Amplitude des Rückstellimpulses einzustellen.

VII. Der Abfrageart-Steuerkreis ²S

In F i g. 8 sind die Einzelheiten des Abfrageart-Steuerkreises 77 dargestellt. Der Kreis enthält ein Abfrageart-Steuer-Flip-FIop 400, welches von der Rechenanlage gesteuert werden kann, von welcher der ferroelektrische Speicher nach F i g. 1 einen Teil bildet. Wenn somit die Rechenanlage den Abfrageart-Steuer-Flip-FIop 400 in einen solchen Zustand gebracht worden ist, daß sein »Eins«-Ausgang hoch ist, so läßt er das System auf nichtdestruktive Weise arbeiten. Wenn umgekehrt der Abfrageart-Steuer-Flip-Flop 400 so zurückgestellt ist, daß sein »Nulk-Ausgang hoch ist, so läßt er das System auf destruktive Weise arbeiten. Die destruktive Arbeitsweise braucht man, um neue Informationen in den Speicher schreiben zu können. Der »Eins«-Ausgang des Abfrageart-Steuer-Flip-FIops 400 ist mit einem Eingang jedes der ersten und zweiten »Und«-Tore 402 bzw. 404 verbunden. Der andere Eingang jedes dieser »Und«-Tore 402 und 404 ist mit einer konstanten Spannungsquelle 406 versehen, welche eine ständige Vorspannung von —E Volt an den Eingängen jedes dieser »Und«-Tore aufrechterhält. Der Ausgang des ersten »Und«-Tores 402 wird dann mit der »Oder«- Schaltung 408 verbunden und geht von dort aus auf die Spaltensperrwicklungen 69 (Fig. 1).

In ähnlicher Weise ist der »Nulk-Ausgang des Abfrageart-Steuer-Flip-Flops 400 mit einem Eingang jedes der dritten und vierten »Und«-Tore 410 bzw. 412 verbunden. Das dritte »Und«-Tor 410 erhält einen zweiten Eingangswert durch den zweiten Zeitgabeimpuls Φ₂ des Zeitmarkengebers 20 (Fig. 1). Der Ausgang des dritten »Und«-Tores 410 ist über das »Oder«-Tor 408 mit den Spaltensperrwicklungen 69 (Fig. 1) verbunden.

Das vierte »Und«-Tor 412 erhält seinen zweiten Eingangswert von dem Rückstellsteuerkreis 82 (Fig. 1). Die Ausgänge des zweiten und des dritten »Und«-Tores 404 bzw. 412 sind jeweils über eine »Oder«-Schaltung 414 mit den Zeilensperrwicklungen 69 (F i g. 1) verbunden.

Wenn bei Benutzung in dem System nach F i g. 1 der »Eins«-Ausgang des Abfrageart-Steuer-Flip-Flops 400 hoch ist, wodurch die nichtdestraktive Arbeitsweise für das System gewählt wird, so werden sowohl das erste als auch das zweite »Und«-Tor 402 und 404 vorgespannt. Somit geht der negative Sperrspannungswert —E von der Spannungsquelle 406 durch jedes der »Oder«-Tore 408 und 414 hindurch auf die Zeilen- und Spaltensperrwicklungen 69 von Fig. 1. Auf diese Weise wird der zweite Kern der Zeilen- und Spaltenadressenkerne 33 bis 47 (nur ungerade Zahlen) in einem Zustand negativer Sättigung gehalten. Die über die »Oder«-Tore 408 und 414 angelegte negative Spannung ist ausreichend, um diese Kerne gesperrt zu halten, ungeachtet des Anlegens von Schaltimpulsen an die Halblesewicklungen 64 und 60.

Wenn umgekehrt der Abfrage-Steuer-Flip-Flop 400 so zurückgestellt ist, daß sein »Nulk-Ausgang hoch ist, um die destruktive Arbeitsweise auszuwählen, so ist die negative Sperrspannung von der Spannungsquelle 406 durch das erste und zweite »Und«- Tor 402 und 404 infolge des komplementär niedrigen Signals des »Eins«-Ausgangs blockiert. Bei hohem »Nulk-Ausgang wird jedes der dritten und vierten »Und«-Tore vorgespannt. Somit läßt das dritte »Und«-Tor401 beim Auftreten des zweiten Zeitgabeimpulses Φ₂ einen negativen Rückstellimpuls über das erste »Oder«-Tor 408 auf die Spaltensperrwicklungen 66. Gleichzeitig oder darauffolgend, je nach dem Zustand des ausgewählten Speicherelementes (F i g. 1) während des Speicherzyklus, schickt der Rückstellsteuerkreis82 (Fig. 1) entweder den zweiten oder den dritten Zeitgabeimpuls Φ_ζ bzw. Φ₃ durch das vierte »Und«-Tor 412 und das zweite »Oder«-Tor 414 zu den Zeilensperrwicklungen 69 (F i g. 1). Auf diese Weise können beide Kerne jedes Paares von Zeilenadressenkernen 40 bis einschließlich 47 (F i g. 1) gleichzeitig oder nacheinander arbeiten, je nach dem von dem Rückstellsteuerkreis erhaltenen Eingangswert, welcher entweder der zweite oder der dritte Zeitgabeimpuls Φ₂ bzw. Φ_ζ sein kann.

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Lesen einer in einem Kondensator mit ferroelektrischem Dielektrikum gespeicherten binären Information, bei welchem auf den Kondensator ein Abfrageimpuls vorgegebener Polarität gegeben und die Größe des dadurch erzeugten Stromstoßes beobachtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dielektrikum mit einer von der Polarisationsrichtung abhängigen Kapazität verwendet wird und daß der Abfrageimpuls eine "kleinere Amplitude besitzt, als zum Umpolarisieren des ferroelektrischen Dielektrikums erforderlich ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Ferroelektrikums mit nicht-rechteckiger Hysteresekurve.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abfrageimpuls ein Rückstellimpuls gleicher Größe aber entgegengesetzter Polarität auf den Kondensator gegeben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Benutzung einer an sich bekannten ferroelektrischen Koinzidenzspannungs-Speichermatrix mit gemeinsamen

Zeilen- und Spaltenelektroden, die an ihren Schnittpunkten eine Vielzahl von Kondensatoren bilden, Abfrageimpulse voneinander entgegengesetzter Polarität auf je eine Zeilen- und eine Spaltenelektrode gegeben werden, deren Summe kleiner als die zum Umpolarisieren des Ferroelektrikums erforderliche Spannung ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Zeilen- und Spaltenelektroden Rückstellimpulse von entgegengesetzter Polarität, aber gleicher Amplitude wie die Abfrageimpulse gegeben werden, wenn die Amplitude des Stromstoßes einen vorgegebenen Wert überschreitet.

6. Datenspeicheranordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei welcher an einem Kondensator mit ferroelektrischem Dielektrikum nach Maßgabe einer zu speichernden Information eine polarisierende Spannung in der einen oder der anderen Richtung anlegbar ist und bei welcher durch einen Abfragekreis an den Kondensator ein Abfrageimpuls anlegbar ist und der dadurch erzeugte Stromstoß gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfrageimpuls eine kleinere Amplitude besitzt, als zum Umpolarisieren des ferroelektrischen Dielektrikums erforderlich ist, und daß das Dielektrikum eine von der Polarisationsrichtung abhängige Kapazität aufweist.

7. Datenspeicherung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Ferroelektrikums mit nicht rechteckiger Hysteresekurve.

8. Datenspeicheranordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kondensator nach jedem Abfrageimpuls durch einen Rückstellkreis ein Rückstellimpuls entgegengesetzter Polarität anlegbar ist, der eine kleinere Amplitude besitzt, als zum Umpolarisieren des ferroelektrischen Dielektrikums erforderlich ist.

9. Datenspeicheranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Abfrage- und Rückstellkreis in Reihe mit dem Kondensator jeweils eine konstante Impedanz liegt.

10. Datenspeicheranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise eine Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordneten Kondensatoren angeordnet sind, deren Elektrode auf der einen Seite zeilenweise und auf der anderen Seite spaltenweise miteinander verbunden sind, und daß zum Abfragen eines bestimmten Kondensators zwischen die Elektroden einer Zeile und die anderen Elektroden einer Spalte ein Abfrageimpuls anlegbar ist, der eine kleinere Amplitude besitzt, als zum Umpolarisieren des ferroelektrischen Dielektrikums erforderlich ist.

11. Datenspeicheranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Abfrageimpulse ein Paar von sättigbaren Zeilenmagnetkernen und ein Paar von sättigbaren Spaltenmagnetkernen vorgesehen sind, die jeder eine im wesentlichen rechteckige Hystereseschleife aufweisen und auf denen Treiberwicklungen sitzen, die paarweise in Reihe an einer Zeile bzw. Spalte von Elektroden anliegen, und daß Mittel vorgesehen sind, um die Kerne von dem einen in den anderen Sättigungszustand zu bringen, und wahlweise einschaltbare Mittel, durch welche der eine Kern in dem ersteren Sättigungszustand gehalten wird.

12. Datenspeicheranordnung nach Anspruch 11 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von Rückstellimpulsen in Abhängigkeit von dem beim Abfragen entstehenden Stromstoß beide Kerne entweder gleichzeitig ummagnetisierbar sind, wenn der Stromstoß einen vorgegebenen Wert überschreitet, oder nacheinander, wenn der Stromstoß kleiner als der vorgegebene Wert ist.

13. Datenspeicheranordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermatrix aus einer Scheibe aus ferroelektrischem Material besteht, auf welcher gekreuzt zueinander gemeinsame Spalten- und Zeilenelektroden angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1026 995,

1047248;
»Electronic Engineering«, Dezember 1958, S. 678

bis 684.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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