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Die Erfindung betrifft eine zerstörungsfrei auslesbare Speicherschaltung
mit zwei Tunneldioden, einer Induktivität und den entsprechenden Eingabe- und Abfrageschaltkreisen.
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Es sind bereits zerstörungsfrei auslesbare Speicherschaltungen bekannt,
bei denen Tunneldiodenschaltungen verwendet werden, in welchen die durch Schreibimpulse
ansteuerbare Tunneldiode mit einer Spule, einem ohmschen Widerstand und einer Gleichspannung2quelle
in Reihe geschaltet sind. Der Lastwiderstand dieser bekannten Schaltungen ist dabei
so bemessen, daß sich ein monostabiler Arbeitspunkt ergibt.
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Es sind weiterhin auch bistabil arbeitende Multivibrator-Schaltungen
mit Tunneldioden bekannt, die zerstörungsfrei auslesbar sind und bei denen eine
Speicherdiode und eine Auslesediode verwendet werden.
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Ebenfalls ist eine Speicherschaltung bekannt, bei welcher das Auslesen
des Speicherinhaltes durch ein Schwebungsverfahren bewirkt wird.
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Es sind ferner auch Signalübertragungsschaltungen mit zwei Tunneldioden
und einer Spule bekannt, bei denen der fallende Teil der Widerstandskennlinie der
Tunneldioden ausgenutzt wird.
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Die genannten Schaltungen haben jedoch häufig den Nachteil keine ausgeprägte
Zuordnung der beiden Speicherzustände (0, 1) zu stabilen Arbeitspunkten der Tunneldiodenkennlinie
zu haben, relativ aufwendig zu sein oder aber auch, wie nachfolgend am Beispiel
des magnetischen Kernspeichers gezeigt, ein ungünstiges Signal-Rausch-Verhältnis
zu haben.
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Ziel der Erfindung ist, eine relativ einfache Speicherschaltung mit
zwei Tunneldioden zu schaffen, die mit hoher Geschwindigkeit betrieben werden kann,
ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis zeigt und deren Informationsinhalt beim Abfragen
nicht zerstört wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der einen Tunneldiode
über Eingabeklemmen und Widerstände die zu speichernde Information zugeführt und
in ihr gespeichert wird, daß der Informationsinhalt der Diode über einen Widerstand
tuf die mit der Induktivität in an sich bekannter `Weise in Reihe geschaltete weitere
Tunneldiode übertragen wird und daß diese Diode entsprechend dem Informationsinhalt
der ersten Diode durch Zuführung einer Abfragespannung von zwei Klemmen über Widerstände
in den schwingenden oder nicht schwingenden Zustand, entsprechend den Binärziffern
1 oder 0, versetzt werden und dieser schwingende bzw. nicht schwingende Zustand
der letzteren Diode durch einen mit einem Hohlleiter, der mit der letzteren Diode
gekoppelt ist, verbundenen Empfänger festgestellt und somit die Information zerstörungsfrei
ausgelesen werden kann.-Die Erfindung wird nachfolgend in Zusammenhang mit den Zeichnungsfiguren
1 bis 5 beschrieben. Gleiche Elemente haben in den einzelnen Figuren gleiche
Bezugszeichen.
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Dabei-zeigt F i g. 1 einen Teil einer magnetischen Kernmatrix, die
zum Vergleich mit einem erfindungsgemäß aufgebauten Speicher unter besonderer Berücksichtigung
des Signal-Rausch-Verhältnisses herangezogen wurde; F i g. 2 zeigt die Grundschaltung
einer gpeichereinheit mit einer Tunneldiode; F i g. 3 und 4 erläutern mit Tunneldioden
arbeitende Speicher an Hand der Kennlinien, und F i g. 5 zeigt das Schaltbild einer
Ausführungsform der Erfindung.
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F i g. 1 zeigt einen Teil einer Speichereinheit aus einer Magnetkernmatrix,
wie sie bisher benutzt wurde. In F i g. 1 bezeichnen a, b, c und
d Schreibleitungen. e ist eine Leitung zum Abfragen des Informationsinhaltes,
die sämtliche Magnetkerne der Matrix durchläuft. Mit f, g, h und i sind Magnetkerne
bezeichnet. Ist die Zahl der zu speichernden Worte n, so muß der Abfragedraht e
n-Magnetkerne durchlaufen. Erzeugen daher die Magnetkerne im Zustand 1 beim Auslesen
eine Spannung von E-Volt im Abfragedraht und die Magnetkerne im Zustand 0, die vom
Abfragedraht ebenfalls durchlaufen werden, eine Spannung von e-Volt (Rauschspannung),
so ergibt sich, da der Draht einen Kern mit der Spannung E und (n -1) Kerne mit
der Spannung e durchläuft, eine Ausgangsspannung von ES = E+(n-1)e. Wie aus
dieser Formel hervorgeht, liegt ganz allgemein, wenn n größer gemacht wird, das
Signal E in einem Rauschbereich (n - 1)e und wird daher gegen das Rauschen kleiner,
d. h., E,, wird unausgeprägt. Bei dem durch die Kernmatrix dargestellten Speichertyp
ist es daher schwer, eine Zunahme der Kapazität zu erzielen, wenn bei einer Speicherung
von n-Worten die Schaltung nicht durch das Signal-Rausch-Verhältnis beschränkt werden
soll.
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Die Erfindung weist solche Nachteile nicht auf. In einem Speicher
zur Speicherung von Informationen mit Hilfe negativer Widerstandselemente sind ein
oder mehrere Elemente mit negativem Widerstandsverlauf, die die Zustände Schwingen
oder Nichtschwingen einnehmen können, im Abfragekreis vorgesehen. Einzelheiten dieser
Form der Erfindung werden nachstehend unter Bezug auf die F i g. 2 bis 5 erläutert.
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F i g. 2 zeigt die Grundschaltung einer Speichereinheit mit einem
Element fallenden Widerstandsverlaufs, beispielsweise einer Tunneldiode.
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In F i g. 3 ist die Spannung über die Abszisse 6 und der Strom über
die Ordinate 5 aufgetragen. Mit 7 ist der Nullpunkt der Koordinaten bezeichnet.
Die Spannungs-Strom-Kennlinie der Diode 4 hat die Form der mit 8 bezeichneten
Kurve. Die Spannung der Stromquelle 1 gemäß F i g. 2 wird auf den Wert 14
eingestellt. Ist der Widerstand 2 so gewählt, daß er einen Wert R 1 mit der bei
12 dargestellten Widerstandsgeraden hat, so schneidet diese Gerade die Kurve
8 in den Punkten 11 und 9. Die Diode 4
kann keine anderen
Werte als diese beiden Schnittpunkte 11 und 9 liefern, so daß ein 1-Bit-Binärspeicher
durch Zuordnung des Schnittpunktes 11 zur 0 und des Schnittpunktes 9 zur Ziffer
1 im Binärsystem gebildet werden kann. Nimmt man an, daß der Betriebszustand der
Schaltung nach F i g. 2 dem Punkt 11(0) in F i g. 3 entspricht, und wird der Wert
der Spannung von 14 auf 13 durch Änderung um + E-Volt angehoben, *so
wird der Schnittpunkt 9 auf 10 verlegt, und der Speicher mit dem Informationsinhalt
0 speichert die Zifferl ein. Umgekehrt kann der Speicherkreis nach F i g. 2, wenn
er den dem Punkt 9 (1) entsprechenden Betriebszustand einnimmt, durch Erzeugen des
Wertes 13' infolge Spannungsänderung um -E in den Schnittpunkt 10' übergeführt
werden und durch Rücknahme der Spannung -E wieder auf
Punkt 11 gelegt
werden. 12' und 12" sind die Widerstandsgeraden für den Widerstand 2 (R1) bei Spannungsänderung
um +E oder -E-Volt. Beide Geraden verlaufen parallel zu 12. Gemäß F i g. 4 habe
die Spannung der elektischen Stromquelle 1 von F i g. 2 den Wert 14' zwischen
dem Spannungswert 15, bei dem durch die Diode 4 der maximale Strom fließt, und dem
Spannungswert 16, bei dem durch die Diode 4 der kleinste Strom fließt. Bei Wahl
eines Widerstandes 2 mit einer Widerstandsgeraden 12"' schneidet diese die Kennlinie
8 der Diode 4 nur im Punkt 11'.
Es ergibt sich hier kein monostabiler
Punkt wie in F i g. 3, und die Schwingfrequenz ist lediglich durch die Schaltkreiskonstanten
(Induktivität 3, Diode 4,
Widerstand 2) gegeben.
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F i g. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Esaki-Diode
als Widerstandselement mit fallender Kennlinie. Aufbau, Funktion und Wirkung dieser
Ausführungsform sollen nun im Vergleich mit dem nach den F i g. 2 bis 4 beschrieben
werden.
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In F i g. 5 sind 17 und 18 Eingabeklemmen, 19 und 20 Widerstände von
Ohm, 4 eine Diode zur Informationsspeicherung, 4' Diode zum Abfragen der
Information, 26 und 27 Abfrageklemmen. 21 ist ein Widerstand zur Übertragung des
Informationsinhaltes der Diode 4 auf die Diode 4', 24 und 25 sind Widerstände zur
Übertragung der Abfragesignale auf die Diode 4', 22 ist ein Hohlleiter und
23 ein Empfänger. Von diesen Elementen dienen 17, 18, 19, 20 und 4 zum Einschreiben
und zur Informationsspeicherung. 3', 24, 25, 26, 27, 21 und 4' können entsprechend
ihrem Informationsinhalt @°im Abfragen schwingen oder nicht schwingen und 22, 23
dienen zur Auskopplung der Schwingung, um so die Information auszulesen.
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In (' @ vorgenannten Aufbau wird die dem Wert 14
in F i b. 12
entsprechende Spannung an die Eingabeklemmen 17 und 18 angelegt. Sind 19 und 20
Widerstände von
Ohm und 4 eine Esaki-Diode, so werden die Elemente 17, 18, 19, 20 und 4 den
gleichen Zuständen wie in F i g. 3 dargestellt ausgesetzt, und die beiden Zustände
1 oder 0 werden in die Diode4 eingespeichert.
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Wird die Spannung E auf E/2 herabgesetzt, so wird eine Zustandsumwandlung,
wie vorstehend beschrieben, nicht hervorgerufen. Wird die Spannung E geeignet gewählt
und hat die Diode 4 den Zustand 0, so wird eine Umwandlung in den Zustand
1 nur dann erzielt, wenn gleichzeitig der Klemme 17 + E/2-Volt und der Klemme 18
die Spannung - E/2-Volt zugeführt wird. Besteht der Zustand 1, so wird eine Umwandlung
in den Zustand 0 nur erreicht, wenn gleichzeitig der Klemme 17 die Spannung -E/2
und der Klemme 18 die Spannung +E/2-Volt zugeführt werden, um so das Einschreiben
zu bewirken.
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Durch den Einsatz einer Esaki-Diode wird infolge des Tunnel-Effektes
eine Zeitverzögerung vermieden. Daher kann die oben beschriebene Zustandsänderung
mit hoher Geschwindigkeit erfolgen.
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Von den Bauelementen 3', 24, 25, 26, 27, 21 und 4 sollen die Werte
der Widerstände 21, 24 und 25 gleich r l, r2 und r3 (Ohm) sein. Die Spannung
V" von der Diode 4 und dl"-- Spannungen VM und VN
von den Abfrageklen3men
26 und 27 sollen der Diode 4'
über die Widerstände r1, r2 und r3 zugeführt
werden. Sind die inneren Widerstände der Spannungsquellen VD, VN und
VN sehr klein im Vergleich zu r1, r2, r3, so daß sie vernachlässigt werden
können, dann ergibt sich aus r l, r2 und r3 der Parallelwiderstand:
Wird ebenso eine äquivalente Spannung V aus VD, VN und VM gebildet, so erhält
man
(r2r3VD+rlr3V,f+rlr2VN). Aus dem Vorstehenden folgt, daß die Schaltung nach F i
g. 5 dem äquivalenten Schaltkreis in F i g. 2 entspricht. Die Diode 4' kann
je nach Informationsinhalt der Diode 4 in die beiden Zustände Schwingen oder
Nichtschwingen versetzt werden, indem der Widerstand R der Widerstandsgeraden 12"'
in F i g. 13 angepaßt und die Spannungsquelle durch die Spannung der Diode
4 und die Adressierspannung ersetzt wird.
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Das bedeutet, die Spannung der Diode 4 entspricht entweder
dem Zustand 1 oder 0. Entsprechen die Spannungen bei 15 und 16 den Arbeitspunkten
11 und 9 und bezeichnet man diese mit vo bzw. v1, so ist VD = v, oder
= v, VD >__ v, und vo < v1 . Bezeichnet man die den Abfrageklemmen
26, 27 zugeführte Spannung mit V"" dann ist Vu = Y' = Z Volt.
Die Werte
von Z, r 1, r 2 und r 3 usw. werden geeignet gewählt. Der Informationsinhalt der
Diode 4 sei = 1. Wird sie abgefragt, d. h. ist VD = v1, VM = VN
= Z,
so erhält man: V = Spannung bei 14', und der Kreis schwingt. Ist jedoch der
Informationsinhalt der Diode 4 = 0, oder wird keine Abfrage vor@enommen,
d. h. ist VD = vo oder vM = 0 oder VN = 0,
so erhält man: V< Spannung bei
15.
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Damit ist sichergestellt, daß der Kreis nicht schwingt. Das Abfragen
erfolgt ohne Wirkung auf den Informationsinhalt der Diode 4. Der Kreis hat
daher die Eigenschaft, den Informationsinhalt beim Abfragen nicht zu zerstören.
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Hohlleiter 22 und Empfänger 23 empfangen die erhaltene Schwingung
wie beschrieben als elektromagnetische Welle und bilden somit einen Abfragekreis
für den Informationsinhalt. Ist die Anzahl der zu speichernden Worte n, so können
n-Dioden 4' in geeigneter Weise mit einem Hohlleiter 22 gekoppelt werden.
Im Fall der vorher verwendeten magnetischen Kernmatrix bestand der Nachteil, daß
bei Zunahme der zu speichernden Worte das Rauschen nicht mehr einwandfrei unterschieden
werden konnte. Bei der vorliegenden Erfindung schwingt nur ein Teil, wenn es 1 eingespeichert
hat, und die anderen schwingen nicht. Die Zunahme der zu speichernden Worte hat
daher keinen Einfluß auf das Signal-Rausch-Verhältnis. Der erfindungsgemäße Speicher
kann mit großen Einschreibgeschwindigkeiten betrieben werden, sein Informationsinhalt
wird beim Abfragen
nicht zerstört, und bei zunehmender Speicherkapazität
kann das Abfragen leicht und zuverlässig erfolgen. Somit können die Funktionen eines
elektronischen Rechners beachtlich erweitert werden und die Anwendungen bemerkenswerte
Wirkungen erzielen.