DE1499612C - Speicher mit mindestens einer Spei cherzelle mit Tunneldiode - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung betrifft einen Speicher mit mindestens am Ausgang der Speicherzelle ein starkes Signal ereiner Speicherzelle mit Tunneldiode, deren Anode ge- halten wird. Genauer gesagt, während der ersten Halberdet und deren Kathode durch Verbindung mit dem welle der zweipoligen Ansteuerimpulse werden Ladunnegativen Pol einer Gleichspannungsquelle über Vor- gen gesammelt, wobei die Speicherdiode als Zwischenwiderstände derart vorgespannt ist, daß zwei stabile 5 speicher dient, und die gesammelten Ladungen werden Schaltzustände an der Tunneldiode einstellbar sind, dann während der zweiten Halbwelle der zweipoligen deren Kathode ferner einerseits an den Eingang der Ansteuerimpulse freigesetzt, ,

Speicherzelle über den Abschnitt eines Koaxialkabel- Der erfindungsgemäße Speicher kann also bei Ver-

inverters und andererseits an den Ausgang der Spei- wendung mehrerer Speicherzellen gut für den Aufbau

cherzelle über drei in Reihe geschaltete Elemente an- io von Ringzählern verwendet werden,

geschlossen ist, wobei der Verbindungspunkt zwischen Ein erfindungsgemäßer Speicher, bei dem in der

dem ersten und dem zweiten Element mit einer An- Speicherzelle die Kathode der Tunneldiode an eine

steuerimpulsquelle über ein viertes Element verbunden Vorspannungsquelle über eine Potentiometerschaltung

ist. und der Eingang der Speicherzelle direkt an einen der

Eine derartige Speicherzelle ist im wesentlichen be- 15 Verbindungspunkte der Potentiometerschaltung an-

reits bekannt bzw. vorgeschlagen worden, geschlossen ist, wird dadurch vorteilhaft weitergebildet,

Eine bekannte ähnliche Speicherzelle (RCA-Tech- daß der Verbindungspunkt der Tunneldiode und der nical Notes, September 1961, S. 1 bis 5, insbesondere Vorwiderstände mit der Basis eines Transistors ver-F i g. 5) ist durch einen zweipoligen Impuls ansteuer- bunden ist, dessen Kollektor und Emitter an Spanbar und kann als Ringzähler verwendet werden. Das 20 nungsquellen angeschlossen sind, und daß der Emitter Lesen und die Informationsübertragung werden wäh- außerdem mit einer Anzeigeeinrichtung gekoppelt ist. rend der ersten Halbwelledes zweipoligen Ansteuer- Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in impulses vorgenommen, so daß während dessen zwei- der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigt
ter Halbwelle die Nullrückstellung stattfindet. F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungs-

Dagegen wird eine andere bekannte, ähnliche Spei- 25 gemäßen Speichers mit einer Speicherzelle,

cherzelle (1BM-Techn. Discl. Bull., April 1961, S. 41) F i g. 2 einen aus mehreren Speicherzellen gemäß

nicht durch einen zweipoligen Impuls angesteuert, sie F i g. 1 aufgebauten Ringzähler und

ist auch nicht für Ringzähler geeignet. F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfin-

Bei einer vorgeschlagenen ähnlichen Speicherdiode dungsgemäßen Speichers.

(deutsche Patentschrift 1 257 846), die ebenfalls nicht 30 Die in F i g. 1 dargestellte Speicherzelle 2 enthält als

für Ringzähler geeignet ist, treten zwei aufeinander- wesentliches Element eine Tunneldiode 4, die durch

folgende Funktionsabläufe auf, die durch zwei an Vorwiderstände 6 und 8 vorgespannt ist, die zwischen

unterschiedlichen Eingängen eingespeiste Impulse dem negativen Pol einer Vorspannungsquelle £₄ und

steuerbar sind, wobei der erste zweipolige Impuls die Erde liegen. Die Werte der Vorwiderstände 6, 8 sind

Nullrückstellung und die Informationsübertragung 35 so gewählt, daß die Tunneldiode 4 zwei stabile Schalt-

und der zweite das Lesen bewirkt. zustände aufweist. Der erste Schaltzustand »0« ent-

Allen diesen Speicherzellen ist gemeinsam, daß die spricht einer geringen Spannung, während der zweite

zur Informationsübertragung notwendige Energie von Schaltzustand »1« einer hohen Spannung entspricht,

der Tunneldiode abgenommen wird, weshalb sie ge- Über den Vorwiderstand 8 ist die Kathode der Tunnel-

genüber Änderungen der Betriebsparameter sehr 40 diode 4 mit einem Koaxialkabelinverter 10 verbunden,

empfindlich sind. der an den Eingang der Speicherzelle angeschlossen ist.

Es war ferner schon an sich bekannt (RCA-Review, Die Kathode der Tunneldiode 4 ist ferner über einen September 1963, S. 355 bis 380, insbesondere S. 367 Widerstand 12 mit einer Speicherdiode 14 verbunden, bis 369; Nuclear Instruments and Methods, 1964, die über Widerstände 16 und 18 vorgespannt ist, die S. 325 bis 328, insbesondere Fig. 3 auf S. 326; Pro- 45 zwischen dem positiven Pol einer Vorspannungseeedings of the I.EEE; Vol. 51,1963, Heft 4, S. 625-626), quelle E_u und Erde liegen.

an Speicherzellen ausgangsseitig Koaxialkabelinverter Die Werte der Widerstände 16 und 18 sind so geanzuschließen, wählt, daß die Speicherdiode 14 von einem bestimmten

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, bei Speichern Gleichstrom durchflossen wird, wenn sich die Tunnel-

mil Speicherzellen der eingangs genannten Art die 5° diode 4 im Schaltzustand »1« befindet, während die

Störanfälligkeit zu verringern, und zwar durch die An- Speicherdiode 14 gesperrt ist, wenn die Tunneldiode 4

wendung einer äußeren Quelle, die die zur Informa- im Schaltzustand »0« ist. Der Verbindungspunkt zwi-

tionsübertragung notwendige Energie liefert. sehen der Speicherdiode 14 und dem Widerstand 12 ist

Der Speicher der eingangs genannten Art ist gemäß über eine Diode 20 mit dem Eingang einer Ansteuer-

der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die drei 55 impulsquelle E verbunden/. Die Anode der Diode 20

ersten Elemente der Speicherzelle bzw. -zellen ein Wi- ist außer mit dem Eingang der Ansteuerimpulsquelle E

derstand, eine zum Eingang gerichtete Speicherdiode noch mit dem negativen Pol einer Vorspannungsquelle

und ein weiterer Widerstand sind, daß die Anode der £₂₀ über einen Widerstand 22 verbunden. Die Diode 20

Speicherdiode an den positiven Pol einer Vorspannungs- ist so vorgespannt, daß sie gesperrt ist, wenn sich-die

quelle über einen Widerstand angeschlossen ist und daß 60 Tunneldiode 4 im Schaltzustand »0« befindet, während >

das vierte Element eine gleichsinnig zu der Speicher- sich ihr Arheitspunkt am Knick der Kennlinie befindet,

diode angeordnete Diode ist, deren Anode an den ne- wenn die Tunneldiode 3 im Schaltzustand »1« ist. Der

gativen Pol einer anderen Vorspannungsquelle ange- Widerstand 18 ist mit dem Koaxialkabelinverter 10'

schlossen ist. der folgenden Speicherzelle verbunden.

Eriindungsgemäß werden also die Anstellerimpulse 65 Die Wirkungsweise der Speicherzelle ist folgender-

durch die Speicherdiode verstärkt, die während einer maßen: Es sei zunächst angenommen, daß sich die

bestimmten Zeit Ladungen sammelt, die am Lnde des Tunneldiode 4 im Schaltzustand »1« (hohe Spannung)

Ansteuerimpulses schnell freigesetzt werden, so daß befindet; die Speicherdiode 14 ist leitend und speichert

3 4

eine bestimmte Ladungsmenge in ihrem Übergang. Die Speicherzelle 1 sind mit den gleichen Bezugszeichen

Diode 20 ist, wie bereits erwähnt, so vorgespannt, daß wie in F i g. 1 aber zusätzlich mit Index 1 versehen,

ihr Arbeitspunkt nahe dem Kennlinienknick liegt. Ein Bei der Benutzung eines solchen Ringzählers muß

bei E zugeführter positiver Ansteuerimpuls (im Falle man zunächst alle Tunneldioden mit Ausnahme der der

der dargestellten Speicherzelle) bewirkt, daß die Tun- 5 ersten Speicherzelle in den Schaltzustand »0« bringen,

neldiode 4 in den Schaltzustand »0« übergeht. Der An- Infolgedessen ist nur die Speicherdiode IA₁ leitend und

steuerimpuls wird durch die Speicherdiöde 14 trotz speichert eine bestimmte Ladungsmenge, während die

ihrer Vorspannung übertragen, und zwar wegen der in Diode 2O₁ in der Nähe des Kennlinienknickes vor-

ihrem Übergang gespeicherten Ladungen. Der An- gespannt ist. Bei Einspeisen eines ersten Ansteuerim-

steuerimpuls wird über den Widerstand 18 und den io pulses kippt die Tunneldiode A_x in den Schaltzustand

Koaxialkabelinverter 10' der folgenden Speicherzelle »0«. Dann wird dieser Ansteuerimpuls über die Spei-

szugeführt. ' cherdiode 14_l5 den Widerstand 18j und den Koaxial-

Befindet sich die Tunneldiode 4 im Schaltzustand kabelinverter 1O₂ der Tunneldiode 4₂ zugeführt, die in »0« (niedrige Spannung), so sind die Speicherdiode 14 den Schaltzustand »1« übergeht. Infolgedessen ist nun und die Diode 20 gesperrt. Der Ansteuerimpuls wird 15 die Speicherdiode 14₂ leitend. Der Schaltimpuls der demgemäß nicht zur folgenden Speicherzelle übertra- Tunneldiode 4₂ wird ein erstes Mal zur ersten Speigen, cherzelle hin reflektiert, dann ein zweites Mal am Ende

Die Größenordnung des Vorwiderstandes 8 hängt des Koaxialkabelinverters 1O₁ reflektiert und läuft zur

von den Daten der Tunneldiode 4 ab, da er parallel zweiten Speicherzelle, wo er vollständig verbraucht

zur Tunneldiode 4 geschaltet ist und diese Diode lädt. 20 wird. Der gleiche Vorgang spielt sich bei den folgenden

Der Widerstand 8 bestimmt daher ebenso wie die Vor- Speicherzellen beim Eintreffen neuer Ansteuerimpulse

Spannungsquelle E₄ die Betriebsweise als bistabile ab.

Kippschaltung. Mehrere Faktoren bestimmen die Auflösezeit. Sie

Der Wert des Vorwiderstandes 6 wird größer als der entspricht wenigstens der Zeit, die erforderlich ist, da-

des Vorwiderstandes 8 gewählt, so daß der in den Vor- 25 mit jede Ausbreitung im Koaxialkabelinverter aufhört,

spannungskreis abfließende Teil des Schaltstromes d. h. wenigstens 3 Θ.

möglichst klein wird. Sind die Tunneldiode 4 und die Die Speicherdiode 14_X muß genügend Zeit haben,

Werte der Vorwiderstände 6 und 8 gewählt, so ist auch um zwischen zwei Ansteuerimpulsen hinreichend La-

die Vorspannung, die von der Vorspannungsquelle E_t düngen zu speichern, damit sie den Kippvorgang der

geliefert werden muß, gegeben. Der Wellenwiderstand 30 folgenden Tunneldiode bestimmen kann. Diese maxi-

Zc des Koaxialkabelinverters 10 hängt vom Wert des male Speicherzeit liegt in der Größenordnung von 2 Θ.

Widerstandes 8 ab. Man stellt den Wert R₆ des Vor- Ein letzter Faktor besteht in der Umschaltzeit der

Widerstandes 8 so ein, daß die Bedingung Tunneldioden.

Es ist zweckmäßig, gewisse Vorsichtsmaßnahmen zu

R₆PaZc- Rdt _{35 tre}ff_{en) um emen} solchen Ringzähler gegen starke elek-

erfüllt ist. Hierbei bedeutet Rdt den differentiellen irische Entladungen zu schützen, die in seiner unmittel-

Widerstand der Tunneldiode, wenn sie sich im Schalt- baren Nähe auftreten und eventuell eine Fehlbetätigung

zustand »1« befindet. der Speicherzellen auslösen können. Da stets nur eine

Das Verhältnis der Widerstände 16 und 18, die zur einzige Speicherzelle in der Stellung »0« ist, kann man

Vorspannung der Speicherdiode 14 dienen, ist wesent- 40 eine automatische Nullrückstellung durch eine geeig-

lich größer als 1, um die Amplitude des zur folgenden nete Koinzidenz bewirken. Der maximale Zählfehler

Speicherzelle übertragenen Stromes möglichst zu ver- ist dann fünf Einheiten und die Totzeit etwa 15 ns. Auf

großem. Es wurde bereits erwähnt, daß die Vor- diese Weise kann man die Nachteile vermeiden, die

spannung der Speicherdiode 14 so eingestellt wird, daß sich aus einer Nullrückstellung von allen Tunneldioden

die Speicherdiode von einem bestimmten Strom durch- 45 durch eine Störung ergeben.

flössen wird, wenn sich die Tunneldiode 4 im Schalt- F i g. 3 zeigt das Schaltbild einer praktisch erprobzustand »0« befindet. Diese Bedingung ermöglicht die ten Speicherzelle. Zahlreiche Elemente entsprechen Einstellung der Speicherzeit der Speicherdiöde 14. Elementen der F i g. 1 und tragen gleiche Bezugszei-

Die Wahl des Wertes des Widerstandes 12 ermög- chen. Der Hauptunterschied gegenüber F i g. 1 belicht die Bestimmung des Anteiles des Schaltstromes, 5° steht in der zusätzlichen Verwendung eines Ausgangsder die Tunneldiode 4 und die Speicherdiode 14 durch- kreises, der eine Markierung des Zustandes des Ringsetzt. Zählers ermöglicht. Dieser Ausgangskreis enthält einen

Die Verzögerung &, die durch den Koaxialkabel- Transistor 24, dessen Basis mit der Kathode der Tun-

inverter 10 hervorgerufen wird, ist eine Funktion der neldiode 4 verbunden istDsr Kollektor des Transistors

Daten der Tunneldiode 4, der Speicherzeit Ts der 55 24 ist an den negativen Pol der Vorspannungsquelle E_t

Speicherdiode 14 und der Zeitdauer τ der Ansteuer- angeschlossen, die über einen Kondensator 26 un-

impulse. Vernachlässigt man die Umschaltzeit der mittelbar geerdet ist. Der Emitter des Transistors 24

Speicherdiode 14 und nimmt man rechteckige An- ist einerseits mit der Ausgangsklemme S und anderer-

steuerimpulse an, so muß die Ungleichung erfüllt sein: seits mit einem Vorspannungskreis verbunden, der

60 einen Widerstand 28 und einen Kondensator 30 ent-

0 > τ — Ts + ε , hält. Der Widerstand 16 des Vorspannungskreises der

Speicherdiode 14 ist bei der Ausführung gemäß F i g. 3

wobei ε sehr klein ist. in einen Widerstand 1O₁ und ein Potentiometer 16₂ auf-

F i g. 2 zeigt einen Ringzähler mit η Stellungen, der geteilt, während die positive Klemme der Vorspan-

von η Speicherzellen gemäß F i g. 1 gebildet wird. Drei 65 nungsquelle .E₁₄ über einen Kondensator 32 geerdet ist.

Speicherzellen sind in F i g. 2 schematisch dargestellt, Die Eingangsklemme E der Speicherzelle ist unmittel-

während die anderen η — 3 Zellen in Form eines bar mit einer Ansteuerimpulsquelle 34 verbunden.

Blockschaltbildes angedeutet sind. Die Elemente der Die an den Klemmen eines Widerstands 22 von

Claims (3)

50 Ω auftretenden Ansteuerimpulse besitzen eine Amplitude von 600 mV. Ihre Zeitdauer liegt bei 2 ns für den mittleren Wert der maximalen Amplitude. Die normale Auflösezeit beträgt 10 ns; sie kann in bestimmten Fällen 6 ns erreichen. Unter den erläuterten normalen Bedingungen beträgt die von der Vörspannungsquelle .E4 gelieferte Speisespannung 6 V und kann um ±15% schwanken, was bedeutet, daß der Arbeitspunkt der Tunneldioden nicht kritisch ist. Steigt die Temperatur, so verringern sich die Werte der benutzten negativen Spannung; der Temperaturkoeffizient ist negativ, und es ergibt sich eine gleichbleibende Zuverlässigkeit zwischen 60 und 25° C. Eine NuUrückstellung erhält man durch positive Impulse von 700 mV Amplitude und einer Zeitdauer von 10 ns am Eingang des Ringzählers. Bei normalen Verhältnissen überschreitet die Speicherzeit der Speicher^ dioden nicht den Wert von 5 ns. Die Speicherzellen sind daher während einer längeren Zeit entkoppelt. Das zur Nullrückstellung dienende Signal erzeugt ein monostabiles Element. Die abgeleitete Rückflanke wird um etwa 6 ns verzögert und bringt die Tunneldiode 4 in den Schaltzustand »1«. - ■ ■ Patentansprüche: a5

1. Speicher mit mindestens einer Speicherzelle mit einer Tunneldiode, deren Anode gesrdet und deren Kathode durch Verbindung mit dem negativen Pol einer Gleichspannungsquelle über Vor-.-, widerstände derart vorgespannt ist, daß zwei stabile Schaltzustände an der Tunneldiode einstellbar sind, deren Kathode ferner einerseits an den Eingang der Speicherzelle über den Abschnitt eines Koaxialkabelinverters und andererseits an den Ausgang der Speicherzelle über drei in Reihe geschaltete Elemente angeschlossen ist, wobei der Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Element mit einer Ansteuerimpulsquelle über ein vierlies Element verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die drei ersten Elemente der Speicherzelle bzw. -zellen ein Wider-' stand (12), eine zum Eingang gerichtete JSpeicherdiode (14) und ein weiterer Widerstand (18) sind, daß die Anode der Speicherdiode an den positiven Pol einer Vorspannungsquelle (£Ί₄) über einen Widerstand (16) angeschlossen ist und daß das vierte Element eine gleichsinnig zu der Speicherdiode (14) angeordnete Diode (20) ist, deren Anode an den negativen Pol einer anderen Vorspannungsquelle (£20) angeschlossen ist (F i g. 1).

2. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt der Tunneldiode (4) und der Vorwiderstände (6, 8) mit der Basis eines Transistors (24) verbunden ist, dessen Kollektor und Emitter an Spannungsquellen angeschlossen sind, daß der Emitter außerdem mit einer Anzeigeeinrichtung (S) gekoppelt ist.

3. Speicher nach Anspruch 1 oder 2 mit mehreren Speicherzellen, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Speicherzellen in Reihe zu einem Ringzähler zusammengeschaltet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen