DE1774597A1 - Leseverstaerker fuer Magnetspeicher - Google Patents

Description

Dr. Horst Schüler _ . .. , _w, _{r Λ} „ Patentanwalt 17/4597

6 Frankfurt /Main 1 Taunusstr. 20 Postfach 3011

23.JUUKSt

881 - 37-

i River R©ad_a Schenectady, N_eY._s USA

für

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Di© Erfindimg b©g;i©hfe sieh auf einem Leseverstärker für saagnefeisehe Dünnsehiehtspeisher w&& im B©s©Ed®r©n auf einen Leseverstärker und sug-shö^ig© Sshaltkreisa wm Speiehem digitaler Informationen in dem magnetischen Düniasehiehtspeicher und »up. Wi@d@rg®viiraiusig solehsr Informationen, Die Erfindung kann auch in T@rbinäimg mit natgnetkernspeichern verwendet werden.

B@8timnt@ nAgnöSiachö Materialien können auf einer nichtmagnetischen Unterlage in Fora einer dünnen Schicht abgeschieden werden. Wenn diese magnetischen Materialien in Anwesenheit eines Magnetfeldes abgeschieden werden» seigen diese dünnen magnetischen

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Schiohten eine uniaxiale Anisotropie. Tinter uniaxialer Anisotropie versteht man die Neigung der Moleküle innerhalb der dünnen magnetischen Schicht, sich entlang einer bevorzugten Magnetisie~ rungsaohse au orientieren. Diese bevorisugte Magnetisierung«achse wird häufig als " leichte Achse" bezeichnet, während die Magnetisierungsrichtung, die in der Ebene der dünnen Schicht senk* recht dazu steht, als schwere Achse bezeichnet wird. Die uniaxiale dünne magnetische Schicht zeigt eine einsige leichte Magnetisierungsachse, durch die swei stabile entgegengesetzt gerichtete Zustände für die Orientierung des remanenten Hagnetflusses definiert sind. In einen dieser stabilen Zustände sind die Moleküle der dünnen Schicht in einer Richtung entlang der leichten Achse ausgerichtet und stellen dann eine binäre "!"dar. In den anderen dieser beiden Zustände sind die Moleküle in der entgegengesetsten Richtung längs der ^M leichten Achse" orientiert und stellen eine binäre 0 dar·

Heben der dünnen magnetischen Schicht kann man eine Matrix aus elektrischen Leitern oder Fühlleitungen anordnen, und elektrische Ströme in diesen !leitungen kSnnen zum Nachweis dazu verwendet werden, in welcher Richtung die Magnetisierung der dünnen Schicht in kleinen ausgewählten Gebieten oder Speiehereellen verläuft· Man kann also elektrisch· Strttae auf diesen Fühlleitungen dam verwenden» die digitale Information auszulesen, di· in diesen Speicherzellen eingespeichert ist. Elektrisch· Ströae auf den gleieban Fühlleitungtn können aber

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such dazu verwendet werden, die Orientierung der Moleküle in den einzelnen Speicherzellen herumzudrehen und auf diese Weise in die Speichersellen digitale Informationen einzuschreiben oder zu speichern. Die Signale beim Auslesen weisen eine Verhältnismäßig niedrige Amplitude auf und müssen daher von einem Leseverstärker verstärkt werden. Da nun die Fühlleitungen und der Leseverstärker nicht in der Lage sind» zwischen Lesesignalen und Schreibsignalen zu unterscheiden, die auf den Fühlleitungen ©rseheinen, kann der Leseverstärker falsche Lesesignale abgeben, die einem Sohrelbvorgang zuzuschreiben sind. Diese Schwierigkeit ist seit einiger Zelt bekannt* Es sind daher Leseverstärker entwickelt worden, in denen beim Einschreiben fehlerhafte Auslesesignale unterdrückt werden* Die unterdrückung fehlerhafter Les@signa.le beim Schreiben war aber in den bisher bekannten Lsseverstärkem «ungenügend, und im Besonderen dann, wenn es sich w& Verstärker zur Verwendung mit magnetischen Dünnschichtspeichern handelte_β Bei solnshen Dünnschichtspeichern können nicht nur beim Schreiben fehlerhaft© Lesesignale auftreten. Es sind vielmehr noch

and©*?© Fehlerquellen vorhanden*. All© diese unrichtigem störend©« Auslese®igraale werden im Folgenden als Rausch beferachfeet*

um mim in einem kleinen Volumen ©line mögliehst groß© Speicherkapazität HMiifeesrsiibringen, müssen die ©ismelsien Speicherzellen klein g@sü&©hfc weMen· Man hat jedoch ge£tmd<sn_s daß di@

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Signale, die wan beim Auslesen der Informationen aus den Speicherzellen erhält, um so niedriger sind, je kleiner die Speicherzelle ist. Wenn daher kleine Speichersellen verwendet werden, können die Stö?impulse_# die beim Auslesen der Information entstehen, fast die ßl&iche Höhe wie das richtige Lesesignal erreichen". Ea besteht daher ein Bedarf für einen verbesserten Leseverstärker, in dem die Störimpulse abgeschwächt und die richtigen Signale verstärkt werden.

Weiterhin ist es wünschenswert, wenn ein solcher Verstärker in mikroelektroniecher Bauweise ausgeführt werden könnte, in dem man den gesamten hie reu benötigten Schaltkreis auf einem einzigen Halbleiterplättchen unterbringt. Solche mikro elektronischen Schaltkreise sollten direkt gekoppelt sein, also zwischen den verschiedenen Stufen keine Koppe!kondensatoren benötigen, da solche Kondensatoren auf einem Halbleiterplättchen schwierig herzustellen sind.

Ein solcher Verstärker ißt nun erfindungsgemäß als Brückenverstärker mit vier Transistoren ausgebildet* Dieser BrOckenverstärker weist vier Signaleing&nge auf, von denen jeder sit der Basis eines der Transistoren verbunden ist. Zwei dieser Signaleing&nge sind mit einem Fühlloitungopaar vtrbunden, to dft* Störimpulae, die auf diesen beiden Leitungen entit«hen, ie Brüakonverotflrker gegenseitig aufgehoben werden. Die richtigen

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Signals jedoch, die von diesem Fühlleifcungspaar aufgenommen werden, werden im Brtiekenverstärker verstärkt. Die anderen beiden Signaleingänge des Brückenverstärksrs sind mit einem weiteren FühlleitungBpaar verbunden. Die Signale, die in dem Brückenverstärker verstärkt worden sind, werden in direkter Kopplung einem Differenzverstärker zugeführt, der die Stör-. signals weiterhin abschwächt und die richtigen Signale weiterhin verstärkt.

Im Folgenden soll die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeiaiinungen im Einseinen beschrieben werden.

Figur i iafc ein Sehaltbild ©Ιώϊϊγ Aus führiMsgs fora der Erfindung.

Figur 2 ißt ein Sehalfcbild einer anderen Ausfühsruragsform der Erfindung,

Figur 3 bis FigaF 7 ml%ßti vörgi^Sfies?* Düimßchißhtsptiiohey ms Schaltbild na^h Figur U Äua αlosen Figuren geht die Wirder

iiSndnls der W.Ug
bilder n«uth Figur i imA 2 i>eitr-figfc

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Die Schaltungsanordnung zum Speiehern η und Wiedergewinnen von Informationen nach Figur 1 weist einen Gegentaktverstärker 11, eine Bittreiberstufe 12 und swei Worttreiberstufen 14 und 15 auf. In dieser Ausführungsform weist der Qegentaktveretärker 11 eine BrUekenverstärkerstufe 1? und eine Differensveretärkerstufe 18 auf. Die Brüekenverstärkersfcufe 17 enthält Transistoren 2o bis 23 mit einer Basis, einem Emitter und einem Kollektor. Die Basen der Transistoren 2o und 21, 22 und 23 sind mit Signaleingängen 26 j 27» 28 !Land 29 verbunden. Die Kollektoren der Transistoren 2o und 21 sind über einen Widerstand 31 mit einer Anschlußklemme 3o verbunden, an der eine passende Spannung von beispielsweise plus 6 Volt angelegt ist. Die Kollektoren der Transistoren 22 und 23 sind über einen Widerstand 32 mit der Anschlu&klemme 3o verbunden.

Widerstände 35 und 36 sind in Serie geschaltet und verbinden die Emitter der Transistoren 2o und 22 miteinander. Vom Schaltpuiiki 39 zwischen den Widerständen 35 und 36 geht ein Widerstand 38 mbj, der su einer Ansshlußklosna« kl führt. An der Kiens· Hl liegt sine negative Spannung von beispielsweise sinus 12 Volt an. DIU'ah den Widerstand 33 wird &n den Emittern der Transistoren 22 ülns Qegtnkopplüngsspaiinung hervorgerufen, so daß

, als dl« Translatoren 2o und 22 an den Basen anstou* &%aämpi% «erden. Dia Eüaifeier der Transiatoran 21 and 23 sind ttoöh jsvai hin^firsinandergeschaltst© Widerstände Ί2 und %3

BAD

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miteinander verbunden. Ein Widerstand 44 liegt zwischen der Aflsehlwßkleniffis 41 und einem Verbiiidungspimki k6 zwischen den Widerständen ^BS und 43. Dieser Widerstand 44" führt den Emittern der Transistoren 21 mud 23 eine *Gegenkopplungsspannung zu, so daß Störimpulse geschwächt werden, die den Basen der Transistoren 21 und 23 augeführt sind«

Mit den Sienaleäiigängen 26 und 28 sind zwei Fühl- oder Bit-Isitungen-49 wan 5© verbunden« die der Brüekenverstärkerstufe 17 Eingangsignale zuführen. Mit der ersten Worttreiberstufe ist eine Wortlsitung 52 verbunden, die den Strom zum Einschreiben einer digitalen Information in zwei Speicherzellen 54 und 55 und Streit« zum Aas Is sen aus diesen Speicherzellen liefert. Die Wortleitung 52 steht auf den Stellenleitungen 49 und 5o senkrecht und verläuft in einer Ebene, die zu den Dünnschichtspeish@rg@llen 54 und 55 paraiell angeordnet ist. Die beiden Bitleitungen 49 und 5o sind durch gwei hintereinander geschaltete Widerstände 57 und 5$ miteinander verbunden.

Mit den Signaleingängen 27 wid 29 sind cwsi weitere Fühl- oder Bitleitungen 6t und 62 verbunden, die dem Drückenverstärker 17 ebenfalls Eingangs signale zufüliren. Mit der streiten Worttreiberstufe 15 ist eint zweite Wortleitung 64 verbunden, die den Stron sun Einschreiben in die Dünnechiohtspeichersellen 66 w\d 67 und den Strom sum Auslesen der Informationen *ue

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diesen Speicherzellen liefert· Die Bitleitungen 61 und 62 sind durch «wei hintereinandergeselraltete Widerstände 69 und miteinander verbunden.

Jede der Bitleitungen weist einen charakteristischen Widerstand auf, der durch die räumlichen Abmessungen der Leitungen gegeben ist. Jeder der Widerstände» mit dem das Ende einer jeden Bitleitung mit Erde verbunden ist, ist so gewählt, daß er die Bitleitungen mit dem charakteristischen Widerstand richtig abschließt. Die Widerstände, die mit den Emittern der Transistoren 2o bis 23 verbunden sind, sind so gewählt, daß die Impedanz an der Basis dieser Transistoren mehrere Kaie größer als der charakteristische Widerstand der Bitleitungen ist« Diese hohe Xmpedans ist mit dem anderen Ende einer jeden Bitleitung verbunden, so daß auf den Bitleitungen Impulse reflektiert werden, so daß absichtlich Impuls verserrungen hervorgerufen werden.

Die Bittreiberstufe 12 weist einen Signalgenerator 72 und einen Transformator mit einer Primärwicklung 7* und swei Sekundärwicklungen 7Sl und 76 auf. Die Sekundärwicklung 75 liegt swisohen den Ausgangsklemmen 7Ö und 79· und die Sekunderwioklung 76 liegt «wischen den Ausgangsklemmen 80 und 81. Die Punkte an den Enden der Wicklungen 74» 75 und 76 des Transformators seigen die Phase der Spannung an, die in einer Wicklung gegenüber der anderen Wicklung induziert wird. Wenn also die Spannung an der Primärwicklung fH d·· Transformator·

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an dem mit einem Punkt gezeichneten Ende ansteigt, steigen auch dis Spannungen an denjenigen Enden der Sekundärwicklungen 75 und 76 an, die mit dem Punkt bezeichnet sind. Die Bittreiberstufe 12 liefert Strom sum Einschreiben von Informationen in die Speicherzellen.

Die zweite Verstärkerstufe 18'weist'snrei Transistoren Zk und 85 mit einer Basis, einem Kollektor und einem Emitter auf· Die Emitter der beiden Transistoren 8*8 und 85 sind durch zwei hintereinandergeschaltete Widerstände miteinander verbunden. Zwischen einem Schaltpunkt 91 zwischen den Widerständen 87 und 88 und einem Anschluß 92 ist ein Widerstand 9o gelegt. An dem Anschluß 92 liegt eine passende Spannung von besispielsweise minus 12 Volt an. Der Widerstand 9o führt den Emittern der Transistoren 9* und 95 eine Segenkopplungspannung au, so daß Störimpulse gedämpft werden, die den Basen der Transistoren 84 und 85 zugeführt sind. Als Arbeitswidsrständs für die Kollektoren der Transistoren Qk und 85 sind Koaxialkabel 93 und $k vorgesehen. Wie aus Figur 1 hervorgeht, sind Widerstände 96 und 97 in Serie mit den Koaxialkabeln 95 und $k geschaltet« die mit einem Anschluß fur ein« Spannung von beispielsweise plus 6 Volt verbunden sind.

Wenn aus einer bestirnten Speicherzelle die dort gespeicherte Information ausgelesen werden soll, wird derjenigen Vortleitimg ein Stroniapuls zugeführt, die an dieser Speicherselle vorbei

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läuft. Wenn dagegen in eine vorgegebene Speicherzelle eine Information eingesehrieben werden soll» werden Stromimpulse sowohl der Wortleitung als auch der Bit leitung stage führt, die an dieser Speicherzelle vorbeilaufen·

Vie nun in den magnetischen Dünnechichtspeiehersellen, die in der Figur 1 dargestellt sind« Informationen eingespeichert werden, und wie diese Informationen wieder ausgelesen werden, wird nun an Hand der Diagrams aus Figur 8 und an Hand der Figuren 3 bis 7 beschrieben» in denen die Dünnschichtspeicher» aellen vergrößert dargestellt sind. Ein kleiner Ausschnitt UQB magnetischen Dünnschichtspeichers 65 aus Figur 1 ist in den Figuren 3 bis 7 vergrößert dargestellt worden» um besser seigen su können, wie die g&sise Anordnung arbeitet. Wenn auf keiner der Leitungen, die en den Speieherseilen vorbei laufen, ein elektrischer Strom vorhanden ist, sind die Moleküle in den Speicherzellen parallel «ur leichten Achse orientiert, die in den Figuren 3 bis 7 dargestellt ist· Diese Moleküle können so ausgerichtet sein* daß si· parallel sur leichten Achse entweder nach oben oder nach unten seigen. Die Figur seigt die Ausrichtung der Moleküle« wenn in den Speichersellen 66 und 67 eine binäre 0 gespeichert ist. Die Moleküle in der Speichereell· 66 seigen parallel sur leichten Achse nach unten» während die Holekaie in der Speicher*·!!« 67 parallel sur leichten Achse nach oben ««igt. Zu diesem Zeitpunkt führen weder die * tforttteitaang 6$ nsch di@ Bitleitungen 61 und 62 Strom.

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In den Figuren 3 bis 6 sind nun eine Anzahl von Schritten dargestellt, die verwendet werden, wenn die in den Speicherzellen eingespeicherte Information von einer binären 0 (dargestellt in Figur 3 ) in eine binäre 1 geändert werden soll ( dargestellt in Figur 6). Im ersten Schritt werden die Moleküle in den Speicherzellen 6 und 7 durch einen Strom I 1 auf der Wortleitung 94 in die horizontale Stellung herumgedreht, wie es in Figur 4 dargestellt ist. der Strom I 1 erzeugt um die Wortleitung 64 herum ein Magnetfeld, in dem sich die Moleküle der Speicherzellen 66 und 67 horizontal ausrichten.

Im zweiten Schritt werden die Bitleitungen 61 und 62 Ströme I 3 und I 4 augeführt, während in der Wortleitung 64 noch der Strom I 1 fließt. Die Ströme I 3 und I 4 erzeugen um die Leitungen 61 und 62 herum magnetische Felder. Das Hagnetfeld um die Bit leitung 61 bewirkt zusammen mit dem Magnetfeld um die Leitung 64 herum, daß sich die Moleküle in der Speichereelle 66 etwas nach oben ausrichten, wie es in der Figur 5 dargestellt ist. Das Magnetfeld um die Bitleitung 64 bewirkt dagegen zusammen mit dem Feld um die Leitung 64 herum, daß sich die Moleküle in der Speicherzelle 67 etwas nach unten ausrichten.

Im dritten Schritt fließen auf den Bitleitungen 61 und 62 noch die Ströme I 3 und 14, während die Wortleitung 64 keinen Strom mehr führt. Das Magnetfeld und die Bitleitung 6l herum sorgt dafür, daß sich die Moleküle in der Speicherzelle 66

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naeh oben ausrichten, während die Moleküle in der Speicherzelle 67 durchdas Magnetfeld um die Leitung 62 herum nach unten ausgerichtet werden. Fließen jetzt auf den Bitleitungen 61 und 62 die Ströme I 3 und I 4 nicht mehr, so bleiben die Moleküle längs der leichten Achse in der Orientierung liegen, die in der Figur 6 dargestellt ist. Man sieht also, daß durch den Strom I i auf der Wortleitung 64 zusammen mit den Strömen 13 und I 4 auf den Bitleitungen 61 und 62 die Moleküle in den Speicherzellen 66 und 61 aus der Orientierung nach Figur 3 und die Orientierung nach Figur 6 gebracht werden«

\>lenn man die Information wieder auslesen will, die in den Speichersellen 66 und 67 gespeichert ist, wird der Wortleitung 64 ein Stromimpuls I 1 zugeführt. Der Strom I 1 ruft ein magnetisches Feld hervor, das die Moleküle aus der senkrechten Orientierung in die horizontale Orientierung hineindreht, die in der Figur 7 dargestellt ist. Die Moleküle werden somit in der Speicherzelle 66 im Uhrzeigersinn herumgedreht, und dabei wird in der Bitleitung 61 ein Stromimpuls induziert * der von rechts nach links fließt, wie es in der Figur 7 dargestellt wird. In der Speicherzelle .67 werden die Moleküle dagegen in der entgegengesetzten Uhrzeigerrichtung herumgedreht_s so daß in der Bitleitung 62 ein Stromimpuls induziert wird, der von links nach rechts fließt. Dieses ist in Figur 7 ebenfalls dargestellt. Der Strom I 1 kann also dazu verwendet

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werden, auf den Bitleitungen 61 und 62 Stromimpulse zu induzieren, die die Drehrichtung der Moleküle in den Speicherzellen und damit die Art der binären Information angeben* die in den Speicherzellen 66 und 6J gespeichert war.

Wenn die Information ausgelesen werden soll, die in den ν Speicherzellen 5^ und 55 eingespeichert ist, wird an die wortleitung 52 ein Strom I 2 angelegt. Der Strom I 2 induziert in den Bitleitungen 49 und 50 jeweils einen Stromimpuls, wie es gerade beschrieben wurde. Der Gegentaktverstärker 11 ist nicht in der Lage, gleichzeitig eine Information auf den Speicherzellen 54 und 55 und eine Information auf den Speicherstellen 66 und 67 auszulesen.

Die in den Bitleitungen induzierten Stromimpulse rufen einen Spannungsimpuls hervor, der die Bitleitungen entlang läuft. Da die Bitleitungen 61 und 62 an den Signaleingängen 27 und 29 durch Widerstände abgeschlossen sind, die höher als die Wellenwiderstände der- Leitungen sind, werden die Spannungsimpulse verzerrt, die auf auf den Bit leitungen entlang laufen. Der verzerrte Impuls, der am Ende der Bitleitungen 6l und 62 an den Signaleingängen 27 und 29 den eingehenden Spannungsimpuls darstellt, kann als die Summe einer einlaufenden und einer reflektierte» Spannung aufgefaßt werden. Die einlaufende Spannung: ist der Spannungsimpuls, der auf den Bitleitungen 61 und

6su den Signaleingängen 27 und 29 läuft. Die reflektierte Spannung ist ein Spannungsimpuls, der von der Fehlanpassung an den Signaleingängen 27 und 29 her auf die Widerstände 6$ und 70 zu läuft und durch Heflektion der einlaufenden Spannung an der Fehlanpassung erzeugt wird. Die tatsächlich auf den Bitleitungen 61 beziehungsweise 62 anliegenden Spannungen sind daher die Summe aus den einlaufenden und den reflektierten Spannungen» Wenn man daher die Bitleitung mit einer Impedanz abschließt, die größer als der Wellenwiderstand der Bitleitung 1st, erhält man am Ende der Bitleitung einen verzerrten Spannungsimpuls, dessen Aplitude höher als die Amplitude desjenigen Impulses ist, der ursprünglich von den in den Bitleitungen und 62 induzierten Strömen hervorgerufen wurde.

Wenn die Abechlußimpedanz unendlich groß ist, wenn also beispielsweise das Ende der Bitleitungen 6l und 62 offen 1st, sind die Amplituden der einlaufenden und der reflektierten Welle an diesem Ende der Leitung gleich groß, und die einlaufende und die reflektierte Welle weisen die gleiche Phase auf. Ale Ergebnis hiervon findet eine arithmetische Addition der beiden Wellen statt, so daß die resultierende Spannung, die an den Signaleingängen 27 und 29 nur Verfügung steht, doppelt so hoch wie die einlaufende Spannung ist. Hit wachsendem Abstand vom offenen Ende der Bitleitungen eilt die Phase der einlaufenden Welle vor, während di· Phase der reflektierten Well· entsprechend

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«15-

surück bleibte Die Vektorsumme dieser- beiden Spannungen ist dann geringer als ihre arithmetische Summe»

Eine genauere Erklärung sowie mathematische Ausdrücke, mit denen man die Reflexioneseigenschaften einer Fehlanpassung zwischen einer Last und zwei Leitungen beschreiben kann, die aur übertragung von Signalen verwendet werden, findet sich in dem Buch "Electrical and Electronic Engineering", H. Auflage, Kapitel 4, im besonderen Seite 82 bis 95» von Frederick E, Terman, das im Jahre 1955 im Verlag MacGraw-Hill Book Company erschienen ist»

Der Gegentaktverstärker II aus Figur 1 verstärkt diejenigen Spannungen, die von den in den Bitleitungen 61 und 62 induzierten Strömen hervorgerufen sind. Der Gegentaktverstärker 11 erzeugt aus diesen Spannungen Ausgangssignale, die die Art der Information angeben, die in den Speicherzellen gespeichert worden sind. Außerdem schwächt der Gegentaktverstärker 11 Signale aus der Bittreiberstufe 12 und andere Störsignale oder Rauschen ab, so daß diese Störsignale an den Verstärkerausgängen ή? und 48 nicht erscheinen.

Wie nun der Gegentaktverstärker arbeitet und wie das Ein schreiben und aus Auslesen der Information in die Speicherzellen hinein bzw. aus ihnen heraus vorsichgehen, soll nun

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anhand der Diagramme ach Figur 8 erläutert werden. Diese Diagramme stellen den zeitlichen Verlauf verschiedener Spannungen bzw. Ströme an verschiedenen Stellen der erfindungs gemäßen Schaltungensanordnungen dar.

Xrapulszug A zeigt scheraatisch den Spannungsverlauf an den Ausgängen 79 und 80 der Bittreiberstufe 12.

Impulsssüge B und G zeigen die Ströme I 1 und I 2 die von den Worttreiberstufen 15 bzw. 14 geliefert werden.

Impuisisüge D und E aeigen die Ströme I 3 und I 5 auf den Bitleitungen 61 und 49.

Impuls ssttge F, E, H und J zeigen graphisch den zeitlichen Verlauf der Signalspannungen an den Signaleingängen 27, 29, 26 und 28.

Impulszüge K und L zeigen den zeitlichen Verlauf der Spannungen an den Signalausgängen 47 und 48 des Brücken Verstärkers 17.

Impulssüge M und N zeigen den zeitlichen Verlauf der Spannungen an den Ausgängen 98 und 99 des Differenzverstärker 18.

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Wenn an den Eingängen 2β bis 29 des Verstärkers Ii kein Signal anliegt, führt jeder der Transsistoren 20 bis 23 praktisch den gleichen Strom. Von der Klemme 30 fließt durch den Widerstand 31 ein Strom 1 31 bis au Sjhaltpunkt hin» Dort teilt sich der Strom. Ein Teil des Strom I 31 fließt vom Kollektor zum Emitter des Transistors 20 und durch die Widerstände 35 und 38 hindurch zur Klemme 4i. Von der Anschlußklemme 30 fließt ein Strom I 32 durch den Widerstand 32 hindurch ssum Schaltpunkt 34. Dort teilt sich dieser Strom» Ein Teil des Stromes Ϊ 32 fließt vom Kollektor gum Emitter des Transisotrs 23 und durch die Widerstände 43 und 44 hindurch ssu Anschluß 41. Ein anderer Teil des Stromes Ϊ 32 fließt vom Sehaltpunkt 34 aus über die Kollektor-Emitter -Strecke des fransistors23 und durch die Widerstände und 38 hindurch zur Anschlußklemme 41. Die Ströme I 31 und I 32 rufen die Spannungsabfälle hervor, die an den Widerständen 31 und 32 dargestellt sind. Wenn der Strom I 31 und der Strom I 32 gleich groß sind, ist der Spannungsabfall am Widerstand 31 gleich dem Spannungsabfall am Widerstand 32, so daß die Spannung am Signalausgang 47 gleich der Spannung am Signalausgang 48 ist.

Wenn auf den Bitleitungen 49 und 50 oder den Bitleitungen 61 und 62 Stromimpulse induziert werden werden_s ändern sich die Ströme I 31 und X 32, so daß die Spannung am Signalausgang

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47 nicht mehr gleich der Spannung am Signalausgang 48 ist. Wenn beispielsweise in den Bitleitungen 61 und 62 aus Fig. Ströme I 3 und I 4 induziert werden, erhöht der induzierte Strom I 4 den Strom zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 23· Wenn der Strom zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors anwächst, wächst auch der Strom I durch den Transistor 23 an. Der induzierte Strom I 3 vermindert dagegen den Strom zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 21« Diese Abnahme des Basis-Emitters-Stromes des Transistors 21 vermindert den Strom I 31 im Transistor 21. Das Anwachsen des Stromes I 32 ruft am Widerstand 32 einen erhöhten Spannungsabfall hervor, so daß die Spannung am Signalausgang 48 abnimmt. Die Abnahme des Stromes 31 ruft dagegen einen geringeren Spannungsabfall am Widerstand 31 hervor, so daß die Spannung am Signalausgang 47 zunimmt. Der Betrag, um den der Strom I 32 zunimmt, ist praktisch gleich dem Betrag, um den der Wert des Stromes I 31 abnimmt, so daß der Strom durch den Widerstand 44 unabhängig davon praktisch immer der gleiche ist, ob auf den Bitleitungen Ströme induziert sind oder nicht. Wenn in den Bitleitungen 49 und 50 Ströme I 5 und I 6 induziert werden, nimmt die Spannung am Signalausgang 48 zu und &m Signalausgang 47 ab.

Wenn die Spannungen von den Ausgängen 78 bis 81 der Bittreibewjtufe 12 den Signaleingängen 26 bis 29 des Gegen-

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taktVerstärkers 11 augeführt werden, ändert sich weder im Widerstand 31 noch imWiderstand 32 der Strom merklich. Wenn beispielweise der positive Impulszug groß A aus Fig. 8 der Basis des Translators 21 zugeführt wird, wächst der Kollektor Emitter-Strom im Transistor 21 an. Die negative Spannung, die dann der Basis des Transistors 20 zugeführt wird, ruft einen entsprechenden Stromabfall zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Tansistors 20 hervor. Der Strom I 31 durch die Transistoren 20 und 21 und durch den Widerstand I 31 bleibt praktisch konstant, so daß auch die Spannung am Signalausgang praktisch konstant bleibt. Zu diesem Zeitpunkt ruft die positive Spannung an der Basis des Transistors 22 ein Anwachsen des Kollektor-Emitter-Stromes des Transistors 22 hervor, und die negative Spannung an der Basis des Transistors 23 sorgt für eine entsprechende Stromabnahme zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transostors 23· Der Strom I 32 der durch die Transostoren 22 und 23 sowie durch den Widerstand 32 durchfließt, bleibt praktisch konstant, so daß auch die Spannung am Signalausgang Ί8 praktisch konstant bleibt.

Die Widerstände zwischen denm Anschluß hl und den Emittern der Transistoren 20 - 23 sorgen dafür, daß die Transistoren in den Brückenverstärkern 17 nicht in die Sättigung übergehen. Diese Widerstände rufen eine Qegenkopplungsspannung hervor, so daß sich die Emitterspannung eines Transistors ändert, wenn

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sich die Basisspannung dieses Transistors ändert. Wenn die Bittreiberstufe 12 an den Anschlüssen 78 bis 82 beispielsweise Spannungen verhältnismäßig großer Amplitude mit einer Polarität abgibt, die im Impulssug A aus Fig. 8 dargestellt ist, sperrt die negative Spannung, die der Basis des Tranaistors 23 zugeführt ist, diesen Transistor 23. Die positive Spannung, die der Basis des Transistors 21 sugeftihrt wird, ruft ein Anwachsen des Stromes durch den Transistor 21 und durch die Widerstände 42 und 44 hervor. Dieser Stroraanstieg erhöht seinerseits den Spannungsabfall an den Widerständen 42 und 44, so daß die Spannung am Emitter des Transistors 21 anwächst und eine Sättigung des Transistors 21 verhindert. Zur gleichen Zeit wird der Transistor 23 von der negativen Spannung an seiner Basis gesperrt. Die positive Spannung an der Basis des Transistors 22 ruft einen Stromanstieg durch den Transistor 22 und durch die Widerstände 36 und 38 hindurch hervor. Durch diesen Stromanstieg wird auch der Spannungabfall an den Widerständen 36 und 38 größer, so daß die Sättigung des Transistors 22 verhindert ist» Der Stromanstieg in den Transistoren 21 und 22 führt auf einen höheren Spannungsab fall an den Widerständen 31 und 32_s so daß die Spannungen an den Signalausgängen 4? und 48 abnehmen. Die Spannung am Ausgang 4? nimmt praktisch um den gleichen Betrag wie die Spannung am Ausgang 48 ab»

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&-&V räumliohen. Anordnung der Wortleltungon und der

Bitleitungen lsi der Sühaltungsanordnung nach Fig» I besteht; ssvriääeh-sii ύ&η Wortleitungen und den benachbarten Bit leitungen eine Sfcyeiikap&ssifcäto Die Streukapazität «wischen dieami Leitungen ist durch die gestrichelten Linien und die gestrichelt dargestellten Kondensatoren 59 und 60 dargestellt, Durch diese Streukapasltät 'können. Störimpulse oder ■ Rau&Qhcm von der Wort- !©itiang 52 "au ü*ni Bitlöitungen ^9 und 50 gekoppelt werdsn. Anders Sfereakapiisitäten bestehen awiöclme der Wortiei'feiuig 6¹I und den- Bitleitungen 6± nnü 62. Dieses ist aber nieht dargestellt. Immer daim, wann an die Wort leitung ein Stromimpui» abgegeben wird3 wird ein Störimpuls durch diese Streukapasität in ein Bitleifenngspaar eingekoppelt.

us Uli! Rauschen» die durch einen Strom In üon Wortin die Bitleitungen eingekopplt werden» neben sish dureh die Wirkung des Brüekenvsrstärkers 11 gegenseitig auf. Wenn beispielsweise in der Wortleitung 52 der Strom I 2 fließt ₉ kann durch die Kapazitäten 59 und 60 «sine positive Spannung in die Bit leitungen ¥j und 50 elngekoppeit werden, so da& dieac positive Spannung den Signaleingängen 26 und 28 zugeführt wird, Dies© positive Spannung an den Signaleingängers 26 und 28 vergrößert den Strum I 32 und den Strom X 31 durch die Transistoren 22 und 20 und durch den Widerstand 28 hindurch» Der Stromanetieg im Widerstand 38 führt auf einen höheren Spannungsabfall am

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Widerstand 38, so daß die Spannungen an den Emittern der Transistor« 20 und 22 größer werden. Dieses Anwachsen der Emitterspannungen der Transistoren 20 und 22 bedingt eine Qegenkopplungsspannung zwischen den Basen und den Emittern der Transistoren 20 und 22, so daß die Ströme I 31 und I 32 nur aehr wenig anwachsen» Wenn die Sfcreukapasdtät 59 und die Strsukapaaität 69 praktisch gleich groß sind, ist die Spannung_s die der Basis des Transistors 20 zugeführt ist, der Spannung praktisch gleich, die der Basis des Transistors 22 augeführt wird, Dadurch wird der Strom durch den Widerstand 31 und die Kollekfcor-Emitter-Strecke des Transistors 20 praktisch gleich dem Strom durch den Widerstand 32 und durch die Kollektor-Emitter-Streekö des Transistors 22, Der Spannungsabfall am Widerstand 3i ist dann praktisch gleich dem Spannungsabfall am Widerstand 32 und die Spannung am Signalausgang 47 ist praktisch gleich der Spannung am Signalausgang 48. Störimpulse und Rauschen^ die den Signaleingängen des Verstärkers 1? ssugeführfc werden, rufen daher zwischen den Spannungen an den Signalausgängen 4? und 48 keine Differenzen hervor.

Die Signale an den Signalausgängen 4? und 48 der Verstärkerstufe 17 werden im Differenzverstärker l8 weiterhin verstärkt. Dabei werden Störimpulse und Rauschen noch weiter abgeschwächt. Wenn den Signaleingängen 2β bis 29 des Versträkers 17 keine Eiiigangsignals zugeführt sind, sind die Arbeitspunkte der Transistoren 84 und 85 der DiffsranäVörstärkerstufe 18 so

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eingestellt, daß sie durch die Spannungen an den Signalausgängen hf und 48 leiten. Ein Strom I 96 fließt von den Anschlußklemme ;.00 her durch den Widerstand 96 und das Koaxialkabel 93 hindurch, weiter durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 04 und durch die Widerstände 87 und 90 zum Anschluß 92» Ein Strom I 97 fließt vom Anschluß 100 durch den Widerstand 97 und das Koaxialkabel 94 durch, weiterhin durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 85 und durch die Widerstände 88 und 90 hindurch zum Anschluß 92. Wenn an den Signaleingängen 26 bis 29 der Verstärkerstufe 17 keine Signale anliegen, sind die Spannungen an den Signalausgängen 47 und 48 praktisch gleich, wie es bereits erläutert wurde. Dadurch ist auch der Wert des Stromes I 96 praktisch gleich dem Wert des Stromes I 97* so daß der Spannungsabfall am Widerstand 96 praktisch gleich dem Spannungsabfall am Widerstand 97 ist. Die Spannung am Ausgang 98 des Differenzverstärker ist daher etwa gleich der Spannung am Signalausgang 99·

Ein Signal, das den Signaleingängen 26 und 28 oder den Signaleingängen 27 und 29 sugeführt wird, ändert die Spannungen an den Signalausgängen 47 und 48, wie es bereits erläutert wurde. VIenn sich die Spannung an den Ausgängen 47 und 48 ändert, ändert sich auch die Spannung an den Signalausgängen 98 und 99 der Differenaverstärkerstufe« Wenn beispielsweise Signale den Signaleingängen 27 und 29 zugeführt werden, wächst die Spannung am Signalausgnag an und nimmt am Signalaußgang 48 ab, und der

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Strom I 96 im Transistor 84 wächst an. Wenn der Strom I 96 anwächst, wird der Spannungsabfall am Widerstand 96 größer und die Spannung am Ausgang 98 nimmt ab» Wenn die Spannung am Signalausgang 48 abnimmt, wird auch der Strom I 97 durch den Transistor 85 kleiner. Dann nimmt auch der Spannungsabfall am Widerstand 97 ab und die Spannung am Ausgang 99 nimmt zu, so daß die Spannung am Ausgnag 99 größer als die Spannung am Ausgang 98 ist.

Die Differenzverstärkerstufe 18 schwächt nun Rauschen und Störimpulse ab, die den Signalausgängen 47 und 48 zugeführt sein können. Wenn beispielsweise Störimpulse die Spannungen an beiden Signalausgängen 4? und 48 größer werden lassen, werden die Basis-Emitter-Ströme in den Transisotren 84 und 85 etwas größer. Dadurch wachsen auch die Ströme I 96 und I 97 in den Kollektor-Eraitter-Strecken der Transistoren 84 und 85 etwas an und auch der Strom durch den Widerstand 90 wird größer. Damit wächst der Spannungsabfall am Widerstand 90 an, wodurch ein Anwachsen der Emitterspannungen für die Transistoren 84 und 85 bedingt ist. Die Emitterspannungen für die Transistoren 84 und 85 nehmen fast um den gleichen Betrag wie die Spannungen an den Signalausgängen 4? und 48 zu, so daß die Ströme I 96 und 197 nur sehr wenig anwachsen. Dadurch ändern sich die Spannungsabfälle an den Widerstände 96 und 97 ebenfalls nur sehr wenig. Die Spannungsabfälle an den Widerständen 96 und

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97 ändern sich daher weniger als die Spannungen an den Signal ausgängen #7 und 48, so daß.Störimpulse und Rauschen geschwächt werden.

In der Figur 2 ist eine andere Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach Figur 1 dargestellt, und zwar sind die Widerstände 38 und ¹Mi in der Verstärkerafcufe 17 aus Figur 1 durch zwei Quellen 24 und 25 für konstanten Strom im Verstärker i?a srsetst worden* Diese Quellen für konstanten Strom erhöhen die Gegenkopplung im Verstärker 17a, so daß Sfcörirapulsa, die den Signaleingängen 26 bis 2$ zugeführt werden, in der Verstärkerstufe 17 a noch stärker gedämpft werden als in der Verstärkerstufe 17 aus Figur Io Wenn beispielsweise durch die Streukapazitäten 59 und βο den Signaleingängen 26 und 28 positive Störimpulse zugeführt werden, werden diese positiven Spannungen den Basen der Transistoren 20 und 22 augeführt. An und für sich würden positive Basisspannungen die Kollektor-Emitter-Ströme in den Transistoren 20 und 22 erhöhen. Diese Ströme für die Transistoren 20 und-22- kommen jedoch aus der Quelle 24 her, die nur einen konstanten Strom abgibt. Der Strom aus der Quelle 24 kann sich daher nicht ändern, so daß auch die Ströme durch die Transistoren 20 und 22 nicht anwachsen können. Damit ändern sieh auch die Ströme in den Widerständen 31 und 32 nichtο Die Spannungsabfälle an den Widerständen 3i und 32 und damit die Spannungen an den Signalausgängen 47 und 48 bleiben daher konstant.

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Die Signalströme in den Bitleitungen 49 und 50 werden im Verstärker 17 a auf die gleiche Weise wie im Verstärker 17 aus Figur 1 verstärkt. Wenn beispielsweise in den Bitleitungen 49 und 50 die Ströme I 5 und I 6 induziert werden, nimmt der Strom durch den Transistor 20 zu und der Strom durch den Transistor 22 entsprechend ab. Der Qesamtstrom zur Stromquelle 24 bleibt konstant. Der Stromanstieg des Transistors 20 hat einen Stromanstieg im Widerstand 31 zur Folge, so daß der Spannungsabfall am Wiederstand 31 größer wird und die Spannung am Signalausgang 47 kleiner wird. Die Stromabnahme im Transistor 22 hat eine Stromabnahme im Widerstand 32 zur Folge, so daß der Spannungsabfall am Widerstand 32 abnimmt und die Spannung am Signalausgang 48 anwächst.

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Claims (10)

177A597 Patentansprüche SISBSISSSSSISXSSSSSBSSeSSCESS -

1. Leseverstärker für einen magnetischen Speicher, bei dem swei Speicherzellen für die Speicherung eines binären Bits verwendet sind« mit zwei Bitleitungen und einer Wortleitung, die mit den beiden Speicherzellen magnetisch gekoppelt sind, wobei der Leseverstärker zwei Eingänge aufweist,. die mit den Bitleitungen verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet, daß vier Transistoren vorgesehen sind, die als Gegentakt-Brückenverstärker angeordnet sind, daß die Kollektoren der ersten beiden Transistoren über einen Schaltzweig mit einem Anschluß für ein festes Potential verbunden sind, der sum Teil von den Kollektorströmen der beiden Transistoren einzeln und sun Teil von den Kollektorströmen der beiden Transistoren gemeinsam durchflossen ist, wobei der Teil des Schaltsweiges, der von den Kollektorströraen der beiden ersten Transistoren gemeinsam durchflossen ist, einen Widerstand aufweist und der Vsrbindungspimkt zwischen den von den einzelnen Kollektorströmen durchflossen·» Schaltzweigteilen und den von beiden Kollektorströmen gentinsüsi durohflossenen Schaltzweigttil den einen Brückenverstärkerauegang darstellt, daß die Kollektoren der anderen beiden Transistoren über einen Schaltzweig mit einem Anschluß für «in festes Potential verbunden sind, der genau so wi· d«r Sohaltswttig

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für die Kollektoren der ersten beiden Transistoren ausgebildet ist und einen symmetrisch angeordneten siweiten Ausgang für den Brückenverstärker aufweist, daß die Emitter des «weiten und des dritten Transistors durch einen aus einzelnen Widerständen aufgebauten Schaltzweig verbunden sind, von denen der eine Widerstand von den Emitterströmen beider Transistoren und andere Widerstände jeweils nur vom Emitterstrom eines Transistors durchflossen ist, daß die Emitter des ersten und des vierten Transistors über einen Schaltssweig miteinander verbunden sind, der genau so wie der Schaltsweig für die Verbindung der Emitter des aweiten und des dritten Transistors aufgebaut ist, und daß die Eingänge des Leseverstärkers mit den Basen des ersten und des vierten Transistors verbunden sind.

2. Leseverstärker nach Anspruch !,.dadurch gekennseich.net, daß die von den Kollektorströmen der einzelnen Transistoren einzeln durchflossenen feile der Schaltsweige zur Verbindung der Kollektoren Leitungen sind.

3. Leseverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Eedtteratrömen zweier Transistoren gemeinsam durchflossenen Teile der Schalteweige sur Verbindung der Emitter jeweils einen Widerstand aufweisen» der mit einem BesEugepetential verbunden ist.

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4. Leseverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die von den Emitterströmen zweier Transistoren gemeinsam durchflossenen Teile der Schalt tsweige zur Verbindung der Emitter jeweils eine Quelle für konstanten Strom aufweisen.

Si. Leseverstärker nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis H, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differenzverstärker mit zwei symmetrisch eingestellten transistoren vorgesehen ist, deren Basen mit den Ausgängen des Brückenverstärkere gekoppelt sind und in deren Kollektorkreisen Widerstände angeordnet sind, so daß iswei im Gegentakt arbeitende Laseversfeärkerausgänge entstehen.

6. Leseverstärker nach Anspruch 5 »dadurch gekennzeichnet* daß der KoXloktorkrei» «ines jeden Transistors eine übertragungsleitung und einen Widerstand aufweist, der mit eine« Funkt fester Spannung verbunden ist, und daß die Schalfcpimkfce swisehen den übertragungeltitunDÜH ' und den Widerständen die beiden Ausgange des L«8ev«retlrk«rj darstellen.

7* Magnetspeichersystem nit Speicherzellen, Bitleitungen und einer Wortleitung, die an eine sum Einschreiben in die Speichersellen oder zum Auslesen von Informationen aus den Speicherzellen verwendete Worttreiberstufe angeschlossen ist, weiterhin mit einem Leseverstärker nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis β und einer Bittreiberstufe zum Einschreiben von Informat ■

tionen in die Speicherzellen, die über die Bitleitungen zwei entgegengesetzt gepolte Impulse abgibt, die als Störimpulse in den Leseverstärker einkoppelbar sind, ' dadurch gekennzeichnet, daß die Bittreiberstufe über zwei signalführende Leitungen alt den Basen des zweiten und vierten Brückenverstärkertransistors verbunden ist, und daß die ganze nordnung so getroffen ist, daß die Signale, die den Basen des ersten und des dritten Brückenverstärkertransistors mit gleicher Phase und Anplitude ) zugeführt sind, den praktisch gleich großen Signalen gegenphaaig sind, die den Basen des zweiten und des dritten Brflekenverstärkertransistore zugeführt sind.

8. Hagnet speichersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bittreiberstuf· «wei jeweils mit einer Mittelanzapfung versebene Sekundärwicklungen aufweist, und daß die Enden dar einen Sekundärwicklung mit den Basen des ersten und des dritten Brückenveratärkertraneiitort und die Ende der «weiten Sekundärwicklung ill den Biüi Üi

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zweiten und des vierten Erückenverstärkertr-ansistors verbunden sind. " -

9« Hagnetspeichersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Speieherzellenpaar vorgesehen ist, mit den eine weitere Wortleitung und ex ei. weitere Bitleitungen magnetisch gekoppelt sind, und daß die beiden zusätzlichen Bitleitungen mit den Basen des zweiten und des dritten Brückenverstärkertransistors verbunden sind, so daß vom Leseverstärker entweder aus dem ersten oder aus de« zweiten Speicherzellenpaar Informationen auslesbar sind.

10. Leseverstärker nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dal die Eingangsimpedanzen des Brückenverstärkers so gewählt sind, daß die Bitleitungen mit einem Widerstand abgeschlossen sind, der ungleich dem Wellenwiderstand der Bitleitungen ist, und dft! die Bitleitungen an ihrem anderen Ende mit einem ihrem Wellenwiderstand entsprechenden Widerstand abgeschlossen sind.

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