DE1955490A1

DE1955490A1 - Festwertspeicher mit Dioden

Info

Publication number: DE1955490A1
Application number: DE19691955490
Authority: DE
Inventors: Luisi James Allen; Cassen Quentin Cumming; Salman Naif Diab
Original assignee: North American Rockwell Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1968-11-12
Filing date: 1969-11-04
Publication date: 1970-11-19
Also published as: NL6916625A; JPS5545998B1; DE1955490B2; FR2023105A1; GB1246891A; BE740906A

Description

17 993 NORTH AKERIOAN ROCKWELL CORPORATION, El Segundo, Calif./U.S.A.

Festwertspeicher mit Dioden

Die Erfindung betrifft einen Festwertspeicher mit Dioden und mehreren elektrisch leitenden Zeilen und Spalten. Insbesondere betrifft die Erfindung einen als integrierte Schaltung ausgebildeten mikrominiaturisierten Dioden-Festwertspeicher .

Festwertspeicher, worunter Speicher zu verstehen sind, die nur gelesen und nicht beschrieben werden können, sind

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insbesondere flir bestimmte Aufgaben in digitalen Rechenanl'agen zweckmäßiger als Speicher mit aufwendigen elektronischen Schreibvorrichtungen. Beispielsweise sind sie billiger, kleiner und leichter und haben den Vorteil höherer Arbeitsgeschwindigkeit, größerer AuBgangssignale, geringerer Leistung und besserer Strahlungshärte.

Es ist ein mikrominiaturisierter integrierter Diodenmatrixkreis bekannt, der auf einem einzigen elektrisch isolierenden Einkristallsubstrat hergestellt ist. Eine Vielzahl von Diodenelementen bilden auf dem Substrat ein Diodenfeld hoher Packungsdichte. Ferner befindet sich auf dem Substrat ein erster Satz elektrischer Leiter, von denen jeder elektrisch mit der einen Klemme jeder Diode in einer entsprechenden Zeile der Matrix verbunden ist. Ein zweiter Leitersatz kreuzt diesen ersten Säz und ist elektrisch von ihm isoliert. Jeder Leiter des zweiten Satzes ist an den zweiten Pol ausgewählter Diodenelemente in der entsprechenden Spalte angeschlossen. Von jeder Zeile und jeder Spalte muß jeweils ein einzelner elektrischer Leiter zu einem elektrischen Verbindungspunkt führen. Durch die Notwendigkeit dieser Leiter wird die Anzahl der Dioden eingeschränkt, die in einem gegebenen Bereich des Substratmaterials nutzbar angeordnet werden können. Eine einmalig vorhandene Einrichtung zur Verbindung der Zeilen und Spalten der Matrix miteinander, die die für den Betrieb der Matrix erforderliche Anzahl der Leiter auf ein Minimum herabsetzt, ohne die uneingeschränkte Funktionsfähigkeit der Matrix zu beeinträchtigen, wäre ein wesentlicher Fortschritt. Die Erfindung bezweckt, eine solche Einrichtung anzugeben.

Ein Festwertspeicher gemäß der Erfindung enthält mehrere leitende Zellen und Spalten und ist in vier Quadranten unterteilt, die ihrerseits in gleiche Sektoren unterteilt

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sind. Ferner ist eine Einrichtung zur Parallel-koinzidenzauswahl oder zur gleichzeitigen parallelen Auswahl einer Reihe und Spalte in jedem dieser Sektoren vorgesehen. Mehrere Diodeneinrichtungen verbinden an gewünschten Stellen einzeln jede Zeile mit jeder Spalte. An die Zeilenleiter jedes Sektors ist eine Leseeinrichtung angeschlossen, welche das Vorhandensein oder Fehlen einer Diode in jedem Sektor feststellt, wenn eine Zeile und eine Spalte gewählt worden sind.

Die Erfindung schafft ein Diodenfeld, in welchem an der Ausgabeklemme beim einen Binärzustand praktisch das gesamte Abfragepotential zur Verfügung steht, während beim anderen Zustand ein vernachläsäigbar geringes Potential vorhanden ist, und einen Pestwertspeicher, welcher Datenworte beliebig wählbarer unterschiedlicher Länge speichern kann.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung nunmehr näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt ini

Pig. 1 ein schematisches Schaltbild des einen Quadranten eines Festwertspeichers;

Pig. 2 ein vereinfachtes schematisches Schaltbild des Pestwert speichers j

Pig. 3 ein Blockschaltbild des Speichers;

Pig. 4 ein Blockschaltbild des Speichers, dessen einzelne Blöcke so miteinander verbunden sind, daß sich eine Speicherkapazität von 256 Viorten ergibt;

Pig. 5 einen Speicher, dessen Blöcke so miteinander verbunden sind, daß sich eine Kapazität von 512 Yiorten ergibt; und

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Fig. 6 einen Speicher, dessen Blöcke so zusammengeschaltet sind, daß die Speicherkapazität 1 024 Worte "beträgt.

In Pig. 1 ist zur Vereinfachung nur einer von vier gleichartigen Quadranten 10 der Diodenmatrix dargestellt. Der Quadrant 10 ist in zwei Sektoren A und B unterteilt. Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht jeder Sektor aus acht Leiterzeilen und *echzehn Leiterspalten, die normalerweise voneinander isoliert sind und zunächst mittels Dioden 20 miteinander verbunden werden, die jede Zeile mit jeder Spalte koppeln. Die derart gebildete Diodenmatrix kann dadurch kodiert werden, daß entweder während der Metallisierung, beim Ätzen oder im Laufe der weiteren Bearbeitung an der Verbindungsstelle zwischen einer Zeile und einer Spalte der elektrische Anschluß an die Diode beseitigt wird. An dieser Stelle kommt also keine Verbindung zwischen der entsprechenden Zeile und Spalte zustande. Eine Einrichtung und ein Verfahren, die sich zum Kodieren eines mikrominiaturisierten Diodenfeldes der vorliegenden Art eignen, ist in der

U.S.Ai-Patentanmeldung vom 30. September 1968

mit dem Titel "Laser Encoding of Diode Arrays" (Anmelder: P. L. Chiaretta et al bzw. IJorth American Rockwell Corporation) beschrieben, wobei ausgewählte Dioden oder Diodenanschlüsse mit einem Impulslaserstrahl bestrahlt werden, um bestimmte Bereiche wegzubrennen. Es handelt sich um ein Kodierungsverfaliren, bei welchem mit diesen Bereichen die gewählte Verbindung und/oder Diode entfernt wird.

Eine Einrichtung zur gleichzeitigen parallelen Auswahl von Zeilen wird durch eine positive Spannungsquelle gebildet, die an die eine Klemme eines Schalters S1 angeschlossen ist, der seinerseits mit einer mit R1 bezeicli-

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neten Zeilenanschlußstelle verbunden ist. Entsprechende Schalter können an jede der Zeilenanschlußstellen R1 bis R8 angeschlossen sein. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, ist an die Anschlußstelle R7 eine zweite Zeilenwähleinrichtung angeschlossen, die aus einem Schalter S2 besteht, der in der dargestellten lage an einem Bezugspotential, nämlich Masse liegt, aber an eine andere Klemme umgelegt werden kann, die mit einer Quelle einer positiven Spannung +V verbun'den ist. Es sind zwar nur einfache Schalter dargestellt, doch können in der Praxis selbstverständlich aufwendigere elektronische Schalteinrichtungen zweckmäßiger sein.

Wenn beim Betrieb der Matrix die mit R1 bezeichnete Zeile gewählt werden soll, wird der Schalter S1 an die Spannung +V gelegt, so daß auf der Zeile 1 der Matrix und an den Polen einer an die Zeile 1 angeschlossenen Diode 20a ein positives Potential vom Wert +V erscheint. Die Diode 20a ist ferner an die Spalte 8 angeschlossen, die ihrerseits mit einer entsprechenden Spaltenanschlußstelle 08 verbunden ist. Eine Parallelkoinzidenz-Spaltenwähleinrichtung, also eine Einrichtung zum gleichzeitigen parallelen Auswählen von Spalten, besteht aus einem Schalter S4» dessen eine Klemme an Masse und dessen andere Klemme an der Spannung +V liegt. In der dargestellten Lage liegt der Schalter S4 an Masse, so daß ein Strom von der an die Anschlußstelle R1 angeschlossenen Spannungsquelle durch einen in der Zeile 1 liegenden Widerstand 11 und die Diode 20a über den Schalter S4 nach Masse fließen kann. Der Wert des Widerstands 11 ist im Vergleich mit dem Durchschlagswiderstand der Diode 20a extrem hoch. Am Widerstand 11 wird also der weitaus größte Teil der Spannung +V abfallen, während das am Ende der Zeile 1 liegende, dem Spannungsabfall an der Diode entsprechende Potential klein bezüglich der angelegten Spannung ist. Wenn die Spalte 8 kein

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Ausgangssignal liefern soll, wird der Schalter S4 in die +V-Stellung umgelegt, so daß eine Spannung angelegt wird, die gleich der Spannung an der Zeile ist, die * Diode 20a also praktisch gesperrt wird und kein Strom hindurchfließen kann· Hinter Isolationsdioden 28A liegt an einem Funkt 24 das jeweils höchste der Potentiale aller Zeilen des Sektors A. Die Spannung am Funkt 24 gelangt über eine Ausgangsanschlußstelle 01 zu einer Abtast- oder leseeinriehtung 4OA.

Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel wurden speziell die Zeilenanschlußstellen R1 und die Spaltenanschlußstelle C8 ausgewählt. In einem einzelnen Quadranten entsprechen der Zeile 1 aber zwei Zeilen, nämlich jeweils eine im Sektor/und im Sektor B. Dagegen wird in einem einzelnen Quadranten jedesmal nur eine einzelne Spalte gewählt. Würde also eine zweite Diode an die Zeile 1 des Sektors B und andererseits an die Spalte 02, die über den Schalter S3 an der Spannung +V liegt, angeschlossen, so würde die Diode 20c gesperrt, und es könnte kein Strom durch die Diode fließen. Weil aber die Diode 20b nicht angeschlossen ist, würde statt dessen ein Strom durch die Diode 28B zur Ausgangsanschlußstelle 02 und durch die Leseeinriehtung 4OB fließen, so daß ein hoher Potentialwert angezeigt würde. Befanden sich der Schalter S3 in der Masseposition und der Schalter S4 in der +y-Fosition, so hätte sich an der Anschlußstelle ein niedriger Patentialwert ergeben, was bedeutet, daß die Diode 20c vorhanden ist.

Gemäß der Darstellung sind zwei Dioden 19 vorgesehen, von denen die eine an den Spannungspunkt 24 und die andere an den Spannungspunkt 23 angeschlossen ist. Die Dioden 19 koppeln diese Punkte 23 und 24 mit einer Anschlußstelle D1, die Über einen Schalter S5 an Masse

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gelegt werden kann. Der Schalter S5 wird nach einem Lesezyklus "betätigt, um gegebenenfalls auf dem Speicher angesammelte Ladungen abzuführen. Ferner sind in alle Spalten-Leitungen Dioden 30 eingeschaltet, die einen Schutz darstellen, wenn in einer der Dioden ein Kurzschluß auftritt, und verhindern, daß die positive Spannung, die erscheinen würde, wenn der Schalter S4 an H-V liegt, durch die kurzgeschlossene Diode zu den Ausgangsanschlußstellen gelangt und eine falsche Anzeige bewirkt. Die Dioden 30 werden von einem Leiter überbrückt, der entfernt werden kann, wenn zur Kompensation schadhafter Dioden ein Fehlerkorrekturkode verwendet wird. Eine mit GO bezeichnete zusätzliche Spaltenleitung führt durch beide Quadranten der Matrix und ist mittels Dioden 31 mit jeder Zeile gekoppelt. Jede längs einer beliebigen Zeile erscheinende Anzeige wird an der Anschlußstelle dieser Leitung CO abgetastet. Eine Diode 32 verbindet die Spaltenleitung CO mit der Anschlußstelle D1.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, besteht die gesamte Diodenmatrix aus TJnterfeldgruppen, nämlich den Sektoren A und B, die den einen Quadranten bilden, Sektoren C und D eines anderen Quadranten, Sektoren E und F eines weiteren Quadranten und Sektoren Q und H, die den letzten Quadranten bilden. Alle Sektoren sind identisch aufgebaut, wobei eine gemeinsame Steuerleitung C1 für dieSektoren E, F, G und H vorgesehen ist, die der gemeinsamen Steuerleitung CO für die Sektoren A, B, C und D entspricht. Für jeden der acht Sektoren sind nur eine Zeile und eine Spalte dargestellt. Die gestrichelt dargestellten Dioden sind solche Dioden, die vollständig entfernt worden sind oder keine elektrische Verbindung mehr zwischen einer Zeile und einer Spalte darstellen. Die Betriebsweise des Dioden-

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Speichers beruht auf einer Parallelkoinzidenzauswahl von acht Bit-Plätzen. Jeder der gewählten Plätze "befindet sich in einem der angegebenen Sektoren. Wenn bei der gewählten Zeile und Spalte in einem Sektor eine Diode vorhanden ist, klemmt diese Diode die Zeile an die Spalte, die angelegte Spannung +V fällt am Reihenwiderstand ab, und es fließt über die Ausgangsleseanschlußstellen praktisch kein Ausgangsstrom der Zeile. Befindet sich zwischen der gewählten Zeile und Spalte eines Sektors keine Diode, fließt von der Zeile ein Strom durch die Ausgangsanschlußstelle. Dieser Strom kann eine Programmtorschaltung oder eine andere Leseeinrichtung in Betrieb setzen.

Ilun sei Figur 3 betrachtet. Wenn man die Ausgänge der Sektoren der Mikrospeicherschaltung auf unterschiedliche Weise miteinander verbindet, erhält man entsprechend unterschiedliche Speicherfähigkeiten. Beispielsweise ist gemäß Pig. 3 ein Speicher für 128 Worte von acht Bit realisiert. Jeder der Sektoren enthält ein bestimmtes Bit jedes der 128 Worte. Wenn eine der Reihen und eine der Spalten des Diodonfeldes gewählt werden, ergibt sich eine Parallelkoinzidenzauswahl eines einzelnen Bits in jedem der Sektoren. An den Ausgangsanschlußstellen 01 bis 08 wird dann das Ausgangssignal jedes Sektors gelesen·. In diesem Fall werden die Steuerleitungen CO und C1 nicht verwendet.

In Fig. 4 ist ein Speicher für 226 Worte von vier Bit dargestellt. Dieses System unterscheidet sich von demjenigen nach Pig. 3 dadurch, daß die Leseleitungen bzw. ihre Anschlußstellen 01 und 05 zu3ammengesehaltet sind, ebenso die Leseleitungen bzw. Anschlußstellen 02 und 06, 03 und 07» sov/ie 04 "und 08. Die äußere Schaltverbindung stellt die logische ODER-Funktion dar. Durch die Verv/en-

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dung der Steuerleitungen CO und C1 als Klemmleitungen, und dadurch, daß die eine oder andere von ihnen mittels der äußeren Schaltungsanordnung an Masse gelegt wird, trägt die an Masse geklemmte Hälfte des Diodenfeldes nicht zum Ausgangssignal bei. Auf diese Weise werden "bei jeder Abfrage die Signale von vier der Sektoren gelesen.

Gemäß Fig. 5, wo ein Speicher für 512 Worte von zwei Bit dargestellt ist, wird das erste Bit in der linken Hälfte des Feldes und das zweite Bit in der rechten Hälfte gespeichert. Bei diesem System werden die den.Anschlußstellen 01 bis 08 entsprechenden Leitungen als Steuerleitungen statt als Ausgangs- oder Leseleitungen verwendet. Drei dieser vier Steuerleitungspaare werden während eines Lesevorgangs an Masse gelegt, so daß nur zwei Sektoren des Feldes zur jeweiligen Zeit abgefragt werden. Die Leitungen CO und 01 werden in diesem Fall nicht als Steuerleitungen, sondern als die beiden Ausgangsleitungen verwendet. Sie sammeln die Daten von der linken Hälfte bzw. der rechten Hälfte des Feldes.

In Fig. 6 ist ein Speicher für 1.024 Worte von 1 Bit dargestellt, wobei die Leitungen CO und C1 zusammengeschaltet sind und als Ausgangsleitung dienen. Damit bei der Abfrage nur aus einem Sektor Daten ausgelesen werden, werden die den Anschlußstellen 01 bis 08 entsprechenden Leitungen als Steuerleitungen verwendet. Sieben dieser acht Leitungen werden während der Abfrage durch die äußere Dekodierschaltung an Masse gelegt, so daß auf der Ausgangsleitung ein Bit eines der Sektoren,des Feldes gelesen wird.

In der Zeichnung ist zwar ein bevorzugtes Ausführungsbei-

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spiel der Erfindung dargestellt, doch sind selbstverständlich Änderungen und Abwandlungen dieses Ausführungsbeispiels im Rahmen der Erfindung möglich.

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Claims

PATE II TA N SPRÜCHE

Festwertspeicher mit Dioden und mehreren elektrisch leitenden Zeilen und Spalten dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher in vier Quadranten (10) unterteilt ist und die Quadranten ihrerseits in gleiche Sektoren (A,B) unterteilt sind; daß eine Einrichtung (S) (+V, Ilasse) zur Parallelkoinzidenzauswahl einer Zeile (?0 und Spalte (C) in jedem dieser Sektoren vorgesehen ist; daß mehrere Dioden (20) an gewünschten Stellen einsein jede Zeile mit jeder Spalte verbinden; und daß an die Zeilenleiter jedes Sektors eine Leseeinrichtung (40) angeschlossen ist, welche das Vorhandensein oder Fehlen einer Diode in jedem Sektor feststellt, wenn eine Zeile und eine Spalte gewählt worden sind.

Festwertspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit jeder Zeile (R) ein Widerstand (11) geschaltet ist, dessin Widerstandswert groß im Vergleich mit dem Durchschlagswiderstand der Dioden (20) ist.

Festwertspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeilen (R) mittels je einer gesonderten Diode an eine gemeinsame Leseanschlußstelle angeschlossen sind.

Festwertspeicher nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß mit der gemeinsamen Leseanschlußstelle eine Einrichtimg (S5) gekoppelt ist, Vielehe diese Anschlußstelle cu bestimmten Zeiten auf ein Bezugspotential (Hasse) legt und die Kapazität der Anschlußstelle entlädt.

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5. Festwertspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den einzelnen Sektoren doppelt so viele Spalten (C) wie Zeilen (R) vorhanden sind.

6. Pestwertspeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leseeinrichtungen (4OA, 40B) getrennte Ausgabeanzeigen fir jeden Sektor (A, B) liefern, um das Vorhandensein oder Fehlen einer Diode (20) für jeden Sektor festzustellen.

7. Festviertspeicher nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Widerstände (11), deren Widerstandswert wenigstens das Vierfache des Durchlasswiderstandes der Dioden beträgt, in Reihe in alle Zeilen (R) geschaltet sind.

8. Festwertspeicher nach Anspruch 5, 6 oder 7_f dadurch gekennzeichnet, daß die Koinzidenzauswahleinrichtung aus einzelnen Schaltgliedern (S) gebildet ist, die an jede Zeile (R) und Spalte (C) angeschlossen sind, und mit einer Klemme an einer Spannungsquelle (+V) liegen, während eine andere Klemme jedes Spaltenschaltgliedes an einem Bezugspotential (Ilasse) liegt und daß zur Auswahl einer Zeile und Spalte ein Zeilenschaltglied (31) an die Spannungsquelle und ein Spaltenschal tglied (34) an das Bezugspotential gelegt wird.

9. Festwertspeicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle nicht gewählten Spalten (c) dadurch gesperrt werden, daß die Spaltenschaltglieder (S4) an die Spannungsquelle (+V) gelegt werden.

10. Mikrominiaturisierter Dioden-Festwertspeicher, insbesondere nach Anspruch 1, dessen elektrisch leitende

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Zeilen und Spalten eine Matrix bilden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jede Zeile (R) und Spalte (C) Dioden (20) geschaltet sind, wo eine elektrische Verbindung gewünscht wird, und daß eine Einrichtung (S, +Y) zur Parallelkoinzidenzauswahl von Zeilen und Spalten der Matrix sowie eine Leseeinrichtung (40) zum Feststellen des Vorhandenseins oder Fehlens einer Diode bei den ausgewählten Zeilen und Spalten vorgesehen sind.

11. Festwertspeicher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeilen (R) und Spalten (C) in Quadranten (10) und diese in Sektoren (A, B) unterteilt sind, und daß die Leseeinrichtung (40) das Vorhandensein oder Fehlen einer Diode (20) für jeden Sektor feststellt und ein Ausgangssignal für jeden gelesenen Sektor erzeugt.

12. Festwertspeicher nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht ausgewählten Spalten in Sperrichtung vorgespannt werden und dadurch eine elektrische Leitung zwischen den nicht ausgewählten Zeilen und Spalten verhindert wird.

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