DE1956191C3

DE1956191C3 - Koppelelement für Auswahlschaltungen von Matrixspeichern

Info

Publication number: DE1956191C3
Application number: DE19691956191
Authority: DE
Inventors: Hans-Joerg Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Penzel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-11-07
Filing date: 1969-11-07
Publication date: 1974-03-14
Also published as: AT307098B; LU62014A1; BE758620A; FR2068362A5; DE1956191B2; NL7015819A; GB1303462A; DE1956191A1

Description

ίο Die Erfindung bezieht sich auf ein Koppelelement zum Durchschalten ven Bittreibern und Leseverstärkern an ausgewählte Speicherplätze eines Matrixspeichers mit äußerer Zellenauswahl, das sich für eine hohe Zyklusfolge eignet und monolithisch integrierbar ist, mit zwei Schalttransistoren, deren Emitter-Kollektoi -Strecken zwischen den beiden Schaltanschlüssen des Koppelelementes angeordnet sind.

Bei Matrixspeichern besteht das Problem, in Abhängigkeit von einer bestimmten Adresse - je nach der Organisation des Speichers - entweder einen einzelnen Speicherplatz oder eine bestimmte Speicherzelle auszuwählen. Eine Gruppe solcher Auswahlverfahren r.ind als äußere Zellenauswahl bekanntgeworden, die je nach ihrer besonderen Duichführungsform auch als 2 D-Verfahren oder als 2V, D-Verfahren bezeichnet werden. Sie beruhen im Prinzip darauf, daß die Auswahlleitungen nicht durch sämtliche Z-Ebenen des Speicheis hindurchgeschleift sind, sondern stat! dessen eine weitere Wählerebene vorgesehen wird und alle einander entsprechenden Speicherplätze in jeder der Z-Ebencn durch ein ihnen zugeordnetes Auswahlelement in der Wählerebene ausgewählt werden. Zum Durchschalten von Bittreibern beim Schreibvorgang bzw. von Leseverstärkern beim Lese-Vorgang an die durch eine Adresse ausgewählten Speicherplätze der Speichermatr:>; werden üblicherweise sogenannte Koppelelemente verwendet, die als Transistorschalter ausgeführt sind.

Diese bekannten Koppelelemente enthalten zwei Komplementärtransistoren, deren Emitter bzw. Kollektoren miteinander verbunden und an die Schaltanschlüsse des Koppelelementes geführt sind. Wegen der Verbindung gleichartiger Elektroden liegt hier eine Parallelschaltung der Transistoren vor. Auswahlsignale, die der Basis der Transistoren zugeführt werden, halten diese in gesperrtem bzw. leitendem Zustand; dabei bilden die beiden Kollektor-Emitter-S'recken derTransistoren eine Art Brückenschaltung, die im leitfähigen Zustand der Transistoren zwischen den Schaltanschlüssen abgeglichen sein soll. Ist es schon bei diskreten Bauelementen schwierig, komplementäre Paare von Transistoren zu finden, deren statische und dynamische Kennlinien einander genau entsprechen, so gilt dies um so mehr, wenn ein derartiges Koppelelement als integrierte Schaltung ausgeführt werden soll. Voneinander abweichende Kennlinien bedeuten aber, daß der Brückenabgleich nur unvollkommen erreicht wird und die Schaltanschlüsse des Koppelelementes auch im ausgewählten Zustand auf verschiedenem Potential liegen: Das bedeutet, in den Lese- und Treiberleitungen der Speichermatrix fließen dann mehr oder minder große Ausgleichsströme, die das Betriebsverhalten des Speichers nachteilig beeinflussen.

Da je nach Größe und Organisation eines Matrixspeichers eine mehr oder minder große Anzahl derartiger Koppelelemente notwendig ist und andererseits bei den heutigen Speichern eine hohe Speicherplatz-

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dichte erreicht wurde, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Koppelelement der eingangs genannten Art zu schaffen, das der monolithischen Integration leicht zugänglich ist, um die günstigen Betriebseigenschaften moderner Matrixspeicher vorteilhaft auszunutzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß gelöst durch Schalttransistoren desselben Leitfähigkrntstyps, deren Emitter-Kollektor-Strecken antiparallel geschaltet sind und durch Dioden, deren Anschlüsse jeweils mit einem Kollektor bzw. Emitter jedes dieser Transistoren und einem gemeinsamen Verbindungspunkt verbunden sind und die dabei derart gepolt sind, daß sie und die jeweils angeschlossene Kollektor-Basis-Diode bzw. Emitter-Basis-Diode der Transitoren hintereinandergeschaltet sind, wobei die Kennlinien jedes dieser hintereinandergeschalteten Diodenpaarc übereinstimmen. Ein derartiges Koppelelement hat den Vorteil des gleichen dynamischen und statischen Verhaltens aller in ihm zusammengefaßten Halbleiter. Damit fließen bei einer Selektion, o. h. der Durchschaltung des Koppelelementes, außerordentlich kleine Ausgleichsströme in den Treiber- und Leseleitungen der Speichermatrix und in den angeschlossenen Signalleitungen zu Leseverstärker und Bittreiber.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden die Dioden paarweise zu weiteren Transistoren zusammengefaßt, deren Leitfähigkeitstyp mit dem der Schalltransistoren übereinstimmt, wobei diese Transistoren mit ihren Kollektoren und Emittern an den gemeinsamen Verbindungspunkt und mit ihren Basisanschlüssen mit je einem der beiden Schaltanschlüsse des Koppelelementes verbunden sind. Damit werden im Koppelelement nur Transistoren eines Leitfähigkeitstyps verwendet, die für den geplanten Einsatz optimierbar sind. Das ist deswegen besonders vorteilhaft, 'veil sich in diesem Fall die Integration am leichtesten mit den gewünschten Eigenschaften durchführen läßt. Andere Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Magnetdrantspeichers mit einer Anzahl von Bittreibern und Leseverstärkern, die über gemeinsame Koppelelemente jeweils an eine Gruppe von Magnetspeichenlrähten angeschlossen sind,

Fig. 2 die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Koppelelementes mit Schalttransistoren desselben Leitfähigkeitstyps und zwischen den Schaltanschl'jssen des Koppelelementes angeordneten Halbleiterdioden, die dem Brückenabgleich des Koppelelementes im ausgewählten Zustand dienen,

F i g. 3 die Zusammenfassung dieser Halbleiterdioden zu einem Transistorenpaar eines Leitfähigkeitslyps,

Fig. 4 die Anordnung derartiger Transistoren in einem erfindungsgemäßen Koppelelement und

Fig. 5 die Schaltungsanordnung eines monolithisch integrierbaren Koppelelementes mit eigenen Stromquellen und Sieuertransistoren, die seine Durchschaltung ermöglichen.

An Hand der F? g. 1 sei die Bedeutung der Koppelelemente KP für den Betrieb eines Matrixspeichers SM kurz erläuter'. Dort ist die Matrix SM eines Magnetdrahtspeichers als Beispiel dargestellt, deren Speicherplätze SPan den Kreuzungsstellen der Wortleitungen WL und der Magr.etspeicherdrähte MD entstehen. Durch eine schematisch dargestellte Auswahlschaltung für die Wortleiter WAW kann einer iler Mi Wortleiter ausgewählt werden, der z. B. durch einen der Wellenwiderstünde ßl, Rl abgeschlossen ist. Längs einer Wortleitung WL ergeben sich auf Grund der Organisation des Speichers q ■ ρ Speicherplätze SP, die in η Maschinenworten zu je q Bit zusammengefaßt sind. Dieser Speichermatrix SM sind

ίο q Bittreiber BTi bis BTq und dementsprechend q Leseverstärker LVl bis LVq zugeordnet. Um diese Bittreiber BTq und Leseverstärker LVq an die Speichermatrix SM bzw. entsprechend auszuwählende Speicherdrähte MD anschalten zu können, sind q Gruppen von Koppelelementen KP vorgesehen, die jeweils (/i + 2) Koppelelemente KP umfassen. Zur Auswahl eines bestimmten der η Maschinenworte ist eine Auswahlschaltung KA H'für di·.· Koppelelement KP schematisch anftedcutt'¹, durch die über η Aus-

2t¹ Wahlleitungen Kl. jeweils eine der η Gruppen von q Koppelpunkten AP gemeinsam angesteuert wird. Zur Durchschaltung der von den Bittr<_ibern bzw. Leseverstärkern kommenden Signalleitungen an die Magnetspeicherdrähte MD ist jedes Koppelelement KP mit seinen Schaltanschlüssen C und D an die Signalleitung bzw. den Speicherdra:u MD angeschlossen.

Soll z.B. das n-te Maschinenwort auf dem w-ten Wortleiter WL in die Speichermatrix SM eingeschrieben werden, so werden sämtliche n-ten Koppelelemente KP über die /i-te Auswahlleitung Kl. in den leitfähigen Zustand gesetzt und damit die entsprechenden Bittreiber BT\ bis BTq an die entsprechenden Magnetspeicherdrähte MD angeschaltet.

Die Leseverstärker LVi bis LVq sind als Differenzspannungsverstärker ausgebildet und dementsprechend für Störsignale empfindlich, die auf Grund der unvermeidbaren Schaltkapazitäten auch über gesperrte Koppelelemente KP übergekoppelt werden und dann am zweiten Eingang des Leseverstärkers auftreten. Zu diesem Zwecke ist jede der q Gruppen von je /i Koppelelementen in zwei Halbgruppen unterteilt, denen jeweils ein weiteres Koppelelement, z. B. KPIh bzw. KPXa in der Gruppe 1, zugeordnet ist. Diese Koppelelemente sind mit entsprechenden Kompensationsdrähten, z.B. KDi, verbunden und werden einzeln jeweils dann durchgeschaltet, wenn ein Koppelelement der anderen Halbgruppe ausgewählt wird. Auf diese Weise wird einer der beiden

So Signalleitungen des Leseverstärker LV ein Kompen-Fationsstrom zugeführt, während in der anderen Signalleitun^ des Leseverstärker der entsprechende Lesestrom fließt. Diese beiden Ströme /11 und /12 rufen an den an die Signalleitung angeschlossenen Abschlußwiderständen RIl entsprechende SpannungsabfJle till bzw. U\2 hervor, so daß an den Eingängen des Leseverstärkers LV ein echtes Differenzsignal Δ L/l auftritt.

Die Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Koppelelement mit zwei Transistoren 71, TI desselben Leitfähigkeitstyps, deren Emitter-Kollektor-Strecken antiparallel zwischen den beiden Schaltanschlüssen C und D des Koppelelementes angeordnet sind. Um im ausgewählten Zustand des Koppelelement.¹«, bei dem sich die Transistoren 7"I und 7"2 im gesättigten Zustand befinden, einen Brückenabgleich zu schaffen, d. h. für die Schaltanschlüsse C, D gleiches Potential sicherzustellen, sind an die Emitter bzw. Kollektoren

der Transistoren 71 und 72 Dioden BEI, Bl bzw. I)Ci und BCl anee^hlossen, deren andere Abschlüsse mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt F verbunden sind.

In Fig. 3 ist dargestellt, daß man diese Dioden paarweise durch Transistoren 73 und 74 mit demselben Ltitfähigkeitstyp ersetzen kann, wenn man deren Emitter und Kollektoren mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt F verbindet.

Fig. 4 zeigt die Schaltungsanordnung eines Koppelelementes, in dem die Halbleiterdioden durch die Transistoren 74, 73 in der eben beschriebenen Weise ersetzt wurden. Dabei sind die Basisanschlüsse der Transistoren 73, 74 mit den Schaltanschlüssen des Koppelelementes C bzw. Ü verbunden.

Schließlich zeigt die Fig. 5 die Schaltungsanordnung für cm monolithisch integrierbares Koppelelement, das sich aus der Grundschaltung der bereits in den Figuren 2 bis,4 beschriebenen Transistoren 71 bis 74, den Stromquellen und der Ansteuerung für diese Transistoren zusammensetzt. Zur Einstellung des Arbeitspunktes der Schalttransistoren 71 und Tl sind nämlich je ein Widerstand Rl bzw. Rl an die Basis dieser Transistoren angeschlossen, deren zweiter Anschluß an den einen Versorgungsanschluß A des Kopptleicmentes gelegt ist. Außerdem ist ein weiterer Widerstand R3 vorgesehen, der zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt F und einem zweiten Versorgungsanschluß B des Koppelelementes angeordnet ist. Werden dem Koppelelement über die beiden Versorgungsanschlüsse A und B feste Versorgungsspannungen t/l und Ul zugeführt, dann wirken die Widerstände Al, Rl und R3 als Stromquellen mit eingeprägtem Strom.

Zur Ansteuerung des Koppelelementes dienen die Transistoren 7"5 bis 7'7. Dabei sind die Basisanschlüsse der Transistoren 75 und 76 jeweils an die Basis eines der beiden Schalttransistoren 71 und 72 angeschlossen, ihre Emitter-Anschlüsse miteinander verbunden, die dan.i gemeinsam an einen Steuereingang E des Koppelelcmcntes gelegt sind. Der dritte Schalttransistor 77 ist mit seinem Emitter an den gemeinsamen Verbindungspunkt F angeschlossen, während seine Basis mit einem zweiten Steuercingang G verbunden ist. Bei allen Steuertransistoren 75 bis 77 werden lediglich die Basis-Emitter-Dioden ausgenutzt. Deswegen sind die Kollektoranschlüsse dieser Transistoren jeweils mit ihrer Basis verbunden. Im folgenden wird die Wirkungsweise dieses Koppelelementes, das in der Fig. 5 dargestellt ist, kurz erläutert:

An sich könnten derartige Koppelelemente aus zentralen Stromquellen mit eingeprägtem Strom versorgt werden, um einen bestimmten Arbeitspunkt der Schalttransistoren einzustellen. Dementsprechend niedrig könnten dann auch die Widerstandswerte der Widersprüche Rl, R2 und Λ3 gewählt werden. Dies hat aber einen entscheidenden Nachteil: Bei einer Integration lassen sich zwar die Widerstandsverhältnisse

- hier sind Al und Rl dem Betrage nach gleich groß und verhalten sich zu dem Widerstand A3 wie 2:1

- recht genau einhalten; die Absolutwerte dagegen unterliegen großen Toleranzen. Das bedeutet, daß dann bei dem Speicherbetrieb unzulässig große Ausgleichsströme im Speicher und in den Signalleitungen fließen können, weil sich die Leitungspotentisie am ausgewählten Koppelpunkt verschieben. Damit werden die Speichereigenschaften des Magnetdrahtes nachteilig verändert und die Arbe:itspunktc der Leseverstärker verschoben. Aus diesem Grunde sind für die Koppelelemenie eigene Stromquellen vorgesehen, die aus den Widerständen Wl bis R3 gebildet werden, wenn man den Versorgungseingängen A, R des Koppelclemcntcs feste Versorgungsspannungen Ul und L/2 zuführt, die dem Betrage nach gleich groß, aber von entgegengesetzter Polarität sind.

Die an den Steuereingängen E und G des Koppelelementes angelegter. Steuerspannungen i/3 und t/4 sind so gewählt, daß die Basis-Emitter-Dioden der Steuertransistoreii 75, 76 und 77 im gesperrten Zustand des Koppelelementcs leitend sind. d. h. der von den eingeprägten Stromquellen, charakterisiert durch

•5 die Widerstände Rl, R2 und R3, gelieferte Strom wird in diesem Zustand von diei.cn Dioden über die Steusreingänge E und G des Koppelelementes abgeführt. Um die Schalttransistoreri 71 und 72 im gesperrten Zustand zu halten, gellen dann die Bedin-

^ϊ0 gungen:

(1) 1/3 < U_Bll+ (7,V- f/'bzw.

(2) t/4 > U_B„ + U_r U_c„\

Dabei is' jeweils mit t/_Ä„ der Spannungshub bei ^a5 Bitstromübertragung und mit U_r„ die Basis-Kollcktor-Durchlaßspannung eines Transistors bezeichnet. Soll ein Koppelelement XP ausgewählt werden, dann müssen seine Schalttransisloren 71 und 72 in den gesättigten Zustand gebracht werden. Zu diesem Zweck werden die Basis-Emitter-Dioden der Steuertransistoren 75, 76 und 77 gesperrt und damit der Arbeitspuii'ict der Schalttransistoren 71 und 72 verschoben. Für diesen Fall gelten die Bedingungen für die Steuerspannungen t/3 und (/4.

(3) t/3 iS U_n, - U_<F1 ^l

(4) t/4 § U_Ba- U₁ „\

Die Ansteuerung eines Koppelelementes über die Steuertransistoren 75 und 77, d. h. genau genommen über deren Basis-Emiiter-Dioden, direkt an den Basen der Schalttransistoren 71 und 72 ermöglicht vor allem ein außerordentlich rasches Ausräumen der Transistorladungsträger und damit ein rasches Sperren des Koppelelcmentes. Darauf ist die günstige Eigenschaft eines erfindungsgemäßen Koppelelementes zurückzuführen, das kleine Auswahl- und Sperrz^ten besitzt und damit in Speichern hoher Zyklusfolge einsetzbar ist. Durch seinen guten Brückenabgleich, der sich daraus ergibt, daß nur Transistoren desselben Leitfähigkeitstyps als Schalttransistoren Tl und 72 bzw. Abgleichtransistoren 73 und T4 verwendet werden, ruft es nur sehr geringe Ausgleichströme hervor, da bei der Integration das gleiche dynamische und statische Verhalten aller im Koppelelement zusammengefaßten Halbleiter mit den heutigen technischen Mitteln ohne weiteres zu erreichen ist.

An Hand der Zeichnungen wurden Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Weitere Ausgestaltungen sind aber selbstverständlich durchaus denkbar. So ist bei der entsprechenden Wahl von Versorgungsspannungen ohne weiteres möglich, andere Widerstandsverhältnisse der Arbeitswiderstände einzuführen. Ebensogut wäre es aber auch denkbar, in die monolithisch integrierbare Schaltungsanordnung auch Abschlußwiderstände für Signalleitungen und Magnetspeicherdrähte aufzunehmen, außerdem ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf Transistoren des hier dargestellten Leitfähigkeitstyps npn be-

riinkt, genausowenig wie erfindungsgemäße· Kopelemente nur im Zusammenhang mit hier bcricbenen Magnetdrahtspeichermatrizen anzuwenl wären. Erfindungsgemäße Koppclclcmente sind l wegen ihrer besonders günstigen Eigen-

schäften nicht nur auf Speicher mit einer bestimmten Organisation beschränkt, sie können u. a. wegen ihrer außerordentlich hohen Packungsdichte prinzipiell bei sämtlichen Verfahren mit äußerer Zeilenauswahl mit Vorteil verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

4G9 51V247

Claims

Patentansprüche:

1. Koppelelement zum Durchschalten von Bittreibern und Leseverstärker!! an ausgewählte Speicherplätze eines Matrixspeichers mit äußerer Zellenauswahl, das sich für eine hohe Zyklusfolge eignet und monolithisch integrierbar ist, mit zwei Schalttransistoren, deren Emitter-Kollektor-Strecken zwischen den beiden Schaltanschlüssen des Koppelelementes angeordnet sind, gekennzeichnet durch Schalttransistoren (71, Tl) desselben Leitfähigkeitstyps,-deren Emitter-Kollektor-Strecken antiparallel geschaltet sind und durch Dioden (BCl, BCl; BEI und BEI), deren Anschlüsse jeweils mit einem Kollektor bzw. Emitter jedes dieser Transistoren und einem gemeinsamen Verbindungspunkt (F) verbunden sind und die dabei derart gepolt sind, daß sie und die jeweils angeschlossene Kollektor-Basis-Diode bzw. Emitter-Basis-Diode der Transistoren hintereinander geschaltet sind, wobei die Kennlinien jedes dieser hintereinander geschaltet sind, wobei die Kennlinien jedes dieser hintereinandergeschalteten Diodenpaare übereinstimmen.

2. Koppelelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (BCl, BEI und BEI, BCl) paarweise zu weiteren Transistoren ( T4 bzw. T3) zusammengefaßt sind, deren Leitfähigkeitstyp mit dem dei SchaUtransistoren übereinstimmt, und daß diese Trar istoren dazu mit ihren Kollektoren und Emittern an den gemeinsamen Verbindungspunkt (F) und mit ihrer Basis mit je einem der beiden Schaltanschlüsse (C, D) des Koppelelementes verbunden sind.

3. Koppelelement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet durch eigene Stromquellen, die den Schalttransistoren (71, Tl) eingeprägten Basisstrom liefern, und insbesondere aus an die Basis jedes der Schalttransistoren angeschlossenen Widerständen (Al bzw. R2) - deren andere Anschlüsse (A) an eine gemeinsame feste Versorgungsspannung (i/l) gelegt sind - und aus einem weiteren Widerstand (R3) bestehen, der an den Verbindungspunkt (F) angeschlossen und dessen zweiter Anschluß (B) an eine weitere feste Versorgungsspannung (Ul) gelegt ist.

4. Koppelelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der elektrische Widerstand der an die Basis der Schalttransistoren angeschlossenen Widerstände (Rl, Rl) zu dem des wei'.eren Widerstandes (R3) wie 2:1 verhält und die an die anderen Anschlüsse (A, B) der Widerstände angelegten Versorgungsspannungen (Ul bzw. Ul) dem Betrage nach gleich groß sind.

5. Koppelelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Schaltdioden (75,-Γ6), die jeweils mit der Basis eines der Schalttransistoren (71 bzw. Tl) verbunden sind, durch eine weitere Schaltdiode (77), die an den Verbindungspunkt (F) angeschlossen ist, wobei die Schaltdioden so gepolt sind, daß sie durch Anlegen von Auswahlspannungen (L/3 bzw. C/4) an ihre anderen Anschlüsse das Umschalten des Koppelelementes bewirken.

6. Koppelelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Halbleiterelemente (Tl bis 77) aus Transistoren desselben Leitfähigkeitstyps bestehen und identische Kennlinien besitzen und zusammen mit den Widerständen (Rl, Rl und R3>) monolithisch integriarbar sind.