DE2318530C3

DE2318530C3 - Arrangement for rapid switching of a high-frequency magnetic field

Info

Publication number: DE2318530C3
Application number: DE19732318530
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. 8000 München Navratil
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1973-04-12
Publication date: 1976-04-08

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum schnellen Ein- und Ausschalten eines hochfrequenten magnetitchen Drehfeldes mit einem gekreuzten Spulenpaar und mindestens einem Hochfrequenz-Generator, der die Spulen jeweils mit einem um 90° phasenverschobenen sinusförmigen Strom speist.The invention relates to an arrangement for switching a high-frequency magnetitchen on and off quickly Rotating field with a crossed pair of coils and at least one high-frequency generator, the feeds the coils with a sinusoidal current that is phase-shifted by 90 °.

Die bekannten Domänentransportspeicher besitzen ein platten-, insbesondere schichtförmiges Speichermedium, z. B. aus magnetischem Granat oder Orthoferrit, mit zur Schichtebene senkrecht magnetisierten Domänen, deren Magnetisierungsrichtung entgegengesetzt lur Magnetisierung der Umgebung und zu einem magnetischen Haltefeld ist, und ein vorzugsweise periodisches Manipulationsmuster, dessen Einzelelemente aus &> magnetisierbarem Material, z. B. Ni-Fe-Legierung, schicht- und rechteckförmig auf die eine Schichtoberfläche aufgebracht sind. Zum Transport der Zylinderdomänen dient ein magnetisches Feld, welches sich mit hoher Frequenz parallel zur Schichtebene dreht.The known domain transport storage devices have a disk-shaped, in particular layer-shaped storage medium, z. B. made of magnetic garnet or orthoferrite, with domains magnetized perpendicular to the plane of the layer, whose direction of magnetization is opposite to the magnetization of the environment and to a magnetic one Holding field, and a preferably periodic manipulation pattern, the individual elements of which consist of &> magnetizable material, e.g. B. Ni-Fe alloy, layered and rectangular on one layer surface are upset. A magnetic field is used to transport the cylinder domains high frequency rotates parallel to the slice plane.

In einem im Betrieb als magnetisches Drehfeld ausgebildeten Magnetfeld parallel zur Schichtebene des Soeichermediums erzeugen die vorstehend genannten magnetischen Einzelelemente des Manipulationsmusters magnetische Streufelder, unter deren Wirkung Zylinderdomänen zu energetisch günstigen Positionen an den Einzelelementen wandern. Bei Drehung des magnetischen Drehfeldes in der Schichtebene verschwinden diese Energieminima.In one designed as a rotating magnetic field during operation Magnetic fields parallel to the layer plane of the storage medium generate the aforementioned magnetic individual elements of the manipulation pattern magnetic stray fields, under their effect Cylinder domains move to energetically favorable positions on the individual elements. When rotating the magnetic These energy minima disappear due to the rotating field in the layer plane.

An anderen Stellen des Manipulationsmusters entstehen dafür neue, zu welchen die Zylinderdomänen wandern. Bei geeigneter Geometrie der Manipulationsmuster bewegen sich die Zylinderdomänen bei einer vollen Umdrehung des magnetischen Drehfeldes um eine Periode des Manipulationsmusters, d. h. um einen Speicherplatz, weiter. In einem ständig rotierenden Magnetfeld können die Zylinderdomänen auf durch das Manipulationsmuster vorgegebenen Bahnen befördert werden.At other points of the manipulation pattern, new ones arise, for which the cylinder domains hike. With a suitable geometry of the manipulation pattern, the cylinder domains move with one full revolution of the rotating magnetic field by one period of the manipulation pattern, d. H. about one Storage space, next. In a constantly rotating magnetic field, the cylinder domains can be opened up by the Manipulation pattern given lanes are conveyed.

Das zum Transport der Zylinderdomänen erforderliche magnetische Drehfeld wird — wie an sich bekannt ist —, in einem orthogonal zueinander ausgerichteten Spulenpaar erzeugt, wobei aus energetischen Überlegungen die Spulen jeweils zu Schwingkreisen ausgebildet sind, die mit einem Sinus- bzw. Kosinusstrom angesteuert werden. Zum Erhalt eines ideal rotierenden Magnetfeldes im Arbeitsraum der Spule muß auf die Phasenlage und die Amplitude der Steuerströme geachtet werden, weshalb die Ansteuerung vorzugsweise mittels eines phasengekoppelten Doppelgenerators mit unabhängiger Amplitudenregelung für beide Ausgänge durchgeführt wird. Hierdurch ist die Gewähr geboten, daß der Endpunkt des magnetischen Feldvektors exakt einen Kreis beschreibt.The rotating magnetic field required to transport the cylinder domains is - as is known per se is -, generated in an orthogonally aligned pair of coils, with energetic considerations the coils are each formed into resonant circuits which are controlled with a sine or cosine current will. In order to obtain an ideally rotating magnetic field in the working area of the coil, the phase position must be taken into account and the amplitude of the control currents are respected, which is why the control preferably by means of a phase-coupled double generator with independent amplitude control for both outputs is carried out. This ensures that the end point of the magnetic field vector is exact describes a circle.

Wird nun ein Schwingkreis durch Einschalten des Hochfrequenzgenerators zum Schwingen gebracht, so kann die volle Energie und damit auch die volle magnetische Feldstärke erst nach vielen Schwingungsperioden erreicht werden, da der Generator mit seiner Ausgangsimpedanz den Schwingkreis nur mit einer endlichen Leistung beliefern kann was folglich eine Beschränkung im Anlauf darstellt. Ähnlich sind die Verhältnisse auch beim Abschalten des Generators. Das Ansteigen bzw. Abklingen der Stromamplituden besitzt hierbei einen exponentiellen Verlauf und ist in dieser Form für einen Domänentransportbetrieb unbrauchbar. Dort soll beim Einschalten des Genrators bzw. beim Anlauf schon die volle Feldamplitude vorliegen, damit alle Zylinderdomänen gleichzeitig starten. Andernfalls wird durch Veränderung der gegenseitigen Phasenlage der einzelnen Zylinderdomänen die Information verwischt; d. h, daß zwar einzelne Zylinderdomänen transportiert, hingegen andere Zylinderdomänen wiederum zunächst nicht zum nächsten Speicherplatz transportiert werden, da der kritische Schwellwert der Feldamplitude noch nicht überschritten worden ist. Ähnliches gilt auch für das Abschalten des magnetischen Drehfeldes, bei dem die Amplitude des Feldes abrupt unterbrochen oder zumindest unter ein Niveau gebracht werden soll, bei dem kein Transport der Zylinderdomänen erfolgt. If an oscillating circuit is now made to oscillate by switching on the high-frequency generator, so the full energy and thus also the full magnetic field strength can only be achieved after many periods of oscillation can be achieved, since the generator with its output impedance the resonant circuit with only a finite Can supply power which is consequently a limitation in the start-up. The situation is similar even when switching off the generator. The increase or decrease of the current amplitudes has here an exponential course and is useless in this form for a domain transport operation. There should already be the full field amplitude when the generator is switched on or when it starts up, so start all cylinder domains at the same time. Otherwise, by changing the mutual phase position the information is blurred in the individual cylinder domains; d. h, that although individual cylinder domains are transported, on the other hand, other cylinder domains are initially not transported to the next storage location because the critical threshold value of the field amplitude has not yet been exceeded. Something like that also applies to the switching off of the rotating magnetic field, in which the amplitude of the field is abruptly interrupted or at least should be brought below a level at which no transport of the cylinder domains takes place.

Es ist deshalb unerläßlich, mit einer Maßnahme in Form eines Schalters den Ein- und Abschaltvorgang des magnetischen Feldes zu beschleunigen. Ein im Schwingkreis in Reihe angeordneter Schalter, der sich zunächst zur Lösung dieses Problems anbieten würde, ist jedoch lediglich vom grundsätzlichen her annehmbar. Die durch einen solchen Schalter verrusachten Verluste sind nämlich im Bereich des erforderlichen Drehfeldstroms viel zu groß.It is therefore essential to switch on and off with a measure in the form of a switch to accelerate the magnetic field. A switch arranged in series in the resonant circuit, which would initially offer to solve this problem, however, is only fundamentally acceptable. The losses caused by such a switch are in the range of the required Rotating field current much too large.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die AufgabeThe present invention is now the task

zugrunde, eine Anordnung zum schnellen Ein- und Ausschalten eines hochfrequenten magnetischen Drehfeldes zu schaffen, welche die vorerwähnten Nachteile behebt. based on an arrangement for quickly switching a high-frequency rotating magnetic field on and off to create, which overcomes the disadvantages mentioned above.

Bei einer Anordnung dieser Art. die ein gekreuztes Spulenpaar und mindestens einen Hochfrequenzgenerator besitzt, der die Spulen jeweils mit einem um 90° phasenverschobenen sinusförmigen Strom speist, sieht die Erfindung zur Lösung der gestellten Aufgabe vor daß jede Spule zu einem Parallelschwingkreis ergänzt ist und daß parallel zu jeder Spule jeweils ein Schaltglied liegt, bestehend aus einer regelbaren Spannungsquelle, die über ein Zeitglied an den einen Fußpunkt des Parallelschwingkreises angeschaltet ist, und aus einem Schalter, der zwischen dem anderen Fußpunkt des Parallelschwingkreises und dem Bezugpotential liegt.In an arrangement of this type, a crossed pair of coils and at least one high-frequency generator owns the coils each with a 90 ° feeds phase-shifted sinusoidal current, the invention provides for solving the problem that each coil is supplemented to form a parallel resonant circuit and that a switching element is parallel to each coil consists of a controllable voltage source that is connected to one of the base points via a timing element of the parallel resonant circuit is switched on, and from a switch between the other base point of the parallel resonant circuit and the reference potential.

Diese Anordnung ermöglicht jeweils die Verwendung eines herkömmlichen Leistungsschalttransistors als Schalter, wobei als Schaltstrecke die Kollektor-Emitter-Strecke dient und der Transistor in seinem Basis-Emitter-Kreis über einen Übertrager gesteuert wird.This arrangement enables a conventional power switching transistor to be used in each case as a switch, the collector-emitter path serving as the switching path and the transistor in its base-emitter circuit is controlled via a transformer.

Sowohl beim Ein- als auch beim Abschalten des magnetischen Drehfeldes wird der Transistor durchgeschaltet, was wesentlich schneller bewerkstelligt wer den kann als der Übergang in den Sperrzustand. Da die Schaltglieder im Betriebszustand ihrem Parallelschwingkreis keine Energie entziehen und die Kreisgüte durch die Schaltglieder nicht herabgesetzt wird, wird bei gleicher Ansteuerleistung eine höhere Feldamplitude erreicht, verglichen mit der vorerwähnten Anordnung von Schaltern, nämlich Transistoren, in den Schwingkreisen.The transistor is switched through when the magnetic rotating field is switched on as well as when it is switched off, which can be done much faster than the transition to the locked state. Since the Switching elements in the operating state do not withdraw any energy from their parallel resonant circuit and the circular quality is not reduced by the switching elements, a higher field amplitude is obtained with the same control power achieved compared with the aforementioned arrangement of switches, namely transistors, in the Oscillating circles.

In die Schahzeitkonstante gehen lediglich der kleine Innenwiderstand der regelbaren Spannungsquelle sowie der ebenfalls kleine Sättigungswiderstand des durchgeschalteten Transistors ein.Only the small one goes into the Shah time constant Internal resistance of the controllable voltage source as well as the likewise small saturation resistance of the switched on transistor.

Da im Abschaltzyklus die Energie jedes Schwingkreises praktisch in den als Speicherkondensator wirkenden Kondensator seines zugehörigen Zeitgliedes, das aus einem Ohmschen Reihenwiderstand mit parallelgeschaltetem Kondensator besteht, abgeleitet wird, um draufhin vom Ohmschen Widerstand dieses Zeitgliedes verbraucht zu werden, muß die Kapazität des Zeitgliedes größer sein als die Kapazität des Parallelschwingkreises. Since in the shutdown cycle the energy of each resonant circuit is practically in the acting as a storage capacitor Capacitor of its associated timing element, which consists of an ohmic series resistor with a parallel-connected Capacitor consists, is derived, then from the ohmic resistance of this timing element To be consumed, the capacity of the timing element must be greater than the capacity of the parallel resonant circuit.

Im Vergleich zu einer Anordnung mit einem Transistor im Schwingkreis wird im übrigen wesentlich weniger Energie zum Schalten benötigt.Compared to an arrangement with one transistor In the oscillating circuit, much less energy is required for switching.

Die Kapazität jedes Parallelschwingkreises besteht vorzugsweise aus zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren, an deren Verbindungspunkt der Hochfrequenz-Generator angeschlossen ist.The capacitance of each parallel resonant circuit preferably consists of two capacitors connected in series, the high-frequency generator is connected to the connection point.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert Zur Veranschaulichung ist lediglich eine Hälfte der drehfelderzeugenden Komponente der Schaltung, d. h. ein Parallelschwingkreis 3, dargestellt, der über einen Koppelkondensator Oc mit einem Hochfrequenz-Generator 1 gekoppelt und durch diesen gespeist ist. Der Hochfrequenz-Generator 1 ist vorzugsweise als phasengekoppelter Doppelgenerator mit unabhängiger Amplitudenregelung für beide Ausgänge ausgebildet, wodurch erreicht wird, daß der Endpunkt des Feldvektors des magnetischen Feldes exakt einen Kreis beschreibt.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. For illustration purposes only one half of the rotating field generating component of the circuit, d. H. a parallel resonant circuit 3, shown which is coupled via a coupling capacitor Oc to a high-frequency generator 1 and through this is fed. The high-frequency generator 1 is preferably provided as a phase-coupled double generator independent amplitude control formed for both outputs, whereby it is achieved that the end point of the field vector of the magnetic field exactly describes a circle.

Die Kapazität des Parallelschwingkreises 3 besteht aus zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren COi und Co2, an deren Verbindungspunkt der Hochfrequenz-Generator 1 angeschlossen ist Die Schwingkreisinduktivität Lo ist parallel zu den Kondensatoren Co\ und C02 geschaltet, die entsprechend bemessen sind, um die Anpassung des Hochfrequenz-Generators 1 an den Parallelschwingkreis 3 zu gewährleisten.The capacitance of the parallel resonant circuit 3 consists of two series-connected capacitors COi and Co2, to the connection point of which the high-frequency generator 1 is connected.The resonant circuit inductance Lo is connected in parallel to the capacitors Co \ and C02 , which are dimensioned accordingly to adapt the high-frequency -Generator 1 to the parallel resonant circuit 3 to ensure.

Parallel zur Induktivität Lo ist das in der Zeichnung strichliniert angedeutete Schaltglied 4 geschaltet, das aus einer regelbaren Spannungsquelle 6, die über ein Zeitglied 5 an den einen Fußpunkt des Parallelschwingkreises 3 angeschaltet ist, aus einem Transistor 7^ der zwischen dem anderen Fußpunkt des Parallelschwingkreises 3 und dem Bezugspotential liegt, und einem Übertrager Tr besteht Der Übertrager Tr sorgt für die notwendige Trennung der Basis des Transistors T von dem Erdpotential der restlichen Schaltelemente. Das Zeitglied 5 besteht aus einem Ohmschen Reihenwiderstand R mit parallelgeschaltetem Kondensator C. An den Hochfrequenz-Generator 1 ist ein durch einen Schalter 5 betätigbarer Zähler 2 mit Programmwahl angeschaltet, der über eine Leitung 8 den Übertrager Tr bzw. den Transistor Tsteuert.In parallel to the inductance Lo , the switching element 4, indicated by dashed lines in the drawing, is connected, which consists of a controllable voltage source 6, which is connected to one base point of the parallel resonant circuit 3 via a timing element 5, from a transistor 7 ^ between the other base point of the parallel resonant circuit 3 and the reference potential, and a transformer Tr exists. The transformer Tr ensures the necessary separation of the base of the transistor T from the earth potential of the remaining switching elements. The timing element 5 consists of an ohmic series resistor R with a capacitor C connected in parallel. A counter 2 with program selection, which can be operated by a switch 5 and which controls the transformer Tr or the transistor T via a line 8, is connected to the high-frequency generator 1.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist wie folgt:The mode of operation of the arrangement is as follows:

Sollen die Zylinderdomänen transportiert und zu diesem Zwecke das hochfrequente magnetische Drehfeld eingeschaltet werden, so wird die Basis jedes Transistors Γ durch Betätigung des Schalters S lediglich mit einem kurzen Impuls durchgeschaltet. Der Startimpuls des Basisstroms soll dabei eine Dauer von einer Viertelperiode haben. In dieser Zeitspanne wird die resultierende Kapazität Cm des Parallelschwingkreises 3 über das Zeitglied 5 auf die volle Spannung aufgeladen. Daraufhin entlädt sich die resultierende Kapazität Cm über die Spule Lo des Schwingkreises, was zunächst zu einer gedämpften Schwingung des' Parallelschwingkreises führt. Durch ein gleichzeitiges Nachliefern von Energie durch den Hochfrequenz-Generator 1 werden die Amplituden der Schwingung jedoch aufrechterhalten. Der Anlauf- bzw. Einschaltvorgang ist mit der Addition zweier gedämpfter Schwingungen vergleichbar, wovon die eine nach dem Aufladeprozeß expotentiell abklingt, die andere dagegen allmählich durch den Hochfrequenz-Generator expotentiell hochgeschaukelt wird. Die Resultierende ist hierbei eine Schwingung, die einen Start innerhalb einer Viertelperiode ermöglicht. Der Widerstand R des Zeitgliedes 5 bewirkt, daß der Ausgangszustand des beim Ein- und Ausschalten des magnetischen Drehfeldes in Aktion tretenden Kondensators C stets derselbe bleibt.If the cylinder domains are to be transported and the high-frequency rotating magnetic field is to be switched on for this purpose, the base of each transistor Γ is only switched through with a short pulse by actuating the switch S. The start pulse of the base current should have a duration of a quarter period. During this period of time, the resulting capacitance Cm of the parallel resonant circuit 3 is charged to full voltage via the timing element 5. The resulting capacitance Cm is then discharged through the coil Lo of the resonant circuit, which initially leads to a damped oscillation of the parallel resonant circuit. However, the amplitudes of the oscillation are maintained by a simultaneous subsequent supply of energy by the high-frequency generator 1. The start-up or switch-on process is comparable to the addition of two damped oscillations, one of which decays exponentially after the charging process, while the other is gradually increased by the high-frequency generator. The resultant is an oscillation that enables a start within a quarter period. The resistance R of the timing element 5 has the effect that the initial state of the capacitor C, which comes into action when the rotating magnetic field is switched on and off, always remains the same.

Bei Unterbrechung des Transports der Zylinderdomänen, was durch Abschalten des magnetischen Drehfeldes erfolgt, wird durch Betätigung des Schalters S ein Impuls an die Basis des Transistors T geführt. Bei einer Schrittfolge-Vorwahl geschieht dies automatisch durch den Zähler 2.If the transport of the cylinder domains is interrupted, which is done by switching off the rotating magnetic field, a pulse is sent to the base of the transistor T by actuating the switch S. In the case of a step sequence preselection, this is done automatically by counter 2.

Der Transistor Γ wird nun für mehrere Perioden durchgeschaltet und der Parallelschwingkreis dadurch über den Sättigungswiderstand des Transistors T, das Zeitglied 5 und den kleinen Innenwiderstand der Strom- bzw. Spannungsquelle 6 unverzüglich abgebremst. Die Energie des Parallelschwingkreises 3 wird praktisch im Abschaltzyklus über den Kondensator C abgeleitet und eine Ladung in C vom Widerstand /?des Zeitgliedes 5 verbraucht. Es ist daher wichtig, daß die Kapazität des Kondensators Cein Vielfaches der resultierenden Kapazität Cm des Parallelschwingkreises 3 beträgt. Im allgemeinen genügt eine Schaltglied-Kapazität, die etwa um den Faktor 10 größer ist als die resul-The transistor Γ is now switched through for several periods and the parallel resonant circuit thereby immediately braked via the saturation resistance of the transistor T, the timing element 5 and the small internal resistance of the current or voltage source 6. The energy of the parallel resonant circuit 3 is practically dissipated in the switch-off cycle via the capacitor C and a charge in C is consumed by the resistor /? Of the timing element 5. It is therefore important that the capacitance of the capacitor C is a multiple of the resulting capacitance Cm of the parallel resonant circuit 3. In general, a switching element capacitance is sufficient that is about a factor of 10 greater than the resulting

tierende Kapazität CV«des Parallelschwingkreises 3.tating capacitance CV «of the parallel resonant circuit 3.

Die Dimensionierung des Zeitgliedes, d. h. im vorliegenden Fall des ÄC-Gliedes, hängt im wesentlichen
vom kürzesten Zeitintervall ab, in dem ein Wiedereinschalten des Resonanzfeldes des Parallelschwingkreises
notwendig werden kann.The dimensioning of the timing element, ie in the present case the ÄC element, essentially depends
from the shortest time interval in which the resonance field of the parallel resonant circuit is switched on again
may become necessary.

Wesentlich für den Betrieb der gesamten Anordnung
ist die Forderung, daß der Transistor T kollektorseitig
richtig einseitig polarisiert bleibt. Im angeführten Falle,Essential for the operation of the entire arrangement
is the requirement that the transistor T on the collector side
remains properly polarized on one side. In the case mentioned,

bei dem ein NPN-Transistor verwendet wird, soll eim positive Spannung am Kollektor vorliegen, um zu ver hindern, daß der Transistor Γ durchschaltet und so de Parallelschwingkreis 3 bedämpft wird. Diese Bedin gung ist durch die durch die Strom- bzw. Spannungs quelle 6 abgegebene Spannung Ureg erfüllt, die gleich zeitig die Startamplitude beim Einschaltvorgang vor gibt.in which an NPN transistor is used, eim should have a positive voltage at the collector to prevent ver that the transistor Γ turns on and so de parallel resonant circuit 3 is attenuated. This condition is fulfilled by the voltage Ureg emitted by the current or voltage source 6, which at the same time sets the start amplitude during the switch-on process.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for quickly switching a high-frequency rotating magnetic field on and off with a crossed pair of coils and at least one high-frequency generator which feeds the coils with a sinusoidal current phase-shifted by 90 °, characterized in that each coil Lo becomes a parallel resonant circuit (3 ) is added and that parallel to each coil there is a switching element (4), consisting of a controllable voltage source (6), which is connected via a timing element (S) to the one Fußpur.kt of the parallel resonant circuit, and a switch that lies between the other base of the parallel resonant circuit and the reference potential.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that a transistor (T) is provided as a switch, the switching path of which is the collector-emitter path, and which is controlled in its base-emitter circuit via a transformer (Tr).

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the capacitance of the parallel resonant circuit (3) consists of two capacitors (G> i and Ga) connected in series, at their connection point the high-frequency generator (1) is connected.

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that the timing element (5) consists of an ohmic series resistor (R) with a capacitor (C) connected in parallel.

5. Arrangement according to claim 1 and 4, characterized in that the capacity of the timing element (5) is greater than the capacity of the parallel resonant circuit (3).

6. Arrangement according to claim 1 and at least one of the preceding claims, characterized by using it to transport the cylinder domains of a domain transport memory.