DE2345439A1 - Magnetdomaenenschaltung - Google Patents

Description

BLUMBACH ■ WESER ■ BERGEN & KRAMER

PATENTANWÄLTE IN WIESBADEN UND MÜNCHEN

DIPL.-ING. P. G. BLUMBACH ■ DIPL.-PHYS. Dr. W. WESER · D1PL.-ING. DR. JUR. P. BERGEN D)PL-ING. R. KRAMER

WIESBADEN · SONNENBERGER STRASSE 43 · TEL (06121) 562943, 561998 MÖNCHEN

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WESTERN ELECTRIC COMPANY P. I. Bonyhard

Incorporated

New York, N.Y., USA

Magnetdomänenschaltung

Die Erfindung betrifft eine Magnetdomänenschaltung, insbesondere die Übertragung und Speicherung von Einwanddomänen, die allgemein als magnetische "Blasen" bekannt sind.

Bei einer Art einer Magnetdomänenschaltung sind Kanäle zur Bewegung magnetischer Domänen festgelegt durch magnetische Elemente, typischerweise aus weichmagnetischem Material, die auf einer Domänenschicht angeordnet sind. Ein sich in der Schichtebene umorientierendes Magnetfeld erzeugt die Blasenbewegung beeinflußende Polmuster, was als "Feldzugriffs-" Arbeitsmodus bekanntgeworden ist. Eine typische Geometrie für die Elemente weist ein periodisches Muster Stab- und T-

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förmlger Elemente auf, die auf ein durch Drehung sich umorientierendes konstantes Treibfeld ansprechen oder auf ein gepulstes Feld, wobei die Richtungen aufeinanderfolgender Impulse radial gegeneinander veesetzt sind.

Zur Bildung eines Feldzugriffsspeichers wird eine Vielzahl Schleifen, in denen permanent ein Umlauf stattfindet und die "Neben-^l!Schleifen genannt werden, mit einer einzigen "Haupt"-Schleife genannten Zugriffsschleife verwendet. Im Betrieb vird ausgewählte gespeicherte Information von den Nebenschleifen zur Hauptechleife zum Umlauf an einer einzigen Lese-Schreib-Position vorbei übertragen, bevor sie in durch die Übertragung gebildeten Leerstellen gespeichert wird und in der Nebenschleife in Abhängigkeit vom Treibfeld in der Schichtebene synchron umläuft.

Diesem "Haupt-Neben"-Aufbau ist eine Zugriffszelt zu eigen, die durch die Anzahl Positionen (M) in einer Nebenschleife und die Anzahl Positionen (N) in der Hauptschleife bestimmt ist. Kein Bit braucht mehr als MN Positionen bewegt zu werden. Im MIttel bewegt sich ein Bit MN/2 Positionen, was eine Zugriffszeit von MN/2 Zyklen des Feldes In der Schichtebene ergibt.

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E inc andere Speicherart weist eine Codleranordnung auf» welche Ausgangssignale von den Nebenschleifen elektrisch parallel zu entsprechenden Detektoren sendet, anstatt über die Hauptschleife zu einem einzigen Detektor. Je mehr Detektoren verwendet werden, um so kürzer Ist die Zugriffszelt. Akierdlngs erfordern größere Zahlen Detektoren eine erhöhte Anzahl äußerer Verbindungen, welche die Zuverlässigkeit vermindern und die Kosten erhöhen. Alternativ kann eine Anzahl Detektoren In elektrischer Serienanordnung verwendet werden, jedoch begrenzen Gesichtspunkte des Rauschens die praktische Anwendbarkelt dieser Anordnung auf relativ wenige Detektoren.

Ein Weg zu einer Vergrößerung des durch eine Magnetdomäne erzeugten Stgnalpegels Ist die Vergrößerung des Volumens der Domäne vor der Abtastung. Wenn die Feldzugriffeanordnung durch ein "fetnstrukturiertes" Muster dicht nebeneinander angeordneter Magnetischer Elemente festgelegt 1st, bewegen «Ich vergrößerte Domänen längs eines Kanals In Abhängigkeit von einem sieh umorientierenden Feld In der Schichtebene. Ein soidbes f einstrukturiertes Muster wird verwendet, um einen ^irExpaiiaicais'¹-M»gnetwiderstandsdetektor zunehmender EIemsntei&zahl te aufeinanderfolgenden, einer Detektorstufe vor- «UiSgelienden Stufen festzulegen.

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetdomänenschaltung, die durch eine Schicht eines Materials gebildet ist, die Einwanddomänen zu führen vermag. Die Schicht umfaßt einen oder mehrere Kanäle für die Übertragung der Domänen beim Anlegen eines Magnetfeldes. Es ist eine Schaltungsanordnung vorgesehen, um die Übertragung der Domänen an einer oder mehreren ausgewählten Positionen der Kanäle steuerbar zu verzögern. Wenndie Kanäle durch Stufen feinstrukturierter Elemente gebildet werden, wobei eine nachfolgende Stufe mehr Elemente aufweist als eine vorausgehende Stufe, werden die nichtverzögerten Domänen in ihrer Größe expandiert. Wenn zwei oder mehr Kanäle zu einem Detektor zusammenlaufen, kann die Vorrichtung zudem verwendet werden, um ein Ausgangssignal von einem ausgewählten Kanal alleine verfügbar zu machen.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine Ausleeeanordnung für eine Zahl Domänenkanäle (nämlich Nebenschleifen), in welchen jeder Kanal eine Mehrstufenanordnung 1st, die einen Eingang am Kanal mit einem Magnetwiderstandsdetektor verbindet. Eine Anzahl elektrischer "Leiter koppelt die Domänenschicht η in blnärcodierterwetse. Jeder Leiter ist mit einem Paar Stufen des feinetrukturierten Mustere ausgerichtet und bewirkt, wenn er gepulet wird, eine Verzögerung der einen Code dar-

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stellenden Domänen, die in Anbetracht des Musters in Abhängigkeit eines sich umorientierenden Feldes in der Schichtebene übertragen werden. In jeder Stufe expandieren nicht auf diese Wetse verzögerte Domänen seitlich. Aufeinanderfolgende Abföufe dieser Art dienen dazu, eine Domäne von deren normaler Arbeitsgröße zu verbreitern auf eine Abmessung, die gleich wie oder noch größer als die seitliche Abmessung ist, die durch alle Kanäle am Detektor beansprucht wird.

Die föinstrukturierte Verbindungssehaltungsanordnung kann unter Veiren'iung dicht nebeneinander angeordneter Winkelelemente realisiert werden, und das Feld in der Schichtebene kann durch Drohung umorientiert werden.

In dor Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer erfindungs-

gemäEen Magnetdomänenschaltung; und Fig. 2 bis G Darstellungen, die magnetische Zustände

eines Teils der Schaltungsanordnung der Flg. ¹

während des Betriebes erläutern.

Die Schaltung IO der Fig. ' umfaft eine Schicht ! S eines Materials, in dem Einwanddomänen in Abhängigkeit von einem sich drehen-

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den Magnetfeld in der Schichtebeno, das von einer Quelle >2 stammt, bewegt werden können.

Eine Mehrzahl Domänenumlaufskanäle ist in Schicht H durch geeignete Muster magnetischer Elemente festgelegt. Die Kanäle sind angedeutet durch Paare paralleler Linien, deren Enden in ^flAusgangsⁿ-Pfellen mit binären Bestimmungen 0000, OCO¹, 00^0, 001 ^ abschließen.

Eine vertikale Linie ¹3, die zwischen einem < in Fig. *>

durch Block -4 dargestellten Verbraucher un«i Erde geschaltet ist, stellt ein gemeinsames Magnetwiderstandelement dar, mit welchen die Ausgänge der TTmlaufkanäle über eine Kanaiverdlngungsschaitungsanordnung 15 verbunden sind.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Bereiches '5 der Fig. 1, wobei der Teil der feinstrukturierten Zwischenverbindungskanäle zwischen den 4 Umlaufkanälen der Fig. ! und dem gemeinsamen Magnetwlderstandselefcaent 13 dargestellt ist. Die Schaltung weist sechs Stufen auf, die von links nach rechts mit S' bis S6 bezeichnet sind, wie aus Fig. 2 ersichtlich. Die Stufe S¹ umfaßt vier getrennte Winkelsätze entsprechend den vier dargestellten repräsentativen Kanälen.

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Die Stufe S2 weist in gleicher Weise vier verschiedene Winkelsätze auf. Aber die Elementezahl in jedem Satz der Stufe S2 ist größer als die Anzahl im entsprechenden Satz der Stufe Sl, was irgendeiner von Stufe St nach S2 sich bewegenden Domäne ermöglicht, seitlich zu einer Bewegungsachse, die zwischen dem Ursprungskanal und dem Magnetwiderstandelement definiert Ist, zu expandieren.

Wenn das Feld in der Schichtebene nach unten gerichtet ist, wie es durch Pfeil H in Fig. ? dargestellt ist, besetzt eine Domäne in irgendeiner der Stufen bekanntlich eine Position um dae Zentrum des Winkelmusters. Zu Zwecken der Erläuterung wird festgelegt, daC ein Oval (oder ein Kreis) eine magnetische Domäne, d.h., Blase und ein Informations-"Bit" (binary digit)=(binäre Ziffer) darstellt. Bei einer Anordnung stellt das Vorhandensein einer Domäne eine binäre eins ("i") un d das NichtVorhandensein eine binäre Bull ("0") dar. In diesem Fall bedeutet der in Stufe Sl der Fig. 2 gezeigte Zustand, daß die vier Kanäle der Stufe vorher magnetische Domänen aufwiesen, die das lhformationswort ΙΠ ι darstellen. Kreise werden definltionsgemäC verwendet, um Domänen mit normalen Arbeitsdurchmessern, die durch ein bekanntes, durch eine durch Block 17 in Fig. ι dargestellte Quelle zugeföhrtes Vorspannungsfeld bestimmt

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sind. Da die Stufe S2 zusätzliche Winkelelemente hat, wird irgendeine Domäne, die während der Umorientierung des Feldes in der Ebene auf Stufe 2 vorrückt, vertikal (seitlich bezüglich der Bewegungsachse) verbreitert und zwar sogar bei Vorhandensein eines konstanten Vorspannungsfeldes.

Es sei die Addressierung des mit 0001 bezeichneten Kanals betrachtet. Eine Addressierung wird ausgeführt durch codierte Impulse, die an einen Satz elektrischer Leiter 19, 20, .... der die Schicht 1' bei der Verbindungsschaltung in binärcodierter Weise koppelt, angelegt werden. Genauer gesagt, koppelt der Leiter t9 die Schicht I ^ an den Winkelsätzen der Stufe Si und S2 entsprechenden Positionen. Der Leiter ist mit einer in Fig. durch Block SS dargestellten Signalquelle verbunden, die unter der Steuerung einer Steuerschaltung 21 in Fig. I betrieben wird, um einen Impuls an den Leiter ¹9 anzulegen. Ds sei definiert, daß ein positiver Impuls die (bezüglich Fig. 2) nach rechts gerichtete Vorwärtsbewegung aller Domänen verzögert, die mit dem Leiter gekoppelt sind, wenn dieser gepulst wird. Für die Auswahl des Kanals 000 T wird kein Impuls an don Leiter t S angelegt, wenn dta Stufe S^ belegt ist.

Während des nächsten Zyklus des Feldes in der Sehichtebeae,

wenn das Feld das nächstemal nach unten gerichtet ist, wie in Fig. ? angedeutet, rücken alle Domänen, die vorher In Stufe S¹ waren, nach Stufe S2 vor. Die Domänen sind in Stufe S2 in Fig. ? expandiert dargestellt, die vorausgehende (d.h., die als ursprünglich angenommene) Position der Domänen Ist in dieser Figur durch gestrichelte Ovale dargestellt.

Es wird nun ein Impuls an den Leiter ^ 9 gelegt, der die den Kanälen 0000 und 00¹O entsprechenden Domänen verzögert, gemäß der in Fig. 2 gezeigten Kopplung, während der nächste Zyklus des Feldes in der Schichtebene die den Kanälen 0001 und 0011 entsprechenden Domänen vorwärts bewegt. Die letzteren Domänen sind in Stufe 3 der Flg. 3 weiter expandiert gezeigt, wobei ihre vorhergehenden Positionen wieder durch die gestrichelten Ovale in Fig. 3 dargestellt sind. Stufe SS weist nun zwei expandierte Domänen auf, von denen eine die von Kanal 000! selektierte Domäne ist. Stufe S2 umfaßt zwei (expandierte) Domänen von den nichtgewählten Kanälen 0000 und OCiO, und es sind dort die vorherigen Positionen der beiden zu diesem Zeitpunkt in Stufe S3 befindlichen Domänen dargestellt.

Der Loiter 20 in Fig. S wird nun gepulst zur Verzögerung der Domäne, die ihrtm Ursprung tmniKanal 001 '· hat und nun Stufe

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S3 belegt. Fig. 4 zeigt den magnetischen Zustand in Schicht 11 bei der Verbindungsschaltung, wenn das Feld in der Schichtebene sich das nächstemal· in did nach unten weisende Bezugsrichtung umorientiert. Wieder zeigen durchgezogene Ovale gegenwärtige Positionen einer Domäne; die gestrichelten Ovale deuten vorherige Positionen an. Die Figur zeigt, daP lediglich diejenige Domäne zu diesem Zeitpunkt die Stufe S4 erreicht, dte ihren Ursprung im Kanal 0001 hat. Die Domänen aus den nichtgewählten Kanälen werden bezüglich der Position der Domäne (oder des Bit) aus dem gewählten Signal um eine Stufe verzögert, wobei sie Ihre seitliche Ausdehnung so einstellen, daß sie sich gegenseitig Raum lassen, wie aus der Figur klar hervorgeht.

Da lediglich vier Kanäle beim erläuternden Betriebsablauf betrachtet werden, sind lediglich zwei Addressierungsleiter nötig, und das gewünschte Ergebnis ist In Stufe S4 erreicht. Natürlich werden im praktischen Fall vielmehr als vier Kanäle verwendet, und in diesem Fall werden größere Zahlen binär codierter Leiter verwendet und die gewünschte Selektion wird über eine gröiJore Stufenzahl erreicht. Unabhängig von der wirklich vorhandenen Zahl Kanäle v,'trd die nichtselektlerte Information währen! des gesamten Selektionsablaufs lediglich um eine oder z"/ei Stufen verzögert.

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Während eines jeden Zyklus des Feldes in der Schichtebene rücken alle Domänen eine Stufe nach rechts vor, v/enn sie nicht durch die codierten Leiter, wenn diese gepulst werden, verzögert werden. Fig. 5 zeigt die Domäne während eines nächsten Zyklus des Feldes in der Schichtebene. Flg. C zeigt die Ankunft der ausgewählten Information am Magnetwiderstandsdetektor in Stufe S6. Die Domäne in Flg. 6 ist die gesamte vertikale Länge der Stufe S6 belegend dargestellt, eine Länge, die derjenigen entspricht, die durch alle Ursprungskanäle eingenommen wird. Die Verbraucherschaltung λ Α arbeitet unter Steuerung der Steuerschaltung 21 der Fig. 1, um zu dieser Zeit Signale anzunehmen und während nachfolgender Zyklen Signale zu ignorieren, wenn nicht ausgewählte Information die Stufe S6 erreicht, so da£ der Vorteil der vergrößerten Domäne zur Erzielung erhöhter Signalpegel verwendet wird.

Auf anschließende Drehungen des Feldes in der Schichtebene, das die Vorwärtsbewegung nachfolgender Datensätze aus don Domänenkanälen bewirkt, bewegt steh die Information in Fig. nach rechts, beispielsweise to eine Domänenverniehtungsschaltang. Eine solche Schaltung kann aufebanderfolgende Stufen aufweisen» die zunehmend kleinere Eleraentenzahlen aufweisen, wie es durch die reclits In der Ffgur zusammenlaufenden gestrichel-

ί.2

ten Linien nn^ednutet ist. Das eingekreiste X stellt ·ϊετι Punkt der durch bekannte Vorrichtungen ausgeführten Domänenvernichtunp dar, wenn eine solche Vernichtung ^/Unschons^ert erscheint.

Die Verzögerung der nichtausgewählten Information um eine oder zwei Stufen schreibt einen minimalen Abstand von drei Stufen für aufeinanderfolgende Datensätze vor. Praktisch beträgt bei einem binären System aus bequemlichkeitsgründen der Informationsabstand vier Stufen. Praktisch werden nuch Kanäle von unterschiedlichen Schichten (11) untereinander in einer Brückenanordnung verbunden, um sich in einem einzigen Detektor zu teilen. In diesem Fall erscheint ein Ausgangssignal während eines jeden Zyklus (oder zweier Zyklen) des Feldes in der Schichtebene entsprechend bekannten Systembetrachtungon.

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Claims (1)

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   PATENTANWÄLTE IN WIESBADEN UND MÜNCHEN

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   PATENTANSPRÜCHE

   ( 1J Magnetdomänenschaltung mit einer Schicht eines

   magnetische Domänen führenden Materials, mit Elementen, die in der Schicht wenigstens einen Domänenttbertragungskanal (Ot)O(M3; 0001-13, etc) bilden, und mit Schaltungsvorrichtungen zum Erhalt eines Magnetfeldes in der Schicht, um längs des Kanals oder der Kanäle Domänen zu übertragen, dadurch gekennzeichnet,

   daß Schaltungsanordnungen (19, 20 etc. und SS) zur steuerbaren Verzögerung von magnetischen Domänen an einer oder mehreren ausgewählten Positionen (S2 oder S4 des Kanals von Position

   0000 nach PosItloh von Element 13; Sl oder S4 des Kanals von

   0001 nach Pos. von Element 13) des Kanals oder der Kanäle vorgesehen sind.

   2. Schaltung nach Anspruch 1, mit einer Mehrzahl Kanäle,

   dadurch gekennzeichnet, daß von der Domänenverzögerungsanordnung nicht alle Kanäle an der ausgewählten Position beeinflußbar sind.

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   S. Schaltung nach Anspruch ?, ladurch gekennzeichnet,

   dal? von dor DomänenverzSgerungsanorclnung jeder zweite Kanal an der ausgewählten Position beeinflußbar ist.

   4. Schaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, wobei Jeder Kanal eine Mehrzahl Stufen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß von der Domänenverzögerungsanordnung verschiedene Stufen beeinflußbar sind.

   5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß von der Domänenverzögerungsanordnung benachbarte Stufen beeinflußbar sind.

   6. Schaltung nach oinem oder mehreren der Ansprüche

   ¹ bis 5, dadurch gekennzeichnet, daf die DomänenverzoVorungsanordnung wenigstens einen Leiter ("9 oder 20) umfaf.t, der mit jedem Kanal an jeder ausgewählten Position gekoppelt !st.

   7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daE jeder Leiter mit Jen verschiedenen Kanülen in vorcodierter Form gekoppelt ist.

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   8. Schaltang nach Anspruch 7, v/oboi jeder Kanal eine Mehrzahl Stufen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Leiter mit einem Paar benachbarter Stufen in binärcodierter Form {rekoppelt ist,

   9. Schaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche bis P, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kanal durch ein
   Muster feinstruliturierter Elemebte gob Π det ist.

   ¹0. Schaltung nach Anspruch 9, wobei jeder Fanal ein e Mehrzahl Stufen umfaPt, dadurch ,rekennzeichnet, daf wenigstens eine Stufe eine größere Zahl foinstrukturiertor Elemente aufweist als eine benachbarte Stufe.

   1 . Schaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche I

   bis 'C mit wenigstens zwei Kanälen (beginnend an Positionen 0000 und 0001) je zweier Stufen (S! und S2), dadurch gekennzeichnet, daf. die DomUnenverzögerungsanordnung wenigstens einen Leiter (19) umfaßt, der mit den Stufen /Sl und S2) in
   codierter Anordnung gekoppelt ist, um selektiv magnetische Domänen, die übertragen werden, zu vergrößern, und daP die zweite Stufe eine gepenübpr dnr ersten Stufe "rhöhto Anzahl fein-Rtrukturierte Elemente aufweist, um die Expansion gewisser

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   nicht vereögerter magnettteher Domänen zu erlauben.

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