DE2829798C2 - Magnetblasenschiebeanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetblasenschiebeanordnung mit einem Magnetsubstrat und einer darüber angeordneten Werkstoffschicht, iie darauf angeordnete Magnetschiebeelemente aufweist, mit Einrichtungen zur Erzeugung eines in derselben Ebene wie der des Substrats sich drehenden und mit den Schiebeelementen zusammenwirkenden Magnetfeldes, die zueinander senkrecht stehende, mit zueinander phasenverschobenen Strömen durchflossene Leiter aufweisen.

Eine derartige Magnetblasenschiebeanordnung ist aus der DE-OS 26 57 200 sowie aus der US-PS 40 27 295 bekannt. Die dabei verwendete Vorrichtung zum Weiterbewegen von Blasenbereichen bzw. Domänen in einem Blasenspeicher besteht aus einem diesen umgreifenden Spulengebilde, das zur Erzeugung des sich drehenden ebenen Feldes elektrisch getrieben bzw. gesteuert ist. In typischer Art besteht das Spulengebilde aus einem Paar von Spulen, von denen eine längs einer X-Achse und die andere längs einer y-Achse orientiert ist, so daß die beiden Spulen aufeinander angepaßt sind. Diese Spulen tragen in typischer Art und Weise beträchtlich zu dem Leistungsverbrauch und den Anforderungen bezüglich des Rauminhalts für einen Blasenspeicher gegebener Größe bei. Die Theorie solcher Übertragungs- bzw. Bewegungssysteme ist in einem Artikel erklärt (Titel/ Fortbewegung zylindrischer Magnetbereiche bzw. -Domänen in Orthoferriten von Anthony 1. Perneski. IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, Volume Mag-5, Nummer 3, Sept. 1969, S. 554 bis 557). Fig. 2 dieses Artikels zeigt in allgemeiner illustrativer Art den Typ des erforderlichen Spulengebildcs.

Es wäre wünschenswert, eine Einrichtung zur Erzeugung eines ebenen Feldes zum Übertragen bzw. Fortbcwegen von magnetischen Blasen zu haben, das nicht signifikant zu dem Rauminhalt des Gebildes eines Speichers gegebener Größe oder so signifikant wie die herkömmlichen, jetzt verwendeten Spulengebilde /u den Leistungsanforderungen beiträgt Jedoch ist das Spulensystem zur Herstellung des sich drehenden Feldes bislang die einzig befriedigende Anordnung bei der Feldzugriffmethode zur Steuerung eines Blasenspeichers gewesen. Es sei jedoch angemerkt, daß beim Stande der Technik ebenso Anstrengungen zur Entwicklung eines leitergesteuerten Blasenübertragungs- bzw. -Bewegungsverfahrens unternommen worden sind. Dessen Beschreibung ist in dem Artikel (Titel: »Magi-etic Bub- !0 bles« Andrew H. Bobeck und H. E D. Scovil, SCIENTIFIC AMERICAN, Juni 1971, S. 78 bis 90) beschrieben. Diese Anordnung besteht aus auf direkt über einem Magnetplättchen (magnetic wafer) angeordneten Leiterschleifen. Anders als bei dem FeldzugriffEsystem gibt ι; es keine Permalloy-Elemente, die das Erhalten oder Zurückhalten der Magnetblasen bewirken. Das leiterschleifengesteuerte System zwingt die Magnetblasen innerhalb von Mustern, die auf parallelen Leiterelementen gebildet sind.

Probleme bei den Leiterschleifen gemäß dem Stande der Technik bestehen in dem äußerst genauen Ausrichten des Abstands und des Umrisses der Leiter, um einen befriedigenden Speicher zu erhalten. Der Fortschritt des Feldzugriffblasenspeichersystems, das ein außen erzeugtes sich drehendes Feld mit Permalloy-Elementen verwendet, besteht darin, daß der einzige auf das magnetische Substn.'* aufzubringende Werkstoff das Muster der Permalloy-Elemente gewesen ist, das viel größer als die gewünschte Blasengröße sein kann. Im Gegenteil erfordert die Größe und Abmessungen von Leitern bei Leiterzugriffsverfahrenr nach dem Stande der Technik solche Leiter mit annähernd derselben Größe wie die der fortzubewegenden Blasen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem herkömmlichen, aus einem Magnetsubstrat und darauf angeordneten magnetischen Schiebeelemenien, beispielsweise aus Permalloy, bestehenden Gebilde die Einrichtungen zur Erzeugung des magnetischen Drehfeldes so auszubilden, iiß diese ohne großen Kostenaufwand und in exakter Ausrichtung gegenüber den Schiebeelementen sowie mit sehr geringen Toleranzen hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird bei der anfangs genannten Magnetblasenschiebeanordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leiter direkt auf der Werkstoffschicht oder den magnetischen Schiebeelementen angeordnet und an ihren Kreuzungsstellen miteinander verbunden sind, daß die Leiter sich über jedem magnetischen Schiebeelement kreuzen, wobei die Breite der Leiter etwas größer ist als diejenige der Schiebeelemente, und daß die jeweils in einer Richtung verlaufenden einzelnen Leiter an eine gemeinsame Stromerzeugungseinrichtung angeschlossen sind.

Die Erfindung stellt somit eine Verbesserung in dem Übcrtragungs- bzw. Bewegungsverfahren zur Anwendung in Feldzugriffbiasenspeichersystemen dar. Das herkömmliche Gebilde, das aus einem magnetischen bzw. Magnetsubstrat mit einer Auflage von Permalloy-Gliedern besteht, die sich auf ein ebenes, sich drehendes Magnetfeld zur Blasenübertragung beziehen, ist mit einer Auflage eines elektrischen Leiternetzes versehen, durch das aufgrund des Magnetfeldes die Blasen von einem Permalloy-Element zu dem anderen bewegt werden können.

In einem Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Leiter etwas breiter als die Permalloy-Elemente und die Leiter müssen daher nicht direkt auf die Größe der Blasen der übertragenen magnetischen

Domänen bzw. Bereiche bezogen sein. Weil die Leiterluflage eine sehr niedrige Impedanz aufweist, kann eine beträchtliche Verbesserung bezüglich der gegenwärtig verwendeten Vielfach-Doppelagenspulen der Taktgeschwindigkeit der Blasenspeicheranordnung erhalten werden. Das von außen angelegte, spulengesteuerte ebene Magnetfeld erfordert eine Feldspule mit einem ziemlich wesentlichen Rauminhalt, durch den eine Induktivität gebildet wird, die bei hoher Arbeitsfrequenz einer Blasenspeicheranordnung Probleme verursacht. Des weiteren ist die Anordnung gemäß vorliegender Erfindung im ausgeschalteten Zustand stabil, weil die Permalloy-Elemente in dem herkömmlichen Feldzugriffsgebilde vorliegen bzw. angeordnet sind.

Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß die Leiterauflage gemäß vorliegender Erfindung alle Leiter des Netzes in der Leiterauflage an jedem Rand der Platte zusammenverbinden, wodurch nur eine Steuerverbindung pro Rand der Speicheranordnung benötigt wird. Das Netz, das aus einer einzigen Masche mit an Schnittpunkten bzw. Kreuzungsstellen zusanvmenverbundenen Drähten oder zwei gesonderten Lagen von orthogonal ausgerichteten, parallelen Leiterauflagen bestehen kann, kann in koordinierter Art und Weise zur Herstellung eines sich drehenden Feldes angesteuert werden. Die Leiter sind über den Permalloy-Elementen so angeordnet, daß einzelne Permalloy-Elemente senkrecht zum Stromfluß in den Leitern orientiert sind. Auf diese Weise folgen die Magnetblasen in dem Substrat den magnetischen Polen, die an den Permalloy-Eiementen erzeugt worden sind, und folgen nicht direkt dem Magnetfeld des elektrischen Leiters. Die Permalloy-Elemente koppeln den magnetischen Fluß von den Leitern zu den steuernden Bereichen und gestatten dem magnetischen Flußpfad der elektrischen Leiter nicht, die Bewegung der Blasen direkt zu steuern. Ebenso ist die Leiterauflage auf dem oberen Teil der Permalloy-Elementschicht angeordnet, so daß die Permalloy-Elemente eine größere Wirkung auf die Blasen, die in dem Magnetsubrrat angeordnet sind, als die Leiter besitzen, die weiter weg angeordnet sind. Wenn die Leiterauflage von einem einzigen Netz gebildet ist, das aus orthogonalen Leitern besteht, die in jeder Richtung parallel angeordnet sind und an Kreuzungsstellen bzw. Schnittpunkten mit genauem Zwischenabstand verbunden sind, dann wird das Problem der Anordnung der Leiterauflage auf die Permalloy-Elementauflage zu einem solchen, nur eine einzige Ausrichtung vorzunehmen, anstatt die Ausrichtung einzelner Leiter zu den einzelnen Streifen der Permalloy-Elemente vorzunehmen. Dies stellt einen hervorstechenden Vorteil beim Aufbau dieser Art von Gebilde der.

Ein Äusführungsbeispiei der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht einer Magnetblasenschiebeanordnung gemäß vorliegender Erfindung, bei der Permalloy-Elemente und die Leiterauflage für ein magnetisches Medium dargestellt sind;

F i g. 2 eine Detailansicht eines Teils der Schiebeanordnung gemäß F i g. 1;

F i g. 3 ein Querschnitt 3-3 gemäß F i g. 2; und

F i g. 4 eine schematische Darstellung der Signalform des zum Treiben der Leiterauflage gemäß F i g. 1 erforderlichen Stroms zur Herstellung eines sich drehenden Magnetfeldes zur Bewegung der Magnetblasen.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines magnetischen Blasenspeichersclriiberegisters 10 gemäß der Erfindung dargestellt. Das Register 10 ist illustrativ mit 22 Stufen gezeigt. Ein magnetisches Substrat 12 herkömmlicher Art für Blasenspeicheranordnungen ist als Grundlage vorgesehen, auf der der Rest des Gebilder aufgebaut ist. Ein Muster von Permailoy-Gliedelementen 14 bildet das Gebilde, das den Fluß der Magnetblasen in dem Register steuert.

Die Elemente 14 sind als T-Glieder und gerade Glieder dargestellt, die Erfindung ist jedoch auch zur Verwendung von Permalloy-Elementen unterschiedlicher ίο Umrisse geeignet. Die Art des Feld-Zugriffsverfahrens zum Treiben der Blasen in einer Speicherblasenanordnung ist bekannt und wird nicht weiter an dieser Stelle beschrieben. Es sei allgemein angemerkt, daß die Blasen in der Gegenwart eines sich drehenden Magnetfeldes in Stufen von einem zum anderen Permalloy-Element wandern. Es ist ausreichend zum Zwecke der Beschreibung dieser Erfindung zu sagen, daß Blasen am Eingang des Schieberegisters, schematisch durch den Pfeil 16 dargestellt, durch herkömmliche Einrichtungen angeordnet und von dem Register bei dem Pfeil 18 durch Einrichtungen abgezogen werden, &.~ von herkömmlicher Art zur Aufnahme von Blasen sein keimen.

Die Leiterauflage gemäß vorliegender Erfindung ist als eine aus fünf elektrischen, zueinander parallelen Leitern bestehende Gruppe dargestellt, die sich über das Permall·jy-Gliedgebilde von links nach rechts in X-Richtung erstrecken. Die einzelnen Leiter 20 sind mit einem Stromerzeuger 22 verbunden, der seinerseits zu einer X-Achsenübertragungsleitung bzw. -Bus 24 auf beiden Seiten des Magnetchipsubstrats 12 verbunden ist, auf dem das Register aufgebaut ist In gleicher Weise ist ein V-Achsenstromerzeuger 26 mit dem Bus 28 auf jeder Seite des Substrats 12 verbunden, das seinerseits, in diesem Beispiel, mit 7 y-Achsenieitern 30 verbunden ist. Auf diese Weise werden bei Vorliegen eines herkömmlichen, zum Vormagnetisieren dienenden Feldes Blasen, die in das Schieberegister bei 16 eingegeben werden, durch die 22 Stufen des Schieberegisters hindurchwandern und an der Ausgangsstelle 18 heraustreten, nachdem sie Stufe um Stufe die Permalloy-Elamente des Registers durchwandert haben. Der X-Achsenstromerzeuger 22 und der V-Achsenstromerzeuger 26 werden beispielsweise durch dreieckförmige Stromsignale derart angesteuert, daß ein sich drehendes Magnetfeld in der Ebene des magnetischen Substrats 12 erzeugt wird, in der sich die Blasen befinden.

Fig.2 stellt eine Detailansicht eines Teils gemäß F i g. 1 dar und zeigt allgemein die Größe und die Elementverbindung des Gebildes gemäß Fig. 1 als praktisches Beispiel vorliegender Erfindung. Im allgemeinen sind die Permalloy-Glieder ungefähr 3 μπι breit, während die Leiter im allgemeinen annähernd 5 Jim breit sind, wobei die angenommene Blasengröße bei diesem besonderen Gebilde ungefähr 6 μιη beträgt. Es ist bei diesem Gebilde ersichtlich, daß die Permzlloy-Gliuder voneinander ungefähr 1 bis '/₂ um an den Verzweigungen angeordnet sind, um Blasen von einem Glied zu dem nächsten hindurchzulassen. Die Permalloy-Glieder sind ungefähr Vio μηι cick. Die Permalloy-Muster bzw. An-Ordnungen wiederholen sich mit einem Abstand von ungefähr 26 μιη wie der Abstand der elektrischen X- und V-Achsenleiter. Während die Leiter mit ungefähr 5 μιτι Breite dargestellt sind, können sie gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung auch im Bereich von 3 bis 5 μιτι liegen.

Obgleich diese Abmessungen nur als Beispiel und nicht als Begrenzung angegeben sind, ist es bekannt, daß eine zehnfache Vergrößerung oder Verkleinerung im

Maßstab dieses Gebildes immer noch ein funktionsfähiges Gebilde zuläßt. Zur Erreichung der gewünschten Stromdichte, um das geeignete Magnetfeld zu erzeugen, wären die die Leiter im Bereich von 'Λ bis I μΐη dick. Der geeignete in den elektrischen Leitern erforderliche ί Strom liegt im Bereich von 10 bis 20 Milliampere pro Leiter. Es ist ersichtlich, daß ein einziger X-Achsenleitcr 20a über ein einziges Permalloy-Element 14a normalerweise in der Art darübergeführt ist, daß der Leiter bei Stromfluß die Pole des einzelnen Elements zur Einwirkung auf den Platz einer durch das Register hindurchgehenden Magnetblase erregen kann. In gleicher Weise ist ein bezüglich einzelner Teile der Permalloy-Glieder 146 senkrecht angeordneter einzelner K-Achsenlniter 30·7 gezeigt, so daß bei Stromfluß die magnetischen Polteile der Permalloy-Glieder erregt werden können.

In Fig.3, die einen Querschnitt längs der Linie 3-3 gemäß F i g. 2 zeigt, ist das das Substrat bildende Blasenmedium i2 schematisch dargciiciU. Die Perrnaüoy-Elemente sind an einer herkömmlichen Zwischenlage 32 festgelegt, die ungefähr 1 μπι dick ist. Ein einzelner Teil des Permalloy-Glieds 14a ist auf dem oberen Ende der Zwischenlage 32 dargestellt. Die dargestellte Leiterauflage ist ein Längsschnitt eines Teils der X-Zugriffleiter 20a, der nominell zwischen 0,5 und 1 μπι dick ist und über das Permalloy-Element geführt ist. F i g. 3 stellt nur eine schematische Ansicht dar; es ist nicht beabsichtigt, die wirklichen Dickebeziehungen der verschiedenen Gebilde bzw. Strukturen zu zeigen.

In F i g. 4 ist di'* Beziehung zwischen den Strömen für die X- und die V-Zugriffsleiter bezüglich der Zeit zur Herstellung eines reinen Rotationstreibfelds zur Bewegung einer Magnetblase durch das in F i g. 1 dargestellte Schieberegister dargestellt. Die gezeigte Signalform ist im allgemeinen stellvertretend für Sinuswellen. Jedoch ist es gewiß möglich, auch dreieckförmige Signalformen öder gepulste Ströme in bestimmter Folge zum Treiben zu verwenden, um ein sich drehendes Magnetfeld zu erhalten. Es sei angemerkt, daß die Leiter-Induktion vergleichsweise niedrig ist und schnelle Anstiegs- und Abfallzeiten für die Stromsteuerung möglich sind, so daß die angelegte Energie, verglichen mit den Spulensystemen nach dem Stande der Technik, signifikant verringert werden kann.

Das vorstehend beschriebene Ansteuerverfahren kann als ausschließliches Steuer- bzw. Treibsystem für einen Blasenspeicher verwendet werden. Alternativ hierzu kann das vorliegende leitergeiriebene Feldzugriffssystem mit einem konventionellen spulengesteuerten System kombiniert werden, um gewisse Vorteile zu erzielen. In solch einem Anwendungsfall würde das Leitemetz nur einen ausgewählten Bereich des Chips bedecken und steuerlos bleiben, wenn das herkömmliche sich drehende Feld die Steuerung des Chips bereitstellt. Dann, während einer Unterbrechung des herkömmlich gesteuerten Feldes könnte der leitergetriebene Teil des Chips mit hoher Frequenz angesteuert werden, um eine spezifische Operation auf diesem Teil des Chips zu bewirken, während der Rest des Chips stabil bleibt. Beispielsweise könnte solch ein System zum Laden eines w> Chips bei niedriger Energie mit einer Serien-Parallel-Serienanordnung von Daten verwendet werden, bei der das serielle Laden, jedoch mit spezieller Bereitstellung der Parallelelemente von Daten, überwiegt.

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Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Magnetblasenschiebeanordnung mit einem Magnetsubstrat und einer darüber angeordneten Werkstoffschicht, die darauf angeordnete Magnetschiebeelemente aufweist, mit Einrichtungen zur Erzeugung eines in derselben Ebene wie der des Substrats sich drehenden und mit den Schiebeelcmenten zusammenwirkenden Magnetfeldes, die zueinander senkrecht stehende, mit zueinander phasenverschobenen Strömen durchflossene Leiter aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (20, 30) direkt auf der Werkstoffschicht (32) oder den magnetischen Schiebeelementen (14) angeordnet und an ihren Kxeuzungsstellcn miteinander verbunden sind, daß die Leiter (20, 30) sich Ober jedem magnetischen Schiebeelement (14) kreuzen, wobei die Breite der Leiter (20, 30) etwas größer ist als diejenige der Schiebeelemente (14), und daß die jeweiis in einer Richtung verlaufenden einzelnen Leiter (20 bzw. 30) an eine gemeinsame Stromerzeugungseinrichtung (22 bzw. 26) angeschlossen sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Schiebeelemente (14) eine Breite von etwa 3 [im und die Leiter (20,30) eine Breite im Bereich von etwa 3—5 μπι aufweisen.