DE2919307A1

DE2919307A1 - Komparator

Info

Publication number: DE2919307A1
Application number: DE19792919307
Authority: DE
Inventors: Alan John Thomas
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1978-05-15
Filing date: 1979-05-14
Publication date: 1979-11-22
Also published as: FR2426267A1; AU4687179A; BR7902939A; SE7904205L; JPS54153076A

Description

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THE GENERAL ELECTRIC COMPANY LIMITED, London, England

Komparator

Die Erfindung betrifft einen Komparator.

Die Erfindung bezieht sich auf Komparatoren mit magnetoelektrischen Einrichtungen. Bei dem erfindungsgemäßen Komparator wird eine Halbleitereinrichtung verwendet, in welcher ein stromleitendes Teil (die Domäne) durch das Anlegen eines Magnetfeldes mit einer Frequenz in Drehung versetzt wird, welche von der Magnetflußdichte und einer angelegten Spannung abhängt, wodurch ein Ausgangssignal erzeugt wird, dessen Frequenz repräsentativ ist für die Magnetflußdichte und die angelegte Spannung. Der nachfolgend benutzte Name für eine derartige Einrichtung ist Trägerdomänenmagnetometer (carrier domain magnetometer), wird jedoch auch als Trägerdomäneneinrichtung (carrier domain device) bezeichnet und ist in "Electronics Letters", 1976, Band 12, Seiten 608 - 610 von Cf. Gilbert und in "Electronics Letters", 1976, Band 12, Seiten 610 - 611 von M.H. Manley beschrieben. Das Trägerdomänenmagnetometer wird im folgenden kurz CDM bezeichnet bzw. die Trägerdomäneneinrichtung als; CDD.

Ein CDM kann durch ein konventionelles bipolares Verfahren hergestellt und auf den Chip mit ergänzenden Schaltungen integriert werden. In einem speziellen Beispiel besteht das CDM aus einer verlängerten bipolaren Struktur, die derart konzipiert ist, daß nur ein schmales Teil derselben (die Domäne) zu einer vorgegebenen Zeit leitend ist. Die Domäne formt sich zwanglos aufgrund einer positiven

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Rückkopplung zwischen einem kreisförmigen npn und einem kreisförmigen pnp-Transistor. Die Domänenlage wird durch mehrere Kontakte erfaßt, die um den Kollektorbereich eines

Transitors herum angeordnet sind. Ein Magnetfeld, das senkrecht an die Trägerdomäneneinrichtung CDD angelegt wird, liefert Lorentzkräfte, die auf die Träger wirken, welche in jedem Transitor fließen. Der Effekt dieser magnetischen Wechselwirkung besteht darin, daß eine umfangsmäßige Verschiebung in den Rückkopplungskreis eingesetzt wird, der die beiden Transitoren enthält, wodurch die Domäne kontinuierlich um diese Einrichtung sich dreht. Die Drehrichtung entspricht der Feldpolarität und die Frequenz der Drehung ist proportional zur Größe der normalen mangetischen Flußdichtung und einer angelegten Spannung. In den augenblicklich verfügbaren Einrichtungen besteht eine untere Schwellwertgrenze für das Magnetfeld, unterhalb welcher die Domäne an irgendeiner Inhomogenität in der Einrichtung "stecken bleibt". Es ist ebenfalls wahrscheinlich, daß eine obere Grenze besteht, die wahrscheinlich in Abhängigkeit zu der Übergangsfrequenz fm des langsamsten Transistors steht, jedoch ist von Erfahrungen einer solchen Grenze bisher nicht berichtet worden.

Erfindunsgemäß weist ein Komparator ein erstes und zweites Strom-Domänen-Magnetometer CDM, das auch als Trägerdomäneneinrichtung (carrier domain device CDD) bezeichnet wird, und eine Komparatoreinrichtung auf, die derart vorgesehen ist, daß die Ausgänge des ersten CDM und des zweiten CDM verglichen werden und ein Ausgang erzeugt wird, der für die Differenz zwischen den beiden Ausgängen repräsentativ ist.

Die gleich Spannung kann an das erste CDM und das zweite CDM angelegt werden, wodurch der Ausgang der Komparatoreinrichtung die Differenz zwischen den Intensitäten der Magnetflüsse repräsentiert, die an das erste und zweite CDM angelegt werden.

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Andererseits kann die gleich Intensität des Magnetflusses an das erste und zweite CDM angelegt werden, wodurch der Ausgang dessKomparators für die Differenz zwischen den Spannungen repräsentativ ist, die an das erste und zweite CDM angelegt werden.

Die Komparatoreinrichtung weist vorzugsweise einen Zähler auf, der durch die Ausgangsimpulse des ersten CDM erhöht und durch die Ausgangsimpulse des zweiten CDM erniedrigt wird; der Inhalt des Zählers wird periodisch abgetastet, um das Ausgangssignal der Komparatoreinrichtung zu erzeugen und wird dann zurückgestellt.

Vorzugsweise enthält der Komparator eine Sichtanzeigeeinrichtung, welcher der Ausgang der Komparatoreinrichtung zugeführt wird.

Im folgenden wird der erindungsgemäße Komparator zur Erläuterung weiterer Merkmale anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Spannungskomparators,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines zweiten Magnetflußkomparators, und

Fig. 5 die in dem ersten und zweiten Komparator erzeugten Impulse.

Im folgenden wird zuerst Bezug genommen auf Fig. 4. Der erste Komparator ist ein Spannungskomparator. Der Spannungskomparator weist zwei Strom-Domänen-Magnetometer (parent domain magnetometer) CDM 1,2 auf, die in enger Nachbarschaft angeordnet sind, wobei deren kreisförmigen Domänenwege koaxial und parallel zueinander sind. Die gleiche, normale Magnetflußintensität Bg wird an beide CDM 1, 2 angelegt. Spannungen V.. und V₂» die miteinander verglichen werden sollen, werden jeweils an das CDM 1 und CDM 2 angelegt. Die Ausgänge der CDM 1, 2 werden

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an eine Komparatoreinrichtung angelegt, die einen Zähler 3 und einen Dualimpuls-Generator 5 aufweist. Der Ausgangsimpulszug des CDM 1, dessen Frequenz proportional zur Größe des Produkts aus B_n und V^ ist, wird an den hochzählenden Eingang 3a, d.h. an den den Inhalt des Zählers 3 erhöhenden Eingang angelegt. Die Ausgangsimpulskette des CDM 2, dessen Frequenz proportional zur Größe des Produktes aus B„ undVp ist, wird an den Eingang 3b des Zählers 3 angelegt, der eine Verringerung des Zählerinhalts ergibt. Auf diese Weise erhöht jeder Ausgangsimpuls des CDM 1 den Zähler 3 und jeder Impulsausgang des CDM 2 erniedrigt den Inhalt des Zählers 3. Somit ist die Nettogeschwindigkeit der Erhöhung (oder Erniedrigung) des Zählerwertes des Zählers 3 proportional zur Differenz zwischen V. und V₂.

Der Inhalt des Zählers 3 wird alle 500 ms oder über einen ähnlichen Zeitraum abgetastet und über eine optische Anzeigeeinrichtung in Form einer digitalen Anzeige 4 dargestellt, woraufhin der Zähler zurückgestellt wird. Dies wird auf folgende Weise erreicht: Der Doppelimpulsgenerator 5 erzeugt einen Doppelimpuls, bestehend aus zwei Impulsen 6 und 7 (Fig. 3) alle 500 ms oder einem ähnlichen Zeitintervall. Die Impulse 6 und 7 haben praktisch die gleiche Dauer t^ (z.B. einige wenige /us) und sind durch eine Zeit t (z.B. im wesentlichen die gleiche wie t^, einige wenige /us) voneinander getrennt. Die Vorderkante des Impulses 6 steuert das Löschen der Zahl, die von der Anzeige 4 dargestellt wird, während die Hinterkante des Impulses 6 die Übertragung des Inhalts des Zählers 3((einschl. seines Vorzeichens) in die Anzeige 4 steuert. Der Impuls 7 steuert das Rückstellen des Zählers 3, dessen Inhalt dann entsprechend den Ausgängen der CDM 1 und 2 erhöht oder erniedrigt wird (oder null bleibt) Ersichtlicherweise liefert die Anzeige 4 nur dann eine Anzeige null, wenn V> = Vp.

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Im folgenden wird auf Fig. 2 Bezug genommen; bei dieser Ausführungsform ist der Komparator ein Magnetfluß-Komparator. Der Magnetfluß-Komparator weist zwei CDM 11, 12 auf, die nahe beieinander, jedoch derart angeordnet sind, daß der Magnetfluß, der durch eines der CDM hindurchgeht, nicht durch das andere CDM hindurchgeht. Die gleich Spannung Vg wird an beide CDM 11, 12 angelegt. Die CDM 11 und 12 sind normalerweise dem Magnetfluß IL bzw. B₂, deren Intensitäten verglichen werden und jeweils an das CDM 11 bzw. 12 angelegt werden. Wie bei der ersten Ausführungsform in Form eines Spannungskomparators werden die Ausgangsimpulszüge der beiden CDM an den eine Erhöhung bzw. eine Erniedrigung bewirkenden Eingang 3a bzw. 3b des Zählers 3 angelegt. Der Inhalt des Zählers 3 wird periodisch abgetastet, in der Anzeige 4 angezeigt und unter Steuerung der Impulse 6 und (Fig. 3) des Doppelimpulsgenerators 5 auf exakt die gleiche Weise wie hinsichtlich des ersten Spannungskomparators beschrieben ist, zurückgestellt. Bei der zweiten Ausführungsform, d.h. dem Magnetflußkomparator, ist jedoch die tatsächliche Geschwindigkeit der Erhöhung bzw. Erniedrigung proportional zur Differenz zwischen B₁ und Bp, da die Frequenzen der Ausgangsimpulszüge der CDM 10 und 11 proportional zur Größe des Produktes ivon B. und Vg bzw. B₂ und Vg sind.

Ersichtlicherweise kann der Ausgang der Komparatoreinrichtung eine Impulskette liefern, deren Frequenz für die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der CDM repräsentativ ist, oder er kann einen Spannungs- oder Stromvektor enthalten, dessen Größe und/oder Phasenwinkel repräsentativ für die Differenz zwischen den Ausgängen der CDM ist.

Jedes CDM kann auch derart angeordnet sein, daß ein weiterer Ausgang erzeugt wird, der die Drehrichtung seiner Domäne anzeigt; diese weiteren Ausgänge werden auch an die Komparatoreinrichtung angelegt.

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Die erforderlichen Gleichstromspeiseleitungen sind in den Figuren 1 und 2 aus Gründen der Klarheit nicht dargestellt. Die CDM können außerdem mit einer Einrichtung zur Stabilisierung oder Kompensation von Temperaturänderungen derselben ausgerüstet sein.

Der erfindungsgemäße Komparator weist somit ein erstes oder zweites Magnetometer CDM (current domain magnetometer bzw. carrier domain magnetometer) und eine Komparator einrichtung 3, 5 auf, die so vorgesehen ist, daß sie die Ausgänge des ersten und zweiten CDM miteinander vergleicht und ein Ausgangssignal liefert, das der Differenz zwischen den Ausgängen der CDM entspricht. Durch Anlegen des gleichen Magnetflusses B_ß an jedes CDM kann der Komparator als Spannungskomparator arbeiten. Durch Anlegen der gleichen Spannung Vg an jedes CDM wirkt der Komparator als Magnetflußkomparator.

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Claims

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THE GENERAL ELECTRIC COMPANY LIMITED, London, England

Patentansprüche

1)) Komparator,
dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes (1; 10) und ein zweites (2; 11) Strom-Domänen-Magnetometer und eine Komparatoreinrichtung (3> 5) vorgesehen sind und daß die Komparatoreinrichtung die Ausgänge des ersten und zweiten Magnetometers miteinander vergleicht und ein Ausgangssignal liefert, das der Differenz zwischen den Ausgängen der beiden Magnetometer entspricht.

2) Komparator nach Anspruch 1, - ' dadurch gekennzeichnet, daß die gleiche Spannung (Vg) an das erste und zweite Magnetometer (1, 2) angelegt werden und daß der Ausgang der Komparatoreinrichtung (3, 5) ein der Differenz zwischen den Intensitäten der Magnetflüsse entsprechendes Ausgangssignal liefert, welche an die beiden Magnetometer angelegt werden.

3) Komparator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß Magnetflüsse (Bg) gleicher Intensität an das erste und zweite Magnetometer (10, 11) angelegt werden und daß der Ausgang der Komparatoreinrichtung (3, 5) einen der Differenz zwischen den an die beiden Magnetometer angelegten Spannungen entsprechenden Ausgang liefert.

4) Komparator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Komparatoreinrichtung (3, 5) einen Zähler (3) aufweist, welcher derart angeordnet ist, daß er durch die Aus-

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gangsimpulse des ersten Magnetometers (1;1O) erhöht und durch die Ausgangsimpulse des zweiten Magnetometers {2;11) erniedrigt wird und daß der Inhalt des Zählers periodisch abgetastet wird, um das Ausgangssignal der Komparatoreinrichtung zu liefern, wonach der Zähler zurückgestellt wird.

5) Komparator nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator eine optische Anzeigeinrichtung (4) aufweist, an die der Ausgang der Komparatoreinrichtung (3, 5) angelegt wird.

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