DE3303380C2 - Semiconductor memory - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Halbleiterspeicher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a semiconductor memory according to the preamble of claim 1.
In der Zeitschrift ELEKTRONIK 79 Heft 12/S. 39 bis (W. RIENECKER) ist ein derartiger Halbleiterbaustein beschrieben. Die Inferrnation in den Speicherzellen ist nicht durch wahlfreien Zugriff zugänglich.In the magazine ELEKTRONIK 79 issue 12 / S. 39 to (W. RIENECKER) such a semiconductor component is described. The information in the memory cells is not accessible by random access.
In der Zeitschrift ELEKTRON IK 76/Heft 10/S. 53 bis (GOSER) ist ein Halbleiterbaustein beschrieben, der eine Ein-Transistorzelle nach dem CCD-Prinzip aufweist. Dieser hai den Nachteil, daß das »Verschieben« eines Datums von einer Speicherzelle in eine benachbarte nur durch das Auslesen des Datums und Wiedereinschreiben unter der neuen Adresse geschehen kann. Soll der Inhalt mehrerer Speicherzellen verschobenIn the magazine ELEKTRON IK 76 / issue 10 / S. 53 to (GOSER) describes a semiconductor component that has a one-transistor cell based on the CCD principle. This has the disadvantage that "moving" of a date from one memory cell to an adjacent one can only be done by reading out the date and rewriting it at the new address. Should the contents of several memory cells be moved werden, muß dieser Vorgang entsprechend oft wiederholt werden.this process must be repeated accordingly often.
Das Suchen bestimmter Elemente in Datenmengen, z. B. Einträge in Tabellen, kann durch Sortierung derSearching for certain elements in datasets, e.g. B. Entries in tables can be sorted by sorting the Datenmengen beschleunigt werden. Das z. Zl effektivste Suchverfahren auf sortierten Datenmengen ist das Binärsuchverfahren. In Datenverarbeitungsanlagen wird das Binärsuchverfahren z. Zt durch Software implementiert.Data volumes are accelerated. The Z. This is one of the most effective search methods on sorted amounts of data Binary search. In data processing systems, the binary search method is z. Currently implemented by software.
to Dieses Verfahren ist nur dann effizient, wenn die Daten in einem Speicher mit schnellem wahlfreiem Zugriff abgelegt sind. Wir wollen für die folgenden Betrachtungen davon ausgehen, daß die Daten in einem herkömmlichen Halbleiterrandomspeicher (RAM) gespeichertto This method is only efficient if the data is in a memory with fast random access are filed. For the following considerations we will assume that the data is stored in a conventional semiconductor random memory (RAM) sind und daß jedes Element der Datenmenge genau ein Speicherwort belegt. Der Zeitaufwand für das Suchen eines Datums ist dann, gemessen an der Anzahl der notwendigen Speicherzugriffe, proportional i\ogn, wobei η die Anzahl der Elemente der geordneten Daten-and that each element of the data set occupies exactly one memory word. The time required to search for a datum is then proportional to the number of memory accesses required, where η is the number of elements of the ordered data. menge ist.amount is.
Der günstigste Zeitaufwand für das binäre Suchen gilt jedoch nur, solange die Datenmenge nicht verändert wird. Wenn Daten eingefügt oder gelöscht werden sollen, so muß ein Teil der Daten im Speicher umplaziertThe cheapest time to spend binary searching applies but only as long as the amount of data is not changed. If data is to be inserted or deleted, some of the data must be relocated in the memory werden, um die für das Binärsuchverfahren notwendige Sortierung (beim Einfügen) bzw. die lückenlose Speicherung der Daten (beim Löschen) aufrechtzuerhalten. Beim Einfügen eines Datums muß die Adresse bestimmt werden, unter der es entsprechend der Ordnung einge-in order to maintain the sorting required for the binary search procedure (when inserting) or the complete storage of the data (when deleting). When inserting a date, the address under which it is to be entered according to the order must be determined.
jo tragen werden muß. Bevor dies geschehen kann, müssen das unter dieser Adresse stehende Element und alle folgenden um eine Position im Speicher in Richtung höherwertiger Adressen verschoben werden. Dabei ist vorausgesetzt, daß die Daten im unteren Teil (niedrigejo must be carried. Before this can happen, you need to the element under this address and all subsequent elements are shifted by one position in the memory in the direction of higher-order addresses. It is assumed that the data in the lower part (low
J5 Adressen) des Speichers stehen und die freien Plätze im oberen Teil. Beim Löschen müssen dann die Elemente, die hinter dem zu Löschenden stehen, um eine Position in Richtung niederwertiger Adressen verschoben werden.J5 addresses) of the memory and the free spaces in upper part. When deleting, the elements that are behind the item to be deleted have to move to a position be shifted in the direction of lower-order addresses.
Wegen der oben geschilderten Nachteile herkömmlicher Hiilblcilcrspcichcrbaustcinc ist der Zeitaufwand für das Verschieben eines Datums im statistischen Mittel proportional jn, wobei eine Gleichvcrteilung derBecause of the above-described disadvantages of conventional auxiliary equipment packages, the expenditure of time is increased for the shifting of a date, the statistical mean is proportional to jn, with an equal distribution of the Wahrscheinlichkeit für das Einfügen bzw. Löschen an einer bestimmten Adresse angenommen wird. Es müssen also durchschnittlich γ VerschiebeoperationenProbability for inserting or deleting at a certain address is assumed. So on average γ shift operations have to be performed
vorgenommen werden, wenn ein Datum eingefügt oder so gelöscht werden soll, wobei pro Verschiebeoperation je ein Lese- und ein Schreibzugriff notwendig sind.can be made when a date is to be inserted or deleted, with each move operation depending read and write access are necessary.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Halbleiterbaustein nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß der wahlfreie Zugriff ermöglicht wird, wobei folgende Bedingungen zu erfüllen sind:The object of the invention is therefore to provide a semiconductor module according to the preamble of claim 1 in such a way to train that random access is enabled, whereby the following conditions must be met:
a) Ab der Adresse ; alle Daten unter den Adressen A > i gleichzeitig in Richtung höherer Adressen um eine Stelle verschieben (Vorwärts-Verschieben aufgrund eines Steuersignals).a) From the address; Shift all data under the addresses A> i simultaneously by one place in the direction of higher addresses (forward shift due to a control signal).
b) Bis zu der Adresse /alle Daten unter den Adressen A > i gleichzeitig in Richtung niedrigerer Adressen um eine Stelle verschieben (Rückwärts-Verschieben aufgrund eines Steuersignals).b) Shift up to the address / all data under the addresses A> i at the same time in the direction of lower addresses by one place (backward shift due to a control signal).
c) Wahlfreier Zugriff zu den Speicherzellen (random access) für das Schreiben und Lesen der Daten.c) Random access to the memory cells for writing and reading the data.
Die Kapazität soll in der Größenordnung heute üblicher Halbleiterspeicher liegen.The capacity should be in the order of magnitude of today's semiconductor memories.
Es soil also ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) unterworfen werden, dessen Speicherzellen so beschaffen sind, daß die Information von einer Zelle /zu der benachbarten Zelle / — 1 (Rückwärts-Verschieben) bzw. / + 1 (Vorwärts-Verschieben) in einem (Mchrphasen-) Taktinvlervall geschoben werden kann. Dieser Speicher wird im folgenden »Shift-RAM« genannt werden. Der Verschiebeaufwand würde dadurch auf den Zeitaufwand für die eine geschilderte parallele Verschiebeoperation aller ausgewählten Da'en gesenkt,A random access memory (RAM) is to be subjected to this, the memory cells of which are as follows are such that the information from a cell / to of the neighboring cell / - 1 (move backwards) or / + 1 (move forward) in one (Mchrphasen-) Clock interval can be pushed. This memory is referred to in the following as "Shift-RAM". The shifting effort would be reduced to the time required for the one parallel shifting operation described all selected da'a lowered,
und es wären nicht mehr durchschnittlich "T" sequentielle Verschiebeoperationen nötig.and there would no longer be an average "T" sequential Shift operations necessary.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind im Anspruch 2 und im Anspruch 3 beschrieben.This object is achieved by the measures specified in the characterizing part of claim 1. Further Refinements of the invention are described in claims 2 and 3.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail using exemplary embodiments. It shows
Fig. 1 schematische Darstellung eines CCD-Schieberegisters, 1 shows a schematic representation of a CCD shift register,
F i g. 2 Ersatzschaltbild eines CCD-Schieberegisters,F i g. 2 equivalent circuit diagram of a CCD shift register,
Fig.3 Ein-Transistor-Zelle nach dem CCD-Prinzip und Ersatzschaltung,Fig. 3 One-transistor cell according to the CCD principle and equivalent circuit,
F i g. 4 Zelle Z,des Shift-RAM,F i g. 4 cell Z, of the shift RAM,
F i g. 5 Zeilenauswahl für den Verschiebevorgang,F i g. 5 Line selection for the move process,
F i g. 6 Shift-RAM-Zelle Z1 mit Zellenauswahl für Verschiebevorgang, F i g. 6 Shift RAM cell Z 1 with cell selection for shifting process,
F i g. 7 Speicherwort des Shift-RAM, bestehend aus 4 1-Bit-Zellen.F i g. 7 memory word of the shift RAM, consisting of 4 1-bit cells.
In F i g. 1 ist ein bekanntes CCD-Schieberegister schematisch dargestellt. Auf einem Substrat P-Si sind MOS-Kondensatoren Q, C2, d aufgebracht. Es sind Taktphasenleitungen Φ\, Φ2, Φι vorgesehen. Weiterhin sind zwei Al-Elektroden (input gate, control gate) auf einer SiCVSchicht aufgebracht. Die Anschlüsse für den Kanal K sind N+-Zonen. Die MOS-Kondensatoren Ci, C2, Ci haben den Kanal K als gemeinsame Elektrode. Der Kanal AC besteht aus einer N-Si-Zone. Die Taktphasenleitungen Φ\, Φ2, Φι sind mit den anderen Elektroden der Kondensatoren Ci, C2, C\ verbunden.In Fig. 1 a known CCD shift register is shown schematically. MOS capacitors Q, C 2 , d are applied to a substrate P-Si. There are clock phase lines Φ \, Φ 2 , Φι provided. Furthermore, two Al electrodes (input gate, control gate) are applied to a SiCV layer. The connections for channel K are N + zones. The MOS capacitors Ci, C 2 , Ci have the channel K as a common electrode. The channel AC consists of an N-Si zone. The clock phase lines Φ \, Φ 2 , Φι are connected to the other electrodes of the capacitors Ci, C 2 , C \ .
In F i g. 2 ist ein Ersatzschaltbild entsprechend l; i g. 1 dargestellt. Hierbei ist der Kanal K durch Doppelpfeil dargestellt, wodurch die Möglichkeit des Ladungstransportes entlang des Kanals verdeutlicht wird.In Fig. 2 is an equivalent circuit diagram corresponding to 1 ; i g. 1 shown. Here, the channel K is shown by a double arrow, which makes the possibility of charge transport along the channel clear.
In Fig.3 sind eine Ein-Transistor-Spcichcr/.clle nach dem CCD-Prinzip und das zugehörige Ersatzschaltbild dargestellt. Auf dem Substrat P-Si ist eine SiO.--Schicht aufgebracht, auf der sich zwei Al-Elektroden befinden. Eine Elektrode ist das Gate des MOS-Transistors T, die andere Elektrode gehört zum MOS-Kondensator C Die N+ -Zone im Substrat P-Si ist die Datenleitung (bit line). Das Gate des MOS-Transistors T ist mit der Wortleitung (word line) verbunden.FIG. 3 shows a one-transistor memory according to the CCD principle and the associated equivalent circuit diagram. On the substrate P-Si a SiO - layer is applied, on which there are two Al electrodes. One electrode is the gate of the MOS transistor T, the other electrode belongs to the MOS capacitor C. The N + zone in the substrate P-Si is the data line (bit line). The gate of the MOS transistor T is connected to the word line (word line).
F i g. 4 stellt eine Ausführungsform einer Zellstruktur nach der Erfindung dar. Sie entsteht aus der Kombination einer CCD-Zelle nach F i g. 1 bzw. 2 mit einer Ein-Transistorzelle nach Fi g. 3. Dabei ersetzt der Kondensator Ci in Fig.4 den Kondensator C in Fig.3. Der Transistor Γ«, entspricht dem Transistor Tin Fig.3. Z, ι und Z1 1 ι zeigen an, an welcher Stelle sich die nächsten Zellen mit der nächstniedrigen bzw. nächsthöheren Adresse befinden.F i g. FIG. 4 shows an embodiment of a cell structure according to the invention. It arises from the combination of a CCD cell according to FIG. 1 or 2 with a one-transistor cell according to Fi g. 3. The capacitor Ci in Fig.4 replaces the capacitor C in Fig.3. The transistor Γ «corresponds to the transistor Tin Fig.3. Z, ι and Z 1 1 ι indicate where the next cells with the next lower or next higher address are located.
Der Speicherbaustein gemäß der Erfindung hat zwei Betriebsmodi, den Lcse-Sehreib-Modus und den Verschiebe-Modus. The memory module according to the invention has two operating modes, the Lcse-write mode and the shift mode.
In F i g. 5 ist das Schema für die Zeilenauswahl beim Verschiebevorgang angegeben. Für jede Zelle '/., des Shift-RAM, wie in F i g. 4 angegeben, ist ein zusätzlicher Transistor T1 vorgesehen, der in die Taktleitung der Taktphasc <l>\ geschaltet ist. Mit Hilfe der zusätzlichen Auswahlleitung RS„ die mit dem Gate des Transistors T= verbunden ist, kann die Taktphase Φι durch Sperren des Transistors T, unterbrochen werden, so daß die Zellen, deren Index kleiner / ist, von der Taktphase Φι abgetrennt werden. Denn die Taktphase Φ\ wird von der Zelle mit dem höchsten Adreßwert eingespeist.In Fig. 5 shows the scheme for selecting rows when moving. For each cell '/., Of the shift RAM, as shown in FIG. 4 indicates an additional transistor T 1 is provided which is connected in the clock line of the Taktphasc <l> \. With the help of the additional selection line RS " which is connected to the gate of the transistor T =", the clock phase Φι can be interrupted by blocking the transistor T , so that the cells whose index is smaller / is separated from the clock phase Φι. This is because the clock phase Φ \ is fed in from the cell with the highest address value.
ίο Für die Verschiebeoperationen muß festgelegt werden, ab welcher Adresse A die Daten verschoben werden sollen.ίο For the shift operations, it must be specified from which address A the data should be shifted.
a) Beim »up shift« werden alle Daten unter den Adressen A' > A verschoben.a) With the »up shift«, all data under the addresses A ' > A are shifted.
b) Beim »down shift« werden alle Daten unter den Adressen A' > A verschoben.b) With the »down shift« all data under the addresses A '> A are shifted.
Die Verschieberichtung wird durch die Reihenfolge der Taktphasen bestimmt:The direction of movement is determined by the sequence of the cycle phases:
Φ2, Φι. S6I-.»upshift«
Φ\, Φι, Ά: »down shift« Φ2, Φι. S 6 I -. "Upshift"
Φ \, Φι, Ά: »down shift«
2ϊ Unter Berücksichtigung der Punkte a) und b) ergibt sich daher, daß für die Verschiebcoperationen (»up shift« und »down shift«) ab der Adresse A alle Shift-RAM-Zellen A'> A mit dem Mehrphasentakt Φ\, Φ2, Φ> versorgt werden müssen und die Zellen mit den Adressen ,4 " < A vom 3- Phasen-Takt getrennt werden. 2ϊ Taking into account points a) and b) it follows that for the shift operations ("up shift" and "down shift") from address A onwards, all shift RAM cells A '> A with the multi-phase clock Φ \, Φ 2 , Φ> must be supplied and the cells with the addresses, 4 "< A are separated from the 3-phase cycle.
Für die Zellen, die nicht an der VerschiebeoperationFor the cells that are not participating in the move operation
beteiligt sind, muß verhindert werden, daß die Ladungen dieser Shift-RAM-Zellen zu einer benachbarten Zelle wandern. Auch dürfen diese Zellen keine Ladungen voninvolved, it must be prevented that the charges of these shift RAM cells to an adjacent cell hike. Also, these cells must not have any charges from
V) benachbarten Zellen erhalten. Dies wird durch die Unterbrechung der Tuktleitungen zu den Zellen erreicht. Es ergibt sich dadurch ein Mehraufwand von 3 zusätzlichen (paß-) Transistoren pro Speicherzelle. Genauere Untersuchungen ergaben jedoch, daß pro Speicherzelle nur ein zusätzlicher Transistor zur Unterbrechung der Taklphase Φ\ nötig ist. Dies sei durch folgende Überlegung mit Hilfe der Fig. 5 verdeutlicht. V) neighboring cells are preserved. This is achieved by interrupting the trunk lines to the cells. This results in an additional expense of 3 additional (pass) transistors per memory cell. However, more detailed investigations have shown that only one additional transistor is required per memory cell to interrupt the cycle phase Φ \. This is illustrated by the following consideration with the aid of FIG. 5.
Es sei RS, = 0: Sperren des Transistors T).
4r> Alle anderen RSj — \,j Φ i: leitende Transistoren T).Let RS, = 0: block the transistor T).
4 r > all other RSj - \, j Φ i: conducting transistors T).
Für die Zellen mit Φι = 0(j < ;^giltdann:For the cells with Φι = 0 (j < ; ^ then applies:
5() »up shift«: ^2. 'Aj. <l'\ 5 () »up shift«: ^ 2. 'Aj. <l '\
Phase TransportrichtungPhase of transport direction
»down shift«: Φ3, Φ2, Φ\
Phase Transportrichtung»Down shift«: Φ3, Φ2, Φ \
Phase of transport direction
G-C,G-C,
Die Ladungen verlassen in den geschilderten Fällen nicht die Shift-RAM-Zellen, wenn sie von Φι abgetrennt sind.In the cases described, the charges do not leave the shift RAM cells when they are separated from Φι.
Für die Adressierung der Speicherzellen für die Verschicbeopcrationcn ist also nur ein zusätzlicher Transistor pro Speicherwort nötig. Dieser Transistor wird übe- die zusätzliche Steuerleilung »row seiet« (RS,) angesteuert, die durch den Adreßdecoder ausgewählt wird, wenn der Shift-RAM sich im Verschiebe-Modus befindet.For addressing the memory cells for the dispatch operations, only one additional transistor per memory word is therefore necessary. This transistor is controlled via the additional control line “row beet” (RS,) , which is selected by the address decoder when the shift RAM is in shift mode.
In I'ig. b ist eine Ausführungsform der Shift-RAM-ZeIIc '/., dargestellt, die gegenüber der Form in F i g. 4In I'ig. b is an embodiment of the shift RAM cell '/ . 4th
um den Transistor T1 zur Zellenauswahl für die Verschiebeoperation erweitert ist.is expanded by the transistor T 1 for cell selection for the shift operation.
Die Auswahlleitung RS, für den Transistor T1 und die Wortauswahlleitung word line, werden durch den Adreßdecodierer ausgewählt. Im Lesc-Schrcib-Modus r> ist jedoch nur die Wortauswahüeitung word line, von Bedeutung, da in diesem Modus die Taktlcitungen für die Phasen Φχ,Φι, ίί*» inaktiv sind.The selection line RS for the transistor T 1 and the word selection line word line are selected by the address decoder. In the Lesc-Schrcib mode r > only the word line selection is important, since in this mode the clock lines for the phases Φχ, Φι, ίί * »are inactive.
Das Adressieren der Shift-RAM-Zellen für die Operationen Lesen, Schreiben erfolgt nach den Methoden, wie sie in DRAM-Bausteinen (DRAM: Dynamischer Random Access Memory) angewendet werden: Auswahl der Zeilen über »word line« und einer anschließenden Selektion der Daten auf den »bit lines«. Diese Adressierung betrifft jeweils nur Ci derShift-RAM-Zel- r> le(vg|, Fig. 4). Da im Lese-Schreib-Modusdie relevante Information in der Ladung des Kondensators Q steckt, kann das refreshing nach dem bei dynamischen RAMs verwendeten Verfahren, nämlich blockweises Lesen und Wiedereinschreiben durch Adressierung über die Wortleitung erfolgen. Dadurch entfällt das bei CCD-Speichern notwendige fortwährende Verschieben der Daten.The addressing of the shift RAM cells for the read and write operations is carried out according to the methods used in DRAM modules (DRAM: Dynamic Random Access Memory): Selection of the lines via "word line" and a subsequent selection of the data on the "bit lines". This addressing only affects Ci derShift-RAM-Zel- r> le (vg |, Fig. 4). Since the relevant information is in the charge of the capacitor Q in the read-write mode, refreshing can take place according to the method used in dynamic RAMs, namely reading and rewriting in blocks by addressing via the word line. This eliminates the need to continuously move the data with CCD memories.
Im Verschiebe-Modus muß der Transistor 7"„, der Zelle Z, durch die Wortauswahlleitung word line, gesperrt werden. Dies gilt für alle Zellen des Speicherbausteins. In the shift mode, the transistor 7 "", the Cell Z, through the word line word line, can be disabled. This applies to all cells of the memory module.
Zur Unterscheidung der beiden Betriebsmodi wird nur ein zusätzliches externes Signal benötigt.Only one additional external signal is required to differentiate between the two operating modes.
In Fig.7 ist eine Ausführungsform der F.rfindung jo dargestellt, bei der ein Speicherwort W1 aus vier 1-Bit-Zellen besteht Z,.u, Z1.1. Z1.2, Z1. \. Jede Taktphase ist mit den vier zugehörigen Kondensatoren verbunden. Da bei Verschiebeoperationen immer alle Bits eines Speicherworts W, gemeinsam verschoben werden, ist pro J5 Speicherwort nur ein Transistor T1 für die Unterbrechung der Leitung der Taktphase Φ\ notwendig.7 shows an embodiment of the invention jo in which a memory word W 1 consists of four 1-bit cells Z,. u , Z 1 . 1. Z 1 . 2, line 1 . \. Each clock phase is connected to the four associated capacitors. Since all bits of a memory word W are always shifted together in shift operations, only one transistor T 1 is necessary for each J5 memory word to interrupt the line of the clock phase Φ \.
Da durch die Reihenschaltung der MOS-Transistoren 7; (F i g. 5) eine Signalabschwächung von Φ> erfolgt, ist nach einer bestimmten Anzahl von Zellen eine Verstärkung des Signals Φι erforderlich.Since by the series connection of the MOS transistors 7; (F i g. 5) a signal attenuation of Φ> takes place, an amplification of the signal Φι is required after a certain number of cells.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
4545
55 gr55 gr
Claims (3)
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DE19833303380 DE3303380C2 (en) | 1983-02-02 | 1983-02-02 | Semiconductor memory |
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DE19833303380 DE3303380C2 (en) | 1983-02-02 | 1983-02-02 | Semiconductor memory |
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DE3303380A1 DE3303380A1 (en) | 1984-08-09 |
DE3303380C2 true DE3303380C2 (en) | 1984-11-22 |
Family
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Family Applications (1)
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DE19833303380 Expired DE3303380C2 (en) | 1983-02-02 | 1983-02-02 | Semiconductor memory |
Country Status (1)
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Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SE9701874D0 (en) * | 1997-05-21 | 1997-05-21 | Ferenc Belik | Address adjustable RAM memory (or shift memory) |
-
1983
- 1983-02-02 DE DE19833303380 patent/DE3303380C2/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE3303380A1 (en) | 1984-08-09 |
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