PEŁNOMOCNIK RZĄDU DO SPRAW ELEKTRO NICZNEJ TECHNIKI OBLICZENIOWEJ
Prace
Instytutu
66 67
Tom IV Praca B 16 (29)
O PROJEKTOWANIU UKŁADÓW STERUJĄCYCH PAMIĘCI NA RDZENIACH FERRYTOWYCH Z CZĘŚCIOWYM P R Z E ŁĄ C ZA N IE M
Zd zis ła w W R ZES ZC Z
INSTYTUT M AS ZY N M A TEM A T YC ZN Y C H
V'TrtSC^ftliAu Maszyn Hat a aia tycznych
V J
Tom I V Praca fl 16/29/
O PROJEKTOWANIU UKŁADÓW STERUJĄCYCH PAMIĘCI NA RDZENIACH FERRYTOWYCH
Z CZĘŚCIOWYM PRZEŁĄCZANIEM
Zdzisław WKZ3SZCZ
Warszawa 1967
Copyright © 1967 - by Instytut Maszyn Matematycznych, Warszawa Poland
Wszelkie prawa zastrzeżone
p . W Y f j / W
KOMITET REDAKCYJNY
Leon ŁUKASZEWICZ /redaktor/, Antoni MAZURKIEWICZ, Tomasz PIETRZYKOWSKI /z-ca redaktora/, Dorota PRAWDZIC,
Zdzisław WRZESZCZ
Redaktor działowy: Zbigniew ŚWIĄTKOWSKI, Sekretarz redakcji: Romana NITKOWSKA,
Adres redakcji: Warszawa, ul, Koszykowa 79, tel. 28-37-29
Instytut Maszyn Matematycznych Praca B 16/29/
© 1967- 02
681.14 - 523.8 621.389.049.7.001.2
0 PROJEKTOWANIU UKŁADÓW STERUJĄCYCH PAMIĘCI NA RDZENIACH FERRYTOWYCH
Z CZĘŚCIOWYM PRZEŁĄCZANIEM
Zdzisław WRZESZCZ Pracę złożono 27.10.1965
Opisana została metoda projektowania elektronicznych układów adresowych, przeznaczonych do pracy w pamię
ci liniowej. Nośnikiem informacji w tej pamięoi eą ferrytowe rdzenie o prostokątnej pętli histerezy, przełączane częściowo. Metoda pozwala okręślić'war
tości parametrów prądów przełączająoych,wyetarozają- oe by spełnić wymagania związane z czasem przełącza
nia rdzenia lub sygnałem odozytu.
1. WSTĘP
Szybki rozwój maszyn cyfrowych jest nierozłącznie związany z rozwojem konstrukcji pamięci, a zwłaszcza pamięci o natychmias
towym dostępie. W ostatnich latach daje się zaobserwować znaczny wzrost wysiłków zmierzających do skrócenia czasu cyklu. Wysiłki te są zrozumiałe jeśli weźmie się pod uwagę rolę, jaką odgrywa ten parametr pamięci o natychmiastowym dostępie w nowoczesnej maszynie cyfrowej.
Czas cyklu ogólnie biorąc zawiera dwa składniki:
a/ czas opóźnienia wnoszony przez układy elektroniczne, b/ czas przełączania rdzenia pamięciowego.
Ten drugi składnik stanowi zazwyczaj znaczną część czasu cyklu i on właśnie będzie przedmiotem rozważań niniejszego artykułu.
Ponieważ jednym ze sposobów zmniejszenia czasu przełączania rdze
nia jest stosowanie przełączania częściowego, więc omawiane będą problemy związane z projektowaniem układów sterujących tego właś
nie typu pamięci na rdzeniach ferrytowych.
4 Zdzisław WRZESZCZ Prace IMM
Określone w artykule zależności analityczne mogą posłużyć kon
struktorowi zarówno we wstępnej fazie projektowania, kiedy to trzeba dokonać ftyboru rdzeni ferrytowych, tranzystorów i diod do elektroniki sterującej, jak też w późniejszej fazie projektowania przy określaniu marginesów poprawnej pracy pamięci o liniowym wy
bieraniu.
W rozdziale 2 omówione są głównie zagadnienia dynamiki przełą
czania. Określono tu także główną charakterystykę B = f(Ojj-) , która jest podstawą dalszych rozważań.
Rozdział 3 zawiera opis pracy rdzeni w pamięci z liniowym wy
bieraniem.
Przedmiotem rozważań rozdziałów ń i 5 jest sposób określania wartości parametrów prądów sterujących rdzeń w odpowiednich fa-
zachjtj. określanie prądów zapisu, prądu bitowego oraz prądu od
czytu. Znajduje się tu także zależność na obliczenie maksymalnej wartości napięcia odczytu.
Rozdział 6 mówi o wymaganiach na wartość oporności wyjściowej układów sterujących.
Wnioski dotyczące czasu cyklu pamięci znajdują się w rozdziale 7.
We wszystkich rozważaniach niniejszego artykułu nie uwzględnia
no oporności rzeczywistych i indukcyjności przewodów, pojemności doprowadzeń oraz pojemności rozproszonych. Założono także, że rdzenie są nieobciążone. Założenia takie są w wielu przypadkach dostatecznie słuszne, zwłaszcza gdy projektuje się pamięci o ma
łych pojemnościach, a konstrukcja bloku jest zwarta. Pominięte elementy obwodów mogą być istotne w pamięciach, o dużych pojemnoś
ciach* Tak postawione zagadnienie będzie jednak przedmiotem osob
nej pracy.
2. DYNAMICZNE PRZEŁĄCZANIE EERROMAGNETYKfJW
Zachowanie się rdzenia ferromagnetycznego w warunkach statycz
nych jest całkowicie zdefiniowane pętlą histerezy. Jeżeli jednak
B 16/29/ O PROJEKTOWANIU UKŁADÓW STERUJĄCYCH PAMIJJCI 5
badany rdzeń poddać działaniom pól magnetycznych o pewnej pulsa- cji W, to w przypadku rdzenia wykonanego z taśmy ferromagnetycz
nej można zaobserwować rozszerzenie pętli histerezy. Zjawisko to tłumaczone jest działaniem prądów wirowych«
W rdzeniach ferrytowych, ze względu na dużą oporność elektryczną materiału, prądy wirowe są pomijane nawet przy wysokich często
tliwościach. Tym niemniej jednak istnieje pewne opóźnienie zmlnn indukcji, przy szybkich zmianach natężenia pola w trakcie impul
sowego przemagnesowania. Zjawisko to jest spowodowane tzw. lep
kością magnetyczną. Do opisania dynamicznego procesu przemagne
sowania K. Poliwanow pi] , Q?] zaproponował zależność v (v n dB dH d2B d?'H s
* dt • dt * a t 2 • ^ 2 ) - 0 / V w miejsce funkcji opisującej statyczną pętlę histerezy:
P (B, H) = 0 /2/
gdzie
B - indukcja magnetyczna
H - natężenie pola magnetycznego.
Jednak zadaniem wielu autorów /np. pl^ł] / zależność /1/ może być do celów praktycznych uproszczona do postaci
* (B . *. H ) = ° m
W ślad za wielu pracami jako podstawę do dalszych rozważań przyjmuje się zależność:
• § = r (B){B - H„t] /4/
która jest ogólną postacią wzoru Gyorgy [6] .
Oprócz pracy E.J. Gyorgy [e] pojawiły się w ostatnich latach inne publikacje p14] , pio] , [7] , których autorzy zajmowali się określaniem postaci funkcji /3/, co doprowadziło do zależnoś
ci:
dB _ -2.
"3t = rm ( i - S j ) (h - Hs t ) /5/
Bm
Zależność /5/ uzyskali oni w wyniku doświadczeń oraz na podsta
wie rozpatrzenia mechanizmu procesu zmian magnetycznego stanu
6 Zdzisław WRZESZCZ Prace IMM
ferromagnetyka.
Zależność /5/ wskazuje, że szybkoąć zmiany indukcji jest proporcjonalna do różnicy pól (h - , gdzie H jest wartoś
cią pola przyłożonego, a wielkość H • jest funkcją indukcji B.
S u
Wielkość rm jest pewnym współczynnikiem, zwanym dalej maksymal
ną opornością dynamiczną materiału ferromagnetycznego.
Y7 miejsce wartości pola H ^ we wzorze /4/ może być przyję
ta bez większego wpływu na wyniki rozważań pewna progowa wartość pola Hq nazywana polem startu /której sposób określania podanj będzie później/.
Schemat zastępczy, odpowiadający zależności opisanej wzorem A / » pokazany jest na rys. 1 [7] .
H
¥ ° i
\h-Ho
dB S
dt 0 /
CC
r
r(B)
Rys 1. Układ zastępczy przełączanego rdzenia ferromagnetycznego.
Jeśli przekształcić wzór /5//z uwzględnieniem, że = HQ / do postaci
dB = (E - H 0) dt
i przeprowadzić całkowanie w przedziałach (-Br » B ] oraz (o,f) B
J -B_
P p— = f (H - H )
■("#) i
dt /6/B 16/29/ O PROJEKTOWANIU UKŁADÓW STERUJĄCYCH PAMIĘCI 7!
to dla lewej strony równania /6/ otrzymamy:
Arth ■&- + Arth /7/
-B rm
r m
Po wprowadzeniu oznaczenia T
«N = J 0 - Eo) dt /8/
o
otrzymamy zależność:
% = - ^ ( Arth-S- + A r t h | ^ ) / 9 /
m V m m '
Wielkość Qn można określić jako ładunek tzw. prądu przełącza
jącego i ( t ) — I przypadający na jednostkę długości średniej linii magnetycznej rdzenia, potrzebną do zmiany stanu magnetycz
nego od -Br do B /gdzie IQ odpowiada, polu startu/.
Powyższe zależności pozwalają skonstruować dla danego materis*
łu charakterystykę określającą zależność między dostarczonym ła
dunkiem 0^ potrzebnym do zmiany magnetycznego stanu materiału ferromagnetycznego , a wywołanym przez niego stanem indukcji B.
Konstrukcją taką zajmuje się w swojej pracy S.W.F. Ching [8] . Sposób konstrukcji charakterystyki /którą dalej będzie się na
zywać charakterystyką dynamiezną danego materiału ferromagnetyc z- nego lub rdzenia/ można opisać w kilku punktach:
1. wykreślić krzywą — = f ( f) /rys 2a/ oraz ekstrapolować P
tę krzywą celem uzyskania wartości Fq.
2. wykreślić krzywą B (t) /rys 2b/ pewnej wartości SMM równej F^j, Krzywą taką uzyskuje się przez całkowanie przebiegu odpo
wiedzi przełączanego rdzenia dla danej wartości F^ > Fq.
*TW dalszej treści pracy w miejsce określenia "zmiana stanu magnetycznego rdzenia lub materiału", będzie stosowane określenie "przełączanie rdze
nia lub materiału".
8 Zdzisław WRZESZCZ Prace IMM
3. sporządzić wykres w funkcji czasu /rys 2c/ dla tych. sa
mych amperozwojów F^,
ń. wyeliminować oś czasu z rysunków 2b i 2c. Otrzyma się w ten sposób wykres B (qn ) , tj. charakterystykę dynamiczną rdzenia.
Oznaczono przez:
^ - czas przełączania rdzenia.
F - siła magnetomotoryczna o kształcie impulsu prostokątnego i c'zasie trwania większym od czasu przełączania rdzenia.
Fq - wartość SMM, odpowiadająca wartości pola startu Hq.
Kolejne kroki postępowania przedstawia rysunek 2.
Charakterystyka ta uzyskana dla konkretnego rdzenia magnetycz
nego służy do określenia wartości ładunku potrzebnego do uzyska
nia założonego przełączenia rdzenia. Wartość ładunku pozwoli z kolei na obliczenie parametrów wyidealizowanego prostokątnego impulsu prądu, sterującego rdzeń.
Rys 2. Kolejne etapy konstrukcji charakterys
tyki dynamicznej.
3. ZASADA PRACY RDZENI FERRYTOWYCH W KOMÓRCE BITOWEJ
W szybkich pamięciach ferrytowych o czasie cyklu mniejszym niż 2 ps wykorzystuje się często zasadę liniowego wybierania.
Zaletami takiego systemu, które warto podkreślić, są:
B 16/29/ O PROJEKTOWANIU UKŁADÓW STERUJĄCYCH PAMIĘCI
RDZEŃ „LEWY“ PDZ£Ń„PPf)NV RDZEŃ .LENY" RDZEŃ „PRYMY"
, , ZRPtSJ"
In — ko ~*~~7o
dj
klf • ki
m S 1
S
>
0
<f*
t-L
*<>
r
(c)
aE
<0 CD
ODCZYT, 1”
4
&
<4 51*0 C U #
ii
$
Rys. 3. Opis poszczególnych faz przełączania komórki bitowej.
IH -prct,C/ zapisu Tp - p r a d odczytu I£1 - bitony „jedynki,
ko ” ~ »zera ”
+u -u
Rys. 3a. Schemat zastępczy linii słowa
-
r~?\
* m
WYJŚCIE
e-affaćL -4«tp)
Rys. 3b. Komórka bitowa ze wzmacniaczem odczytu.
1 0 Zdzisław WRZESZCZ Praca IMM
a/ duże tolerancje na wartości prądów sterujących,
b/ możliwość stosowania większych prądów odczytu niż prądy zapi
su IR >1 ^ /gdzie 1^ - wartość prądu odczytu, 1^ - wartość prądu zapisu/,
c/ możliwość stosowania rdzeni o gorszym współczynniku prostokąt- ności, szczególnie jeśli zastosowane będą dwa rdzenie na bit.
Rysunek 3 przedstawia zasadę pracy rdzeni w komórce bitowej.
Jeśli jeden z rdzeni komórki bitowej /np. "lewy"i patrz rysu
nek 3b/ przełącza się pod wpływem sumy prądu bitowego /1j./ oraz prądu płynącego w linii słowa A m/, to w tym czasie drugi z rdze-
jW
ni /"prawy"/ przełącza się pod wpływem różnicy tych prądów. Daje to umowną reprezentację "jedynki". "Zero" uzyskuje się przez od
wrotne skierowanie prądu IE /rysunek 3a/.
W chwili odczytu, na uzwojeniu bitowym indukuje się SEM za
leżna od różnicy strumieni obu rdzeni. SEM jest tym większd, im większa jest różnica strumieni komórki. Natomiast różnica strumie
ni będzie tym większa, im mniejsza jest wartość przyrostu strumie
nia AfSp , /rys.3b/. Oczywiście można także zwiększyć wartość lecz to wiąże się ze zwiększeniem czasu przełączenia. Doko
nując wyboru wartości prądów należy zwrócić uwagę by wartość prą
du bitowego nie przekroczyła wartości progowej 1^ /rys.4/.
W przypadku może nastąpić zniekształcenie informacji w , pamięci.
Ne - liczba zhojOh uznojema bilonego
Rys. 4. Określenie progowej siły magnetomotorycznej.
B 16/29/ O EROJEKTOWANIU UKŁADÓW STERUJĄCYCH PAMIĘCI 1 1
Realizacja pamięci o liniowym wyborze słowa umożliwia uzyskanie zwiększonej szybkości pracy /krótki cza3 cyklu/, ponieważ nie wprowadza ona ograniczeń w wyborze wartości amplitudy prądu odczy
tu, co ma miejsce przy realizacji pamięci koincydencyjnej. Główne ograniczenie wynika jedynie z dopuszczalnej mocy strat oraz moż
liwości elektroniki sterującej. W czasie zapisu jednak, właściwoś
ci każdego systemu pamięci zależą w dużym stopniu od sposobu wy
boru pojedynczego rdzenia oraz sposobu wpisywania informacji do tego rdzenia. Znane są dwie metody wykorzystujące częściowe prze
łączanie. '.V metodzie pierwszej stosuje się dwa wąskie impulsy prą
du o dużej amplitudzie, jeden dla współrzędnej X /kolejne linie słowa/, drugi dla współrzędnej Z /kolejne linie bitowe/. Impul
sy te, pojawiając się w dwóch przyległych do siebie ch?/ilach cza
su, oddziaływują na rdzeń łącznie /jeden pojedynczy impuls o su
marycznym czasie trwania/. Natomiast rdzenie niewybrane otrzymują wąskie, pojedyncze impulsy, które ich nie przełączają. Wadą tego sposobu zapisu są duże wymagania odnośnie telerancji szerokości impulsów. Inna metoda, omawiana w tej pracy, polega na sumowaniu dwóch impulsów, pojawiających się w tym samym czasie /koincydencji/
Zakładamy, że impuls prądu płynącego w uzwojeniu linii słowa /w fazie zapisu/ ma dużą amplitudę i krótki czas trwania /I-^, t^/.
Natomiast impuls prądu płynącego w przewodzie bitowym ma amplitudę /IE/ mniejszą od w-artości odpowiadającej progowej SMM' i czas jego trwania /t-j?/ winien być mniejszy od czasu trwania prądu słowa
■tg ^ iąi/
/
12/
IB < ID
Czas trwania prądu zapisu /t^y/ jest tak dobrany by sam prąd
% nie spowodował znacznego przełączania rdzenia. Przełączanie taicie zajdzie dopiero wtedy, gdy nastąpi koincydencja prądów I- oraz Ig.
1 2 Zdzisław WRZESZCZ Praoe XMM
4. SPOSÓB OKREŚLANIA WARTOŚCI PRĄDÓW: ZAPISU /l^/ BITOWEGO /Ig/
ORAZ ICH CZASÓW TRWANIA
W fezie odczytu wszystkie rdzenie danej linii słowa powinny być przełączone do stanu +Br lub -Br /patrz rysunek 5& A W fazie zapisu natomiast jeden z rdzeni komórki bitowej zostanie przełączony do stanu B^, a drugi do stanu B£ /rys»5a/,
Z kilku względów wygodniej jest opisywać stan rdzenia przez współczynnik przełączania
Jeśli indukcji B przypisywana jest konkretna wartość np. B^, to mówimy wtedy o współczynniku przełączania fy.
Przechodząc do obliczenia wartości parametrów impulsów prądu w fazie zapisu należy w pierwszej kolejności ustalić wartość współ
czynnika przełączania ^ odpowiadającego temu rdzeniowi pary, w którym' następują większe zmiany strumienia.
Z charakterystyki dynamicznej = f (q^) znajdujemy potrzeb
ną wartość ładunku odpowiadającą Jfo .
Jeśli prąd w linii słowa płynie w przedziale czasu tyy, a prąd bitowy w przedziale czasu tg to do przełączenia rdzenia dos
tarczamy ładunek
Granice całkowania są tak dobrane, że dla < t <-1^ zachodzi związek + 'Fg>F0«
Jeśli przyjąć teraz, że impulsy mają kształt prostokątny oraz przez rdzeń przechodzą tylko dwa przewody /tj. liczby zwojów Ng = = 1/ to otrzymamy
dt /1V
B 16/29/ O PROJEKTOWANIU UKŁADÓW STERUJĄCYCH PAMIĘCI 13
wartość prądu 1.^. Takie postępowanie jest słuszne, gdyż projektu
jąc pamięć o określonym z góry i krótkim czasie cyklu możemy łat
wo oszacować wartość przedziału czasu t,,,.
Z zależności /15/ otrzymamy szukaną wartość amplitudy prądu zapisu
_ ~ % + %
1W ~ t^ n / /
Teraz należy określić wartość współczynnika przełączania
dla drugiego rdzenia komórki bitowej /rysunek 5b/. W tym przypad
ku będzie spełniona zależność:
%T2 = %1 ~ ~ % Z18/
gdzie
% = ^ * % 5
Znając określamy z charakterystyki dynamicznej wartość W wyniku otrzymamy:
1/ wartości parametrów prostokątnego impulsu sterującego linię słowa
* %
2/ wartości parametrów prostokątnego impulsu'sterującego linią bi-
■tu
» %
3/ wartości współczynników przełączenia- ‘*dzeni
» *22
5. OKREŚLENIE WARTOŚCI PRĄDU ODCZYTU 3^
Impuls prądu odczytu powinien spełniać warunek
= K ( % + % ą ) /19/
14 Zdzisław WRZESZCZ Prace IHM
Rys.
Rys.
3»
- o >
Rys.
5a. Stany magnetyczne obu rdzeni komórki bitowej po zakończeniu fazy zapisu.
5b„ Sposób zasilania komórki bitowej.
W układzie tym współczynnik może osiągać bardzo małe wartości.
/¿omOrkct
5c. Konstrukcyjnie prosty sposób zasilania komórki bitowej. Tu osiąga większe wartości niż w układzie z rys. 5b.
B 16/29/ O PROJEKTOWANIU UKŁADÓW STERUJĄCYCH PAMIĘCI 15
gdzie
%. = " Io ) % 5 % - czas trwania impulsu odczytu;
K - współczynnik większy od jedności.
Dzięki temu uzyskuje się sprowadzenie indukcji w rdzeniu do wyjściowego punktu- +B lut -B .
Innym ważnym czynnikiem, który wpływa na wybór wartości prądu odczytu jest napięcie odczytu. Dążąc do skrócenia czasu przełącze
nia decydujemy się na częściowe przełączanie, co jednak powoduje zmniejszenie amplitudy sygnału odczytu. Stratę tę można wyrównać /chociaż częściowo/ przez wybór odpowiedniej wartości X^.
Przełączanie rdzenia w czasie cyklu pamięćiowego, zilustrowa
ne za pomocą charakterystyki statycznej, pokazane jest na rys 6.
Rys 6. Przełączanie rdzenia w czasie oyklu pa- mięciowegoj opis drogi na statycznej pęt
li histerezy.
Droga odpowiada fazie zapisu, natomiast droga .2-3-4—5 fazie odczytu.
Widzimy więc, że faza odczytu różni się od fazy zapisu. Można wymienić następujące różnice dotyczące tych faz s
- w fazie odczytu rdzeń przełączany jest od punktu , o), w fazie zapisu od (Br , 0^ ,
- wartość pola startu wynosi obecnie H* < H o o
Równanie dynamiki impulsowego przełączania dla fazy odczytu jest inne niż dla fazy zapisu. Dla rdzenia przełączanego od stanu
1 6 Zdzisław WRZESZCZ Prace IMH
dB
I** B zostało
r ' ono wyprowadzone
— , * o — B - B,
m śr
= r m B .
m . V , - »ir (h
- h;) /
20/
Oznaczenia użyte we wzorze / 2 0 / pokazane są na rys 7*
Be * Br
Rys 7. Punkty charakterystyczne pętli histere- zy dla częściowego przełączania.
Wzór na oporność dynamiczną materiału ferromagnetycznego przyjmuje teraz postaći
. 2"
B - B, (r>\ „ m sr
,(B ) - r m b
B - B-.
1 - s r
B m - B i-^ /m sr / _
/21
/
2 “ ~m
Łatwo spostrzec, że jeżeli B^ = 0 to zależność /20/ jest iden
tyczna z zależnością / 5 / • ,
Oporność dynamiczna r (BJ osiąga swoje maksimum dla B = B ^ i’ = r
pm m
B - B, m sr
B.
/
22/
n
To maksimum zmienia położenie i swoją wartość w zależności od po
czątkowej wartości indukcji B^ jak to pokazano na rys 8.
B m
B 1 < b 2 < B ? m
B” rplB) / B
Rys. 6. Rodzina charakterystyk — = f —
Na podstawie wzoru /20/ maksymalna wartość napięcia odpowiedzi na impuls odczytu IR z rdzenia, znajdującego się początkowo w stanie Bi /B± równa się lub B2 odpowiednio/ /rys. 5a/
wynosi:
B —* B
U = N * S • A - = N • S . r ^ (H - H ’
Pmax max m m
V m
0B 16/29/
rP(w
r m
0 PROJEKTOWANIU UKŁADÓW STERUJĄCYCH PAMIĘCI
ponieważ
» * 1T H
r = i * R ; H = - A ; H» = — A j --
m S m m xśr 0 1śr
więc
18 Zdzisław WRZESZCZ Prace IMU
U = N
pmax * * m *
B.m B
"BI śr
m
/25/
gdzie
N - liczba zwojów,
S - pole powierzchni przekroju rdzenia, l^r - długość średniej drogi magnetycznej.
Ponieważ liczba zwojów N = 1 więc wartość maksymalna napięcia pochodzącego od jednego rdzenia:
V a x = - J o) /24/
Zawarte w tym rozdziale zależności pozwalają w prosty sposób obliczyć maksymalną wartość napięcia odczytu, jeżeli rdzeń był pierwotnie w stanie B^, a odczytu dokonano impulsem prądu o cza
sie trwania t^ i amplitudzie IR . Oczywiście, możliwe jest także postępowanie odwrotne: dla założonej wartości napięcia oblicza się parametry impulsu prądu.
6. OKREŚLENIE WYLIAGAfT NA Y/ARTOŚ0 OPORNOŚCI WYJŚCIOWEJ UKŁADU STERUJĄCEGO
Załóżmy, że rdzeń jest sterowany z generatora o napięciu u(t) i oporności wewnętrznej R jak na rys 9.
O
i (t) =
go przełączany rdzeń,
B 16/29/ O PROJEKTOWANIU UKŁADÓW STERUJĄCYCH PAMIĘCI 19
Układ z rysunku /a/ może być zastąpiony układem z rysunku /b/.
Chcąc efektywnie wykorzystać źródło zasilające dla przemagneso- wania rdzenia należy spełnić warunek:
Eg /25/
gdzie
H - maksymalna oporność dynamiczna przełączanego rdzenia,
m
6.1« Paza odczytu
Jeśli w linii słowa znajduje się 2n rdzeni /n-liczba bitów, 2n - gdyż dwa rdzenie na bit/ jak to obrazuje rysunek 10, to
f? p m ,(B ,)' Rpm s (B ) R p m 3 (B ,) R p m n (B ,)
n
ó
w—/—/
/ ••R p m ,(B t ) R p rr^ C B /) R p m e (B s ) R p m n ( B s )
Rya 10. Schemat zastępczy linii słowa w fazie odczytu.
warunek na oporność wewnętrzną generatora przyjmie postać
Hg^®DIS /26/
gdzie
n n
“dłs - H *pmk(B1> + T . " W (B2) /27/
k*1 k=1
■^pm (®l) “ oporność dynamiczna rdzenia o stanie po
czątkowym .
Rpm (Bp) - podobnie jak (B^) dla rdzenia w stanie począt
kowym Bp.
2 0 Zdzisław WRZESZCZ Prace IMM
V/ychodząc z zasady "najgorszego przypadku" założono, że maksy
malna wartość dynamicznej oporności wszystkich rdzeni linii słowa występuje w tej samej chwili.
6.2, Faza zapisu
Układ zastępczy linii słowa dla fazy zapisu jest podobny do • układu dla fazy odczytu, z tą jednak różnicą, że w miejsce opor
ności dynamicznych i ^pm (B2^ /wzór / 27/ oraz rysunek 10/ należy wstawić oporności oraz R^Bg).
Dla fazy zapisu aktualna jest część krzywej 4- z rysunku 8. Oznacza to, że punkt równowagi dynamicznej częściowo przełączanego rdzenia przebiega początkowo taką drogą jak dla całkowitego prze
łączania. Przełączanie rdzenia jest jednak nie kompletne ze wzglę
du na ograniczoną szerokość impulsu sterującego. Tak więc maksymal
ne wartości oporności dynamicznych rdzeni przełączanych do stanu B1 ^ B2 ( Bl) oraz ^ ( Bp) / mogą się różnić od wartości R^ dla rdzenia przełączanego całkowicie.
Podobnie jak dla fazy odczytu można obecnie zapisać
Hg * % [ £ /28/
n ( n
^DLS = ^ Emk(Bl) + S Rmk(B2') k=1
W powyższym wzorze przyjmuje się jak poprzednio, że maksimum wszystkich oporności występuje w tej samej chwili.
Spełnienie warunku /26/ oraz /28/ w praktyce jest trudne i prowadzi zazwyczaj do bardzo skomplikowanych układów sterujących.
Ponieważ liczba układów sterujących jest przy tym duża, więc wzglę
dy "ekonomiczne dyktują inny sposób podejścia do rozwiązania proble
mu układów Bterujących.
Wartość oporności wyjściowej jest ograniczona od góry i wynika przede wszystkim z dopuszczalnych warunków pracy tranzystora ukła
du sterującego. Może więc okazać się, że oporność R jest tylko s
nieznacznie większa od oporności RjjLg* W takich przypadkach nale
ży zawsze określić skutki stosowania zbyt małej oporności Rg ,
B 16/29/ O PROJEKTOWANIU UKŁADÓW STERUJĄCYCH PAMIĘCI 2 1
stosując zasadę "najgorszego przypadku". Przykładowo obliczymy wartość prądu płynącego w linii słowa w fazie odczytu.
Niech będzie dane:
J - wydajność prądowa generatora, f - przewodność wyjściowa generatora,
O
(Bl) = **51112 (Bl) = ... .. ^pm (Bl) » V , (b2) = V * (Ba) ■ ... = V
Na podstawie powyższego, minimalna wartość dynamicznej przewod
ności linii słowa wynosi
r D Ł 3 = = n V N + v ' W
Natomiast minimalna wartość prądu płynącego w linii słowa wy
nosi y
—*g + YDLS
i tą wartością należy posługiwać się obliczając np. wartość napię
cia na- uzwojeniu przełączanego rdzenia.
7. CZAS PRZEŁĄCZANIA RDZENIA
Czas przełączania rdzenia stanowi zazwyczaj znaczną część cza
su cyklu pamięci. We współczesnych pamięciach na rdzeniach ferry-
O T ri
towych stosunek ~ ^. może osiągać wartości od około jedności
w _
pe
do kilku /przez t oznaczono wartość czasu opóźnienia, wnoszo-
pe
ną przez układy elektroniczne pamięci/.
Wnioskowanie o wartości czasu cyklu ułatwia znajomość wartości czasu przełączania rdzenia. Na podstawie wielu pomiarów i porówna
nia oścylogramów odpowiedzi częściowo przełączanego rdzenia zoscy- logramami impulsu prądu stwierdzono, że w przypadku zapisu chwila czasowa, w której występuje maksimum napięciowej odpowiedzi rdze
nia u (tj odpowiada wartości czasu trwania prostokątnego impulsu
2 2 Zdzisław WRZESZCZ Prace DOS
prądu zapisu. Znając więc czas trwania impulsu prądu zapisu można ocenić czas cyklu pamięci.
8. PODSUMOWANIE
Cechą charakterystyczną proponowanej w pracy metody obliczeń układów sterujących pamięci ferrytowej jest wykorzystywanie do obliczeń maksymalnych wartości funkcji u (t) oraz r £b (*)]•
Dzięki temu uzyskuje się proste i przejrzyste zależności, które pozwalają na łatwe zastosowanie tej metody.
Zgodność wyników, jakie uzyskujemy przy użyciu opisanej metody maksymalnych wartości, z wynikami otrzymywanymi z pomiarów jest wystarczająca do zastosowań praktycznych.
Na zakończenie autor pragnie podziękować prof, dr inż. L. Łu
kaszewiczowi za opiekę merytoryczną nad niniejszą pracą, dr inż.
E. Lukaszev/iczowi za liczne i owocne dyskusje nad zawartym w ar
tykule materiałem oraz inż, A. Świtalskiemu za wykonanie czaso
chłonnych i trudnych pomiarów, które potwierdziły słuszność tez pracy.
literatura
1. P01IWAN0W K.H.t Ferromagnetykl, Gosenergoizdat, 1957.
2. BIELIAWSKIJ W.F.: 0 dinamiceskich charaktieristikach ferromagnitnych sierdeonikov, Blektromiechanika i Art ornatika, 1959 s 2.*
3. POLIWANOW K.H.» DinamiceskLje charaktieristiki elemientoY elektriceskioh cepiej, DAN, SSSR, T.118, Ho 1.
4. SZAMAJBW J.M.t O sviétzi mleŻdu stati8eskimi charaktieristikami ferritov pri impulsnom pieriemagniSivanil, FERRITY, Mińsk 1960.
5. SZAMAJEW J.M. i i n . : Impulanoje pieriemagniSivanie ferritov z priamougol- noj petlej glsterezisa, FERRITY, Moskwa 1960.
6. GYORGY E.M.t Rotational Model of Flux Reversal in Square Loop Ferrites, Journal of Applied Physios,Sept. 1957i28, 9, 1011.
B 16/29/ O PROJEKTOWANIU UKŁADÓW STERUJĄCYCH PAMIĘCI 23
7« PIROGOW A.I. i i n . i Magnitnyje sierdeSniki z priamougolno;) petlej giste*
rezisa, Moskwa 1964.
8. CHINO S.W.P.: Nonlinear Analysis of Ferrite Core Circuits, Proo. of the IEEE, Deo. 1963, 1761.
9. TANCRELL R.H., MC MAHON R.E.: Studies in Partial Switching of Pdrrite Cores, Journal of Appl. Phys.? 1960;31. 5,762.
10. SZAMAJEW J.M. i in.i Impulsnyje pieriemagniclyanle ferritov, PERRITY, Moskwa 1960.
11. RBNWICK W.: Digital Storage Systems, London 1964.
12. RAJCHMAN J . A . : Magnetio Memories Capabilies and Limitations, Journal of Appl. Phys., 1963iJ2i., 4.
13. MEYERHOPF A.J.: Cyfrowe zastosowanie układów magnetycznych, Warszawa 1965.
14. SZAMAJEW J.M. i in.s Metodika i rezultaty eksp4erimientalnovo isliedo- vania dinami3eskich charaktieristik impulsnovo pieriemagni3ivania ferritov, PERRITY, Moskwa 1960.
15. GORAL A.: 0 wpływie fizycznych parametrów materiału rdzenia na statycz
ne i dynamiczne właśoiwośoi układów wzmacniaczy magnetyoznych samoaktywnyoh, Zegrze 1961.
16. BESSONOW L.A.: Nieliniejnyje elektriSeskije cepi,1964.
ON THE DESIGN OP CONTROL CIRCUITS OP PERRITE CORE STORAGE WITH PARTIAL SWITCHING
Summary
The paper describes the method of designing electronic address circuits, operating in a memory with a linear selection system. Perrite cores, with a rectangular hysteresis loop, partially switched, are used as information carrier. The method allows to determine the values of switching current parameters, which áre sufficient to Batisfy the demands connected with the time of switching a core or a reading signal.
B I B L I O T E K A G Ł O W N A P o l i t e c h n i k i Ś l ą s k i e j
