Brevet FR2168939A1 — publié le 19730907

On sait que les mémoires magnétiques sont constituées d'éléments ou circuits magnétiques rangés en lignes et en colonnes. Ces éléments sont en général formés de films minces de matériaux magnétiques. Un ou plusieurs trous par élément sont percés dans le film. Ce ou ces trous sont traversés par des conducteurs électriques. Des impulsions de courant envoyées sur deux de ces conducteurs donnent à l'élément une aimantation saturée. L'impulsion envoyée sur un des fils dit fil de mot, a toujours la même polarité. L'impulsion envoyée sur l'autre,dit "fil de digit", a une polarité positive ou négative qui traduit l'information 0 oui. Sous l'action de ces deux impulsions, l'élément prend un état dlaimantation saturée, le signe du flux étant fonction du signe de l'impulsion de digit. A la lecture, une impulsion est envoyée sur le fil de mot celle-ci change l'état d'aimantation de l'élément. L'impulsion recueillie sur un fil qui peut autre le fil de digit a une polarité qui traduit l'information qui était inscrite dans l'élément. En général, après lecture, il nty a plus trace de l'état d'aimantation traduisant l'information. La lecture est destructive de l'information. On a construit des éléments à circuits complexes, pour lesquels la lecture ne détruit pas l'information, l'impulsion de lecture ne faisant pas basculer l'information dans une partie du circuit. Dans les éléments connus de ce type, le courant de digit,appliqué à un élément voisin, risque de faire basculer l'aimantation de l'élément et de détruire partiellement l'information qui y est inscrite. L'invention a pour objet un élément magnétique dans lequel cet inconvénient est évité et pouvant être utilisé dans d'autres applications. L'élément magnétique selon l'invention est du type comportant une couche, au moins un trou dans cette couche. il est caractérisé en ce qu'il comporte une jambe faite d'un matériau magnétique à champ coercitif plus élevé que celui du reste du circuit, le sens du flux dans cette jambe étant caractéristique de l'information inscrite. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ciaprès en se référant aux dessins annexés parmi lesquels - la figure 1 représente vu du dessus un exemple de réalisation de l'élément de circuit selon 11 invention - les figures 2 et 3 représentent les états d'aimantation possibles de l'élément de la figure 1 - les figures 4, 5, 6 et 7 représentent les états successifs de l'élément au cours des opérations d'écriture des informations "1" et "O", et le diagramme des temps correspondants - les figures 8 et Il représentent respectivement les diagrammes des temps pour le positionnement et la lecture de l'information dans les états respectifs "0" et "1" - les figures 9, 10, 12 et 13 représentent les états des éléments lors de ces étapes respectives - les figures 14, 15, 17, 18 et 19 représentent des variantes de l'élément suivant l'invention - les figures 16 et 20 sont des vues en coupe transversale respectives des éléments représentés figures 15 et 19 - la figure 21 représente une matrice de connexion, utilisant des éléments selon l'invention - la figure 22 représente un elément- selon l'invention utilisé en tant que point de connexion dans la matrice de la figure 21 - les figures 29 à 27 représentent les états d'aimantation de l'élément de la figure 22 et le diagramme des temps. - la figure 28 représente une variante de l'élément de la figure 22 - la figure 30 représente les signaux d'entrée et de sortie de l'élément de la figure 28 - la figure 29 représente un générateur de signaux. L'élément de circuit selon l'invention magnétique représenté à titre d'exemple figure 1, est un élément du type à trois trous. il comporte un film de matériau magnétique 1 dans lequel ont été pratiqués trois trous rectangulaires 2, 3 et 4. Ces trois trous délimitent quatre jambes 5, 6, 7 et 8. La jambe 6, selon l'invention est faite d'un matériau "dur" ayant un champ coercitif plus élevé que le reste du circuit. Cette jambe peut être, dans le cas de circuit intégré tel que décrit dans le brevet français nO 1 541 719 déposé le 17 Juin 1967 par la Demanderesse, fabriqué au moyen d'un masque supplémentaire permettant le dépit par un procédé quelconque sur le substrat d'un matériau magnétique différent de celui qui constitue le reste du circuit ; les trois jambes doivent de préférence avoir la m8me capacité du flux.Autrement dit, pour une même épaisseur, les jambes 5, 7 et 8 ont la même largeur a. La jambe 6 qui a une induction différente aura la même largeur, mais son épaisseur sera choisie en fonction de son induction. Si chaque trou possède une largeur b et une longueur c les dimensions hors-tout de l'élément seront longueur L = 4a + 3b largeur e = c + 4a ou si a = b = c T = 7a e = 5a. La str'cture comporte un fil de mot 9 enroulé en huit autour des jambes 7 et 8, un fil de digit enroulé autour de la jambe 5 et un fil dit de lecture ou de "sensew destiné à recueillir la tension de sortie. la configuration du flux peut prendre deux formes représentées respectivement sur les figures 2 et 3, à savoir a) une configuration concentrique dans laquelle les flux dans les jambes 5 et 6 sont parallèles et se referment respectivement dans les jambes 8 et 7 b) une configuration dite "découplée" dans laquelle le flux dans la jambe 6 se referme dans la jambe 5, et le flux de la jambe 8 dans la jambe 7. Ceci étant, le fonctionnement se comprendra à la lumière des figures suivantes On peut considérer que l'élément à trois trous est l'équivalent de deux tores, les tores A-B formés des jambes 5 et 6, C-D formés des jambes 7 et 8. On va étudier successivement l'écriture et la lecture A) Ecriture Elle se fait par l'application simultanée figure 4 et figure 5 d'une impulsion positive sur le fil de mot, et d'une impulsion néga tive pour l'information 1, positive pour l'information 0, sur le fil de digit. Le courant de mot sature le tore C-D. le courant de digit sature le tore A-B figure 6 et figure 7. On obtent dans les deux cas, une aimantation découplée pour les deux tores. B) lecture de l'information La lecture est réalisée en deux temps : un premier temps dit de positionnement qui met l'élément en état autre lu, et un temps de lecture proprement dit. 1 ) Positionnement C'est une étape intermédiaire qui met l'élément dans une position telle que l'impulsion de lecture survenant après l'impulsion de positionnement remette l'élément dans l'état où il était après l'impulsion d'écriture. Il est assuré dans l'exemple présent par l'envoi d'une impulsion positive sur le fil de digit. 21 est bien entendu qu'une impulsion négative pourrait obtenir le meme résultat. a) Cas de l'information 1, figure 8. L'impulsion de positionnement appliquée sur le fil de digit fera basculer l'aimantation dans la jambe A (figure 9) ; l'aimantation dans l'élément prendra la configuration concentrique b) Cas de l'information 0. L'impulsion de positionnement identique à l'impulsion de digit ntaura aucune influence (figure 11), l'élément étant déjà dans l'état imposé par l'impulsion de digit. L'élément reste inchangé figure 12. 20) lecture il est facile de voir que dans les figures 10 et 1 3 l'aimanta- tion à la suite de l'impulsion de lecture reprend la forme qu'elle avait après l'impulsion d'écriture. Dans tous les cas, le "1" donnera une impulsion dans le fil de "sense", et le "O" ne donnera aucune impulsion. En conclusion l'état de la jambe "dure" B n'est jamais affecté ni par les positionnements, ni par la lecture. Le flux est simplement commuté de B soit vers A, soit vers C, soit vers D. L'écriture amenant une configuration découplée dans tous les cas, il est clair que les courants de mot et de digit doivent avoir une amplitude minimale pour saturer les tores A-B et C-D, mais que leur amplitude maximale ntest pas limitée. Dans le cas d'apparitions de courants sur les fils de mot ou de digit seuls, on peut démontrer que ce sont les tores A-C ou A-D qui basculent. Mais, ceci n'est possible que Si la jambe B répond à certaines conditions. En effet, dans ce cas, c'est elle qui basculerait si elle n'était pas dure. Il faut donc que la réluctance du tore A-B soit supérieure à celle du plus grand des tores homogènes soit A-D. Ceci impose une limite inférieure au champ coercitif du matériau dur. En résumé, les courants de mot et de digit ont des seuils, mais leurs amplitudes maximales ne sont pas limitées, ce qui permet d'atteindre de grandes vitesses de basculement. les figures suivantes représentent des variants de lgélément selon l'invention. Figure 14, le fil de lecture monté en huit et passant dans deux trous, dans les fi figures es précédentes est renplacé par un fil traver- sant un seul trou. les jambes B et C sont accolées et l > élément est à deux trous, ce qui augmente la densité de la mémoire (nombre d'éléments par unité de surface). La figure 15 représente vuedu dessus et la figure 16 en coupe, un élément où les jambes B et C sont superposées et couplées magnétiquement, Ceci permet aussi d'améliorer la densité de la mémoire. Sur la figure 17, les fonctions de digit et de "sense" sont assurées par un même fil, ce qui est possible, les deux fonctions étant séparées dans le temps. Sur la figure 18, fils de digit et de "sense" sont également confondus. Mais le fil traverse deux fois le tore A-B. Le couinant de digit peut être divisé par deux. La tension de lecture est elle, multipliée par deux. Figures 19 et 20 (vuesdu dessus et en coupe), la jambe h est formée de deux couches superposées At et A2 dont l'une Al est faite d'un matériau plus dur que celui de la jambe A2. GrAce à cette disposition l'élément est remis automatiquement dans l'état de positionnement, la jambe AI imposant sc-n état à la jambe A2. L'impulsion de positionnement est ainsi évitée. La structure selon l'invention présente les avantages suivants le flux magnétique se ferme toujours dans la structure ellemême (structure à flux fermé). il n'y a pas de démagnétisation par fermeture dans l'air ou dans un élément voisin. Il en résulte une possibilité de réaliser des mémoires à haute densité. La lecture est non destructive et le courant de mot est le même à l'écriture et à la lecture, ce qui permet une simplification de l'électronique associée. La lecture se fait par basculement de tout le flux disponible, ce qui entraine des tensions de lecture importantes. il n'y a pas de limite supérieure pour les courants d'écriture et de lecture. Ils peuvent être élevés, ce qui diminue les temps de basculement et permet des cycles rapides d'écriture et de lecture L'intégration se fait par les procédés connus, et ne nécessite que l'emploi d'un masque supplémentaire pour le dépit de la couche "dure". L'élément selon l'invention peut être utilisé dans d'autres applications. il peut par exemple être utilisé comme point de connexion c'està-dire établir à la demande une connexion entre deux terminaux d'une liaison de télécommunications et transmettre les informations d'un terminal à 11 autre. On voit sur la figure 21, une matrice d'éléments magnétiques suivant l'invention comportant p lignes et n colonnes. Cette matrice comporte n entrées, auxquelles correspondent respectivement les n colonnes et p sorties auxquelles correspondent respectivement les p lignes. Le problème est d'abord d'établir une connexion entre une entrée, 11 entrée Ai et une sortie, la sortie Bj 9 ensuite une fois la connexion établie de transmettre par impulsions codées des informatiens provenant de l'entrée Ai vers la sortie Bj. il faudra donc avoir un système d'adresse en X (colonnes) et en Y (lignes), ce système sera composé d'un premier réseau de fils de commande, qui sensibilise l'élément choisi (fils en pointillés). il faudra ensuite un autre réseau de fils d'entrée et de sortie: les fils d'entrée interconnectent les éléments de chaque colonne et reçoivent les informations venant de chaque entrée. les fils de sortie interconnectent les éléments de chaque ligne, et transmettent l'information vers la sortie correspondante. L'é1é- ment X-Y débloqué par les impulsions venant simultanément par le fil de commande en X et par le fil de commande en Y, transmettra alors les impulsions venant de 1' entrée correspondant à sa colonne à Sa sortie correspondant à sa ligne, les autres éléments restant bloqués. Chaque élément est un élément tel que celui de la figure 1 et comportant les ensembles de fils que lton vient d'énumérer. Il est représenté figure 22. Le fil de commande en X et le fil de commande en Y sont enroulés autour de la jambe B. Deux impulsions apparaissant simultanément sur ces deux fils sont capables de faire basculer son aimantation. Une seule d'elles en est incapable. Autrement dit si l'amplitude 1B correspond au seuil de basculement, on doit avoir 1x+ 1y > IB Ix 4 1B y t 1B le fil d'entrée E est monté en huit autour des jambes C et D. le fil de sortie S est enroulé autour de la jambe A. Un fil de polarisation P parcouru par un courant continu est enroulé autour de la jambe A. Un tel élément a nécessairement deux états : un état normal ou bloqué dans lequel les impulsions provenant du fil d'entrée ne sont pas transmises sur le fil de sortie ; un état débloqué où les impulsions provenant du fil d'entrée sont transmises au fil de sortie. On va examiner successivement ces deux états. a) Btat bloqué le fil de polarisation impose à la jambe A, une aimantation dirigée dans le sens de la flèche c'est-à-dire vers le haut, figure 23. La caractéristique de l'état bloqué est que l'aimantation dans la jambe B est au repos dans le sens inverse de l'aimantation dans la jambe A. Autrement dit l'aimantation se referme dans les jambes A et B. le tore A-S est saturé et on a la configuration découplée. L'aimantation de la jambe C se referme dans la jambe D. Si une impulsion (figure 24) fait basculer l'aimantation dans une des jambes C ou D, elle fera basculer l'aimantation dans l'autre. Aucune impulsion n' ap- paraîtra sur le fil de sortie. b) Etat débloqué les impulsions Ix et i ont fait basculer l'aimantation dans la y jambe B. Elle est parallèle à celle de la jambe A (figure 25). L'ai- mantation de la jambe A se referme dans la jambe D, celle de B dans la jambe C. On a la configuration concentrique. Une impulsion apparaissant sur le fil d'entrée, selon sa polarité fera basculer l'aimantation dans une des jambes C ou D. A titre d'exemple, on supposera que c'est celle de la jambe C. Son aimantation se refermera dans la jambe D. La jambe B ayant un fort champ coercitif,son aimantation demeurera inchangée. La jambe A, malgré la polarisation verra son aimantation basculer. Une première im- pulsion apparaîtra dans le fil de sortie (figure 27). Après disparition de l'impulsion d'entrée, la jambe A,grtce au courant de polarisation reprendra son aimantation primitive, et la configuration concentrique réapparaîtra, et une deuxième impulsion de polarité oppo séeapparaitra sur le fil de sortie. les courants de commande Ix et Iy auront donc pour effet de débloquer llélément. Dans un exemple de réalisation on a construit une matrice comportant trois cents éléments au centimètre carré. les courants de commande étaient 1x = Iy = 400 mA, I = 120 mB. y p les impulsions de tension de sortie une amplitude de 5 mV et une durée de 170 nanosecondes. L'élément décrit ci-dessus présente certains inconvénients du fait de la présence du courant I . p En effet quand une impulsion d'entrée sature le tore C-D, le courant I agit sur le tore A-B, et stoppose au déblocage du point p de connexion. Il est donc limité en amplitude. Dès que l'impulsion d'entrée disparaît, c'est ce courant qui ramène l'élément à sa configuration concentrique. le temps de retour à cette configuration est d'autant plus long que I est faible. p La vitesse de fonctionnement est donc limitée. De même son action agit en sens inverse de celle du champ créé par IE, et ceci contribue également à limiter la vitesse de fonctionnement, Enfin, on peut montrer que les amplitudes 1E doivent, pour obtenir une vitesse de basculement convenable, avoir toujours une amplitude de l'ordre de 2Ip, ce qui augmente la consommation d'énergie. Ceci montre que l'on a intérêt à supprimer le courant de polarisation Ip. p Dans 1' exemple,figure 28, ltélément comprend deux enroulements d'entrée E1 et E2. L'enroulement E1 est enroulé comme l'enroulement E de la figure 22. L'enroulement E2 est enroulé comme l'enroulement de polarisation autour de la jambe A. Le signal d'entrée E est représenté figure 19 Il comprend des créneaux d'amplitude fixe, dont les intervalles et les durées sont caractéristiques de l'information à transmettre, ce signal prenant ainsi des niveaux logiques 0 et 1. Un dispositif logique L figure 30 reçoit ce signal E. I1 a deux sorties E1 et E2 Sur la sortie E1, il délivre des impulsions de niveau et de durée fixe, chaque fois que le signal E passe du niveau O au niveau 1. Sur la sortie E2, il délivre des impulsions du m8me type quand le signal d'entrée passe du niveau 1 au niveau 0. Ces signaux E1 et E2 sont délivrés respectivement aux fils E1 et E2. L'aimantation dans la jambe A bascule à l'apparition de chaque impulsion E1 ou E2, et le signal de sortie figure 28 a une succession d'impulsions positives ou négatives qui résultent en fait de la dérivation du signal E. Le courant 1E peut être alors beaucoup plus faible, le risque de blocage pour le courant de polarisation étant éliminé. Ces éléments peuvent prendre les mêmes formes que dans l'application précédente. REVENDICATIONS 1. Blément magnétique à flux fermé comportant une couche magnétique et au moins un trou dans cette couche, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une jambe dite "dure" faite d'un matériau à champ coercitif plus élevé que celui du reste du circuit magnétique formé par l'élément, le sens de l'aimantation dans cette jambe étant ca ractéristique de l'information inscrite. 2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte trois trous alignés et délimitant quatre jambes, une des jambes intermédiaires étant la jambe dure. 3. Elément suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'un fil de digit, est enroulé autour d'une des jambes extrêmes, un fil de mot étant enroulé autour de la jambe intermédiaire qui n'est pas faite de matériau à champ coercitif élevé. 4. Elément suivant la revendication 2, caractérisé en ce que toutes les jambes ont la même capacité deux. 5. Elément suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les jambes ont toutes la même largeur, la jambe faite de matériau à champ coercitif élevé ayant une épaisseur différente. 6. Elément suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux trous délimitant entre eux ladite jambe faite de maté- riau à fort champ coercitif et les jambes du circuit ayant touts la meme capacité de flux. 7. Elément suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un fil de lecture, enroulé autour de la meme jambe que le fil de "digit". 8. Elément suivant la revendication 7, caractérisé en ce aue les fils de digit et de lecture sont confondus. 9. Elément selon la revendication 8, caractérisé en ce que le fil de "digit" fait un double tour autour de ladite jambe. 10. Elément selon la revendication 7, caractérisé en ce que la- dite jambe extérieure comporte deux couches couplées, l'une d'entre elles étant faite d'un matériau à fort champ coercitif. 11. Mémoire magnétique à lecture non destructive de l'informa tin, composée d'éléments selon les revendications 1 à 10 arrangés dc façon à former une matrice les fils de mots des éléments d'une même colonne étant connectés en série de même que les fils de "digit" des éléments d'une même ligne. 12. Elément selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un fil d'entrée, enroulé autour de deux jambes voisines dont une jambe extrême et excluant la jambe dure, au moins un fil de sortie entourant l'autre jambe extrême, un premier et un deuxième fil d'adressage, entourant la jambe dure et des moyens d'adressage capables d'envoyer sur les deux fils d'adressage des impulsions capables de faire basculer l'aimantation dans ladite jambe dure. 13. Elément selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'un fil parcouru par un courant continu entoure ladite autre jambe extrême 14. Elément selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'un deuxième fil de sortie entoure ladite autre jambe extrême, un circuit logique étant prévu pour envoyer sur les deux fils d'entrée, respectivement des impulsions, chaque fois qu'un signal formé de créneaux à deux niveaux dits niveaux 1 ou 0, passe du niveau 1 au niveau O et du niveau O au niveau 1. 15. Matrice formée d'éléments selon la revendication 12,rangés en lignes et en colonnes, les premiers fils d'adressage étant communs aux éléments de la même ligne , les deuxièmes fils d'adressage étant communs aux éléments de la mtme colonne, les fils d'entrée étant communs aux éléments de la même ligne et les fils de sortie communs aux éléments de la même colonne.