Способ считывания информации в биморфных пьезокерамических запоминающих матрицах Советский патент 1989 года по МПК G06K7/08 

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к пьезокерамическим запоминающим устройствам, и может быть использовано, например, в перепрограммируемых накопительных устройствах.

Цель изобретения - повышение быстродействия , увеличение объема запоминающего устройства и уменьшение потребляемой мощности.

На фиг. 1 и 2 представлены временные диаграммы.поясняющие способ; на фиг. 3 - характер изменения коэффициента передачи пьезотрансформатор- ного элемента памяти пьезокерамичес- кой матрицы; на фиг. 4 - диаграммы сигналов записи; на фиг. 5 - включение биморфной матрицы.

Накопитель информации на биморфной пьезокерамической матрице ПКМ состоит из пьезокерамических пластин 2 и

3, общего электрода 4, подключенного к шине нулевого потенциала, входного электрода 5,соединенного с шиной 1 входного сигнала возбуждения и выходных электродов 6, которые подключены к шинам записи - считывания 7,

Способ основан на существенной зависимости пьезомодуля d 3l от поляризации, который для пьезокерамических структур характеризуется однозначной нечетной функцией остат-очной поляризации dj, (Р2) обьема керамики подэлектродных областей запоминающих элементов ПКМ и в режиме малого сигнала также представляет собой однозначную функцию от остаточной поляризации. Максимальная величина d достигается при предельных значениях поляризации подэлектродных областей. При этом переключение производится по полному циклу импульсами напряже-U

эо

эо

3148181

ния с фиксированными амплитудой Un и длительностью t. В способе предполагается, что запись информации производится частичным переключением подэлектродных областей в диапазонах Р ±РГ - 0 или Р ±РГ 1 Рг посредством импульса напряжения фиксированной амплитуды Un и длительностью tn(Nj)

JLUt(i), где/иШ th(N;)-tn(N;4,

1 .i

причем tn tn(Nm) Tut(i) (фиг.Аз),

тибо импульсом напряжения с амплиту- с

4

дой Un(N;) (i), rfleuU(i)

1

Un(N;) - Un(NUt), причем Un

го

Uh(Nw) lAU(i), и фиксированной

длительностью t (фиг. 4).

В квазирезонансном режиме возбуждения ПЩ диапазон изменений ампли- туд и фаз выходных пьезопреобразован- ных сигналов зависит от выбранного диапазона поляризаций подэлектродной области запоминающего элемента выходной пластины. Изменение поляризации запоминающих элементов пьезоструктуры может осуществляться в двух диапазонах: от Р| ±РГ до Р. О, либо от Р- ±РГ до Pj 4;РГ, с соответствующим изменением коэффициента пе- редачи запоминающего элемента пьезоструктуры (фиг. 3). Момент изменения знака вектора остаточной поляризации запоминающего элемента, соответствующий Rj(Nj) О (фиг. 3), можно легко установить, например, и по фазовому признаку выходного сигнала. В первом случае изменения фаз выходных сигналов ПКМ utp (N- ) If (N j -Cf e) (где (N,-) - фаза выходного сигна- ла считывания произвольного j-ro запоминающего элемента при i-м частично переключенном состоянии из диапазона изменений Р при фиксированном предельном значении Р„ , - фаза входного сигнала возбуждения) происходит в пределах utf (N,1) i/8bfo- Ол а во втором случае -uqKN)

Подэлектродная область электрода 5 входной пластины 2 поляризована по предельному циклу Р0 +РГ (на фиг. 5 условно показано направление стрелки вверх) или РО - Рг , а подэлектрод- ная область электрода 6 выходной

0

$

0

0 5 0 5 п

$

1 4

пластины 3, используемого для формирования стробирующих сигналов считывания, имеет отрицательное предельное значение поляризации Р. (б1 ) -Р,. (или Р: (6) +РГ), и не изменяется как в процессе записи, так и в процессе считывания информации. После предварительной подготовки (установки нуля) подэлектродных областей электродов 6 выходной пластины 3 (поляризуются по предельному циклу Р: -Рг или Pj +P,,) производится записть кода N; числа в выбранный j-й запоминающий элемент выходной пластины. Импульс записи (параметры импульса записи определяются кодом N; записываемого числа) изменяет значение поляризации пьезоструктуры в пределах PJ -Рг 0 (или Pi +РГ - 0) под j-м электродом выходной пластины. Это соответствует изменению коэффициента передачи Rj(N{)j-ro запоминающего элемента выходной пластины (фиг. 3).

Таким образом, при записи N; числа преобразуют код NJ числа в импульс записи с фиксированной амплитудой Uft и длительностью tn(N;) , либо амплитудой Un(N;) и фиксированной длительностью tf, подают импульс запи-, си на выбранный запоминающий элемент пьезоструктуры, осуществляют запись в нем путем изменения степени остаточной поляризации подэлектродной области запоминающего элемента.

I

Воспроизведение информации осуществляется в квазирезонансном режиме возбуждения пьезоструктуры. При этом возбуждают входную пластину матрицы сигналами с частотой, равной или близкой резонансной частоте f&«.fp, и амплитудой, много меньшей амплитуды импульса записи итв«ип(и(). За счет обратного и прямого пьезоэффектов на выходных электродах 6 шины 7 (фиг. 5J выходной пластины формируются пьезопреобразованные выходные сигналы Uj (t) R1. (N;) -U0(t), где R;(N|) - коэффициент передачи запоминающего элемента по каналу амплитуда - амплитуда при i-м частично переключенном состоянии, j 1 - 1 - число запоминающих элементов матрицы, амплитуда и фаза которых однозначно определяют код Nj-го числа, записанного в j-й запоминающий элемент матрицы.

В диапазоне Р: -Рг 0 ( или Р- +РГ - 0) характер изменения пьезопре- образованных сигналов считывания Uj(t) име ет вид, показанный на фиг. При этом каждому числу N , записанному в j-й запоминающий элемент матрицы, соответствует Uj (t) пьезопре- образованный сигнал считьшания, причем амплитуда и фаза U; (t) определи- ют число Nj однозначно и зависят от коэффициента передачи R:(Nj) запоминающего элемента.

Процесс считывания происходит за время t tcl{ , где tc4 - длительность линейно изменяющегося опорного сигнала спустя промежуток времени t0 с момента поступления сигналов возбуждения U&(t) на входную пластину пьезоструктуры (величина t0 опреде- ляется динамическими свойствами накопителя, в основном пьезомодулем d $|) , согласно фиг. 1 а,Г,Ј,. Посредством амплитудной селекции формиру-- ют уровни Uw(i) пьезопреобразованных сигналов U:(t) считывания. Осуществляют временную селекцию путем сравнения уровней Um(i) пьезопреобразованных сигналов считывания U:(t) и линейно изменяющегося опорного сиг- нала Ur (фиг. ) и выделяют t(i) временной интервал (фиг. 1&). По длительности t(i) временного интервала определяют число импульсов задающего генератора ( фиг. 1е ,г) и устанавли- вают код N числа, записанного в j-й запоминающий элемент матрицы.

Обьем хранимой информации запоминающим элементом матрицы и накопите- лем в целом может быть увеличен не менее чем в два раза за счет исполь- -зования полного диапазона изменений остаточной поляризации подэлектродных областей в пределах Р -Pr +Рр (или Р +РП - -Рь). В этом случае процесс воспроизведения информации аналогичен рассмотренному и осуществляется после необходимой фазовремен- ной селекции пьезопреобразованных сигналов считывания из-за нечетной однозначной зависимости пьезомодуля сЦ, от степени остаточной поляризации Фазовременная селекция позволяет выявить сигналы считывания с выход- ных электродов запоминающих элементов матрицы, подэлектродные области которых имеют отрицательное значение вектора остаточной поляризации

Р -Рг - 0 (либо положительное значение Р +РГ - 0).

Для осуществления фазовременной селекции формируют стробирующий импульс Ucr, (фиг. 2а, 5 , Ь .) например, по началу сигнала возбуждения U.(t) и по окончанию положительной полуволны пьезопреобразованного сигнала U6 (t) с электрода 6 выходной пластины. При этом процесс считывания происходит за время t t tcl, где t - время, необходимое для фазовременной селекции сигналов считывания Uj(t) (фиг. 2d-2). Перед считыванием осуществляют фазовремен- ную селекцию путем сравнения строби- рующего импульса 11сги сигнала считывания Uj (t) (фиг. 2S, Ь). После выделения t(i) временного интервала определяют код N; числа по числу импульсов задающего генератора (фиг. 2е,ж,3).

Способ считывания обеспечивает за счет исключения относительно медленного процесса поляризации под- электродных областей запоминающих элементов существенное повышение быстродействия и позволяет уменьшить потребляемую мощность не менее чем в 16 раз в режиме считывания. При этом не требуется восстановления информации, что особенно полезно при построении надежных перепрограммируемых запоминающих устройств, когда режим записи не является основным или когда необходимо длительное в течение нескольких лет хранение информации .

Формула изобретения

1. Способ считывания информации, в биморфных пьезокерамических запоминающих матрицах, записанный nor. средством изменения степени остаточной поляризации подэлектродной облает ти запоминающего элемента, основанный на определении хранимой информа-. ции по амплитудному признаку, от. личающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и уменьшения потребляемой мощности, формируют уровень пьезопреобразованного выходного сигнала, осуществляют амплитудно-временную селекцию путем сравнения выходного уровня и опорного сигнала и выделяют по дли-

тельности сформированного временного 2. Способ поп.1, о т л и ч а го- интервала число импульсов напряжения, щ и и с я тем, что при считывании определяющих код хранимой инфор- информации производят предварительно

мации,

2. Способ поп.1, о т л и ч а го- щ и и с я тем, что при считывании информации производят предварительно

фазовую селекцию сигналов считыванияi

Изобретение относится к вычислительной технике ,в частности, к пьезокерамическим запоминающим устройствам, и может быть использовано в перепрограммируемых накопительных устройствах. Цель изобретения - повышение быстродействия и уменьшение потребляемой мощности. Выходной уровень сравнивают с опорным сигналом и выделяют по длительности сформированного временного интервала число импульсов напряжения, определяющих код хранимой информации. При считывании информации производят фазовую селекцию сигналов считывания. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

i

-«NW

t(o)t(t) Фие.1

г

vm(t) т . i/i(t)

-П-П-п п п

зш

fШКпМ

Ж

УЫ

ж

, /гн iit

fcЈtL,«,J

-ш -

п п

Ж

-/ -t -t

L,«,

-ш -

) Фи&2

f/w

tntfttT

. tnfftt

in U

Нт-П

tfiWm}

3

Фиг.З

PUT,. 7