Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 157
Текст из файла (страница 157)
Функциональная электроника 73Р спнновых волнах используется проводник с ~оком, токовая петля, а также другие гепера торы управляющего магнитного поля. Управление динамическими неоднородностями магнитоэлектронной природы осуществляется различными физическими эффектами и явлениями, связанными с наложением физических полей. По своей природе ЦМД имеют магнитное поле, которое, взаимодействуя с внешним полем, создает силы, перемещаю. щие домен в направлении минимальной интенсивности внешнего поля.
Другими словами домен переме|дается в таком направлении, в котором его энергия будет минимальной. Токовые аппликации, генерирующие магнитное поле, имеют вид петли из металлической пленки (рис. 5.7, а). Направление тока в аппликации таково, что создается поле, противоположное внешнему, и образуется "яма", которая движется в заданном направлении вследствие последовательной подачи импульсов на фазы Ф„Ф„Фь Предпочтение отдается трехактной схеме, чтобы избежать взаимодействия следующих друг за другом доменов, а также возвратного их движения. Тактовые аппликатуры про сты, но ненадежны из-за большого количества проводников.
б) а) Рис. вд. управление движением цыд: а — с помощью токовых влпликаций, б — с помощью пермаллоевых апплиявций Более удобны магнитные аппликации, управляющее внешнее поле в которых создает магнитостатические ямы и барьеры (МСБ) (рис. 5.7, б). В таких конструкциях домен пролвигастся от аппликации к аппликации, форма которых опзимизируется в конкретном случае и представляет собой доменопередвигающую структуру (дПС), дПС является эффективным устройством управления динамической неоднородностью в виде домена. На рис. 5,3 проиллюстрирована идея перемещения цМд по классическим 77-образным ДПС в различные моменты времени, связанные с направлением вектора управляюшег'з магнитного поля ))„„„.
Генерация доменов происходит в генераторе Г; а детектирование— в дезектореД, ДГ!С могут полностью управлять перемещением и коммутировать ЦМД по любому ранее заданному направлению или каналу. Существуют множество конструкций дПС, однако наиболее перспективны ионно-имплантированные ДПС. Для других видов динамических неоднородносзей существуют свои конструкции Уст Ройств управления, основанные на магнитоэлектрических эффектах и явлениях. Считывание информации своди~ся к выявлению динамических неоднородностей, несу ших логические "0" и "! ", и осуществляется в устройся ве, называемом детеклюрозь ПР п и детелгировании динамических неоднородностей используются, как правило, физическ" кие пропессы и явления, обратные процессам генерации. Эзо эффекты индукции, магниторе 735 5.
Функциональная ыагнитоэлектроника зистивный, магнитооптический и т. и. Общие принципы построения детекторов вюпочают ряд положений, среди которых: обеспечение отношения сигнач!шум, достаточного для получения заданной вероятности сбоя; технологическая совместимость детектора, устройства управления и генератора; со~ласованнос~ь детектора с входом усилителя считывания; устойчивость к внешним воздействиям. Рис. 8.8. Движение ЦЫД по доменопвредвигвющим структурам à — генератор; Л вЂ” детектор Детекторы для считывания ЦМД могут быть различной конструкции в зависимости от используемого физического эффекта.
Наиболее распространенной являешься конструкция с использованием шевронных ферромагнитных или токовых проводниковых расширите- В ЦМД. Увеличение площади считывающего ЦМД с помощью расшири~ела позволяе~ получить большую величину выходного сигната. Процесс считывания информации в конструкциях на ВБЛ можно понять из рис. 5.7, б. На пару проводников подается импульс тока, и концы страйпов сближаю~. Происходит репликация 5отделение) ЦМД, которая каналируется в регистр вывода информации и затем детектируется. На конце страйпа сохраняется отрицательная ВБЛ. Детекторы спиновых волн конструктивно практически не отличаются от генераторов и пришедшая к ним МСВ возбуждает в проводнике импульс тока. Детелтирование флуксонав осуществляется путем их аннигиляции в детекторе. 5.2. Приборы и устройства функциональной магнитоэлектроники 5.2.1.
Процессоры сигналов на ЦМД Уникальные свойства динамических неоднородностей магнитоэлектронной природы позволяют созлать весьма эффективные устройства обработки информации. ЦМД как носитель информационного сигнала обладает следующими уникальными свойствами: Часть )К Функциональная электроника узг сз домен в процессах сохраняет форму круглого цилиндра; ьз свободно перемещается в двух измерениях; [з управляемо меняез. форму, растягиваясь в полосовой домен; Д позволяе~ перейти к другому физическому носителю информационного сигнала, в том числе многозначному, О управляемо зарождав~ел нли коллапсирует; Д реплицируется, делясь на две части и восстанавливая первоначадьн> ю форму и размер; [3 визуально и электрически регистрируется; ьз дипольно взаимодействует с другими соответствующими ЦМД.
Учитывая эти свойства ЦМД, можно выделить следующие отличительные от интегральных схем свойства приборов функциональной электроники ьз управление процессами обработки информапии и ее передача физическими носителями по информационным каналам имеет тотальный и синхронный характер; Ы компланарность носителей информационного сигнала имеет две степени свободы его передачи и поэтому время обработки информации уменьшается; динамические неоднородности в виде ЦМД при взаимодействии друг с другом неограниченно долго сохраняют свои конечные размеры и количество в системе до, во время и после взаимодействия. Эти свойства позволяют создать процессоры для обработки дискретной информации.
Анализ показывает, что можно создать логические элементы, реализующие следующие функции; повторение, ИЛИ, И, НЕ, исключающее ИЛИ. Зги элементы и нх сочетания позволяют обрабатывать функционально полные системы логических элементов. На рис. 5.9 показаны реализации логических элементов с ортогональным и антипараллельным располозкением входов. б) а) Рис. 5.9. Пагические элементы на основе ЦЬД: а — с ортогональным; б — с параллельным расположением входов Х1 и Хг 5.2.2. Процессоры сигналов на МСВ Переспективными процессами обработки сигналов в гигагерцевом диапазоне являются о ы линии задержки на магнитосгатических волнах Эти устройства напоминают процессор на Пдв. 5, Функциональная магнигоэлектроника 733 Конструктивно линия задержки на МСВ реализуется на многослойной структуре, состоящей из прочной подложки (А1,0,), тонкопленочной континуальной среды из железоитгриевого граната (ЖИГ] и галлий-гадолиниевого граната (ГГ'Г) (рис.
5.10). Такой "сэндвич" является эффективной континуачьной средой. Следует отметить, что тонкопленочная технология производства сред для устройств на МСВ совместима с технологией интегральных схем. В зависимости от свойств среды магнитостатическне волны распространвются с дисперсией или бездисперсионно, время задер>кки на всех час~стах одинаково. На рис. 5,10,г> представлена бездисперсионная линия задержки. На входной детектируюший микрополосковый преобразователь посзупает си~пал, который возбуждает МСВ, несущие с задержкой информацию на выходной генерирующий микрополосковый преобразователь.
МСВ с частотой линейно не связаны, поэтому в линиях задержки наблюдается зависимость врелзени задержки от частоты (рис. 5.10, б). Для компенсации ~акой зависимости прикладывают магии~нос поле, перпендикулярно направленное к пленке железо-иттриеаого граната (ЖИ! ). Используя также две заземленные обкладки, можно изменить параметры распространения МСВ и обеспечить постоянное время задер>кки в заданном частотном интервале. В зависимости от направления приложенного поля можно возбудить различные типы волн. При направлении поля по оси -, приложенного перпендикулярно слою ЖИГ, возбуждается прямая объемная волна.
Задержка сигнала возрастает с частотой. а) Рис. з.за. Линия задержки на МСВ (в) и вв характеристика (б) При приложении поля вдоль оси х генерируется обратная объемная волна с убываюгшей зависимостью задержки от частоты. И наконец, при направлении магнитного поля вдоль оси у генерируются поверхностные волны, аналогичные ПАВ.
Линия задержки, использующая прямую волну, имеет возрастающую линейно-частотную модуляцию (ЛЧМ), а с образиной волной — убывающую. Если спектр сигнала, поступающего в линию задержки, соответствует полосе пропускания этой линии задержки, но имеет противоположный закон изменения задержки с частотой, например, убывающей, то выходной сигнал будет иметь форму узкого пика. Коэффициент сжатия может составлять несколько порядков. Линия задержки можез бьп ь использована в качестве трансверсального фильтра. Известно, что требуемую характерно> ику фильтра получак>т путем суммирования и взвешивания выхолных сигналов с ряда слабо связанных отводов.
С их помощью снимают сигналы, распространяющиеся а линии задержки. для приборов на л>агннтостатических по- Часть /И Функциональнал электроника 734 верхностных волнах существует возможность легкого ветвления волны в любых точках тракта распрос~ранения.
Заметим, что в зависимости от тина используемых входных и выходных преобразовате. лей, соответственно генераторов и детекторов МСВ, можно получить различные ампли тулио-частотные характеристики !ЛЧХ! преобразования. Преобразователь меандрового Йпх типа генерирует />ЧХ, описываемую функцией —. Преобразователь с параллельными х полосками работает в длинноволновой части спектра и генерирует вдвое больше гарма. ник, чем меанлровая структура. Эти преобрк>ователи легли в основу конструкции трансверсазьных фильтров иа МСВ, полосковых фильтров. Устройство преобразования спектра СВЧ-сигналов — серробин представлен на рис. 5.11, Основой конструкции является линия задержки, в кои>рую встроена катушка подмагни чивания для модуляции магнитного поля.
В качестве ьонтинуальной среды использовалась пленка ЖИГ толщиной !О мкм на подложке из Г' Г Г . Серродин работает в диапазоне частот 2 — 5 ГГц. Для динамической перестройки серродина нсобходимо изменить магии~нос поле на несколько эрстед. Это можно реализовать с помощью малоиндукционных катушек, входящих в устройство управления серродином. Динамический диапазон по входному сигналу составляет 30 — 50 дб, величина управляемого сдвига частот от сотых долей до десятка килогерц при искажении спектра частот -5%.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
