Die Erfindung betrifft eine rekonfigurierbare digitale Logik¬ einheit mit wenigstens einem Logikgatter mit ein magnetisches Schichtsystem aufweisenden Zellen, deren Widerstand durch Magnetfeldpulse veränderbar ist, welches Logikgatter wenigs¬ tens einen ersten Leitungszweig mit wenigstens einer Daten- zelle und einen parallel dazu geschalteten zweiten Leitungs¬ zweig mit wenigstens einer Referenzzelle sowie ein Mittel zum Bewerten der ein Maß für den logischen Zustand des Logikgat¬ ters darstellenden Widerstände des ersten und zweiten Lei¬ tungszweigs umfasst.

Derartige Zellen ermöglichen die Speicherung von Informatio¬ nen auf magnetischer Basis. Die Magnetisierung einer Schicht des magnetischen Schichtsystems kann durch einen Magnetfeld¬ puls geändert werden, so dass sich der Magnetowiderstand die- ser Schichtstruktur um einige Prozent ändert. Der jeweilige Widerstand kann ausgelesen werden und ist ein Maß für den lo¬ gischen Zustand der Zelle.

Allerdings sind die Anwendungsmöglichkeiten derartiger digi- taler Logikeinheiten bisher stark eingeschränkt. Eines der praktischen Probleme besteht darin, dass der TMR-Widerstand (tunnel magneto resistive) vor allem von der gewählten Strom¬ richtung abhängt. Möglicherweise sind unterschiedliche Mate¬ rialien auf den beiden Barrierenseiten die Ursache dafür.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine rekonfi- gurierbare digitale Logikeinheit zu schaffen, bei der die Le¬ sestromrichtung für alle Zellen gleich ist.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einer rekonfigurierbaren digitalen Logikeinheit der eingangs genannten Art erfindungs- gemäß vorgesehen, dass der erste Leitungszweig wenigstens zwei parallel geschaltete Datenzellen aufweist.

Der erste Leitungszweig des Logikgatters der erfindungsgemä- ßen rekonfigurierbaren digitalen Logikeinheit umfasst wenigs¬ tens eine Datenzelle, die durch Magnetfeldpulse programmiert werden kann, indem der Widerstand der Datenzelle durch Anle¬ gen von Magnetfeldpulsen geändert werden kann. Der Unter¬ schied zwischen den beiden einstellbaren Zuständen wird als TMR-Signalhub bezeichnet. Die in dem parallelen, zweiten Lei¬ tungszweig angeordnete Referenzzelle ist ebenfalls eine TMR- Zelle mit einem magnetischen Schichtsystem. Die Referenzzelle kann eine vorprogrammierte Zelle sein, es kann sich jedoch auch um eine reprogrammierbare Zelle handeln. In beiden Fäl- len bleibt die jeweilige Programmierung nicht flüchtig erhal¬ ten und bestimmt die Funktion des Logikgatters. Erfindungsge¬ mäß ist ein Mittel zum Bewerten der Widerstände des ersten und zweiten Leitungszweigs vorgesehen sein. Diese Widerstände sind ein Maß für den logischen Zustand des Logikgatters.

Das Mittel zum Bewerten der Widerstände des ersten und zwei¬ ten Leitungszweigs kann als Komparator ausgebildet sein. In diesem Fall werden die Widerstände der beiden Leitungszweige einzeln bewertet.

Alternativ kann es bei der erfindungsgemäßen Logikeinheit vorgesehen sein, dass das Mittel als Parallelschaltung des ersten und zweiten Leitungszweiges ausgebildet ist und der Gesamtwiderstand der Parallelschaltung bewertbar ist. Bei dieser Variante der Erfindung werden die Widerstände gemein¬ sam bewertet. Die Parallelschaltung bewirkt, dass die Refe¬ renzzellen den TMR-Signalhub des Logikgatters beeinflussen.

Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen rekonfigu- rierbaren digitalen Logikeinheit kann es vorgesehen sein, dass der zweite Leitungszweig wenigstens zwei parallel ge¬ schaltete Referenzzellen aufweist. Die parallel geschalteten Zellen eines jeden Leitυngszweigs können separat programmier¬ bar sein, wodurch sich weitere Anwendungsmöglichkeiten erge¬ ben. Es ist nicht erforderlich, dass die Anzahl der Zellen in dem ersten Leitungszweig mit der Anzahl der Zellen in dem zweiten Leitungszweig übereinstimmt, sondern die beiden Lei¬ tungszweige können eine unterschiedliche Anzahl von Zellen aufweisen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der erste Lei- tungszweig mehrere in Reihe geschaltete Datenzellen und der zweite Leitungszweig mehrere in Reihe geschaltete Referenz¬ zellen aufweisen. Dabei wird es besonders bevorzugt, dass je¬ der in Reihe geschalteten Datenzelle eine Referenzzelle zuge¬ ordnet ist.

Mit besonderem Vorteil kann der Ausgang eines Logikgatters mit einem weiteren Gatter verbunden oder verbindbar sein, um dieses anzusteuern. Anders als bei im Stand der Technik be¬ kannten Logikgattern mit magnetischen Schichtsystemen reicht gegebenenfalls der Strom bei der erfindungsgemäßen digitalen Logikeinheit um ein weiteres Gatter anzusteuern, da der Ge¬ samtwiderstand der Parallelschaltung stets kleiner als der kleinste der Widerstände ist.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßem Logikeinheit ist darin zu sehen, dass die Zellen des Logikgatters dieselbe Le¬ sestromrichtung aufweisen. Dadurch wird der Nachteil vermie¬ den, dass TMR-Zellen in unterschiedlichen Richtungen vom Strom durchflössen werden, was zu Problemen bei der Signal- auswertung führen kann.

Bei der erfindungsgemäßen Logikeinheit wird es besonders be¬ vorzugt, dass der Widerstand einer Zelle durch Magnetfeldpul¬ se um bis zu etwa 60 % veränderbar ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die zwei pa¬ rallelen Widerstände des ersten Leitungszweigs näherungsweise übereinstimmen, so dass eine dreiwertige Logik geschaffen wird. Die dreiwertige Logik besitzt die Zustände wahr, falsch und indifferent. Bei dreiwertiger Logik wird es besonders be¬ vorzugt, dass die Widerstandsänderung für den dritten Zustand zwischen low (0 %) und high (z.B. 60 %) liegt. Ein derartiges Logikgatter kann für die Gatterfunktionen NOR, NAND, OR, AND, const. eingesetzt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann einer der Wider- stände des ersten Leitungszweigs näherungsweise 5/3 des ande¬ ren Widerstands betragen. In diesem Fall wird eine vierwerti- ge Logik geschaffen, die die Widerstandsstufen high, medium- high, medium-low, low umfasst. Ein derartiges Logikgatter kann für die Gatterfunktionen OR, var, AND, const., NOR, NAND eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäße rekonfigurierbare digitale Logikeinheit kann Logikgatter in zweiwertiger und/oder dreiwertiger und/oder vierwertiger Logik umfassen.

Die Logikeinheit kann als feldprogrammierbare Logikeinheit ausgebildet sein, alternativ ist es jedoch auch möglich, dass sie als maskenprogrammierbare Logikeinheit ausgebildet ist.

Weitere Vorteile und Einheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel unter Be¬ zugnahme auf die Zeichnungen. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Logikeinheit mit einer Daten- zelle und einer dazu parallelen Referenzzelle;

Fig. 2 ein Diagramm des TMR-Signalhubs für die verschiede¬ nen Zustände der Zellen bei dreiwertiger Logik;

Fig. 3 ein Diagramm des TMR-Signalhubs bei vierwertiger Logik; und Fig. 4 eine erfindungsgemäße Logikeinheit, bei der der durchfließende Strom als Eingangssignal der nächs¬ ten Stufe weiter verarbeitet wird.

Die in Fig. 1 gezeigte Logikeinheit 1 besteht aus einer Da¬ tenzelle 2 und einer parallel dazu geschalteten Referenzzelle 3. Die Zellen 2, 3 weisen jeweils ein magnetisches Schicht¬ system auf, dessen Magnetisierung über ein angelegtes magne¬ tisches Feld zwischen zwei Zuständen umgeschaltet werden kann. Die beiden Zustände können als Informationsbit inter¬ pretiert werden und stellen die logischen Zustände 0 und 1 bzw. Low und High dar. Der Magnetowiderstand ändert sich in Abhängigkeit dieser Zustände im Prozentbereich, so dass die Widerstandsänderung zum Auslesen von in der Zelle abgelegten Informationen verwendet werden kann.

Die Datenzelle 2 kann durch einen Magnetfeldpuls, der an die Eingangsleitung 4 angelegt wird, programmiert werden. Die programmierte Zelle 3 kann entweder reprogrammierbar oder ei- ne konstante Referenzzelle sein. Die Programmierung bleibt nicht flüchtig, erhalten und bestimmt die Funktionen des LQ- gikgatters.

Beide Zellen lassen sich von ihrem minimalen Widerstand Rl bzw. R2 um den TMR-Signalhub m in einen höheren Widerstands¬ wert umschalten. Dadurch ergeben sich vier verschiedene Kom¬ binationen, deren Gesamtwiderstand wie folgt berechnet werden kann:

minimaler Widerstand (Rl = Low / R2 = Low)

R1-R2 Rqes= y R1+R2

Zwischenzustand 1 (Rl = Low / R2 = High)

R1-(1+m)-R2 Rges= R1-(1+m)+R2 Zwischenzustand 2 (Rl = High / R2 = Low)

Rges= R1-R2-(-1+m)- R1+R2•(1+m)

maximaler Widerstand (Rl = High / R2 = High)

Rges=R1-R2-(.1.+mx) a R1+R2V '

Wenn beide Gatter mit dem gleichen Strom (Low / Low oder High / High) programmiert werden, ergibt sich keine von außen messbare Änderung des TMR-Signalhubs, sondern nur eine Hal¬ bierung des Gesamtwiderstands. Durch die Zwischenstufen erge¬ ben sich jedoch zusätzliche Funktionalitäten.

Im einfachsten Fall, wenn R2 = Rl gewählt wird, ergeben sich identische Widerstandsstufen. Diese Zustände sind insbesonde¬ re bei dreiwertiger Logik mit den Zuständen wahr, falsch und indifferent von Bedeutung.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm des TMR-Signalhubs für die ver¬ schiedenen Zustände der Zellen als Funktion der Widerstände. Auf der X-Achse sind die jeweiligen Kombinationen der Wider¬ stände Rl und R2 dargestellt. Der prozentuale TMR-Signalhub als Funktion der Widerstände ist auf der Y-Achse dargestellt. Der Maximalwert, der sich bei dem Zustand H/H ergibt, ent¬ spricht einem TMR-Signalhub von 20 %. Der TMR-Signalhub ist der Anstieg oder Zuwachs, um den der Widerstand ausgehend von dem minimalen Widerstand, z.B. Rl, angehoben werden kann.

Der Signalhub der Zwischenstufen beträgt in diesem Fall 9,1 %. Auf diese Weise kann die Logikeinheit für dreiwertige Lo¬ gik eingesetzt werden.

Fig. 3 ist ein Diagramm des TMR-Signalhubs bei vierwertiger Logik. In diesem Fall können die Widerstände Rl und R2 so gewählt werden, dass sich vier Stufen im TMR-Signalhub ausbilden, die den gleichen Abstand zueinander haben. Dieses wird bei R2 = 1,667 Rl bzw. R2 = 5/3 Rl erreicht. Anders als in dem Dia¬ gramm von Fig. 2 unterscheiden sich nun die Zwischenstufen H/L und L/H voneinander.

Neue Funktionen ergeben sich durch die Kombinationen herkömm- licher (zweiwertiger), dreiwertiger und vierwertiger Logik auf einem Chip. Dazu können jeweils mehrere Funktionsgatter und mehrere Programmiergatter parallel geschaltet werden. Es ist nicht erforderlich, dass jeweils der gleiche TMR- Signalhub vorhanden ist. Ebenso spielt der Flächenwiderstand keine entscheidende Rolle, da die Eigenschaften über die Flä¬ che der einzelnen Zellen eingestellt werden können.

Die in Fig. 1 gezeigte Logikeinheit und entsprechende Schal¬ tungen lassen sich besonders gut mit feldprogrammierbarer Lo- gik verwirklichen, alternativ kann die feldprogrammierbare Logik auch mit der maskenprogrammierbaren Logik verknüpft werden, indem Daten- oder Referenzzellen bei Bedarf weggelas¬ sen werden.

Grundsätzlich kann die Anordnung der Zellen, durch die der gleiche Strom zur Bestimmung des Widerstands fließen soll, als Anordnung von Einzelzellen nebeneinander, aber auch über¬ einander ausgeführt werden, wenn ein Schichtsystem mit mehre¬ ren identischen Funktionslagen vorliegt.

Anstelle der Verwendung einer einzigen Zelle können mehrere Zellen parallel geschaltet werden, um einen Mittelwert der Widerstände zu bilden. Dabei ist der Programmier- oder Daten¬ strom für alle Zellen gleich. Der Zellwiderstand bleibt unab- hängig von der Reihen- oder Parallelschaltung erhalten. Fig. 4 zeigt Teile einer Logikeinheit, bei der der durchflie¬ ßende Strom als Eingangssignal der nächsten Stufe weiterver¬ arbeitet wird.

Die erste Logikeinheit 7 umfasst einen Block von Referenz¬ oder Datenzellen mit Eingängen InI - In4 und Widerständen R1 - R.3, die einzeln konfigurierbar sind und Funktionszellen 8 einer zweiten Logikeinheit. Der Ausgang der Zellen 7 dient als Eingangssignal für die Funktionszellen 8. Bei geschiente- ten Zellen kann der durchfließende Strom auch in darüber oder darunter liegende Funktionslagen geführt werden. Auf diese Weise lassen sich größere Logikschaltungen realisieren, die zweiwertige, dreiwertige und höherwertige Logik umfassen.