CN1898875A - 时间信号外围设备 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种时间信号外围设备，其可包含一无线电接收机、解码器/解调器和时间寄存器。所述时间信号外围设备可接收、检测和存储来自例如WWV、WWVH、WWVB(美国)、JJY(日本)、MSF(英国)及其类似物的时间信号的时间信息。所述时间信息可用于一自设定时钟，且所述时钟可用作时间敏感应用、设备和系统中的一基准。一数字处理器可耦合到并控制所述时间信号外围设备。所述数字处理器可用于解码所接收时间信号中的时间信息，存储经解码的时间信息并使所述时间信息可由一设备和/或系统使用，或者所述时间信号外围设备可执行这些功能，从而允许所述数字处理器用于更高级的应用。所述时间信号外围设备可制造在具有或不具有所述数字处理器的集成电路芯片上。所述时间信号外围设备和所述数字处理器可位于一独立的集成电路芯片上，且可一起封装在一信号集成电路封装中。

Description

时间信号外围设备
技术领域
本发明一般涉及使用无线电时间信号来准确设定时间的设备，更特定地说，涉及一种具有无线电接收机和数字处理器的时间信号外围设备。
背景技术
美国国家标准与技术研究院(NIST)的分时和分频播送时间信息，所述时间信息可追踪用作时间测量标准的原子钟时间标准。各种射频用来传输这个时间标准。NIST无线电台WWVB以60kHz的超低频(VLF)进行传输，并且在整个北美大陆有效地分配标准时间信息好于一秒。其他传输时间标准的VLF地点的接收覆盖范围主要是在远东-JJY(日本)和欧洲-MSF(英国)。
NIST无线电台(例如，WWV、WWVH、WWVB)一直用于精确频率和时间校准。随着制造商为将“原子时间”带到每个家庭和办公室而不断创造出新的、低成本的产品，对于精确频率和时间校准的需求随之持续增长。然而，对高度准确且自动设定时间的仪器的接受度很大程度上取决于实施的成本和容易度。集成电路技术降低了时间测量、记录和显示系统(例如，数字时钟、停车计费表等)的成本。但是，目前使用复杂且昂贵的接收装备来从NIST无线电台接收时间信号。
需要准确时间信息的装置和系统可为(例如，但不限于)时钟、分时使用计量仪表(time of use utility meters)、交通灯；汽车、火车和飞机调度装置；与全球定位卫星(GPS)设备、定时器、停车计费表及其类似物结合使用的速度测量仪表。
因此，需要一种低成本的时间信号外围设备，其具有可从NIST无线电台及其类似物接收、解码和存储精确时间并使得所述精确时间可用作解码时间信息的无线电接收机和数字处理器。
发明内容
本发明通过提供一种包括无线电接收机和数字处理器以接收、解码和存储来自时间信号(例如，WWV、WWVH、WWVB(美国)、JJY(日本)、MSF(欧洲)及其类似物)的时间信息的时间信号外围设备，从而克服上文确定的问题以及现有技术存在的其他缺点和不足。数字处理器(例如微控制器、微处理器、可编程逻辑阵列(PLA)、特殊应用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)及其类似物)可控制无线电接收机并解码来自所接收的时间信号的时间信息。所述无线电接收机可为超再生接收机，由Ruan Lourens于2003年9月25日申请的题为“Q-Quenching Super-Regenerative Receiver”的共同拥有的共同待决美国第10/670,619号专利申请案中更完全地描述了所述超再生接收机的优选实施例。所述无线电接收机也可为直接转换接收机，由Ruan Lourens、Layton W.Eagar和Russell Eugene Cooper于2003年12月15日申请的题为“A Time Signal Receiver andDecoder”的共同拥有的共同待决的美国第10/736,372号专利申请案中更完全地描述了所述直接转换接收机的优选实施例，其中上述专利申请案出于各种目的而以引用的方式并入本文中。
根据本发明的示范性实施例，时间信号无线电接收机向数字处理器提供经解调的时间信号信息，所述数字处理器可解码时间信号中的时间信息然后存储经解码的时间信息。无线电接收机向数字处理器提供经解码的所接收时间信号包络。数字处理器解码所述经解调的信号以产生时间信息。此外，数字处理器可控制无线电接收机的特征以进一步改进其接收性能。
时间信号外围设备可用来向需要确定准确时间的装置和系统提供准确的时间信息，所述装置和系统例如为时钟、分时使用计量仪表、交通灯；汽车、火车和飞机调度装置；与全球定位卫星(GPS)设备、定时器、停车计费表及其类似物结合使用的速度测量仪表。
本发明可制造在一个或一个以上集成电路芯片中，所述集成电路芯片可以是引线框或衬底上未封装的集成电路芯片，或为封装在塑料、环氧树脂和/或陶瓷集成电路封装中的集成电路芯片，例如PDIP、SOIC、MSOP、TSSOP、QSOP及其类似物。
本发明的一个技术优势是使用实体较小的磁性线圈天线，其在低频和中频接收带中共振。另一技术优势是在集成电路中制造接收机。另一技术优势是添加了输入缓冲级以便进一步降低接收机电路辐射出的噪音。另一技术优势是低功率操作。另一技术优势是有效检测以数字形式调制的数据信号，例如WWVB。另一技术优势是用于需要精确时间的装置和系统的低成本集成电路解决方案。
通过出于揭示目的并结合附图的实施例的以下描述，本发明的特征和优势将显而易见。
附图说明
通过参考以下结合附图的描述可获得对本揭示内容及其优势的更为全面的了解，在附图中：
图1根据本发明的示范性实施例说明具有接收机解调器/解码器和时间寄存器的时间信号外围设备的示意方框图；
图2根据本发明的示范性实施例说明具有无线电接收机和数字处理器的时间信号外围设备的示意方框图；
图3根据本发明的另一示范性实施例说明与数字解码器结合的时间信号接收机和信号解调器的示意方框图；
图4说明WWVB时间代码格式。
虽然本发明容许多种修改和替换物，但在图中以举例的形式展示了本发明的特定实施例并在本文中详细描述了这些特定实施例。然而，应了解，本文中对特定实施例的描述并不用于将本发明限于所揭示的特定形式，而是将涵盖随附的权利要求书中所界定的本发明的精神和范畴内的所有修改、等效物和替换物。
具体实施方式
现在参看图式，其中示意性说明了本发明的示范性实施例的细节。图中将用相同数字代表相同元件，且将用带有不同小写字母下缀的相同数字代表相似元件。
参看图1，图中描绘了根据本发明的示范性实施例的具有时间信号无线电接收机、解调器/解码器和时间寄存器的时间信号外围设备的示意方框图。天线102上可接收时间信号(例如WWV、WWVH、WWVB(美国)；JJY(日本)、MSF(英国)及其类似物)，所接收的时间信号112耦合到时间信号接收机104的输入端，所述输入端分离时间信号与其他不想要的信号，并将所要的时间信号充分放大以用于其解调和解码。放大的时间信号114施加到解调器/解码器106，其根据所述时间信号来解调时间信号信息，并将所述时间信号信息解码成有用的准确时间。经解码的时间信号信息116可存储在时间寄存器108中以供外部设备(未图示)使用。在时间寄存器108的输出端118上可得到准确的时间信息。本发明的时间信号外围设备可制造在集成电路芯片上，一般用数字100表示。所述芯片可位于引线框上，未封装或封装在集成电路封装中。
时间信号接收机104和/或解调器/解码器106的更详细的实例可为超再生接收机，由Ruan Lourens于2003年9月25日申请的题为“Q-Quenching Super-Regenerative Receiver”的共同拥有的共同待决美第10/670,619号国专利申请案中更完全地描述所述超再生接收机的优选实施例。所述无线电接收机也可为直接转换接收机，由Ruan Lourens、Layton W.Eagar和Russell Eugene Cooper于2003年12月15日申请的题为“A Time Signal Receiverand Decoder”的共同拥有的共同待决的美国第10/736,372号专利申请案中更完全地描述了所述直接转换接收机的优选实施例，其中上述专利申请案在此出于各种目的而以引用的方式并入本文中。
参看图2，图中描绘根据本发明的示范性实施例的时间信号外围设备和数字处理器的示意方框图。时间信号外围设备204可包括耦合到天线212的接收机前端214、耦合到接收机前端214输出端的包络检测器216、耦合到包络检测器216输出端的包络滤波器218、耦合到包络滤波器218输出端的数据分割器220、耦合到数据分割器220输出端的控制电路226和数据位解码器224、耦合到控制电路226输出端的自动增益控制228和耦合到数据位解码器224输出端的接收机缓冲寄存器222。
数字处理器202可通过(例如，但不限于)数字处理器外围设备接口230耦合到时间信号外围设备204。外围设备接口230可具有输出端242，其经调试以供应根据天线212上接收到的时间信号而确定的时间信息。
数字处理器202可通过外围设备接口230访问控制电路226或者可直接连接到控制电路226。控制电路226可基于包络检测器216处的信号电平来控制自动增益控制228。自动增益控制228可控制接收机前端的灵敏度以防其信号过载。控制电路226可基于来自数据分割器220的信息来控制数据位解码器224和接收机缓冲寄存器222。控制电路226可控制何时将时间信息从接收机缓冲寄存器222传输到外围设备接口230。
在本发明的一个示范性实施例中，时间信号外围设备204可制造在集成电路芯片(未图示)上并独立于数字处理器202而运作。所述数字处理器可为工业标准处理器，例如微控制器、微处理器、可编程逻辑阵列(PLA)、特殊应用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)及其类似物。
在本发明的另一示范性实施例中，数字处理器202可执行控制电路226的功能，从而无需控制电路226。在本发明的另一示范性实施例中，数字处理器202和时间信号外围设备204可制造在集成电路芯片上，并可不封装地位于引线框或衬底上，或者可封装在集成电路封装中，例如PDIP、SOIC、MSOP、TSSOP、QSOP及其类似物。
参看图3，图中描绘根据本发明另一示范性实施例的与数字解码器结合的时间信号接收机104的示意方框图。在天线102上接收到时间信号，且所要的时间信号在时间信号接收机104中放大。经放大的时间信号可由信号解调器106a检测或解调，且经过解调/检测的时间信号可耦合到混合式信号解码器300和/或数字解码器302。混合式信号解码器300可包括频率到电压转换器314、第一低通滤波器316、第二低通滤波器3188和电压比较器3200。数字解码器302可包括定时器3100和数字滤波器312。可由时间信号接收机104接收并由信号解调器106a解调频率调制的信号信息和/或振幅调制的信号信息，所述信息可分别由混合式信号解码器300和/或数字解调器302处理。
参看图4，图中描绘WWVB时间代码格式。接收机104以60kHz接收WWVB时间编码信号，且解调器/解码器106解调并解码所述振幅调制(AM)的数字时间代码格式。解调器/解码器106解调WWVB时间代码格式并检测经解调的脉冲振幅和脉冲时序。
因此，本发明非常适合于实现所述目标并获得所提到的结果和优点，以及其中固有的其他方面。虽然通过参考本发明的示范性实施例对本发明进行了描绘、描述和界定，但这并不意味着对本发明的限制，且不应推断出任何此类限制。如所属领域的技术人员将想到的，本发明可以在形式和功能上作大量修改、变化和等效，且能够具有本揭示内容的益处。所描绘和描述的本发明的实施例仅为示范性的，且并没有详细列出本发明的范畴。因此，本发明希望仅受到随附的权利要求书精神和范畴的限制，其在所有方面提供对等效物的全面理解。

Claims (20)

1.一种用于接收和解码一射频时间信号的装置，其包括：
一时间信号接收机，用于接收一时间信号；
一耦合到所述时间信号接收机的解调器-解码器，其中所述解调器-解码器根据所述所接收的时间信号来确定时间信息；和
一时间寄存器，用于存储所述时间信息。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述时间信号接收机耦合到一天线以接收所述时间信号。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述时间信号接收机、所述解调器-解码器和所述时间寄存器被制造在一集成电路芯片上。
4.根据权利要求3所述的装置，其进一步包括封装在一集成电路封装中的所述集成电路芯片。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述集成电路封装是从由PDIP、SOIC、MSOP、TSSOP和QSOP组成的群组中选择的。
6.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括一耦合到所述解调器-解码器和时间寄存器的数字处理器。
7.根据权利要求4所述的装置，其中所述数字处理器、所述时间信号接收机、所述解调器-解码器和所述时间寄存器被制造在至少一个集成电路芯片上。
8.根据权利要求5所述的装置，其进一步包括封装在一集成电路封装中的所述至少一个集成电路芯片。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述集成电路封装是从由PDIP、SOIC、MSOP、TSSOP和QSOP组成的群组中选择的。
10.根据权利要求4所述的装置，其中所述数字处理器是从由一微控制器、一微处理器、一可编程逻辑阵列(PLA)、一特殊应用集成电路(ASIC)和一数字信号处理器(DSP)组成的群组中选择的。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述解调器-解码器包括：
一包络检测器，其耦合到所述时间信号接收机的一输出端；
一包络滤波器，其耦合到所述包络检测器的一输出端；
一数据分割器，其耦合到所述包络滤波器的一输出端；
一数据位解码器，其耦合到所述数据分割器的一输出端；
一接收机缓冲寄存器，其耦合到所述数据位解码器的一输出端；和
一控制电路，其耦合到所述包络检测器、数据位解码器和接收机缓冲寄存器。
12.根据权利要求10所述的装置，其进一步包括一数字处理器，其具有一耦合到所述接收机缓冲寄存器的外围设备接口。
13.根据权利要求1所述的装置，其中所述解调器-解码器包括一定时器和一数字滤波器。
14.根据权利要求1所述的装置，其中所述解调器-解码器包括一频率到电压转换器、一第一低通滤波器、一第二低通滤波器和一电压比较器。
15.一种使用一射频时间信号的定时系统，所述系统包括：
一时间信号接收机，用于接收一时间信号；
一解调器-解码器，其耦合到所述时间信号接收机，其中所述解调器-解码器根据所接收的时间信号来确定时间信息；
一时间寄存器，用于存储所述时间信息；和
一数字处理器，其耦合到所述解调器-解码器和时间寄存器。
16.根据权利要求15所述的定时系统，其中所述定时系统是从由以下各物组成的群组中选择的：时钟、分时使用计量仪表、交通灯；汽车、火车和飞机调度装置；与全球定位卫星(GPS)设备、定时器和停车计费表结合使用的速度测量仪表。
17.一种用于根据无线电时间信号提供时间信息的方法，所述方法包括以下步骤：
利用一时间信号接收机接收一时间信号；
利用一耦合到所述时间信号接收机的解调器-解码器根据所述所接收的时间信号来确定时间信息；和
将所述时间信息存储在一时间寄存器中。
18.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括将一数字处理器耦合到所述解调器-解码器和时间寄存器的步骤。
19.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括将所述时间信息提供到一定时系统的步骤。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述定时系统是从由以下各物组成的群组中选择的：时钟、分时使用计量仪表、交通灯；汽车、火车和飞机调度装置；与全球定位卫星(GPS)设备、定时器和停车计费表结合使用的速度测量仪表。
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