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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Zeitinformationen
aus empfangenen, amplitudenmodulierten Zeitzeichensignalen. Die
Erfindung betrifft ferner eine Funkuhr bzw. eine Empfängerschaltung
für eine
Funkuhr, insbesondere zur Durchführung
dieses Verfahrens.
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Die
funkgesteuerte Übertragung
von Zeitinformationen erfolgt mittels so genannter Zeitzeichensignale,
die von entsprechenden Sendern – nachfolgend
kurz als Zeitzeichensender bezeichnet – ausgesendet werden. Unter
einem Zeitzeichensignal soll ein Sendersignal kurzer Dauer verstanden
werden, dem die Aufgabe zukommt, die von einem Sender bereitgestellte
Zeitreferenz zu übertragen.
Es handelt sich dabei um eine Modulationsschwingung mit meist mehreren
Zeitmarken, die demoduliert lediglich einen Impuls darstellen, der
die ausgesendete Zeitreferenz mit einer bestimmten Unsicherheit
reproduziert.
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Die
deutsche Langwellensendestation DCF-77 sendet gesteuert durch Atomuhren
im Dauerbetrieb Amplituden-modulierte Langwellenzeitsignale nach
der amtlichen Atomzeitskala MEZ mit einer Leistung von 50 KW auf
der Frequenz 77,5 KHz. In anderen Ländern existieren ähnliche
Sender, die Zeitinformationen auf einer Langwellenfrequenz im Bereich
zwischen 40 bis 120 KHz aussenden. Alle genannten Länder verwenden
für die Übertragung
der Zeitinformation jeweils ein Minutentelegramm, das genau eine
Minute lang ist.
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1 zeigt das mit Bezugszeichen
A bezeichnete Codierungsschema (Telegramm) der codierten Zeitinformation
im Falle des deutschen Zeitzeichensenders DCF-77. Das Codierungsschema besteht
vorliegend aus 59 Bits, wobei jeweils 1 Bit einer Sekunde des Zeitrahmens
entspricht. Im Verlauf einer Minute kann damit ein so genanntes
Zeitzeichen-Telegramm übertragen
werden, das in binär verschlüsselter
Form insbesondere eine Information zu Zeit und Datum enthält. Die
ersten 15 Bits B enthalten eine allgemeine Codierung, die zum Beispiel Betriebsinformationen
enthalten. Die nächsten
5 Bits C enthalten allgemeine Informationen. So bezeichnet R das
Antennenbit, A1 bezeichnet ein Ankündigungsbit für den Übergang
der mitteleuropäischen Zeit
(MEZ) zur mitteleuropäischen
Sommerzeit (MESZ) und zurück,
Z1, Z2 bezeichnen Zonenzeitbits, A2 bezeichnet ein Ankündigungsbit
für eine Schaltsekunde
und S bezeichnet ein Startbit der codierten Zeitinformationen. Ab
dem 21. Bit bis zum 59. Bit werden die Zeit- und Datumsinformationen
im BCD-Code übertragen,
wobei die Daten jeweils für die
darauf folgende Minute gelten. Dabei enthalten die Bits im Bereich
D Informationen über
die Minute, im Bereich E Informationen über die Stunde, im Bereich
F Informationen über
den Kalendertag, im Bereich G Informationen über den Tag der Woche, im Bereich
H Informationen über
das Monat und im Bereich I Informationen über das Kalenderjahr. Diese
Informationen liegen bitweise in codierter Form vor. Jeweils am
Ende der Bereiche D, E und I sind so genannte Prüf-Bits P1, P2, P3 vorgesehen.
Das sechzigste Bit des Telegramms ist nicht belegt und dient dem
Zweck, den Beginn des nächsten
Rahmens anzuzeigen. M bezeichnet die Minutenmarke und damit den
Beginn des Zeitzeichentelegramms.
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Die
Struktur und die Bit-Belegung des in 1 dargestellten
Codierungsschemas zur Übermittlung
von Zeitzeichensignalen ist allgemein bekannt und beispielsweise
in dem Artikel von Peter Hetzel, "Zeitinformation und Normalfrequenz", in Telekom Praxis,
Band 1, 1993 beschrieben.
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Die Übertragung
der Zeitzeicheninformation erfolgt Amplituden-moduliert mittels
einzelner Sekundenmarken. Die Modulation besteht aus einer Absenkung
X1, X2 (oder einer Anhebung) des Trägersignals X zu Beginn jeder
Sekunde, wobei zu Beginn jeder Sekunde – mit Ausnahme der neunundfünfzigsten
Sekunde jeder Minute – im
Falle eines vom DCF-77 Sender ausgesendeten Zeitzeichensignals die
Trägeramplitude
für die
Dauer von 0,1 Sekunden X1 oder für
die Dauer von 0,2 Sekunden X2 auf etwa 25% der Amplitude abgesenkt
wird. Diese Absenkungen X1, X2 unterschiedlicher Dauer definieren
jeweils Sekundenmarken bzw. in dekodierter Form Datenbits. Diese
unterschiedliche Dauer der Sekundenmarken dient der binären Codierung
von Uhrzeit und Datum, wobei Sekundenmarken mit einer Dauer von 0,1
Sekunden X1 der binären "0" und solche mit einer Dauer von 0,2
Sekunden X2 der binären "1" entsprechen. Durch das Fehlen der sechzigsten
Sekundenmarke wird die nächstfolgende
Minutenmarke angekündigt.
In Kombination mit der jeweiligen Sekunde ist dann eine Auswertung
der vom Zeitzeichensender gesendeten Zeitinformation möglich. 2 zeigt anhand eines Beispiels
einen Ausschnitt eines solchen Amplituden-modulierten Zeitzeichensignals.
Die Auswertung der genauen Zeit und des genauen Datums ist allerdings
nur dann möglich,
wenn die 59 Sekundenbits einer Minute eindeutig erkannt werden und somit
jedem dieser Sekundenmarken jeweils eindeutig eine "0" oder eine "1" zugeordnet
werden kann.
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Herkömmliche
Zeitzeichenempfänger
für Funkuhren,
wie sie beispielsweise in der deutschen Patentschrift
DE 35 16 810 C2 beschrieben
sind, empfangen ein von einem Zeitzeichensender ausgestrahltes,
amplitudenmoduliertes Zeitzeichensignal. Das empfangene Zeitzeichensignal
wird demoduliert und in Form unterschiedlich langer Impulse – den so genannten
Sekundenimpulsen oder Sekundenmarken – ausgegeben. Dies geschieht
in Echtzeit, das heißt
pro Sekunde und damit pro Zeitrahmen des Zeitzeichentelegramms wird
abhängig
von der codierten Information ein unterschiedlich langer Sekundenimpulse
erzeugt (siehe
2) und
am Ausgang des Empfängers
bereit gestellt. Das demodulierte Zeitzeichensignal wird vom Zeitzeichensender
einem nachgeschalteten Mikrocontroller zugeführt, der die im Zeitzeichensignal
enthaltenen Zeitinformationen dekodiert, indem die Sekundenimpulse
ausgewertet werden. Dabei wird jedem Sekundenimpuls ein Datenbit
zugeordnet. Der Mikrocontroller nimmt in der Folge nun alle Datenbits
einer Minute auf, wobei die aufgenommenen Datenbits in einer eigens
dafür vorgesehenen
Speichereinrichtung im Mikrocontroller zwischengespeichert werden.
Liegen sämtliche
Datenbits eines Minutentelegramms des gesendeten Zeitzeichensignals
vor, dann liest der Mikrocontroller die zwischengespeicherten Datenbits
aus und errechnet daraus die korrekte Uhrzeit und das korrekte Datum.
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Zur
Dekodierung der Zeitzeichensignale wird in der Funkuhr ein Mikrocontroller
verwendet. Dieser dem Zeitzeichenempfänger nachgeschaltete Mikrocontroller
ist aus Kostengründen
typischerweise als 4-Bit-Mikrocontroller ausgebildet und weist ebenfalls aus
Kostengründen
typischerweise einen sehr geringen Speicher von etwa 2 KByte auf.
Dieser Speicher wird zum größten Teil
für die
Zwischenspeicherung der dekodierten Datenbits sowie für das Programm des
Mikrocontrollers verwendet, welches wiederum zum größten Teil
der Behandlung von Störungen
und unterschiedlichen Sekundenimpulsen dient. Der Mikrocontroller
ist bei heutigen Funkuhranwendungen daher nahezu vollständig damit
ausgelastet, die empfangenen Sekundenimpulse zu dekodieren und dabei
gegebenenfalls dem Zeitzeichensignal überlagerte Störsignale
zu behandeln. Die ohnehin begrenzten Rechenressourcen des Mikrocontrollers stehen
in dieser Zeit nicht oder nur eingeschränkt anderen Aufgaben zur Verfügung.
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Aus
diesen Gründen
geht die Tendenz bei zukünftigen
Funkuhren dahin, den Mikrocontroller, was dessen Rechenaufwand be trifft,
zu entlasten. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Auswertung
und Dekodierung der im Zeitzeichensignal enthaltenen Zeitinformation
nicht mehr vom Mikrocontroller selbst vorgenommen wird, sondern
von dem Zeitzeichenempfänger.
Dieser Zeitzeichenempfänger
weist daher eine eigens dafür
vorgesehene Zeitinformationsentnahmeeinrichtung auf, die dazu ausgelegt
ist, die im demodulierten Zeitzeichensignal enthaltene bitweise
Zeitinformation zu entnehmen. Die Zeitinformationsentnahmeeinrichtung
dekodiert die verschiedenen Sekundenimpulse und weist jedem Sekundenimpuls
ein Datenbit zu. Die einzelnen Datenbits werden in einem eigens
dafür vorgesehenen
Speicher in dem Empfänger
zwischengespeichert. Liegen alle Datenbits eines Minutentelegramms
vor, dann werden diese aus dem Speicher ausgelesen und in einem
Verfahrensschritt an den Mikrocontroller übertragen. Im Mikrocontroller
werden diese Datenbits wiederum zwischengespeichert. Zur Berechnung
der genauen Uhrzeit und des genauen Datums werden diese im Mikrocontroller
abgespeicherten Datenbits bedarfsgemäß erneut ausgelesen.
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Ein
derartiger Zeitzeichenempfänger
bzw. eine mit einem solchen Zeitzeichenempfänger ausgestattete Funkuhr
ist in der noch nicht offengelegten deutschen Patentanmeldung Nr.
103 34990.1 beschrieben.
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Eine
solche Empfängerschaltung
weist allerdings einen relativ großen Speicher zur Abspeicherung
aller 59 bzw. 60 Datenbits eines Minutenprotokolls auf. Der als
integrierte Schaltung ausgebildete Zeitzeichenempfänger ist
daher schaltungstechnisch relativ aufwändig.
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Weiterhin
ist problematisch, dass die Reaktionszeit zwischen einem Einschalten
und der ersten Reaktion des Zeitzeichenempfänger relativ lang ist, da frühestens
nach Beendigung eines vollständigen Minutenprotokolls
die entsprechenden Datenbits an den Mikrocontroller übertragen
werden können.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere
schaltungstechnisch vereinfachte Empfängerschaltung sowie ein Verfahren
zum Betreiben dieser Empfängerschaltung
bereitzustellen, die zudem den Mikrocontroller bestmöglichst
entlasten.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1, durch eine Empfängerschaltung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 sowie durch eine Funkuhr
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 26 gelöst.
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Demgemäß ist vorgesehen:
- – Ein
Verfahren zur Gewinnung von Zeitinformationen aus empfangenen, amplitudenmodulierten Zeitzeichensignalen,
welche aus einer Vielzahl von Zeitrahmen konstanter Dauer bestehen,
wobei die Zeitinformation bitweise vorliegt und wobei jeweils einem
Zeitrahmen zumindest ein Datenbit zugeordnet ist, mit den Verfahrensschritten:
(a)
Empfangen des gesendeten Zeitzeichensignals durch einen Empfänger;
(b)
Auswerten der empfangenen Zeitzeichensignale durch den Empfänger zur
Gewinnung der Zeitinformation;
(c) Ausgeben eines einem jeweiligen
Zeitrahmen (zugeordneten einzelnen Datenbits am Ende oder unmittelbar
nach dem Ende des jeweiligen Zeitrahmens. (Patentanspruch 1)
- – Eine
Empfängerschaltung
für eine
Funkuhr zum Empfangen und zum Gewinnen von Zeitinformationen aus
von einem Zeitzeichensender gesendeten Zeitzeichensignalen, insbesondere
unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einer Empfangsantenne
zum Aufnehmen der gesendeten Zeitzeichensignale, mit einer Zeitinformationsentnahmeeinrichtung
zur Entnahme der im Zeitzeichensignal enthaltenen Zeitinformation,
mit einer Ausgabeeinrichtung, die am Ende oder unmittelbar nach
dem Ende des jeweiligen Zeitrahmens ausgangsseitig das diesem Zeitrahmen
zugeordnete, dekodierte Datenbit bereit stellt. (Patentanspruch
17)
- – Eine
Funkuhr mit einer erfindungsgemäßen Empfängeranordnung
zum Empfang von Zeitzeichensignalen, mit einer Speichereinrichtung,
in der die von der Empfängerschaltung
bereit gestellten Datenbits nacheinander ablegbar sind, mit einer
programmgesteuerten Einrichtung, welche bei Vorhandensein einer
Anzahl von abgespeicherten Datenbits, die einem vollständigen Minutentelegramm
des empfangenen Zeitzeichensignals entspricht, diese aus der Speichereinrichtung
ausliest und daraus ein Zeitsignal berechnet, mit einer autonomen
Uhr, die anhand des berechneten Zeitsignals die genaue Uhrzeit und/oder das
genaue Datum ausgibt. (Patentanspruch 26)
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den weiteren Unteransprüchen
sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass im Empfänger, der
unter anderem der Auswertung (Dekodierung) der empfangenen Zeitzeichensignale
dient, die in Folge der Auswertung gewonnenen Datenbits nicht notwendigerweise gespeichert
werden müssen
und nicht erst bei Vorliegen einer der Anzahl eines vollständigen Minutentelegramms
entsprechenden Anzahl der Datenbits an einen nachgeschalteten Mikroprozessor übertragen werden
müssen.
Die Idee der Erfindung besteht darin, dass der Empfänger das
Zeitzeichensignal auswertet und daraus die entsprechenden Datenbits
gewinnt. Sobald ein einem jeweiligen Zeitrahmen zugeordnetes Datenbit
durch empfängerseitige
Dekodierung des Zeitzeichensignals vorliegt, wird dieses unmittelbar
nach der Dekodierung einzeln ausgegeben. Dabei können die einzelnen Datenbits
entweder unmittelbar einem nachgeschalteten Mikroprozessor zugeführt werden oder
alternativ in einem Pufferspeicher zwischengespeichert werden.
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Bereits
am Ende oder unmittelbar nach dem Ende eines jeden empfangenen Sekundenimpulses bzw.
Zeitrahmen wird die in diesem Sekundenimpuls enthaltene Zeitinformation
automatisch an einen nachgeschalteten Mikroprozessor oder an dessen Speichereinrichtung übertragen.
Da der Mikroprozessor ohnehin eine Speichereinrichtung zur Abspeicherung
aller Datenbits eines Minutentelegramms benötigt, ist kein zusätzlicher
prozessorseitiger Schaltungsaufwand erforderlich, jedoch kann vorteilhafterweise
der empfängerseitige
Schaltungsaufwand für
die Speichereinrichtung weitestgehend entfallen.
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Der
besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht nun darin,
dass die einzelnen, im Empfänger
durch Dekodierung gewonnenen Datenbits nicht mehr in einem entsprechenden
Speicher in der Empfängerschaltung
abgelegt werden müssen. Auf
diese Weise ist der empfängerseitige
Schaltungsaufwand signifikant reduziert. Die Chipfläche der
Empfängerschaltung
kann damit in entsprechender Weise reduziert werden, wodurch die
Empfängerschaltung
und darüber
hinaus die gesamte Funkuhr kostengünstiger hergestellt werden
kann. Bei im Wesentlichen funktionsgleichen Schaltungsteilen und Produkten,
wie das bei Funkuhren der Fall ist, ist dies ein sehr großer Wettbewerbsvorteil
gegenüber
Konkurrenzprodukten.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass auch die Anzahl der benötigten externen
Anschlüsse (PINs)
reduziert werden kann, da insbesondere ein Anschluss zur Anforderung
der Daten (engl.: data request) sowie ein Anschluss zum Signalisieren,
das im Speicher gültige
Daten anliegen (engl.: data ready), nicht mehr erforderlich sind.
Ferner lässt
sich der Systemtakt des Mikroprozessors als Auslesetakt der gewonnenen
Datenbits verwenden.
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Besonders
vorteilhaft ist ferner, dass die Reaktionszeit des Funkuhrempfängers deutlich
reduziert wird, da die entsprechend dekodierten Datenbits kontinuierlich
gesendet werden und nicht erst gewartet werden muss, bis ein vollständiges Minutenprotokoll
von der Empfängerschaltung
bereitgestellt wird.
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Einer
ersten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens zufolge erfolgt
die Übertragung
eines einzelnen Datenbits noch innerhalb des Zeitrahmens, der dem
jeweiligen Datenbit zugeordnet ist. Dies ist deshalb möglich, da
die innerhalb eines Zeitrahmens vorhandene Zeitinformation – also der
entsprechende Sekundenimpuls – typischerweise
durch eine Änderung
der Amplitude am Anfang des jeweiligen Zeitzeichensignals vorgegeben
ist. Am Ende eines Zeitrahmens ist typischerweise – jedoch
nicht notwendigerweise – keine
Zeitinformation im Zeitzeichensignal enthalten. Beispielsweise enthält das deutsche
DCF-77 Zeitzeichensignal 100 msec dauernde und 200 msec dauernde
Absenkungen der Amplitude (Sekundenimpulse), die sich unmittelbar zu
Beginn eines jeweils 1000 msec dauernden Zeitrahmens befinden. Die
Auswerteeinrichtung des Empfängers
hat somit im ersteren Falle 900 msec und im zweiteren Falle 800
msec Zeit, die durch Amplitudenmodulation in diesem Zeitrahmen enthaltene Information
auszuwerten, zu dekodieren und in Form von Datenbits noch innerhalb
dieses Zeitrahmens auszugeben.
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Einer
zweiten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens zufolge erfolgt
die Übertragung
eines einem jeweiligen Zeitrahmen zugeordneten Datenbits während eines
diesem Zeitrahmen nachfolgenden Zeitrahmens. Besonders vorteilhaft
ist es dabei, wenn das jeweilige Datenbit während dem unmittelbar nachfolgenden
Zeitrahmen, insbesondere zu Beginn des unmittelbar nachfolgenden
Zeitrahmens, übertragen
wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das einem jeweiligen
Zeitrahmen zugeordnete Datenbit zu einem fest vor gegebenen Referenzzeitpunkt – bezogen
auf einen Zeitrahmen – übertragen. Ein
solcher fest vorgegebene Referenzzeitpunkt kann zum Beispiel einen
Sekundenbeginn eines jeweiligen Zeitrahmens bezeichnen. Zusätzlich oder
alternativ kann der vorgegebene Referenzzeitpunkt auch eine ansteigende
oder eine abfallende Flanke des Zeitzeichensignals bezeichnen. Im
Falle eines DCF-77 Zeitzeichensignals bezeichnet zum Beispiel eine
abfallende Flanke des Zeitzeichensignals gleichzeitig das Ende eines
Zeitrahmens sowie den Sekundenbeginn des jeweils nachfolgenden Zeitrahmens.
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In
einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die
Zeitpunkte der Übertragung
eines einzelnen Datenbits zur Bestimmung des jeweiligen Sekundenbeginns
eines dem entsprechenden Zeitrahmen nachfolgenden Zeitrahmens genutzt
werden. Dies ist insbesondere für
solche Fälle
von besonderem Vorteil, bei denen kein eigens dafür vorgesehenes
Verfahren zur Bestimmung des Sekundenbeginns vorhanden ist. Da bei
der Auswertung der meisten Zeitzeichensignale zwangsläufig auch
eine Kenntnis über
den jeweiligen Sekundenbeginn gewonnen wird, kann dies vorteilhafterweise
ohne großen
Zusatzaufwand für
die weitere Auswertung des Zeitzeichensignals genutzt werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach dem Übertragen
eines einzelnen Datenbits der Ausgangsanschluss des Empfängers, über den
das demodulierte und dekodierte Datenbit an den nachgeschalteten Mikroprozessor übertragen
wird, auf einen vorgegebenen logischen Pegel, beispielsweise auf
einen niedrigen logischen Pegel, gesetzt. Der Ausgangsanschluss
bleibt dann bis zum Beginn des nächsten Zeitrahmens
auf diesem logischen Pegel.
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In
einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Bestimmung
eines Datenbits zunächst
eine Änderung
im gesendeten Zeitzeichensignal welche die entsprechende Zeitinformation
enthält
detektiert. Anschließend
wird die Dauer dieser Änderung
bestimmt, beispielsweise durch Zählen
der Takte eines Referenztaktes mit bekannter, konstanter Referenzfrequenz.
Aus der so bestimmten Dauer der jeweiligen Änderung kann damit ein einem
Zeitrahmen zugeordnetes Datenbit abgeleitet werden. Dabei kann aus
wenigstens zwei aufeinander folgenden Änderungen der Amplitude des
Zeitzeichensignals ein Zeitintervall bestimmt werden. Aus der Dauer
des Zeitintervalls kann dann der Wert des entsprechenden Datenbits
abgeleitet werden.
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In
einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung wird vor der Auswertung des
Zeitzeichensignals eine Synchronisation dieses Zeitzeichensignals
auf den Sekundenbeginn bezogen auf das Telegramm des gesendeten
Zeitzeichensignals vorgenommen. Dies ist für viele Zeitzeichensignale
erforderlich, um eine genaue Bestimmung der Dauer einer Änderung
und damit des entsprechenden Sekundenimpulses vornehmen zu können. Zu
diesem Zwecke ist es ferner vorteilhaft, wenn das aufgenommene Zeitzeichensignal
im Empfänger
vor der Auswertung abgetastet wird. Durch Auswertung der Abtastwerte
kann sehr einfach auf einen Sekundenbeginn geschlossen werden. Die
Abtastung liefert wertdiskrete Abtastwerte, die zum Beispiel den
Verlauf des Zeitzeichensignals wiederspiegeln. Hierfür kann zum
Beispiel ein einfaches 2-Bit-Schieberegister vorgesehen sein, welches einen
Flankenwechsel im Zeitzeichensignal anzeigt, da in diesem Fall die
beiden eingangsseitig in das 2-Bit-Schieberegister eingekoppelte
Abtastwerte unterschiedlich sind.
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In
einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden die von dem Empfänger
bereit gestellten und ausgegebenen Datenbits in einem externen Speicher
zwischengespeichert. Die einzelnen Datenbits werden dabei vorteilhafterweise
in der Reihenfolge, in der sie von dem Empfänger ausgegeben werden, im
externen Speicher zwischengespeichert. Dieser externe Speicher kann
beispielsweise Bestandteil eines Mikroprozessors sein oder auch
getrennt ausgebildet sein. Dabei können die übertragenen Datenbits entwe der
direkt oder über
den Mikroprozessor in den externen Speicher abgelegt werden. Bei
Vorhandensein einer Anzahl von abgespeicherten Datenbits, die einem
vollständigen
Minutentelegramm des gesendeten Zeitzeichensignals entsprechen,
werden diese zwischengespeicherten Datenbits wieder aus dem externen
Speicher ausgelesen. Der Mikroprozessor berechnet in der Folge aus
den so ausgelesenen Datenbits die genaue Zeit und das genaue Datum
und erzeugt ein entsprechendes Zeit- und Datumssignal für eine elektronische
Uhr.
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Die
Zeitinformation liegt im Zeitzeichensignal bitweise vor, wobei ein
Wert eines jeweiligen Datenbits sich aufgrund des zugeordneten Telegramms des
Zeitzeichensenders aus einer Dauer einer Änderung der Amplitude des gesendeten
Zeitzeichensignals ergibt. Einem jeweiligen Datenbit wird dabei
ein (binärer)
Wert zugeordnet, der aus dieser Dauer der Änderung abgeleitet ist. Dabei
bezeichnet eine erste Dauer der Änderung
in der Amplitude des Zeitzeichensignals einen ersten logischen Wert
des Datenbits und eine zweite Dauer entsprechend einen zweiten logischen
Wert des Datenbits. Diese erste und zweite Dauer sind durch das
Telegramm des Zeitzeichensenders vorbestimmt.
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Typischerweise
bezeichnet der erste logische Wert eine logische "0" (LOW, niedriger Spannungspegel) und
der zweite logische Wert eine logische "1" (HIGH,
hoher Spannungspegel).
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Denkbar
wäre selbstverständlich auch
eine umgekehrte Logik.
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In
den meisten Telegrammen eines von einem Zeitzeichensender gesendeten
Zeitzeichensignals bezeichnet eine Änderung eine Absenkung der Amplitude
des Zeitzeichensignals. Denkbar wäre hier selbstverständlich auch
eine umgekehrte Logik, das heißt
die binäre
Kodierung liegt hier durch Anhebung der Amplitude vor.
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Zur
Auswertung des Zeitzeichensignals und damit zur Gewinnung der darin
enthaltenen Zeitinformation ist eine Zeitinformati onsentnahmeeinrichtung innerhalb
des Zeitzeichenempfängers
vorgesehen. Diese Zeitinformationsentnahmeeinrichtung dient der Auswertung
des Zeitzeichensignals und der Dekodierung der entsprechenden Zeitinformation.
Die Zeitinformationsentnahmeeinrichtung bestimmt die Dauer einer Änderung
der Amplitude des Zeitzeichensignals, welche die entsprechende Zeitinformation
enthält.
Entsprechend dieser Dauer leitet die Zeitinformationsentnahmeeinrichtung
ein dieser Änderung
zugeordnetes Datenbit ab. Zu diesem Zwecke weist die Zeitinformationsentnahmeeinrichtung vorteilhafterweise
eine Biterkennungsschaltung auf, die einem Datenbit entsprechend
dem Protokoll des Zeitzeichentelegramms und der Dauer der Änderung einen
logischen ersten Wert oder einen logischen zweiten Wert zuordnet.
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Zur
Bestimmung der Zeitdauer weist die Zeitinformationsentnahmeeinrichtung
einen Zeitgenerator auf, anhand dem die Dauer einer Änderung
bezogen auf eine feste Zeitbasis bestimmbar ist. Der Zeitgenerator
kann beispielsweise als Zähler,
insbesondere als Aufwärtszähler, ausgebildet
sein. Dieser Zähler
stellt durch Zählen
der Takte eines Referenztaktes ein Zählerstandssignal als Maß für die Dauer einer
jeweiligen Änderung
bereit. Zusätzlich
oder alternativ kann das Zählerstandssignal
auch durch Zählen
der Abtastwerte, die aus dem Zeitzeichensignal durch Abtastung erzeugt
werden, abgeleitet werden.
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Zu
diesem Zwecke ist vorteilhafterweise ein Referenztaktgenerator vorgesehen,
der einen Referenztakt mit vorbestimmter Taktfrequenz bereitstellt.
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Ferner
ist vorteilhafterweise eine Synchronisationseinrichtung vorgesehen,
die eine Synchronisation des Zeitzeichensignals auf den Sekundenbeginn
bezogen auf das Telegramm des gesendeten Zeitzeichensignals vornimmt.
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In
einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Empfängerschaltung ist eine Abtasteinrichtung zum
Abtasten des aufgenomme nen Zeitzeichensignals und zum Bereitstellen
von wertediskreten Abtastwerten vorgesehen.
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In
einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung ist die Zeitinformationsentnahmeeinrichtung
Bestandteil einer Logikschaltung, insbesondere einer fest verdrahteten
Logikschaltung. Zusätzlich
kann auch die Synchronisationseinrichtung und/oder der Zähler Bestandteil
dieser Logikschaltung sein. Diese Logikschaltung kann zum Beispiel
eine FPGA-Schaltung oder eine PLD-Schaltung enthalten. Zwar lässt sich die
Funktionalität
dieser Einrichtungen grundsätzlich auch
durch einen in der Funkuhr typischerweise ohnehin vorhandenen Mikrocontroller
erfüllen.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht allerdings darin,
dass durch die Logikschaltung auf sehr einfache Weise und nichts
desto Trotz sehr effektive Weise das erfindungsgemäße Verfahren
implementiert werden kann, ohne dass hierfür der Mikrocontroller in Anspruch
genommen werden müsste.
Der Mikrocontroller steht infolgedessen vorteilhafterweise anderen
Aufgaben zur Verfügung.
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Die
programmgesteuerte Einrichtung der Funkuhr ist typischerweise als
Mikroprozessor oder als Mikrocontroller ausgebildet. Hierzu kann
ein 4-Bit-Mikrocontroller vorgesehen sein. Dieser Mikrocontroller
speichert die von der Empfängerschaltung ausgegebenen
einzelnen Datenbits nacheinander in einer eigens dafür vorgesehenen
Speichereinrichtung ab. Diese Speichereinrichtung kann Bestandteil der
programmgesteuerten Einrichtung sein oder als externer Speicher
ausgebildet sein, beispielsweise als ROM, RAM, SRAM, SDRAM, etc.
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Der
Speicherplatz dieser Speichereinrichtung ist vorteilhafterweise
so ausgelegt, dass zumindest die Zeitinformationen, welche für ein vollständiges Minutentelegramm
eines Zeitzeichensignals erforderlich sind, dort ablegbar sind.
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Die
elektronische Uhr der Funkuhr ist typischerweise mit einem Uhrenquarz
verbunden. Dieses Uhrenquarz stellt einen Re ferenztakt zur Taktung dieser
elektronischen Uhr bereit. In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung
wird der von dem Uhrenquarz bereit gestellte Referenztakt auch zur
Taktung der Empfängerschaltung,
insbesondere deren Zeitinformationsentnahmeeinrichtung und Zähler, verwendet. Zusätzlich oder
alternativ kann das Uhrenquarz auch zur Taktung der programmgesteuerten
Einrichtung der Funkuhr verwendet werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren
der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigt
dabei:
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1 das
Codierungsschema (Zeitzeichentelegramm) einer zum Beispiel von dem
Zeitzeichensender DCF-77 gesendeten codierten Zeitinformation;
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2 einen
Ausschnitt eines störungsfrei vom
Zeitzeichensender DCF-77 gesendeten, Amplituden-modulierten Zeitzeichensignals
mit 5 Sekundenmarken;
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3 ein
Blockschaltbild eines Ausschnitts einer stark vereinfacht dargestellten
Funkuhr zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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4 einen
Ausschnitt verschiedener Signal-Zeit-Diagramme eines vom deutschen
Sender DCF-77 gesendeten, abgetasteten, demodulierten und dekodierten
Zeitzeichensignals, anhand denen das erfindungsgemäße Verfahren
näher erläutert wird;
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5 ein
detaillierteres Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Funkuhr.
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In
allen Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente
und Signale – sofern nichts
anderes angegeben ist – mit
den selben Bezugszeichen versehen worden.
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3 zeigt
ein Blockschaltbild eines Ausschnitts einer stark vereinfacht dargestellten
Funkuhr zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die
Funkuhr ist hier mit Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Funkuhr 1 weist
eine Empfangsantenne 2 zur Aufnahme der von einem nicht
dargestellten Zeitzeichensender gesendeten Zeitzeichensignale X auf.
Der Empfangsantenne 2 ist eine Empfängerschaltung 3 nachgeschaltet.
Die Empfängerschaltung 3 dient
der Filterung, Gleichrichtung und Verstärkung des empfangenen Zeitzeichensignals
X. Zu diesem Zwecke ist die Empfängerschaltung 3 typischerweise
mit einem oder mehreren Filtern, zum Beispiel einem Bandpassfilter,
einer Gleichrichterschaltung und einer ein- oder mehrstufigen Verstärkerschaltung
ausgestattet. Der grundsätzliche
Aufbau und die Funktionsweise einer solchen Empfängerschaltung 3 ist
vielfach bekannt, beispielsweise aus den eingangs genannten Druckschriften,
so dass darauf nicht näher
eingegangen werden muss.
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Die
Empfängerschaltung 3 ist
ferner über eine
Datenleitung 4 mit einer programmgesteuerten Einrichtung 5,
zum Beispiel einem 4-Bit-Mikroprozessor, verbunden. Die Empfängerschaltung 3 ist
ferner über
eine Taktleitung 6 mit der programmgesteuerten Einrichtung 5 verbunden. Über diese
Taktleitung 6 wird die Empfängerschaltung 3 von
einem in 3 nicht dargestellten Taktgenerator
in der programmgesteuerten Einrichtung 5 mit einem Referenztakt
CLK versorgt.
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Im
Unterschied zu bekannten Empfängerschaltungen
ist die erfindungsgemäße Empfängerschaltung 3 darüber hinaus
mit einer Zeitinformationsentnahmeeinrichtung 7 ausgestattet.
Die Zeitinformationsentnahmeeinrichtung 7 ist dazu ausgelegt, die
im gesendeten und von der Empfängerschaltung 3 aufgenommenen
Zeitzeichensignal X enthaltenen Zeitinformation auszuwerten und
zu dekodieren. Im Ergebnis ermittelt die Zeitinformationsentnahmeeinrichtung 7 somit
die verschiedenen Datenbits eines Minutentelegramms des Zeitzeichensignals,
welche für
die exakte Bestimmung der funkgesteuerten Zeit und des funkgesteuerten
Datums erforderlich sind. Da die Zeitinformation im empfangenen
Zeitzeichensignal X amplitudenmoduliert vorliegt, können die
darin enthaltenen Datenbits nur nacheinander ausgewertet und dekodiert
werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
werden allerdings die von der Zeitinformationsentnahmeeinrichtung 7 erzeugten
Datenbits nicht in der Empfängereinrichtung 3 abgespeichert.
Vielmehr werden die einzelnen dekodierten Datenbits DBS ("0", "1") sukzessive über die
Datenleitung 4 an die nachgeschaltet angeordnete programmgesteuerte
Einrichtung 5 übertragen.
Die Übertragung
erfolgt dabei in der Gestalt, dass sobald ein einzelner Datenbit
("0" oder "1") dekodiert wurde, dieses sofort – dass heißt ohne
weitere Zwischenspeicherung – über die
Datenleitung 4 an die programmgesteuerte Einrichtung 5 übertragen
wird.
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Nachfolgend
sei das erfindungsgemäße Verfahren
zur Auswertung der im Zeitzeichensignal X enthaltenen Zeitinformation,
zur Gewinnung der Datenbits und zur Übertragung dieser Datenbits
an die programmgesteuerte Einrichtung anhand der Signal-Zeit-Diagramme in 4 näher beschrieben:
4 zeigt
einen Ausschnitt eines vom deutschen Zeitzeichensenders DCF-77 gesendeten
Zeitzeichensignals. Es sei angemerkt, dass die Darstellung in 4 nicht
geeignet sei, ein spezielle Kodierung nachzubilden, sondern lediglich
beispielhaft angegeben wurde. Auch ist die Skalierung auf der Zeitachse t
der besseren Übersichtlichkeit
halber stark vergrößert dargestellt.
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Die
Ausschnitte in 4 zeigen drei vollständige Zeitrahmen
Y1 – Y3
des Zeitzeichensignals X. Die Dauer jedes Zeitrahmens Y1 – Y3 beträgt genau T
= 1000 msec. Das vom Zeitzeichensender DCF-77 gesendete Zeitzeichensignal
X enthält
zur binären Kodierung
zwei unterschiedliche Sekundenimpulse X1, X2 (Absenkungen), das
heißt
erste Absenkungen X1 der Dauer T1 = 100 msec und zweite Absenkungen
X2 der Dauer T2 = 200 msec. Die ersten Absenkungen X1 entsprechen
der binären "0" und die zweiten Absenkungen X2 entsprechen
der binären "1", wobei eine binäre "1" und
eine binäre "0" jeweils einem Datenbit entsprechen.
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Die
oberste Darstellung des Signal-Zeit-Diagramms (4A)
zeigt das amplitudenmodulierte Zeitzeichensignal X, wie es zum Beispiel
von der Empfängerantenne 2 aufgenommen
wird. Das Signal X' (4B) bezeichnet das aus dem amplitudenmodulierten
Zeitzeichensignal X abgeleitete, demodulierte Zeitzeichensignal.
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Die
Empfängerschaltung 3 dekodiert
nun die im demodulierten Zeitzeichensignal X' enthaltene Zeitinformation. Zu diesem
Zwecke wird jeder Absenkung X1, X2 des demodulierten Zeitzeichensignals
X' ein Datenbit
oder Steuerbit zugeordnet, welche unmittelbar im Anschluss an deren
Dekodierung an den nachgeschaltet angeordneten Mikroprozessor 5 gesendet
werden. Um die einzelnen Datenbits zu dekodieren, muss zunächst die
Dauer T1, T2 einer jeweiligen Absenkung X1, X2 bestimmt werden.
Die Dauer T1, T2 einer jeweiligen Absenkung X1, X2 lässt sich auf
sehr einfache Weise durch Zählen
der Takte eines Referenztaktes CLK bestimmen. Als Referenztakt CLK
wird zum Beispiel eine aus dem Uhrenquarz (zum Beispiel 32,768 KHz)
heruntergeteilte Referenzfrequenz (zum Beispiel 1024 Hz) verwendet.
Dabei wird typischerweise ein Zähler
verwendet, der mit Beginn einer Absenkung X1, X2, zum Beispiel dem Sekundenbeginn
Z des demodulierten Zeitzeichensignals X', kontinuierlich die Takte des Referenztaktes
CLK hoch zählt.
Das Zählerstandssignal
ZSS des Zählers
(siehe 4C) ist damit ein Maß für die aktuelle
Dauer einer Absenkung X1, X2 des demodulierten Zeitzeichensignals
X'. Bei Beendigung
einer Absenkung X1, X2, das heißt
mit der ansteigenden Flanke des demodulierten Zeitzeichensignals
X', ist das Ende
der jeweiligen Absenkung X1, X2 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt hört der Zähler auf
zu zählen. Aus
dem so ermittelten Zählerstand
und der Kenntnis der genauen Referenzfrequenz des Referenztaktes CLK
lässt sich
dann die Dauer der jeweiligen Absenkung X1, X2 exakt bestimmen.
-
Die
Informationsübergabe
der kodierten Datenbits DB1, DB2 startet jeweils zu einem fest vorgegebenen
Referenzzeitpunkt, zum Beispiel zum Sekundenbeginn t2, t3 der jeweiligen
nachfolgenden Zeitrahmen Y2, Y3. Am Ende einer jeden Datenübertragung,
die durch eine definierte, fest vorgegebene Anzahl von Bits (DB1,
DB2) des Datenbitsignals DBS gekennzeichnet ist, wird das Datenbitsignal
DBS wieder auf einen niedrigen logischen Pegel gesetzt. Dieser niedrige
logische Pegel des Datenbitsignals DBS bleibt bis zu Beginn des
nachfolgenden Zeitrahmens auf diesem Pegel.
-
Für die Übertragung
eines jeweiligen Datenbits ("0", "1") ist eine definierte, fest vorgegebene
Anzahl von Bits DB1, DB2 erforderlich. Diese fest vorgegebene Anzahl
von Bits DB1, DB2 kennzeichnet beispielsweise den Wert des jeweiligen
Datenbits ("0", "1"). Neben dem Wert eines einer jeweiligen
Absenkung X1, X2 zugeordneten Datenbits kann darüber hinaus auch die exakt gemessene
Dauer Δt1, Δt2 dieser
Absenkung X1, X2 übertragen
werden. Je nachdem, welche Informationen an die programmgesteuerte
Einrichtung 5 mitübertragen
werden sollen, weist das einer jeweiligen Absenkung X1, X2 zugeordnete
kodierte Datenbitsignal DBS eine unterschiedliche Kodierung und
Bitbreite auf.
-
Nachfolgend
seien zwei unterschiedliche Verfahren zur Übertragung der Datenbits-beschrieben:
-
1. Verfahren:
-
In
den meisten Protokollen ergibt sich die im empfangenen Zeitzeichensignal
X enthaltene Zeitinformation einerseits aus dem Vorhandensein von
Absenkungen X1, X2 und andererseits aus der Dauer dieser Absenkungen
X1, X2. So entspricht im Protokoll des deutschen Zeitzeichensignals
(DCF-77) eine 100 msec dauernde Absenkung X1 einer logischen "0" und eine 200 msec dauernde Absenkung
X2 einer logischen "1". Neben diesen Datenbits
gibt es noch ein Steuerbit S (oder auch Startbit genannt), welches durch
keine Absenkung innerhalb des jeweiligen Zeitrahmens gekennzeichnet
ist. Dieses Steuerbit S bezeichnet den Minutenbeginn im Telegramm
des Zeitzeichensignals X.
-
Die
gemessene Dauer T1, T2 der Absenkungen X1, X2 lässt sich mit Hilfe einer Tabelle
(table look up) einem Datenbit zuordnen. Auf diese Weise ist es
möglich,
mit insgesamt zwei Bits plus dem Stabbit S den empfangenen Sekundeimpuls
exakt zu definieren. Mögliche
Zuordnungen können
wie folgt gewählt
werden:
Steuerbit S: 10;
Datenbit 0: 00;
Datenbit
1: 01.
-
Im
Idealfall entspricht die erste Dauer T1 der Dauer Δt1 und die
zweite Dauer T2 der Dauer Δt2. Typischerweise
sind die empfangenen Zeitzeichensignale X mehr oder weniger stark
mit einem Störsignal überlagert,
was dazu führt,
dass die Dauern T1, T2 der Absenkungen X1, X2 mehr oder weniger
stark variiert. Beispielsweise sei angenommen, dass die ersten Absenkungen
X1 eine Dauer Δt1
= 75 msec und die zweite Absenkung X2 eine Dauer Δt2 = 180 msec
aufweisen. Auch diesen, von den idealen Dauern T1, T2 abweichenden
Absenkungen X1, X2 werden nun die entsprechenden Datenbits – zum Beispiel
unter Verwendung der gespeicherten Tabelle – zugeordnet. Die so erzeugten
Datenbits ("0", "1") werden in ein Datenbitsignal DBS gewandelt (4D), welches getaktet durch den Referenztakt an
die programmgesteuerte Einrichtung 5 übertragen wird. Die Übertragung
jedes einzelnen übertragenen Datenbits
DB1 – DB3
erfolgt dabei in kodierter Form.
-
Im
vorliegenden Beispiel einer Δt2
= 180 msec dauernden Absenkung X2 wird dieser Absenkung X2 im DCF-77
Protokoll eine empfangene "1" zugeordnet. Zusammen
mit dem Startbit ("1") am Anfang und dem
Bit "0" am Ende hat das
an die programmgesteuerte Einrichtung 5 übertragene
Datenbitsignal DBS somit die Sequenz "1 01 0". Das Bit ("0")
steht immer am Ende der Übertragung
und bleibt bis zu Beginn Z des nächsten
Zeitrahmens auf diesem Wert stehen. Im Falle einer Δt1 = 70 msec dauernden
Absenkung X1 wird dieser Absenkung X1 eine empfangene "0" zugeordnet, so dass das entsprechende
Datenbitsignal DBS die Sequenz "1
00 0" aufweist.
-
Zweites Verfahren:
-
Die
gemessene Dauer Δt1, Δt2 einer
Absenkung X1, X2 wird binär
als Vielfaches der Dauer der Periode des Referenztaktes CLK ausgegeben.
Im vorliegenden Beispiel weist der Referenztakt CLK eine Referenzfrequenz
von f = 1024 Hz auf, was einer Periodendauer von 977 μs entspricht.
Die Dauer der zweiten Absenkung X2 beträgt dabei Δt2 = 180 msec, was 184 Referenztakten
entspricht. Um alle möglichen
Zeitdauern zwischen 0 und 1023 Referenztakten darstellen zu können, sind
insgesamt 10 Bits für
die Kodierung erforderlich. Das MSB-Bit (MSB = most significant
bit) entspricht 512 Takten, also der Dauer Δt = 500 msec und das LSB-Bit
(LSB = least significant bit) entspricht einem einzelnen Takt, also Δt = 1 msec.
-
Für eine Δt2 = 180
msec dauernde Absenkung X2 hat das an die programmgesteuerte Einrichtung übertragene
Datenbitsignal DBS somit die Sequenz "1 0010111000 0". Das erste, so genannte MSB-Bit ("1") bezeichnet dabei das Startbit S, dem zwei
Datenbits auf niedrigem logischen Pegel ("0") folgen.
Das erste Datenbit mit hohem logischen Pegel ("1")
entspricht 128 Takten des Referenztaktes. Mit der diesem Bit "1" folgenden Sequenz "0111000" wird die Zahl 180 dargestellt,
also die Dauer Δt2
= 180 msec. Das letzte, so genannte LSB-Bit ("0")
steht immer am Ende der Übertragung
und bleibt bis zu Beginn Z des nächsten
Zeitrahmens stehen.
-
Mit
der Übermittlung
von insgesamt 9 Datenbits und einem Startbit S zur Charakterisierung
der Dauer Δt1, Δt2 und damit
des Wertes einer Absenkung X1, X2 wäre die Übertragung dieses kodierten Datenbits
DB1, DB2 bei einem Takt von 1024 Hz nach weniger als 10 msec abgeschlossen.
Während der übrigen 990
msec eines 1000 msec dauernden Zeitrahmens Y1 – Y3 erfolgt damit keine Übertragung kodierter
Datenbits DB1, DB2. Der nachgeschaltete Mikrocontroller ist somit
weit über
90 % seiner Zeit frei für
andere Aufgaben, da der Beginn Z des nächsten Zeitrahmens Y1 – Y3 sehr
gut bekannt ist. Die Rechenresourcen dieses Mikrocontrollers können somit
vorteilhaft für
andere Aufgaben genutzt werden.
-
Mit
dem eben dargestellten zweiten Verfahren wird die Dauer Δt1, Δt2 einer
Absenkung X1, X2 auf 1 msec genau bestimmt. Da die Dauer Δt1, Δt2 der verschiedenen
Absenkungen X1, X2 in den verschiedenen Protokollen gesendeter Zeitzeichensignale
typischerweise in 100 msec Schritten definiert ist, ist eine derart
genaue Bestimmung der Dauer einer Absenkung typischerweise nicht
immer erforderlich. Aus diesem Grunde kann vorteilhafterweise auf einige
der letzten Bits (LSB-Bits), zum Beispiel die 3 bis 4 letzten LSB-Bits,
verzichtet werden.
-
Im
ersten Verfahren wurde mehr oder weniger lediglich der Wert eines
Datenbits übertragen, während im
zweiten Verfahren neben dem Wert des Datenbits auch die diesem Datenbit
zugrunde liegende Dauer Δt1, Δt2 der Absenkung
X1, X2 mit übertragen
wird, aus der somit gewissermaßen
Rückschlüsse auf
die empfangene Signalgüte
gezogen werden können.
Die beiden vorstehend beschriebenen Verfahren können selbstverständlich auch
miteinander kombiniert werden. Neben den beschriebenen Verfahren
können
selbstverständlich
zusätzlich
oder alternativ auch andere Verfahren zur Übertragung der Datenbits eingesetzt
werden.
-
5 zeigt
ein detaillierteres Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Funkuhr.
-
Die
Funkuhr weist eine (oder auch mehrere) Antennen 2 zur Aufnahme
der von dem Zeitzeichensender 3 gesendeten Zeitzeichensignale
X auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Antenne 2 als Spule 10 mit Ferritkern
ausgebildet, der ein kapazitives Element 11, zum Beispiel
ein Kondensator, parallel zugeschaltet ist.
-
Die
Empfängerschaltung 3 weist
eine Demodulatorschaltung 12 auf, die eingangsseitig mit
der Antenne 2 verbunden ist. Die Demodulatorschaltung 12 erzeugt
das demodulierte Zeitzeichensignal X'.
-
Die
Demodulatorschaltung 12 ist ausgangsseitig mit der Zeitinformationsentnahmeeinrichtung 7 zur
Entnahme der im Zeitzeichensignal X' enthaltenen Zeitinformation verbunden.
Die Zeitinformationsentnahmeeinrichtung 7 weist zu diesem
Zweck eine Biterkennungsschaltung 13 auf, welche einem
Datenbit ("0", "1") entsprechend dem Protokoll des Zeitzeichentelegramms
und der Dauer T1, T2 der Änderung
X1, X2 einen ersten oder einen zweiten logischen Wert zuordnet.
Hierzu muss zunächst
die Dauer T1, T2 der entsprechenden Änderung X1, X2 bestimmt werden.
Die Zeitinformationsentnahmeeinrichtung 7 weist ferner
einen Zähler 14 auf.
Der Zähler 14 wird
im vorliegenden Ausführungsbeispiel über die
Taktleitung 6 von dem Referenztakt CLK eines Referenztaktgenerators 15 getaktet.
Als Referenztaktgenerator 15 kann vorteilhafterweise das
Uhrenquarz 15 verwendet werden.
-
Der
Zähler 14 kann
als Aufwärtszähler 14 oder
alternativ auch als Abwärtszähler ausgebildet sein.
Der Zähler 14 zählt beginnend
bei Null fortwährend
die Takte des Referenztaktes CLK hoch bzw. runter. Der aktuelle
Zählerstand
des Zählers 14 ist ausgangsseitig
als Zählerstandssignal
ZSS abgreifbar. Das Zählerstandssignal
ZSS ist ein Maß für die aktuelle
Dauer einer Änderung
X1, X2. Das entsprechende Zählerstandssignal
ZSS wird der Biterkennungsschaltung 13 zugeführt, die
den jeweils aktuellen Zählerstand
und damit die Zeitdauer seit Beginn einer Änderung X1, X2 auswertet. Am
Ende einer Änderung
X1, X2 bzw. jeweils bei einem neuen Sekundenbeginn wird der Zähler 14 über ein
von der Biterkennungsschaltung 13 erzeugtes Steuersignal 16 wieder
auf Null zurückgesetzt.
-
Die
Biterkennungsschaltung 13 schließt nun aus der Anzahl der Takte
des Referenztaktes, die der Dauer T1, T2 einer jeweiligen Änderung
X1, X2 entsprechen, auf das jeweilige Datenbit, also auf "0" oder auf "1".
Die Biterkennungsschaltung 13 dekodiert damit die Zeitinformation
im Zeitzeichensignal X'.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
weist die Zeitinformationsentnahmeeinrichtung 7 somit die Funktion
der bislang in einem Mikrocontroller 5 der Funkuhr 1 enthaltenen
Dekodiereinrichtung auf.
-
Die
Biterkennungsschaltung 13 erzeugt in der Folge abhängig von
dem jeweils dekodierten Datenbit ("0" oder "1") ein Datenbitsignal DBS, welches sofort
an die nachgeschaltete programmgesteuerte Einrichtung 5 übertragen
wird. Die einzelnen Datenbits werden in einem Speicher 22 innerhalb
der programmgesteuerten Einrichtung 5 zwischengespeichert.
-
Vorteilhafterweise
weist die Zeitinformationsentnahmeeinrichtung 7 auch eine
Synchronisationseinrichtung 17 auf, die einen Amplitudenwechsel im
Zeitzeichensignal X' erkennt
und daraus auf einen Sekundenbeginn schließt. Im Falle eines erkannten Sekundenbeginns
erzeugt die Synchronisationseinrichtung 17 ein Steuersignal 18, über welches
die Biterkennungsschaltung 13 bzw. die gesamte Zeitinformationsentnahmeeinrichtung 7 auf
den Sekundenbeginn bezogen auf das Telegramm des gesendeten Zeitzeichensignals
X synchronisiert werden.
-
Als
programmgesteuerte Einrichtung 5 ist typischerweise ein
Mikrocontroller 5 vorgesehen, der im Falle einer Funkuhr 1 zum
Beispiel als 4-Bit-Controller ausgebildet ist. Dieser Mikrocontroller 5 ist
dazu ausgelegt, die von der Empfängerschaltung 3 bzw. der
Synchronisationseinrichtung 17 erzeugten Datenbitsignale
DBS aufzunehmen und daraus eine exakte Uhrzeit und ein exaktes Datum
zu berechnen. Aus der so berechneten Uhrzeit und Datum wird ein Signal 19 für die Uhrzeit
und das Datum erzeugt.
-
Die
Funkuhr 1 weist ferner eine elektronische Uhr 20 auf,
deren Uhrzeit anhand des Uhrenquarzes 15 gesteuert wird.
Die elektronische Uhr 20 ist mit einer Anzeige 21,
zum Beispiel einem Display 21, verbunden, über welche
die Uhrzeit angezeigt wird. Der Uhr 20 werden nun auch
die Signale 19 zugeführt, woraufhin
die Uhr 20 die angezeigte Zeit entsprechend korrigiert.
-
Die
Empfängerschaltung 3 und/oder
Demodulatorschaltung 12 und/oder die Zeitinformationsentnahmeeinrichtung 7 können Bestandteil
einer Logikschaltung, insbesondere einer festverdrahteten Logikschaltung,
sein. Durch die Verwendung einer solchen Logikschaltung kann der
Mikrocontroller 5 entlastet werden, so dass dieser für andere
Aufgaben zur Verfügung
steht.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art
und Weise modifizierbar.
-
Insbesondere
sei die Erfindung selbstverständlich
nicht auf die vorstehenden Zahlenangaben beschränkt, die lediglich beispielhaft
angegeben wurden.
-
Es
versteht sich, dass auch die angegebene konkrete schaltungstechnische
Variante lediglich eine mögliche
Ausführungs beispiel
einer Empfängerschaltung
darstellt, die sehr einfach durch Austauschen einfacher Bauelemente
oder Funktionseinheiten verändert
werden kann.
-
Die
Erfindung ist ferner nicht auf die angegebenen Zeitzeichensender
beschränkt.
Diese wurden jeweils lediglich zur Darstellung der Erfindung verwendet,
ohne jedoch die Erfindung darauf zu beschränken.
-
Unter
Funkuhren sollen darüber
hinaus auch solche Uhren verstanden werden, bei denen die Übermittlung
des Zeitzeichensignals drahtgebunden erfolgt, beispielsweise wie
bei Uhrenanlagen üblich, die
jedoch einen wie beschriebenen Aufbau aufweisen.
-
In
dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wurde
die Codierung jeweils durch eine Absenkung des Trägersignals
zu Beginn eines Zeitrahmens realisiert. Es versteht sich von selbst,
dass diese Codierung selbstverständlich
auch durch eine Anhebung oder allgemein durch eine Änderung
der Amplitude des Trägersignals
realisiert werden kann.
-
- A
- Codierungsschema
- B
- allgemeine
Codierungsbits
- C
- allgemeine
Datums- und Uhrzeitinformationen
- D
- Minutenbits
- E
- Stundenbits
- F
- Kalendertagsbits
- G
- Wochentagsbits
- H
- Kalendermonatsbits
- I
- Kalenderjahrbits
- M
- Minutenmarke
- R
- Antennenbit
- A1,
A2
- Ankündigungsbits
- S
- Startbit
- P1 – P3
- Prüfbits
- Z1,
Z2
- Zonenzeitbits
- CLK
- Referenztakt
- DBS
- Datenbitsignal
- DB1,
DB2
- kodierte
Datenbits
- T
- Dauer
eines Zeitrahmens
- T1,
T2
- Dauer
einer Absenkung/Sekundenimpuls
- Δt1, Δt2
- gemessene
Dauer einer Absenkung/Sekundenimpuls
- X
- Zeitzeichensignal
- X1 – X2
- Absenkungen
eines Trägersignals, Sekundenimpuls
- Y1 – Y3
- (Zeit-)Rahmen
- Z
- Sekundenbeginn,
Beginn eines Zeitrahmens
- ZSS
- Zählerstandsignal
- 1
- Funkuhr
- 2
- (Empfangs-)Antenne
- 3
- Empfängerschaltung
- 4
- Datenleitung
- 5
- programmgesteuerte
Einrichtung, Mikroprozessor,
-
- Mikrocontroller
- 6
- Taktleitung
- 7
- Zeitinformationsentnahmeeinrichtung,
Dekodierer
- 10
- Spule
- 11
- kapazitives
Element, Kondensator
- 12
- Demodulatorschaltung
- 13
- Biterkennungsschaltung
- 14
- (Aufwärts-)Zähler
- 15
- Referenztaktgenerator,
Uhrenquarz
- 16
- Steuersignal
- 17
- Synchronisationseinrichtung
- 18
- Steuersignal
- 19
- (Zeit-)Signal
- 20
- elektronische
Uhr
- 21
- Anzeige,
Display
- 22
- Speicher(einrichtung)