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IN BEZUG GENOMMENE ANMELDUNGEN
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Diese
Anmeldung bezieht sich auf die am. 1 April 2005 hinterlegte japanische
Patentanmeldung Nr. 2005-106465, deren Inhalt hiermit im Wege der
Bezugnahme eingeschlossen wird.
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1. Technisches Gebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Quadraturerfassungsverfahren
und eine hiermit im Zusammenhang stehende Quadraturerfassungsvorrichtung
zur Verwendung bei der Demodulierung einer Modulationswelle aus
einer einer Amplitudenmodulation oder Phasenmodulation unterliegenden
Trägerwelle
und auf ein Funkwellenchronometer zum Extrahieren einer Zeitinformation
aus einer Standardrundfunksendung unter Verwendung einer solchen
Quadraturerfassungsvorrichtung.
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Im
Stand der Technik sind bislang Versuche gemacht worden, ein Funkwellenchronometer
mit einem Aufbau bereitzustellen, bei welchem eine einer Amplitudenmodulation
mit einer Zeitinformation unterliegende Langwellenstandardfunkwelle
so empfangen wird, dass eine Demodulierung einer Zeitinformation
aus einem Empfangssignal möglich
ist, um eine eigene Taktzeit zu korrigieren.
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Mit
einem solchen Funkwellenchronometer ist es übliche Praxis gewesen, die
Empfangsempfindlichkeit auf der Langwellenstandardfunkwelle durch
die Verwendung eines Schmalbandpassfilters (eines Quarzkristallfilters)
unter Ausnutzung eines Kristalloszillators zu erhöhen, um
das Empfangssignal, von welchem nur eine Signalkomponente entsprechend
einer Frequenz der Langwellenstandardfunkwelle extrahiert wird,
um eine Erfassung des Empfangssignals als ein Ergebnis einer Extrahierung
zu ermöglichen,
durchgelassen wird, um hierdurch eine Zeitinformation zu demodulieren,
wie es in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2003-60520 offenbart
ist.
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Es
ist jedoch schwierig, den Quarzkristallfilter in einer integrierten
Struktur auszubilden, was dazu führt,
dass es schwierig ist, das Funkwellenchronometer nach dem Stand
der Technik in einer miniaturisierten Konfiguration auszubilden.
Insbesondere in Ländern
oder Gebieten, in welchen eine Mehrzahl von Sendestationen Langwellenstandardfunkwellen
bei unterschiedlichen Frequenzen (zweier Arten einschließlich 40
kHz und 60 kHz in Japan) in einem Gebiet wie Japan senden, benötigt das
Funkwellenchronometer üblicherweise eine
Mehrzahl von Quarzkristalloszillatoren, um die Verwendung beider
Frequenzen zu ermöglichen,
und unterliegt daher einer Schwierigkeit, die Miniaturisierung im
Aufbau zu erzielen. Darüber
hinaus ergibt sich aufgrund der hohen Kosten der Quarzkristalloszillatoren
ein anderes Problem, nämlich
eine Erhöhung
in den Herstellungskosten des Funkwellenchronometers.
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In
letzter Zeit ist indessen ein anderer Ansatz gemacht worden, um
eine Empfängereinheit
mit einer Fähigkeit,
eine Zeitinformation aus einer Langwellenstandardfunkwelle ohne
die Verwendung von Quarzkristalloszillatoren zu demodulieren, bereitzustellen,
wobei das Empfangssignal einer Quadraturerfassung unterworfen wird,
wie es in der japanischen Offenlegungsschrift Nr 2004-104555 offenbart
ist.
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Mit
einer solchen Empfängereinheit
wie vorstehend erwähnt
werden die Vorgänge
durchgeführt,
um eine Quadraturerfassung eines Empfangssignals durchzuführen, um
eine Zeitinformation in einer Abfolge zu demodulieren, wobei das
Empfangssignal in zwei Verteilungen aufgeteilt wird, um eine Mischung
der resultierenden Empfangssignale mit einer Sinuswelle und einer
Kosinuswelle bei der gleichen Frequenz wie derjenigen der Langwellenstandardfunkwelle
zu bewirken, woraufhin eine Inphasen-Komponente I und eine Quadraturkomponente
Q der Langwellenstandardfunkwelle extrahiert werden und diese Signalkomponenten
I und Q quadriert werden, um addiert zu werden. Obschon eine solche
Abfolge für
ein Standardsignal (ein Signal bei der gleichen Frequenz wie derjenigen
der Langwellenstandardfunkwelle) zur Quadraturerfassung erzeugt
werden muss, ergibt sich keine Notwendigkeit, den schmalbandigen
Quarzkristalloszillator einzusetzen, wie es nach dem Stand der Technik
erforderlich ist, und kann die Zeitinformation aus der Langwellenstandardfunkwelle
demoduliert werden.
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Aufgrund
des speziellen Aufbaus der im Stand der Technik vorgeschlagenen
Empfängereinheit,
die eine allgemein verwendete Quadraturerfassungstechnik einsetzt,
bei welcher die Empfangssignale jeweils mit der Sinuswelle und der
Kosinuswelle gemischt werden, woraufhin die Inphasenkomponente I
und die Quadraturkomponente Q der Langwellenstandardfunkwelle extrahiert
werden, muss jedoch ein Mischer in einer Endstufe zum Mischen verschiedener
Signale ein Filter aufweisen. Darüber hinaus weist eine Verteilungsschaltung eine
Vorstufe auf, die eine Verstärkerschaltung
mit einer AGC (Automatic Gain Control Circuit bzw. Automatische
Verstärkungssteuerungsschaltung)
aufweisen muss.
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All
diese Einzelteile sind aus analogen Schaltungselementen hergestellt,
die eine große
Anzahl externer Teile wie etwa Widerstände und Kondensatoren oder
dergleichen aufweisen müssen,
was aufgrund von Abweichungen in Eigenschaften und Temperaturcharakteristiken
dieser Einzelteile zu einer Verschlechterung der Demodulationseigenschaften
bezüglich
einer Zeitinformation führt.
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Ferner
weist gemäß allgemeiner
Praxis das Funkwellenchronometer eine Zeithalte- und Korrekturschaltung
zum Halten einer gegenwärtigen
Zeit und Korrigieren der gegenwärtigen
Zeit auf der Grundlage einer Zeitinformation auf, die aus einer
Digitalschaltung ausgebildet ist. Daher ist es extrem schwierig,
die Empfängereinheit
nach dem Stand der Technik mit der Digitalschaltung und einem einzigen
Chip aufzubauen, was zur Ausbildung des Funkwellenchronometers in
einem Aufbau mit zwei Chips führt.
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Demgemäß ergibt
sich auch dann, wenn der Funkwellenchronometer die Form eines Aufbaus
annimmt, der die vorstehend erwähnte
Empfängereinheit
einsetzt, ein Problem bezüglich
eines Auftretens von Schwierigkeiten einer Ausbildung des Funkwellenchronometers
in einem miniaturisierten Aufbau und Vermeiden einer Verschlechterung
in Eigenschaften der Empfängereinheit,
die aus Temperaturabweichungen herrühren.
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KURZFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist im Hinblick darauf fertiggestellt worden,
den vorstehenden Problemen Rechnung zu tragen, und weist eine Aufgabe
dergestalt auf, ein Quadraturerfassungsverfahren und eine damit in
Zusammenhang stehende Quadraturerfassungsvorrichtung, die geeignet
sind, bei gleichzeitiger Bereitstellung verbesserter Umgebungsfestigkeit
die Miniaturisierung eines Aufbaus zu erreichen, und ein Funkwellenchronometer
zu schaffen, welches eine solche Quadraturerfassungsvorrichtung
einsetzt.
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Um
die vorstehende Aufgabe zu lösen,
stellt ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zur Durchführung
einer Quadraturerfassung zum Demodulieren einer Modulationswelle
aus einer einer Amplitudenmodulation oder Phasenmodulation unterliegenden
Trägerwelle
bereit. Das Verfahren weist eine Integration oder Mittelwertbildung
von Eingangssignalen in einer Abfolge für einen Viertelzyklus der Trägerwelle,
eine Addition und Subtraktion integrierter Werte oder gemittelter
Werte S1, S2, S3, S4 der Eingangssignale, die aus einem Zyklus der
Trägerwelle
auf die Integration oder Mittelwertbildung hin abgeleitet werden,
auf, um Ausgänge
Ik und Qk auf der Grundlage nachstehender Gleichungen zu erhalten: Ik = S4k-3 + S4k-2 – S4k-1 – S4k Qk
= S4k-3 – S4k-2 – S4k-1
+ S4kwobei K = 1, 2, 3, .... .
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Summen
I
N ,m und Q
N,m der Ausgänge Ik und Qk werden für einen
N-Zyklus der Trägerwelle
gemäß nachstehender
Gleichung abgeleitet:
wobei
eine Inphasenkomponente I
N,m und eine Quadraturkomponente
Q
N,m der Trägerwelle berechnet werden.
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Mit
dem vorstehend erwähnten
Verfahren der vorliegenden Erfindung ergibt sich keine Notwendigkeit, die
Eingangssignale in zwei Leitungen zu verteilen, um eine Mischung
der jeweiligen Eingangssignale mit der Sinuswelle und der Kosinuswelle
mit sich um einen Winkel von 90 Grad voneinander unterscheidender
Phase bei den gleichen Frequenzen wie derjenigen der einer Quadraturerfassung
unterliegenden Trägerwelle
zu bewirken, wie es bei der Quadraturerfassungstechnik gemäß dem Stand
der Technik erforderlich ist. Das heißt, mit dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung werden die Eingangssignale für einen Viertelzyklus der Trägerwelle
integriert oder gemittelt, um zu ermöglichen, dass vier für einen
Zyklus der Trägerwelle
abgeleitete integrierte Werte oder gemittelte Werte addiert und
subtrahiert werden, um hierdurch die Inphasenkomponente Ik und die
Quadraturkomponente Qk der Trägerwelle
zu extrahieren.
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Ferner
können
mit der Inphasenkomponente Ik und der Quadraturkomponente Qk, die
für jeden
Zyklus der Trägerwelle
erhalten werden, unerwünschte
Signalkomponenten nicht in geeigneter Weise entfernt werden (genauer
gesagt, unter Bedingungen, bei denen Frequenzkomponenten bei geradzahligen
Vielfachen der Frequenz der Trägerwelle
entfernt werden können,
wohingegen die anderen Frequenzkomponenten nicht entfernt werden
können).
Un einem solchen Problem Rechnung zu tragen, schlägt die vorliegende
Erfindung vor in Erwägung
zu ziehen, jeweils einen Schritt eines Addierens der Inphasenkomponente
Ik und der Quadraturkomponente Qk für N-Zyklen der Trägerwelle durchzuführen, wodurch
eine Durchlassbandbreite der unerwünschten Signalkomponenten verschmälert wird,
um eine Extrahierung der Inphasenkomponente IN,m und der
Quadraturkomponente QN,m der Trägerwelle
mit hoher Genauigkeit zu ermöglichen.
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Bei
dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglicht ferner eine Erhöhung der
Anzahl (der Anzahl von Akkumulationen bzw. Aufspeicherungen) N eines
Addierens der Inphasenkomponente Ik und der Quadraturkomponente
Qk, die für
jeden einzelnen Zyklus der Trägerwelle
erhalten werden, eine Verschmälerung
der Durchlassbandbreite für
die unerwünschten
Signalkomponenten. Somit ergibt sich keine Notwendigkeit, die unerwünschten
Signalkomponenten mit der Verwendung spezieller Einzelteile wie
etwa eines Filters oder dergleichen zu entfernen, wie es gemäß der Praxis
im Stand der Technik erforderlich ist.
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Bei
dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ergibt sich ferner, obschon
eine Signalverarbeitungsschaltung zur Integration oder Mittelwertbildung
der Eingangssignale für
jeden Viertelzyklus der Trägerwelle bereitgestellt
werden muss, keine Notwendigkeit für die Schritte einer Teilung
der Eingangssignale in zwei Verteilungen und Mischung des Eingangssignals
mit der Sinuswelle und der Kosinuswelle.
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Darüber hinaus
kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines
A/D-Wandlers implementiert werden, der eine Rolle als eine Schaltungseinrichtung
zur Integration oder Mittelwertbildung der Eingangssignale für den Viertelzyklus
der Trägerwelle
spielt und der konfiguriert ist, um einen Ausgang mit der Bitzahl
in der Größenordnung
von näherungsweise
14 Bit bereitzustellen, was ausreicht, um einer Amplitude der Eingangssignale
mit einem Rauschen in der Größenordnung
von näherungsweise
50 dB Rechnung zu tragen. Somit kann ein Verstärker mit einer festgelegten
Verstärkung
eingesetzt werden, ohne eine Verstärkerschaltung mit ADC zu benötigen, wie
es nach der Praxis im Stand der Technik erforderlich ist.
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Bei
dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann daher eine Quadraturerfassungsvorrichtung
zu geringen Kosten in einem gegenüber dem Stand der Technik weiter
miniaturisierten Aufbau verwirklicht werden. Eine Anwendung einer
solchen Quadraturerfassungsvorrichtung auf ein Funkwellenchronometer
ermöglicht
es, eine Langwellenstandardfunkwelle zu erfassen, was zu einer Miniaturisierung
des Funkwellenchronometers bei Reduzierung der Herstellungskosten
führt.
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Ferner
ermöglicht
das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Verwendung einer digitalen
Schaltung, die aus einer Vielzahl von Logikgattern besteht und eine
Rolle als eine Signalverarbeitungsschaltung zur Integration oder
Mittelwertbildung der Eingangsignale spielt. Daher ermöglicht das
Verfahren der vorliegenden Erfindung die Verwirklichung einer Quadraturerfassungsvorrichtung,
die widerstandsfähig
gegenüber
Umgebungsbedingungen wie etwa Rauschen und Temperaturabweichungen
ist (eine Umgebungsfestigkeit aufweist). Somit können die Eingangssignale in
stabilisierter Weise mit weniger nachteiligen Einwirkungen aus den
Temperaturabweichungen als den nach der Praxis im Stand der Technik
erfahrenen einer Quadraturerfassung unterzogen werden.
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Übrigens
kann mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die Signalverarbeitungsschaltung,
durch welche die integrierten Werte oder gemittelten Werte der Eingangssignale
erhalten werden können,
aus beliebigen Schaltungen bestehen, vorausgesetzt, dass die Eingangssignale
für ein
gegebenes Zeitintervall (das heißt für einen Viertelzyklus) in Abhängigkeit
von einem Zyklus der Trägerwelle
integriert oder gemittelt werden können, kann aber vorzugsweise
eine Digitalschaltung aufweisen.
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Zusätzlich ist
eine allgemein verwendete digitale Integrations- und Mittelwertbildungsschaltung
in einer Struktur derart aufgebaut, dass eine Abtastung (A/D-Wandlung)
der Eingangssignale in Synchronität mit einer gegebenen Abtastfrequenz
erzielt wird, um die Berechnung von Mittelwerten der Eingangssignale
(digitale Daten) zu ermöglichen,
welche in der Vergangenheit den mehrmals ausgeführten Abtastungen unterworfen
worden waren. Um eine solche Schaltung auf das Verfahren der vorliegenden
Erfindung anzuwenden, muss die Abtastfrequenz höher sein als die der zu erfassenden
Trägerwelle,
um zu ermöglichen,
dass die Integrations- und Mittelwertbildungsschaltung mit hoher
Geschwindigkeit arbeitet.
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Bei
dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann die Integration oder
Mittelwertbildung der Eingangssignale unter Verwendung einer Impulsverzögerungsschaltung,
die eine Mehrzahl von in Kaskade verbundenen Verzögerungseinheiten
aufweist, ausgeführt
werden. Die Eingangssignale werden der Impulsverzögerungsschaltung
als Signale zum Steuern einer Verzögerungszeit der Verzögerungseinheiten
zugeführt.
Der Impulsverzögerungsschaltung
wird ein Impulssignal zugeführt,
um einen aufeinanderfolgenden, verzögerten Durchlauf des Impulssignals
mit einer durch die Verzögerungseinheiten
bewirkten Verzögerungszeit
zu ermöglichen,
und anschließend
wird die Anzahl der Stufen der Verzögerungseinheiten, welche das
Impulssignal durch die Impulsverzögerungsschaltung durchläuft, gezählt, um
hierdurch die integrierten Werte (gemittelten Werte) abzuleiten.
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Das
heißt,
in Fällen,
in welchen bewirkt wird, dass die Impulsverzögerungsschaltung in solcher,
vorstehend erwähnter
Weise arbeitet, variiert eine Verzögerungszeit, die erscheint,
wenn die Impulssignale die Verzögerungseinheiten
der Impulsverzögerungsschaltung
durchlaufen, in Abhängigkeit
von Signalpegeln der Eingangssignale, und wird der Betrag von Fluktuationen
in der Verzögerungszeit
in einer Phase gemittelt, wenn das Impulssignal die Mehrzahl von
Verzögerungseinheiten
durchläuft.
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Gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung wird bewirkt, dass die Impulsverzögerungsschaltung
in derartiger, oben beschriebener Weise arbeitet, um die Anzahl
der Stufen der Verzögerungseinheiten, welche
das Impulssignal durch die Impulsverzögerungsschaltung durchläuft, für einen
gegebenen Zyklus (das heißt
für den
Viertelzyklus der Trägerwelle)
zu zählen,
der bestimmt ist, um die integrierten Werte (gemittelten Werte)
zu erhalten. Dies führt
dazu, dass ein gleitender Mittelwert der Signalpegel der Eingangssignale
abgeleitet wird, und daher kann ein Ergebnis der Zählung als
eine gleitende Mittelwertabweichung sequentiell ausgegeben werden.
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Demgemäß können mit
dem vorstehend beschriebenen Verfahren der vorliegenden Erfindung
die integrierten Werte (gemittelten Werte) der Eingangssignale mit
der Verwendung einer einzigen, aus der Impulsverzögerungsschaltung
bestehenden Schaltung abgeleitet werden. Somit ergibt sich keine
Notwendigkeit, eine A/D-Wandlung der Eingangssignale mit einer hohen
Geschwindigkeit auszuführen,
um die integrierten Werte (gemittelten Werte) der Eingangssignale
zu erhalten, was es ermöglicht,
das Verfahren der vorliegenden Erfindung zu geringen Kosten in einer
zuverlässigen
Weise zu implementieren.
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Indessen
können
die Inphasenkomponente IN,m und die Quadraturkomponente
QN,m der Trägerwelle als Erfassungsergebnisse
der Eingangssignale intakt ausgegeben werden, und in besonders bevorzugter
Weise ermöglicht
die Verwendung dieser Parameter eine Ableitung einer Amplitude,
einer Pha se oder beider dieser Faktoren der Trägerwelle für Ausgänge als Erfassungsergebnisse.
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Genauer
gesagt kann im Fall eines Funkwellenchronometers, bei welchem eine
Langwellenstandardfunkwelle für
den Zweck einer Ausführung
einer Quadraturerfassung eines Empfangssignals zum Demodulieren
einer Modulationswelle (das heißt
einer Zeitinformation) hinsichtlich der Zeitinformation amplitudenmoduliert
ist, es ausreichen, eine Amplitude der Trägerwelle zu ermitteln, um die
Ausgabe des relevanten Werts zu ermöglichen.
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Die
Amplitude der Trägerwelle
kann in verlangter Genauigkeit auf Ableitung einer Amplitude A
N,m der Trägerwelle, eines Quadratwerts
A
N,m 2 der Amplitude
und eines Amplitudennäherungswerts
A
N,m ' auf der Grundlage jeweiliger
Gleichungen abgeleitet werden wie folgt:
AN,m 2 = IN,m 2 + QN,m 2 AN,m ' = max(|IN,m|, |QN,m|) + |IN,m| + |QN,m|wobei
eine Funktion max(x, y) für
einen numerischen Wert eines Größten von
x, y steht.
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In
einem Fall, in welchem die Trägerwelle
phasenmoduliert wird, kann eine Phase P
N,m der
Trägerwelle unter
Verwendung nachstehender Gleichung abgeleitet werden:
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Ein
anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung stellt eine Quadraturerfassungsvorrichtung zum
Demodulieren einer Modulationswelle aus einer einer Amplitudenmodulation
oder Phasenmodulation unterliegenden Trägerwelle bereit. Mit der Quadraturerfassungsvorrichtung
integriert oder mittelt eine Signalverarbeitungseinrichtung nacheinander
Eingangssignale für
einen Viertelzyklus der zu erfassenden Zielträgerwelle und addiert und subtrahiert
eine Addierer- und Subtrahierereinrichtung integrierte Werte oder
gemittelte Werte S1, S2, S3, S4 der Eingangssignale, die für einen
Zyklus der Trägerwelle
auf die Integration oder Mittelwertbildung hin abgeleitet werden,
um Ausgänge
Ik und Qk auf der Grundlage der nachstehenden Gleichungen zu berechnen: Ik = S4k-3 + S4k-2 – S4k-1 – S4k Qk
= S4k-3 – S4k-2 – S4k-1
+ S4kwobei k = 1, 2, 3, ... .
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Eine
Akkumulations- bzw. Aufspeicherungseinrichtung leitet Summen I
N ,m und Q
N,m der Ausgänge Ik und Qk für einen
N-Zyklus der Trägerwelle
ab, um hierdurch eine Inphasenkomponente I
N,m und
eine Quadraturkomponente Q
N,m auf der Grundlage
der nachstehenden Gleichungen zu berechnen:
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Demgemäß können mit
einer solchen Quadraturerfassungsvorrichtung wie vorstehend erwähnt die Eingabesignale
bei erhöhter
Zuverlässigkeit
mit einer weitaus erhöhten
Umgebungsfestkeit einer Quadraturerfassung unterzogen werden. Ebenso
kann die Quadraturerfassungsvorrichtung zu geringen Kosten in einem miniaturisierten
Aufbau leicht ausgebildet werden.
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Bei
der Quadraturerfassungsvorrichtung kann die Signalverarbeitungseinrichtung
eine Impulsverzögerungsschaltung
mit einer Mehrzahl von in Kaskade verbundenen Verzögerungseinheiten
zum verzögerten Ausgeben
eines Impulssignals mit einer Verzögerungszeit in Abhängigkeit
von den Eingangssignalen, um zu ermöglichen, dass die Impulssignale
nacheinander verzögert
mit einer durch die Verzögerungseinheiten
bewirkten Verzögerungszeit
passieren bzw. durchlaufen, und eine Zähleinrichtung zum Zählen der
Anzahl von Stufen der Verzögerungseinheiten,
welche das Impulssignal durch die Impulsverzögerungsschaltung für einen Viertelzyklus
der Eingabesignale durchläuft,
aufweisen. Somit werden aus der Zähleinrichtung resultierende Zählwerte
als die integrierten Werte oder die gemittelten Werte S1, S2, S3,
S4 der Eingangssignale erhalten. Mit einem solchen Aufbau der Quadraturerfassungsvorrichtung
können
die Eingangssignale mit vielfältigen, vorstehend
erwähnten,
vorteilhaften Wirkungen einer Quadraturerfassung unterworfen werden.
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Ferner
kann in der vorliegenden Ausführungsform
die Quadraturerfassungsvorrichtung eine Amplitudenberechnungseinrichtung
zum Berechnen einer Amplitude A
N,m der Trägerwelle,
eines Quadrats A
N,m 2 der Amplitude
und eines Amplitudennäherungswerts
A
N,m ' unter Verwendung der Inphasenkomponente
I
N ,m und der Quadraturkomponente
Q
N,m der Trägerwelle auf der Grundlage
der nachstehenden Gleichungen
AN,m 2 = IN,m 2 + QN,m 2 AN,m ' = max(|IN,m|, |QN,m|) + |IN,m| + |QN,m|aufweisen,
wobei eine Funktion max(x, y) für
einen numerischen Wert eines Größten von
x, y steht. Mit einem solchen Aufbau der Quadraturertassungsvorrichtung
der vorliegenden Ausführungsform
kann die Amplitude oder ein äquivalenter
Wert der einer Quadraturerfassung unterzogenen Amplitude der Trägerwelle
ausgegeben werden. Eine Anwendung solcher Parameter auf eine Vorrichtung
wie etwa ein Funkwellenchronometer oder dergleichen, welches eine
modulierte Welle aus der Trägerwelle,
die in der Amplitude moduliert worden ist, demodulieren muss, führt zu verschiedenen
Vorteilen wie etwa einem miniaturisierten Aufbau, einer Reduktion
in den Kosten und einer hohen Zuverlässigkeit in einer Zeithalteausgabe.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
kann die Quadraturerfassungsvorrichtung ferner eine Phasenberechnungseinrichtung
zum Berechnen einer Phase P
N ,m der
Trägerwelle
auf der Grundlage der Inphasenkomponente I
N,m und
der Quadraturkomponente Q
N,m der Trägerwelle
unter Verwendung einer Gleichung
aufweisen.
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Mit
einem solchen Aufbau der Quadraturerfassungsvorrichtung kann die
Phase der einer Quadraturerfassung unterliegenden Trägerwelle
abgeleitet werden. Eine Anwendung eines solchen Parameters auf eine Vorrichtung
wie etwa ein Funkwellenchronometer oder dergleichen, welches eine
Modulationswelle aus der Trägerwelle,
die in einer Amplitude moduliert worden ist, demodulieren muss,
führt zu
vielfältigen
Vorteilen wie etwa einem miniaturisierten Aufbau, einer Reduktion
in den Kosten und einer hohen Zuverlässigkeit in einem Zeithalteausgang.
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Ein
anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung stellt ein Funkwellenchronometer
bereit, welches eine Zeithalteeinrichtung zum Halten einer gegenwärtigen Zeit
in Reaktion auf einen gegebenen Bezugstakt, eine Empfangsantenne
zum Empfangen einer Standardfunkwelle mit einer Amplitude, die hinsichtlich
einer die gegenwärtige
Zeit repräsentierenden
Zeitinformation moduliert ist, und eine Erfassungseinrichtung einschließlich einer
Quadraturerfassungseinrichtung zum Extrahieren einer Inphasenkomponente
und einer Quadraturkomponente der Trägerwelle und einer Amplitudenberechnungseinrichtung
zum Berechnen einer Amplitude der Trägerwelle in Reaktion auf die
Inphasenkomponente und die Quadraturkomponente der Trägerwelle
aufweist. Eine Zeitkorrektureinrichtung demoduliert die Zeitinformation
in Reaktion auf die Amplitude der Trägerwelle, um hierdurch die
gegenwärtige
Zeit in der Zeithalteeinrichtung auf der Grundlage der durch die Zeitkorrektureinrichtung
demodulierten Zeitinformation zu korrigieren.
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Bei
dem Funkwellenchronometer der vorliegenden Erfindung ermöglicht die
Verwendung der Quadraturerfassungseinrichtung eine Demodulation
der Zeitinformation ohne die Verwendung externer Einzelteile wie etwa
eines Quarzkristalloszillators oder dergleichen. Auch ergibt sich
keine Notwendigkeit, eine Verstärkerschaltung
mit AGC oder Filter zum Entfernen unerwünschter Signalkomponenten bereitzustellen,
was es ermöglicht,
ein Funkwellenchronometer bei leichtem Gewicht im Aufbau zu miniaturisieren.
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Ferner
kann auf Grund der Eignung, die Quadraturerfassungseinrichtung in
einer Digitalschaltung auszubilden, das Funkwellenchronometer mit
einem einzigen IC-Chip ausgebildet werden, der einschließlich einer Digitalschaltung
für Zeithalten
und Zeitkorrektur integriert ist, was zu erweiterten Anwendungen
des Funkwellenchronometers führt.
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Bei
dem vorstehend erwähnten
Funkwellenchronometer der vorliegenden Erfindung kann die Amplitudenberechnungseinrichtung
ferner eine Einrichtung zum Berechnen der Amplitude A
N,m der
Trägerwelle,
eines Quadrats A
Nm2 der Amplitude und eines
Amplitudennäherungswerts
A
N,m' unter
Verwendung der Inphasenkomponente I
N,m und
der Quadraturkomponente Q
N,m der Trägerwelle
auf der Grundlage der jeweiligen Gleichungen:
AN,m 2 = IN,m 2 + QN,m 2 AN,m ' = max(|IN,m|, |QN,m|) + |IN,m| + |QN,m|aufweisen,
wobei eine Funktion max(x, y) für
einen numerischen Wert eines Größten von
x, y steht.
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Mit
einem solchen Aufbau der vorliegenden Erfindung kann die Amplitude
oder ein äquivalenter
Wert der Amplitude der Trägerwelle,
die der Quadraturerfassung unterliegt, ausgegeben werden. Eine Anwendung solcher
Parameter auf das Funkwellenchronometer, welches eine Modulationswelle
aus der Trägerwelle,
die hinsichtlich der Amplitude moduliert worden ist, demodulieren
muss, führt
zu vielfältigen
Vorteilen wie etwa einem miniaturisierten Aufbau, verringerten Kosten
und einer hohen Zuverlässigkeit
in einem Zeithalteausgang.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Zeithalteeinrichtung einen Oszillator zum Erzeugen
eines gegebenen Bezugstakts aufweisen und kann die Quadraturerfassungsvorrichtung
eine Signalverarbeitungseinrichtung aufweisen, durch welche das
Empfangssignal für
einen auf der Grundlage eines Ausgangs aus dem Oszillator bestimmten
Zyklus integriert oder gemittelt wird.
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Bei
dem vorstehend erwähnten
Funkwellenchronometer der vorliegenden Erfindung wird ferner ein
Arbeitstakt der Quadraturerfassungsvorrichtung auf der Grundlage
eines Ausgangs aus dem zur Erzeugung des Bezugstakts für den Zeithaltevorgang
verwendeten Oszillator festgelegt, was dazu führt, dass der Oszillator nicht
zur Erzeugung des Arbeitstakts der Quadraturerfassungsvorrichtung
vorbereitet werden muss. Somit kann das Funkwellenchronometer bei
leichtem Gewicht in einem miniaturisierten Aufbau konfiguriert werden.
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Bei
dem Funkwellenchronometer der vorliegenden Erfindung kann die Zeitkorrektureinrichtung
eine mit der Amplitudenberechnungseinrichtung verbundene Binärkodierungsschaltung
zum Kodieren der Amplitude der Trägerwelle in einem kodierten
Ausgang, eine Dekodierungseinrichtung zum Dekodieren des kodierten Ausgangs
zur Ableitung einer Zeitinformation und eine Zeitverifizierungseinrichtung
zum Verifizieren der von der Dekodierungseinrichtung gelieferten
Zeitinformation, um hierdurch die gegenwärtige Zeit in der Zeithalteeinrichtung
in Reaktion auf die verifizierte Zeitinformation zu korrigieren.
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Bei
dem vorstehend erwähnten
Funkwellenchronometer der vorliegenden Erfindung kann die Quadraturerfassungseinrichtung
eine Signalverarbeitungseinrichtung zur sequentiellen Integration
oder Mittelwertbildung von Eingangssignalen für einen Viertelzyklus der Trägerwelle,
eine Addierer- und Subtrahierereinrichtung zur Addition und Subtraktion
integrierter Werte oder gemittelter Werte S1, S2, S3, S4 der Eingangssignale,
die für
einen Zyklus der Trägerwelle
auf das Integrieren oder Mittelwertbilden hin abgeleitet werden,
um Ausgänge Ik
und Qk auf der Grundlage der nachstehenden Gleichungen
Ik = S4k-3 + S4k-2 – S4k-1 – S4k Qk
= S4k-3 – S4k-2 – S4k-1
+ S4kwobei k = 1, 2, 3, ... zu berechnen; und eine Akkumulations-
bzw. Aufspeicherungseinrichtung zum Ermitteln von Summen I
N ,m und Q
N,m der Ausgänge Ik und Qk für einen
N-Zyklus der Trägerwelle,
um hierdurch eine Inphasenkomponente I
N,m und
eine Quadraturkomponente Q
N,m der Trägerwelle
auf der Grundlage der nachstehenden Gleichungen
zu berechnen,
aufweisen.
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Demgemäß können mit
einem solchen Aufbau wie vorstehend erwähnt die Eingangssignale der
Quadraturerfassung bei erhöhter
Zuverlässigkeit
mit einer stark erhöhten
Umgebungsfestigkeit der Quadraturerfassung unterzogen werden. Auch
kann die Quadraturerfassungsvorrichtung leicht in einem miniaturisierten Aufbau
zu geringen Kosten ausgebildet werden.
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Bei
dem vorstehend erwähnten
Funkwellenchronometer der vorliegenden Erfindung kann die Signalverarbeitungseinrichtung
eine Impulsverzögerungsschaltung
mit einer Mehrzahl von in Kaskade verbundenen Verzögerungseinheiten
zum Ausgeben von verzögerten
Impulssignalen mit einer Verzögerungszeit
in Abhängigkeit
von den Eingangssignalen, um zu ermöglichen, dass die Impulssignale
nacheinander verzögert
mit einer durch die Verzögerungseinheiten
bewirkten Verzögerungszeit
durchlaufen, und eine Zähleinrichtung
zum Zählen
der Anzahl von Stufen der Verzögerungseinheiten,
welche das Impulssignal durch die Impulsverzögerungsschaltung für einen
Viertelzyklus der Eingangssignale durchläuft, aufweisen. Sich aus der
Zähleinrichtung
ergebenden Zählwerte
werden als die integrierten Werte oder die gemittelten Werte S1,
S2, S3, S4 der Eingangssignale erhalten.
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Bei
dem vorstehend erwähnten
Aufbau ermöglicht
die Verwendung der Mehrzahl in Kaskade verbundener Verzögerungseinheiten,
dass die Eingangssignale der Impulsverzögerungsschaltung als Signale
zum Steuern einer Verzögerungszeit
der Verzögerungseinheiten
zugeführt
werden. Der Impulsverzögerungsschaltung
wird ein Impulssignal zugeführt,
um zu ermöglichen,
dass das Impulssignal verzögert
nacheinander mit einer durch die Verzögerungseinheiten bewirkten
Verzögerungszeit
durchläuft,
und anschließend
wird die Anzahl von Stufen der Verzögerungseinheiten, welche das
Impulssignal durch die Impulsverzögerungsschaltung durchläuft, gezählt, um
hier durch die integrierten Werte oder gemittelten Werten in zuverlässiger Weise
abzuleiten.
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Bei
dem vorstehend erwähnten
Funkwellenchronometer der vorliegenden Ausführungsform kann die Empfangsantenne
eine Antenne zum Empfangen einer ersten und einer zweiten Standardfunkwelle,
von denen jede eine hinsichtlich einer die gegenwärtige Zeit
darstellenden Zeitinformation modulierte Amplitude aufweist, und
eine erste Schalteinrichtung zum Auswählen entweder der ersten oder
der zweiten Standardfunkwelle, die der Quadraturerfassungseinrichtung
zuzuführen
ist, aufweisen.
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Mit
einem solchen Aufbau ist das Funkwellenchronometer der vorliegenden
Erfindung in der Lage, verschiedene Quellen von jeweils mit einer
Zeitinformation im Multiplexverfahren übertragenen Standardfunkwellen
zu behandeln, um eine richtige Zeitinformation in hoch zuverlässiger Weise
auch in Ländern
bereitzustellen, die mehrere Quellen von Standardfunkwellen aufweisen.
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Bei
dem vorstehend erwähnten
Funkwellenchronometer der vorliegenden Erfindung kann die Zeithalteeinrichtung
einen Oszillator zum Erzeugen eines gegebenen Bezugstakts, einen
Frequenzteiler zum Frequenzteilen des Bezugstakts mit einem ersten
und einem zweiten Frequenzteilungsverhältnis, um ein erstes und ein
zweites Bezugssignal bereitzustellen, und eine zweite Schalteinrichtung
zum Auswählen
entweder des ersten oder des zweiten Bezugssignals zur Zufuhr an
die Quadraturerfassungseinrichtung aufweisen. Die Quadraturerfassungseinrichtung
ist betriebsfähig,
um die Inphasenkomponente und die Quadraturkomponente der Trägerwelle
in Reaktion auf ein durch die zweite Schalteinrichtung ausgewähltes des
ersten oder zweiten Bezugssignals zu extrahieren.
-
Bei
dem vorstehend erwähnten
Funkwellenchronometer der vorliegenden Erfindung ergibt sich auf Grund
der Verwendung von Bezugssignalen aus dem Oszillator in der Quadraturerfassungsvorrichtung
keine Notwendigkeit, zusätzlich
einen speziellen Oszillator für
die Quadraturerfassungsvorrichtung bereitzustellen, was zu einem
vereinfachten Aufbau bei reduzierten Kosten führt.
-
Ein
anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung stellt ein Funkwellenchronometer
bereit, welches einen Takte bei einer gegebenen Frequenz oszillierenden
Quarzkristalloszillator, einen zur Erzeugung eines Bezugstakts die
Takte mit einem gegebenen Frequenzteilungsverhältnis hinsichtlich einer Frequenz
teilenden Frequenzteiler und eine zur Durchführung eines Zeithaltevorgangs
für eine
gegenwärtige
Zeit Bezugstakte zählende
Zeithalteeinrichtung aufweist. Eine Empfangsantenne empfängt eine
auf einer Trägerwelle
einer Langwellenstandardfunkwelle im Multiplexverfahren übertragene
Zeitinformation, und eine Quadraturerfassungsvorrichtung führt eine
Quadraturerfassung der Trägerwelle
in Reaktion auf den Bezugstakt zur Extrahierung einer Inphasenkomponente
und einer Quadraturkomponente der Trägerwelle durch und ist betriebsfähig, eine
Amplitude der Trägerwelle
auf der Grundlage der Inphasenkomponente und der Quadraturkomponente
zu berechnen, um eine auf der Trägerwelle
im Multiplexverfahren übertragene
Zeitinformation zu demodulieren. Eine Zeitverifizierungsschaltung
verifiziert die Zeitinformation aus der Quadraturerfassungsvorrichtung,
um die gegenwärtige
Zeit der Zeithalteeinrichtung in Abhängigkeit von der verifizierten
Zeitinformation zu korrigieren.
-
Bei
dem Funkwellenchronometer eines solchen Aufbaus wie vorstehend beschrieben
ermöglicht
die Verwendung der Quadraturerfassungseinrichtung eine Demodulierung
der Zeitinformation ohne Verwendung externer Einzelteile wie etwa
Quarzkristalloszillatoren oder dergleichen. Ebenso ergibt sich keine
Notwendigkeit, eine Verstärkerschaltung
mit AGC oder Filter zum Entfernen unerwünschter Signalkomponenten bereitzustellen,
was es ermöglicht,
einen Funkwellenchronometer bei leichtem Gewicht im Aufbau zu miniaturisieren.
-
Ferner
kann das Funkwellenchronometer aufgrund der Eignung, die Quadraturerfassungseinrichtung in
einer Digitalschaltung auszubilden, mit einem einzigen IC-Chip ausgebildet
werden, der einschließlich
einer Digitalschaltung für
Zeithalten und Zeitkorrektur integriert ist, was zu erweiterten
Anwendungen des Funkwellenchronometers führt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In
den begleitenden Zeichnungen
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ist 1 ein
Blockdiagramm eines Gesamtaufbaus eines Funkwellenchronometers einer
Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
ist 2 ein
Blockdiagramm, welches einen Aufbau einer einen Teil des in 1 gezeigten
Funkwellenchronometers ausbildenden Quadraturerfassungsvorrichtung
zeigt;
-
ist 3 ein
Blockdiagramm, welches einen Aufbau einer einen Teil der in 2 gezeigten
Quadraturerfassungsvorrichtung ausbildenden TAD zeigt;
-
ist 4 ein
Zeitdiagramm, welches Wellenformen verschiedener der TAD, Registern
und einer Addierer- und Subtrahiererschaltung, die in 2 gezeigt
sind, zugehöriger
Signale darstellt;
-
ist 5 ein
Zeitdiagramm, welches Wellenformen verschiedener der Addierer- und
Subtrahiererschaltung, Aufspeicherungsschaltungen, die in 2 gezeigt
sind, und einer in 1 gezeigten Amplitudenberechnungsschaltung
zugehöriger
Signale darstellt;
-
sind 6A bis 6E anschauliche
Ansichten, welche die Beziehung zwischen der Anzahl von Aufspeicherungszeiten
bzw. -vorgängen
und einer Frequenzbandbreite in der Quadraturerfassungsschaltung
der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform
zeigen; und
-
ist 7 eine
anschauliche Ansicht zur Darstellung der Betriebsweise der in 1 gezeigten
Amplitudenberechnungsschaltung.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Als
Nächstes
wird ein Funkwellenchronometer einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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Gemäß der Darstellung
in 1 besteht das Funkwellenchronometer A der vorliegenden
Erfindung aus einem Quarzkristalloszillator 2a, einem Oszillator 2 zum
Oszillieren von Takten bei einer gegebenen Frequenz (von 4,8 MHz
in der vorliegenden Ausführungsform),
einem 1/20- und 1/30-Frequenzteiler 4 zum
Frequenzteilen des Takts mit Frequenzteilungsverhältnissen
von 1/20 und 1/30, um einen ersten Bezugstakt (bei einer Frequenz
von 240 kHz) und einen zweiten Bezugstakt (bei einer Frequenz von
160 kHz) zu erzeugen, einem 1/16000-Frequenzteiler 6 zum
Frequenzteilen des zweiten Bezugstakts (mit der Frequenz von 160
kHz) mit einem Frequenzteilungsverhältnis von 1/16000, um einen
Frequenztakt mit 1 Hz für
einen Zeithaltevorgang zu erzeugen, einem Zeitzähler 8 zum Zählen der
aus dem zweiten Frequenzteiler 6 gelieferten Bezugstakte, um
den Zeithaltevorgang für
eine gegenwärtige
Zeit durchzuführen,
und einer Treiberschaltung 10 zum Bereitstellen einer Anzeige
einer Zeit auf einer aus einem LCD oder dergleichen bestehenden
Anzeigeeinrichtung 12 in Abhängigkeit von einem sich aus
dem Zeitzähler 8 ergebenden
Zählwert.
-
Auch
beruht der Grund dafür,
dass der erste Frequenzteiler 4 die zwei Arten des ersten
und des zweiten Bezugstakts erzeugt, darauf, dass das Funkwellenchronometer
A der vorliegenden Erfindung Heimanwendungen aufweisen kann, um
die Fähigkeit
aufzuweisen, eine von Langwellenstan dardfunkwellen mit Frequenzen
von 40 kHz und 60 kHz zu empfangen, um die Zeitinformation zu demodulieren.
-
Ferner
werden die zwei Arten des ersten und des zweiten Bezugstakts, die
durch den ersten Frequenzteiler 4 erzeugt werden, auf jeweilige
Werte mit Frequenzen bei 160 kHz und 240 kHz festgelegt, was dem
Vierfachen der Frequenzen von 40 kHz und 60 kHz entspricht. Dies
rührt daher,
dass der Bezugstakt in Zeitabstimmung für einen Viertelzyklus jeder
Langwellenstandardfunkwelle erzeugt wird. Ein Schalter S2 wählt einen
der Bezugstakte aus, um einer Quadraturdetektorschaltung 18 zugeführt zu werden,
die nachstehend im Detail beschrieben wird.
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Gemäß der Darstellung
in 1 weist das Funkwellenchronometer A ferner eine
Stabantenne 14 zum Empfangen zweier Arten von Langwellenstandardfunkwellen,
eine Verstärkerschaltung 16 zum
Verstärken
eines Empfangssignals aus der Stabantenne 14, eine Quadraturdetektorschaltung 18 zum
Durchführen
einer Quadraturerfassung des durch die Verstärkerschaltung 16 unter
Verwendung des durch die Einrichtung des Schalters S2 ausgewählten Bezugstakts
verstärkten
Empfangssignals, um eine Inphasenkomponente IN, m und eine Quadraturkomponente QN,m der
Trägerwelle
mit der Langwellenstandardfunkwelle zu extrahieren, eine Amplitudenberechnungsschaltung 20 zum
Berechnen einer Amplitude AN,m der Langwellenstandardfunkwelle auf
der Grundlage der Inphasenkomponente IN,m und
der Quadraturkomponente QN,m, die aus der
Quadraturdetektorschaltung 18 geliefert werden, eine Binärkodierungsschaltung 22 zum
Binärkodieren
des Ausgangs aus der Amplitudenberechnungsschaltung 20,
einen Dekodierer 24 zum Demodulieren einer auf der Trägerwelle
der Langwellenstandardfunkwelle im Multiplexverfahren übertragenen
Zeitinformation und eine Zeitverifizierungsschaltung 29 zum
Verifizieren dessen, ob die durch den Dekodierer 24 demodulierte
Zeitinformation richtig ist oder nicht, woraufhin dann, wenn gefunden
wird, dass die Zeitinformation richtig ist, ein Vorgabesignal PS
an den Zeitzähler 8 gesendet
wird, um ein Lesen der durch den Dekodierer 24 demodulierten
Zeitinformation T1 in den Zeitzähler 8 zu
ermöglichen.
-
Die
Zeitverifizierungsschaltung 26 ist auch konfiguriert, um
die verschiedenen Schaltungen (wie etwa die Verstärkerschaltung 16,
die Quadraturdetektorschaltung 18, die Amplitudenberechnungsschaltung 20,
die Binärkodierungsschaltung 22 und
den Dekodierer 24) zu betreiben, wodurch die Zeitinformation
aus der Langwellenstandardfunkwelle jeweils für ein gegebenes Zeitintervall
demoduliert wird, um einen Zählwert
des Zeitzählers 8 auf
der Grundlage der aus der Langwellenstandardfunkwelle demodulierten
Zeitinformation zu korrigieren. Falls während eines solchen Korrekturvorgangs
für länger als
das gegebene Zeitintervall keine Zeitinformation aus dem Dekodierer 24 vorliegt
oder falls in der Zeitinformation keine Veränderung stattfindet, wird eine
Beurteilung dahin vorgenommen, dass eine Zeitinformation nicht vorliegt,
wodurch das Einschreiben der Zeitinformation in den Zeitzähler 8 verhindert
wird.
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Darüber hinaus
ist mit Kondensatoren C1, C2, die parallel zu der Stabantenne 14 angeschlossen
sind, eine sogenannten Resonanzantenne aufgebaut. Die Stabantenne 14 ist
einem Schalter S1 zugeordnet, der betriebsfähig ist, um Kapazitäten der
parallel zueinander geschalteten Kondensatoren zu ändern, um
eine Resonanzfrequenz auf entweder eine Frequenz von 40 kHz oder
eine Frequenz von 60 kHz festzulegen.
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Der
Schalter S1 wird in Verbindung mit dem Schalter S2 umgeschaltet,
der den ersten und den zweiten Bezugstakt, die der Quadraturdetektorschaltung 18 zuzuführen sind,
umschaltet. Das heißt,
wenn die Langwellenstandardfunkwelle bei einer Frequenz von 40 kHz
benötigt
wird, wird der Schalter S1 eingeschaltet und der Schalter S2 umgeschaltet,
um der Quadraturdetektorschaltung 18 den zweiten Bezugstakt
bei der Frequenz von 160 kHz zuzuführen. Wenn dagegen die Langwellenstandardfunkwelle
bei der Frequenz von 60 kHz gewünscht
wird, wird der Schalter S1 ausgeschaltet und der Schalter S2 umgeschaltet,
um der Quadraturdetektorschaltung 18 den ersten Bezugstakt
bei der Frequenz von 240 kHz zuzuführen.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
können
die Schalter S1, S2 entweder manuell oder in automatischer Weise
in Reaktion auf ein Befehlssignal aus der Zeitverifizierungsschaltung 26 betätigt werden.
Das heißt,
die Zeitverifizierungsschaltung 26 kann die Form eines
Aufbaus annehmen, bei welchem dann, wenn der Vorgang zur Beschaffung
der vorstehend beschriebenen Zeitinformation ohne Erfolg beim Erlangen
der Zeitinformation durchgeführt
wird, die Schalter S1, S2 umgeschaltet werden, sodass die Zeitverifizierungsschaltung 26 ein
Ziel der zu empfangenden Langwellenstandardfunkwelle ändert, um
die Zeitinformation zu ermitteln.
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Demzufolge
kann mit dem Funkwellenchronometer der vorliegenden Ausführungsform
eine der beiden Arten der Langwellenstandardfunkwellen, die von
Sendestationen an zwei Orten in Japan aus übertragen werden, ausgenutzt
werden, um eine automatische Korrektur einer Taktzeit in dem Zeitzähler 8 zu
ermöglichen.
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Auch
entspricht bei dem Funkwellenchronometer A der vorliegenden Ausführungsform
der Zeitzähler 8 einer
Zeithalteeinrichtung; entspricht die Stabantenne 14 einer
Empfangsantenne; entsprechen die Quadraturdetektorschaltung 18 und
die Amplitudenberechnungsschaltung 20 einer Wellenerfassungseinrichtung;
und entsprechen die Binärkodierungsschaltung 22,
der Dekodierer 24 und die Zeitverifizierungsschaltung 26 einer Zeitkorrektureinrichtung.
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Als
Nächstes
wird nachstehend die Quadraturdetektorschaltung 18, die
einen wesentlichen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, beschrieben.
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Gemäß der Darstellung
in 2 besteht die Quadraturdetektorschaltung 18 aus
einer Zeit-A/D-Umwandlungsschaltung (nachstehend nur als "TAD" bezeichnet) 30,
die eine Rolle als eine Signalverarbeitungseinrichtung spielt, zum
Bilden eines Mittelwerts eines Empfangssignals für jeden einzelnen Zyklus (das
heißt für einen
Viertelzyklus Tc einer Trägerwelle
auf einer zu erfassenden Langwellenstandardfunkwelle) des auf eine
Betätigung
des Schalters S2 hin zugeführten
Bezugstakts CK1, erste bis vierte Register 32, 34, 36, 38 zum
aufeinanderfolgenden Verriegeln von aus der TAD 30 abgeleiteten
Mittelwerten S für
jeden einzelnen Zyklus des Bezugstakts CK1, eine Addierer- und Subtrahiererschaltung 40,
welche eine Addition und Subtraktion von durch die Register 32 bis 38 verriegelten
Mittelwerten R1 bis R4 ausführt,
einen vierstufigen Zähler 42,
der einen Arbeitstakt CK2 für
die Addierer- und Subtrahiererschaltung 40 auf der Grundlage
des bezüglich
einer viertelten Frequenz geteilten Signals (mit anderen Worten
eines Signals mit dem gleichen Zyklus wie demjenigen einer Trägerwelle
der Langwellenstandardfunkwelle) auf der Grundlage des Bezugssignals
CK1 erzeugt, zwei Akkumulations- bzw. Aufspeicherungsschaltungen 44, 46,
welche Ausgänge
aus der Addierer- und Subtrahiererschaltung 40 aufspeichern,
und einem N-stufigen Zähler 48 zum
Zählen
des aus dem vierstufigen Zähler 42 ausgegebenen
Arbeitstakts CK2, um einen Arbeitstakt CK3 zu erzeugen, der aus
einem Signal besteht, welches auf das Frequenzteilen des Arbeitstakts
CK2 mit einem Frequenzteilungsverhältnis von 1/N (mit anderen
Worten, einem Signal eines N-fachen
des Zyklus der Trägerwelle
auf der Langwellenstandardfunkwelle) hin abgeleitet wird, die den
Aufspeicherungsschaltungen 44, 46 zugeführt werden.
-
Auch
spielt die TAD 30 eine Rolle als eine Signalverarbeitungseinrichtung;
spielt die Addierer- und Subtrahiererschaltung 40 eine
Rolle als eine Addierer- und Subtrahierereinrichtung 40;
und spielen die Aufspeicherungsschaltungen 44, 46 eine
Rolle als Aufspeicherungseinrichtung.
-
Gemäß der Darstellung
in 3 besteht die TAD 30 aus einer Impulsverzögerungsschaltung 52 (das heißt einer
sogenannten Ringverzögerungsleitung
(RDL)), die eine Mehrzahl von Verzögerungseinheiten 54 aufweist,
die in einer Ringkonfiguration verbunden sind, welche so betriebsfähig ist,
dass bei Zuführen
eines Anfangssignals Pin an die erststufige Verzögerungseinheit 54a die
erststufige Verzögerungseinheit 54a ein
Impulssignal nacheinander an eine nachstufige Verzögerungseinheit 54b liefert,
woraufhin das Impulssignal aus einer letztstufigen Verzögerungseinheit 54b der
erststufigen Ver zögerungseinheit 54a zurückgegeben
wird, um eine zyklische Übertragung
des Impulssignals zu ermöglichen,
einem Zähler 56,
der die Anzahl der zyklischen Übertragungen
des Impulssignals innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung 52 zählt, einen
Verriegler und Kodierer 58, der betriebsfähig ist,
um einen Ankunftsort des Impulssignals in der Impulsverzögerungsschaltung 52 zu
einer mit einer ansteigenden (oder absteigenden) Flanke des Bezugstakts
CK1 assoziierten Zeit zu erfassen (zu verriegeln), um ein Erfassungsergebnis
bereitzustellen, woraufhin das Erfassungsergebnis mit gegebenen
Bits, die eine Stufe der mehreren Verzögerungseinheiten 54,
wobei die Zählung
der Stufen von oben erfolgt, welche das Impulssignal durchläuft, repräsentieren,
in digitale Daten umgewandelt wird, einer Verriegelungsschaltung 50,
welche einen Zählwert
des Zählers 56 zu
einer einer ansteigenden (oder absteigenden) Flanke des Bezugstakts
CK1 zugeordneten Zeit verriegelt, einen Subtraktionsabschnitt 62,
dem aus der Verriegelungsschaltung 60 ausgegebene, höherwertige
Bitdaten "b" und aus dem Verriegler
und Kodierer 58 ausgegebene, niederwertige Bitdaten "a" zugeführt werden, um eine Verriegelung
der resultierenden Eingangsdaten Dt zu der der ansteigenden (oder
absteigenden) Flanke des Bezugstakts CK1 zugeordneten Zeit zu ermöglichen,
um hierdurch eine Differenz bezüglich
eines vorherigen, vor einem Zyklus des Bezugstakts CK1 verriegelten
Werts zu ermitteln.
-
Die
mehreren Verzögerungsschaltungen 54,
welche die Impulsverzögerungsschaltung 52 ausbilden, beinhalten
Logikgatter, die aus Invertierern oder dergleichen bestehen und
denen ein Eingangssignal (das heißt Empfangssignal) Vs aus der
Verstärkerschaltung 16 als
eine Stromquellenspannung zugeführt
wird.
-
Daher
führt eine
durch die Verzögerungseinheiten 54 bewirkte
Verzögerungszeit
in Abhängigkeit
von einem Spannungspegel des Eingangssignals Vs zu einer Zeit und
stellt der Subtraktionsabschnitt 62 einen Ausgang (das
heißt
Daten DT, welche die Anzahl von Stufen der Verzögerungseinheiten 54,
welche das Impulssignal für
einen Zyklus des Bezugstakts CK1 durch die Impulsverzögerungsschaltung 54 durchläuft) bereit, der
einen Mittelwert S auf weist, der durch Mittelwertbildung des Spannungspegels
des innerhalb des relevanten Zyklus erscheinenden Empfangssignals
abgeleitet wird.
-
Als
Nächstes
arbeitet gemäß der Darstellung
in 4 die Addierer- und Subtrahiererschaltung 40,
um vier aus der TAD 30 in Synchronität mit dem Bezugstakt CK1 ausgegebene
und anschließend
durch das erste bis vierte Register 32 bis 38 verriegelte
Mittelwerte S1, S2, S3, S4 zu addieren und zu subtrahieren, wodurch Ausgänge I, Q
auf der Grundlage der nachstehenden Gleichungen erhalten werden: I = S1 + S2 – S3 – S4 Q = S1 – S2 – S3 + S4
-
Solche
Berechnungsvorgänge
werden für
jeden einzelnen Zyklus Tc des Arbeitstakts CK2 (das heißt in Synchronität mit einem
Zyklus Tc der Trägerwelle
auf der Langwellenstandardfunkwelle) wiederholt ausgeführt.
-
Ferner
sind gemäß der Darstellung
in 5 die Aufspeicherungsschaltungen 44, 46 betriebsfähig, um die
aus der Addierer- und Subtrahiererschaltung 40 ausgegebenen
Berechnungsergebnisse I, Q jedes Mal, wenn der Arbeitstakt CK2 der
Addierer- und Subtrahiererschaltung 40 empfangen wird,
zu addieren, um die Berechnungsergebnisse IN,
QN zu einer einer ansteigenden (oder absteigenden)
Flanke des aus dem N-stufigen Zähler 48 ausgegebenen
Arbeitstakts CK3 zugeordneten Zeit an die Amplitudenberechnungsschaltung 20 auszugeben.
-
Das
heißt,
die Aufspeicherungsschaltungen 44, 46 sind betriebsfähig, um
die Inphasenkomponente IN und die Quadraturkomponente
QN, aus welchen unerwünschte Signalkomponenten bei
dem Additionsvorgang entfernt werden, nach Addition der Inphasenkomponente
I und der Quadraturkomponente Q der Trägerwelle, die durch die Addierer-
und Subtrahiererschaltung 40 für einen einzelnen Zyklus der
Langwellenstandardfunkwelle ermittelt wer den, für eine Zeitdauer zu erzeugen,
die N Zyklen der Langwellenstandardfunkwelle entspricht.
-
6A bis 6D zeigen
frequenzabhängige
Berechnungsergebnisse an Amplitudenausgängen, die ermittelt werden,
wenn die Anzahl N von Berechnungszeiten bzw. Berechnungsdurchläufen der
Ausgänge
I, Q der Aufspeicherungsschaltungen 44, 46 variiert
wird, wobei die Abszisse einem Verhältnis "r" zwischen
einer Eingangssignalfrequenz "f" und einer Synchronisierungssignalfrequenz
von fc = 1/Tc entspricht und die Ordinate einer Amplitude entspricht:
Wie aus dieser Zeichnung ersichtlich, erscheint dann, wenn die Anzahl
von Berechnungsdurchläufen
als N = 1 ausgedrückt
wird, ein Kerbenbereich, bei welchem die Amplitude auf Null geht,
nur in einem Teil, in welchem "r" eine ganze Zahl
ist. Mit ansteigender Anzahl N von Berechnungsdurchläufen wächst die
Anzahl von Kerbenbereichen, und Komponenten mit Ausnahme der Frequenzkomponente, bei
welcher "r" eine ungerade Zahl
ist, werden mit einem Anwachsen in der Anzahl N von Aufspeicherungszeiten
bzw. Aufspeicherungsvorgängen
weniger.
-
Das
heißt,
falls eine Bandbreite, bei welcher eine Dämpfung bei einem Wert von –6 dB um
eine als f = fc bei r = 1 ausgedrückten Frequenz herum liegt,
als eine Funktion der Anzahl N von Berechnungsdurchläufen dargestellt
wird, ändert
sich die Bandbreite gemäß der Darstellung
in 6E so, dass eine Bandbreite eines Ausgang der
Quadraturdetektorschaltung 18 mit steigender Anzahl N von
Berechnungsdurchläufen
abnimmt. Mit wachsender Anzahl N von Berechnungsdurchläufen nähert sich
eine Quadraturerfassungswelle, aus welcher unerwünschte Komponenten mit Ausnahme
der zu erfassenden Trägerwelle
entfernt sind, einem Idealwert.
-
Mit
wachsender Zahl N von Berechnungsdurchläufen verlängert sich jedoch die Zeitauflösung NTc
und muss daher die Anzahl N von Berechnungsdurchläufen unter
Berücksichtigung
der Bandbreite und der Zeitauflösung
ausgewählt
werden.
-
Somit
ist bei der vorliegenden Ausführungsform
die Zeitverifizierungsschaltung 26 konfiguriert, um die Zählzahl des
N-stufigen Zählers 48 so
festzulegen, dass die Anzahl N der Berechnungsdurchläufe festgelegt wird.
Somit wird ein Wert der Anzahl N von Berechnungsdurchläufen für die Quadraturerfassungswelle
für die Langwellenstandardfunkwelle
mit einer Frequenz von 40 kHz auf N = 2000 und für die Langwellenstandardfunkwelle
mit einer Frequenz von 60 kHz auf N = 3000 festgelegt.
-
Dies
beruht auf der Tatsache, dass für
diese Werte der Erfassungswellenausgang Zeitauflösungen mit Werten von 2000/40
kHz = 3000/60 kHz = 50 ms aufweist, um Impulsbreiten in der Größenordnung
von 200 ms, 500 ms und 800 ms der Modulationswellen der Langwellenstandardfunkwelle
in Japan zu identifizieren.
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Obschon
die Inphasenkomponente IN und die Quadraturkomponente
QN für
die Trägerwelle
der Langwellenstandardfunkwelle, die durch die Quadraturdetektorschaltung 18 in
Reaktion auf das Empfangssignal erzeugt werden, der Amplitudenberechnungsschaltung 20 zugeführt werden,
um derselben zu ermöglichen,
die Amplitude AN der Trägerwelle der Langwellenstandardfunkwelle
gemäß der Darstellung
in 5 zu ermitteln, zieht die vorliegende Erfindung
anschließend
die Bereitstellung eines vereinfachten Aufbaus der Amplitudenberechnungsschaltung 20 in
Erwägung
und wird diesbezüglich
die Amplitude auf der Grundlage der in den Gleichungen 4 und 9 ausgedrückten Berechnungsformeln
berechnet.
-
Das
heißt,
die Amplitudenberechnung kann durchgeführt werden, um eine zulässige Amplitude
AN auf der Grundlage der in den oben angegebenen
Gleichungen 2 und 7 ausgedrückten
Berechnungsformeln zu erhalten, oder kann ausgeführt werden, um einen Quadratwert
der Amplitude AN auf der Grundlage der in
den vorstehend beschriebenen Gleichungen 3 und 3 ausgedrückten Berechnungsformeln
zu erhalten. Bei der ersteren Berechnung muss eine Quadratwurzelextrahierungsoperation
und eine Multiplikation ausgeführt
werden, und die erstere Berechnung erfordert keine Quadratwurzel extrahierungsoperation,
aber eine Multiplikation. Somit wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform
das vorstehend beschriebene Berechnungsverfahren eingesetzt, um
zu ermöglichen,
dass die Amplitudenberechnungsschaltung 20 in dem einfachsten
Aufbau ausgebildet ist.
-
Darüber hinaus
zeigt 7 verschiedene Werte, die sich aus den in den
Gleichungen 4 und 9 ausgedrückten
Berechnungsformeln in einem Fall von I = A cosΦ und Q = A sinΦ in Form
einer Funktion eines Ablenkungswinkels Φ ergeben. Gemäß der Darstellung
in 7 weist die Amplitude AN,
die aus der in den Gleichungen 4 und 9 ausgedrückten Berechnungsformel ermittelt
wird, eine Welligkeit von näherungsweise
10 % bezüglich
des Ablenkungswinkels auf. Bei dem Funkwellenchronometer der vorliegenden
Erfindung wird die resultierende Amplitude AN binär kodiert,
um hierdurch eine Zeitinformation zu demodulieren, was bewirkt, dass
weniger Welligkeiten auftreten, ohne dass praktische Probleme auftreten.
-
Wie
vorstehend ausgeführt,
wird gemäß dem Funkwellenchronometer
der vorliegenden Ausführungsform
die Langwellenstandardfunkwelle aus dem Empfangssignal extrahiert
und wird die relevante Amplitude unter Verwendung der aus der TAD 30 und
den verschiedenen Berechnungsschaltungen bestehenden Quadraturdetektorschaltung 18 erfasst,
was es ermöglicht,
dass mit Ausnahme der Verstärkerschaltung 15 vollständig eine
Digitalschaltung ausgebildet wird. Daher weist das Funkwellenchronometer
mit Ausnahme der Anzeigevorrichtung 12 eine interne Schaltungsanordnung
auf, die auf einfache Weise in einem einzigen Chip integriert werden
kann, was es ermöglicht,
das Funkwellenchronometer bei leichtem Gewicht zu miniaturisieren.
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Des
Weiteren weist die Quadraturdetektorschaltung 18 einen
Aufbau auf, der aus der TAD 30 und den verschiedenen Berechnungsschaltungen
besteht, die vollständig
in einer Digitalschaltung ausgebildet werden können, die weniger negative
Einwirkungen wie etwa Temperaturabweichungen oder dergleichen unterliegen, während die
Ausführung
einer Quadraturerfassung jederzeit in optimaler Weise ermöglicht wird.
Darüber
hinaus weist insbeson dere die Quadraturdetektorschaltung 18,
die einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, die Fähigkeit
auf, durch Betrieb der Aufspeicherungsschaltung 44, 46 zur
Durchführung
der Multiplikation der Ausgänge
I und Q unerwünschte
Rauschkomponenten in geeigneter Weise zu entfernen, ohne ein unabhängiges Filter
zur Entfernung unerwünschter
Signalkomponenten bereitstellen zu müssen, was zu der vorteilhaften
Wirkung führt,
die Miniaturisierung und Integration zu erreichen.
-
Während die
vorliegende Erfindung vorstehend mit Bezug auf eine Ausführungsform
beschrieben worden ist, wird ersichtlich sein, dass die vorliegende
Erfindung nicht auf eine einzige solche Ausführungsform beschränkt ist,
sondern in einer Vielzahl von alternativen Arten innerhalb der Idee
und des Umfangs der vorliegenden Erfindung implementiert werden
kann.
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Während beispielsweise
die vorliegende Erfindung vorstehend mit Bezug auf das die Quadraturdetektorschaltung 18,
auf welche die vorliegende Erfindung angewendet wird, enthaltende
Funkwellenchronometer erwähnt
worden ist, wird ersichtlich sein, dass nach geeigneter Festlegung
der Anzahl von Aufspeicherungen der Ausgänge I, Q der Aufspeicherungsschaltungen 44, 46 die
Frequenzbandbreite in der Quadraturdetektorschaltung 18 beliebig
festgelegt werden kann und daher die Quadraturdetektorschaltung 18 als
eine Empfangseinheit für
mit Ausnahme derjenigen des Funkwellenchronometers und eines Hochfrequenzfilters
eingesetzt werden kann.
-
Während die
vorliegende Erfindung mit Bezug auf einen beispielhaften Aufbau
beschrieben worden ist, bei welchem die Ausgänge IN,
QN aus der Quadraturdetektorschaltung 18 für die Amplitudenberechnungsschaltung 20 verwendet
werden, um die Amplitude AN zu berechnen,
kann die Amplitudenberechnungsschaltung 20 darüber hinaus
in einem Aufbau derart konfiguriert sein, dass die Berechnung der
Amplitude AN und zusätzlich dazu der Phase PN auf der Grundlage der Gleichung "5" und der Gleichung "6" wie
vorstehend erwähnt
ermöglicht
wird, während
abhängig
von der Anwendung nur die Phase PN berechnet
werden kann.
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Während die
spezifische Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung genau beschrieben worden ist, wird dem
Fachmann ersichtlich sein, dass vielfältige Abwandlungen und Alternativen
zu diesen Einzelheiten im Licht der Gesamtlehre der Offenbarung
entwickelt werden könnten.
Demgemäß sind die
speziellen Anordnungen, die offenbart wurden, nur beispielhaft zu
verstehen und nicht so, dass sie den Umfang der vorliegenden Erfindung,
der in der gesamten Breite der nachstehenden Ansprüche und
aller Äquivalente
hiervon zu bestimmen ist, beschränken.
