DE2818877A1

DE2818877A1 - Zeithaltendes geraet mit netzausfallsschutz

Info

Publication number: DE2818877A1
Application number: DE19782818877
Authority: DE
Inventors: Jun Billy Wesley Beyers
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Licensing Corp
Priority date: 1977-04-29
Filing date: 1978-04-28
Publication date: 1978-11-02
Also published as: US4099372A; JPS541666A; DE2818877B2; DE2818877C3; GB1600202A; MY8500709A; JPS5633679B2; FR2389169A1; FR2389169B1

Description

Zeithaltendes Gerät mit Netzausfallsschutz

Die Erfindung bezieht sich auf digitale zeithaltende Systeme mit Vorkehrungen zum Handhaben notwendiger Informationen während vorübergehender Ausfälle der Energieversorgung, gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs Λ .

In letzter Zeit sind digitale zeithaltende oder Uhrensysteme entwickelt worden, die Perioden eines Signals einer Bezugsfrequenz (z.B. 60 Hz) zählen, um Binarsignale zu erzeugen, welche die Zeit anzeigen. Solche zeithaltenden Systeme sind in Verbindung mit Geräten wie Bundfunk- und Fernsehempfängern und neuerdings auch Video-Bandgeräten verwendet worden, nicht nur um die Zeit wiederzugeben sondern auch um das betreffende Gerät - zu voreingestellten Zeiten automatisch zu steuern. Da diese zeithaltende Systeme ihre Energie typischerweise aus derselben Versorgungsquelle (d.h. aus dem Vechselstromnetzeingang) nehmen wie das sie beherbergende Gerät, besteht die Gefahr, daß sie bei Netzausfällen Informationen verlieren.

Während manche zeithaltende Systeme nach einem Verlust der Netzleistung nur eine Anzeige dafür liefern, daß die zeithaltende Funktion unterbrochen worden ist, enthalten andere Systeme eine Eeserveenergiequelle wie z.B. eine Batterie in Verbindung mit einem Hilfs-Bezugsfrequenzoszillator, um die zeithaltende Funktion während eines Verschwindens der Netzleistung fortzusetzen. Die Verwendung einer Batterie als Eeserveenergiequelle mag in einigen

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Fällen zweckmäßig sein, in anderen Fällen ergeben sich jedoch viele Nachteile. Batterien sind nicht nur relativ teuer sondern müssen lästigerweise auch von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden. Außerdem kann bei manchen Geräten wie z.B. bei einem Fernsehempfänger, wo auch während des Fehlens von Netzleistung hohe Spannungen gespeichert sein können, das Auswechseln einer im Inneren befindlichen Batterie für den Benutzer gefährlich werden, wenn nicht ausreichende Sicherheitsvorkehrungen getroffen sind, die jedoch verhältnismäßig kostspielig sind. Es gibt zwar besondere Einrichtungen wie z.B. Batterieladegeräte, die einen Batteriewechsel unnötig machen, andererseits aber ebenfalls das Gerät in unerwünschter Weise verteuern.

Für digitale Einrichtungen ist eine Vielzahl von Anordnungen bekannt, um eine Speicherung von Informationen während des Ausbleibens der Leistungszufuhr zu ermöglichen. In neuerer Zeit entwickelte leistungsunabhängige Halbleiterspeicher sind fähig, digitale Informationen bei völlig fehlender Leistungszufuhr zu speichern, leider sind sie jedoch relativ teuer. Andere digitale Verarbeitungsschaltungen wie z.B. die integrierten Bausteine TMS 4046 und 4047 RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) des Herstellers Texas Instruments enthalten eine Speichermatrix, die getrennt von den Dekodier-, Lese-, Schreib- und Aktivierungsschaltungen mit Energie versorgt wird, so daß während eines Ersatzbetriebs, bei dem die Netzleistung abgekoppelt ist, eine Batterie selektiv nur an den Speicherteil gekoppelt werden kann, um die darin gespeicherte Information für eine relativ lange Dauer zu halten, bevor die Batterie ausgetauscht oder nachgeladen werden muß. Leider sind solche Anordnungen wegen der Verwendung von Batterien aus den oben erwähnten Gründen unzweckmäßig. Bei anderen digitalen Verarbeitungsschaltungen, in denen Bauelemente mit relativ sparsamem Leistungsverbrauch, z.B. C-MOS Bauelemente (Metall-Oxid-Halbleiter-Strukturen in komplementärer Ausführung), verwendet werden, kann ein Kondensator an den Leistungsversorgungseingang der Schaltungen gekoppelt werden, um ausreichend Energie für die Speisung der Schaltungen während Netzausfällen zu speichern. In der USA-Patentschrift 3 982 141 ist eine digitale Verarbeitungseinrichtung mit einem C-MOS-Speicher und peripheren logischen Elementen beschrieben, bei der während Netzausfällen die peripheren logischen Elemente selektiv

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vom Netz abgekoppelt werden, so daß ein Kondensator, der über einen besonders ausgewählten Widerstand mit dem Netz gekoppelt ist, die Versorgungsspannung für den C-MOS-Speicher über eine relativ lange Dauer aufrechterhalten kann. Venn zur Verminderung der Kosten aber integrierte Schaltungen hoher Packungsdichte verwendet werden, die aus Elementen mit relativ hähem Leistungsverbrauch bestehen, z.B. aus N-MOS-Strukturen (MOS mit IT-Kanal), P-MOS-Strukturen (MOS mit P-Kanal), IEOIL-S truktur en (Transistor-Transistor-Logik) und I²L-Strukturen (Stromino'ektionslogik), dann würde ein Kondensator, der die Vers or gungs spannungen selbst über relativ kurzdauernde Netzausfälle aufrechterhalten könnte, übermäßig groß ausfallen.

Wenn es bei manchen Typen digitaler Verarbeitungsschaltungen auch möglich ist, notwendige Informationen während eines Verlustes der Leistungszufuhr zu speichern, so kommt bei zeithaltenden Systemen noch dazu, daß dort die lebensnotwendigen Informationen nicht statisch sind sondern laufend auf den neuesten Stand gebracht werden müssen. Daher scheint es wenig wünschenswert, in solchen Systemen irgendeine der oben beschriebenen informationsspeichernden Anordnungen allein und ohne zusätzliche Maßnahmen zu verwenden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein zeithaltendes Gerät, das einen ersten Zähler zum Zählen erster Zeiteinheiten und einen zweiten Zähler zum Zählen mindestens zweiter Zeiteinheiten enthält und eine Einrichtung aufweist, um während eines vorübergehenden Ausbleibens der Eingangsleistung die Leistungsversorgung für den zweiten Zähler aufrechtzuerhalten, so daß darin Information erhalten bleibt. Erfindugsgemäß ist eine Einrichtung vorgesehen, die den zweiten Zähler auf einen vorbestimmten Zählwert einstellt, der mindestens ungefähr der Hälfte der Anzahl von ersten Zeiteinheiten in einer der zweiten Zeiteinheiten entspricht. Auf diese Weise wird die Genauigkeit der Zeithaltung über eine Anzahl zufälliger vorübergehender Netzausfälle aufrechterhalten, ohne daß lästige Nachstellungen oder unerwünschte Eeserveeinrichtungen notwendig sind.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen an Hand von Zeichnungen näher erläutert.

Figur 1 zeigt teilweise in Blockform und teilweise als Logikschal tbild einen Fernsehempfänger, der ein zeithaltendes System

mit Netzausfallsschutζ gemäß der Erfindung enthält;

Figuren 2, 3, 4, 5 und 6 zeigen teils in Schaltplänen teils in Logikschaltbildern Ausführungsformen von Einrichtungen des zeithaltenden Systems nach Figur 1.

Im Fernsehempfänger nach Figur 1 werden hochfrequente Signale (HF-Signale) von einer Antenne 112 aufgefangen und durch einen Tuner 114 in Zwischenfrequenzsignale (ZF-Signale) umgesetzt. Die ZF-Signale werden einer Verarbeitungseinheit 116 zugeführt, die Signale entsprechend der Leuchtdichteinformation, der Farbartinformation, der Synchroninformation und der Toninformation ableitet. Die Signale, welche die Leuchtdichte- und die Farbartinformation darstellen, werden dazu verwendet, die Intensität des Rotstrahls, des Grünstrahls und des Blaustrahls in einer Farbbildröhre 118 zu steuern. Die Synchroninformationssignale werden auf eine Ablenkeinheit 120 gekoppelt, welche die Ablenkung der Elektronenstrahlen über den Schirm der Bildröhre 118 steuert, um ein Bild aufzubauen. Die Toninformationssignale werden auf einen Lautsprecher 121 gekoppelt, um sie hörbar wiederzugeben.

Eine Einheit 122, die zur Bildung einer Sichtanzeige auf dem Schirm dient und z.B. eine Anordnung gemäß der USA-Patentschrift 3 984 (auf die hiermit verwiesen wird) umfassen kann, ist mit der Signalverarbeitungseinheit 116 und mit der Ablenkeinheit 120 gekoppelt, so daß alphanumerische Zeichen innerhalb eines Teils des Bildes erzeugt werden, um den gewählten Kanal und die Zeit anzuzeigen, wenn der Benutzer über das Empfänger-Steuergerät bestimmte Einstellungen wie Kanalwahl, Buntregelung, Farbtonregelung oder Kontrastregelung vornimmt. Das Steuergerät für den Empfänger und die Zwischenteile zu seiner Kopplung mit der Anzeige-Steuereinheit sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in Figur 1 nicht gesondert dargestellt; eine hierzu geeignete Struktur kann den Serviceunterlagen 0-9 Service Data für den zur Fernbedienung ausgelegten Farbfernsehempfänger RCA CTC-74 entnommen werden, auf die hiermit verwiesen wird.

Um Ze it informationen in Form von Binärsignalen für die Anzeige-Steuereinheit 122 abzuleiten, enthält ein zeithaltendes System 124 des Empfängers einen Sekundenzähler 126, einen Mdjiutenzähler

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128 und einen Stundenzahler 130, mit denen die Perioden eines 60-Hz-Bezugssignals gezählt werden, das seinerseits über einen Bechteckumformer 132 von der 60-Hz—Netzwechselspannung abgeleitet wird. Im einzelnen gewinnt der Sekundenzähler 126 aus dem 60-Hz-Bezugssignal ein 2-Hz-Signal,das selektiv wirksam gemacht wird, um den Minutenzähler 128 bei vorbestimmten Anzahlen von Sekunden, dargestellt durch die Erzeugung eines Signals LAHO'Look Ahead Minutes"), taktzusteuern und um den Stundenzähler 130 bei vorbestimmten Anzahlen von Minuten, dargestellt durch die Erzeugung eines Signals LAH ("Look Ahead Hours"), taktzusteuern. Auf diese Weise werden die Inhalte der drei Zähler synchron zueinander erhöht, um Binärsignale zu erzeugen, welche die korrekte Zeit betreffen. TJm aus Gründen der Wirtschaftlichkeit Schaltungskomponenten einzusparen, werden im gezeigten Beispiel nur der Inhalt des Minutenzählers 126 und der Inhalt des Stundenzählers 128 zur Darstellung gekoppelt.

Das zeithaltende System 124 ist so ausgelegt, daß während vorübergehender Verluste oder Ausfälle der Leistungszufuhr relativ kurzer Dauer (z.B. 2 Sekunden), die infolge von flüchtigen Störungen im Wechselstromnetz bei Gewitterblitzen, beim Ein- und Ausschalten anderer Geräte und ähnlichen Erscheinungen auftreten, die Genauigkeit der Zeithaltung aufrechterhalten bleibt, ohne daß eine Nachstellung erfolgen muß und ohne daß relativ teuere Eeserveschaltungen mit z.B. einer Batterie und einem Hilfsoszillator verwendet werden müssen. Um dies zu erreichen, liefert der Versorgungsteil 138 des Empfängers neben den Vers or gungs spannungen (bezeichnet mit dem Smybol CH für "Chassis") für die weiter oben beschriebenen Teile des Empfängers noch gesonderte Versorgungs- oder Betriebsspannungen von 5 Volt und 10 Volt für Logikschaltungen. Das zeithaltende System 124, das zweckmäßigerweise gemeinsam mit den Logikbausteinen der Anzeige-Steuereinheit 122 in einer einzigen integrierten Schaltung zusammengefaßt ist, hat einen Teil mit Logikbausteinen, die mit einer +5-Volt-Versorgungsleitung gekoppelt sind, und einen anderen Teil mit Logikbausteinen, die mit einer +10—Volt-Versorgungsleitung gekoppelt sind, an der ein Kondensator 140 im Nebenschluß liegt. Wie gezeigt ist die +10-Volt-Versorgungsleitung an den Minutenzähler 128 und an den Stundenzähler 130 angeschlossen. Während eines Ausbleibens der Wechselstromeingangsleistung am Ver-

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sorgungsteil 138 sinkt die +5—Volt-Versorgungsspannung relativ schnell ab, und die in dem mit der +5-Volt-Versorgungsleitung gekoppelten Teil des zeithaltenden Systems 124- enthaltene Information geht verloren. Die +10-Volt-Versorgungsspannung jedoch fällt wegen der Speicherwirkung des Kondensators 140 relativ langsam al), und die im Minutenzähler 128 und im Stundenzähler 130 enthaltene Information bleibt fur eine Zeitspanne gespeichert, die bestimmt ist durch das Energiespeicherverhalten an der +ΊΟ-Volt-Versorgungsleitung und durch das notwendige Mindestmaß der Vers or gungs spannung, bis zu der die Zähler 128 und 130 ihre Information noch zuverlässig behalten können.

Zwischen den Kondensator 140 und den Versorgungsteil 138 ist eine Diode 142 eingefügt, die so gepolt ist, daß sie während eines Ausbleibens der Netzleistung in Sperrichtung gespannt ist, damit die inneren Impedanzen des Versorgungsteils 138 nicht als Entladewege für den Kondensator 140 dienen können. Da von dem zeithaltenden System 124 nur diejenigen Teile Leistung vom Kondensator 140 beziehen, in denen notwendige Informationen erhalten bleiben sollen, kann der Wert des Kondensators kleiner sein als es der Fall wäre, wenn die Informationen im gesamten System beizubehalten wären. Dies erlaubt die Verwendung von integrierten Schaltungen z.B. in 1-MOS-Struktur und P-MOS-Struktur, die einen höheren Leistungsverbrauch als C-MOS-Strukturen haben,aber wegen ihrer höheren Packungsdichte billiger kommen als C-MOS-Strukturen. Es ist zwar möglich, zwei Versrogungsspannungen desselben Werts zu verwenden, jedoch hat die Verwendung einer +10-Volt-Versorgungsspannung für den informationsbehaltenden Teil des zeithaltenden Systems 124 und die Verwendung einer +5-Volt-Versorgungsspannung für den übrigen Teil einen deutlichen Vorzug. Da die in einem Kondensator gespeicherte Energie eine Funktion des Quadrats des Betrags der am Kondensator liegenden Spannung ist, bringt eine +10—Volt-Versorgungsspannung eine wesentlich längere Informationsspeicherzeit als eine +5 Volt-Versorgungsspannung. Da außerdem die Verlustleistung eines logischen Bausteins in umgekehrter Eelation zum Betrag der Versorgungsspannung steht, wird der Leistungsverbrauch des Systems unter normalen Betriebsbedingungen kleiner, wenn man für denjenigen Teil, in dem keine lebensnotwendige Information enthalten ist, eine +5-Volt-Versorgungsspannung nimmt, anstatt das gesamte System mit

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einer +10-Volt-Spannung zu versorgen.

HLt der +5-Volt-Versorgungsleitung ist eine 5~Volt-Fühlschaltung gekoppelt, um ein Signal 5 VPC ("5 Volt Power Clear") zu erzeugen, wenn der Betrag der 5-Volt-Versorgungsspannung unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt. Das Signal 5 VPC wird über ein NOE-Glied 146 auf den Aktivierungseingang des Minutenzählers 128 und über ein NOE-Glied 148 auf den Aktivierung se ingang des Stundenzählers 130 gegeben, um die Taktsteuerung diese Zähler durch das 2-Hz-Signal zu sperren. Auf diese Weise wird verhindert, daß ungewollte Betriebsbedingungen, die in dem mit 5 Volt versorgten Logikteil auftreten können, wenn die +5-Volt-Versorgungsspannung unter ihrem vorbestimmten Schwellenwert liegt, den Inhalt des Minutenzählers 128 und den Inhalt des Stundenzählers 130 verändern. Es sei erwähnt, daß die 5-Volt-Fühlschaltung 144 und auch die NOE-Glieder 146 und 148 an die +10 Volt-Versorgungsleitung und nicht an die +5—Volt-Versorgungsleitung angeschlossen ist, um einen zuverlässigen Betrieb diese Baustein während vorübergehender Verluste der +5-VoIt-Versorgungsspannung zu gewährleisten

IJm die Zeitinformation im zeithaltenden System 124 auf den neuesten Stand zu bringen, wird das Signal 5 VPC auch dem Sekundenzähler angelegt. Der Sekundenzähler 126 wird auf dieses Signal hin auf einen Zählerstand entsprechend 30 Sekunden gestellt. Venn die Netzausfälle in zufälligen (statistischen) Zeiten erfolgen, dann wird der Sekundenzähler 126 manchmal zurückgestellt und manchmal vorgestellt, und zwar um bis zu 30 Sekunden, je nach dem momentanen Zählerstand, der zum Zeitpunkt des Auftretens des Signals 5 VKJ im Zähler 126 gespeichert ist. Über eine Mehrzahl zufälliger Hetzausfälle haben daher die Gewinne und Verluste der durch den Inhalt des Sekundenzählers 126 angegebenen Zeit einen Mittelwert von im wesentlichen gleich Null. Somit wird die Sekundeninformation ohne Verwendung eines Hilfsoszillators auf dem laufenden Stand gehalten.

Wenn ein Netzausfall länger als die mit dem Kondensator 140 erzielbare Spannungsspeicherzeit andauert, dann kann die Spannung an der +10-Volt-Versorgungsleitung niedriger als ein Wert werden, unterhalb dessen die an diese Leitung angeschlossenen Logikbausteine ihre Information nicht mehr zuverlässig speichern, so daß das zeithaltende System 124 niiit mehr auf die korrekte Zeit eingestellt

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ist;. Nachdem die Netzleistung wieder zurückgekehrt ist lind die Spannung an der +10-^olt-Versorgungsleitung über einen vorbestimmten Schwellenwert ansteigt, erzeugt eine lO-Volt-lühlschaltuag 150 ein Signal 10 YPC ("10 Volt Power Clear"). Durch dieses Signal werden der Hinutenzähler 128 und der Stundenzähler 130 jeweils auf den Zählerstand Null zurückgestellt und ein Setz/Rücksetz-ITipflop 152 wird gesetzt, so daß es ein Signal CKSET ("clock not set") mit der Bedeutung "Uhr nicht gestellt" erzeugt. Das Signal CKSET wird auf das NOR-Glied 146 gekoppelt, um den Minutenzähler 128 und den Stundenzähler I30 vom Zählen abzuhalten. Das Signal CKSET wird außerdem über eine Steuerleitung 152 auf die Anzeige-Steuereinheit 122 gegeben, um im Anzeigefeld an den Positionen der Minuten- und Stundenziffern ein vorbestimmtes Symbol wie z.B. einen Strich, darzustellen, womit dem Benutzer angezeigt wird, daß das zeithaltende System 124· nicht mehr auf die richtige Zeit eingestellt ist und nachgestellt werden muß. Die Inhalte der Zähler 128 und 130 werden auf dem Zählwert Null gehalten, his das zeithaltende System 124· gestellt ist.

Das Stellen des zeithaltenden Systems 124 erfolgt mittels zweier Druckknöpfe, und zwar eines Minutenstellknopfs MSET und eines Stundenstellknopfs HSET. Wenn einer der Knöpfe gedruckt wird, dann wird von den NOR-Gliedern 158 und 160 ein Stellsignal SET erzeugt, um den Sekundenzähler 126 anfänglich zurückzusetzen. Das Signal SET setzt auch das Setz/Rücksetz-Flipflop 152 zurück, wodurch das Signal OKSET beendet wird. Wenn der Druckknopf MSET gedruckt worden ist, dann wird über die NOE-Glieder 162 und 146 ein Zählaktivierungssignal an den Minutenzähler 128 gesendet, so daß dieser Zähler im Takt des vom Sekundenzähler 126 gelieferten 2-Hz-Signals zählt. Wenn die richtige Zeit erreicht ist, wird der Knopf MSET losgelassen. Wenn der Druckknopf HSET gedrückt wird, dann gelangt über die NOR-Glieder 164 und 148 ein Zählaktivierungssignal an den Stundenzähler 130, so daß dieser Zähler im Takt des vom Sekundenzähler 126 kommenden 2—Hz-Signals zählt. Während einer der Zähler durch Drücken des entsprechenden Druckknopfs zum Zählen aktiviert ist, wird der andere Zähler am Zählen gehindert.

Damit ein Signal ÖKSET nicht fälschlicherweise erzeugt wird, wenn während eines vorübergehenden Netzausfalls nur die +5-Volt-Yersor-

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gungsspannung gefallen ist, ist das Setz/Bücksetz-Flipflop 152 an die +lO-Volt-Versorgungsleitung und .nicht an die +5-Volt-Versorgungsleitung angeschlossen. Damit während eines vorübergehenden Netzausfalls nicht fälschlicherweise ein Signal SEID erzeugt wird, ist in ähnlicher Weise das FOE-Glied 160 an . die +10-Volt-Versorgungsleitung angeschlossen und wird zusätzlich durch das Signal 5 VPC desaktiviert.

Eine Ausführungsform für die in Figur 1 gezeigte 5-Volt-Fühlschaltung 144- ist in Figur 2 dargestellt. Eine Schwellenfuhlschaltung 210 enthält 2 ΪΓ-MOS-Bauelemente 212 und 214, deren Drain- und Gateelektroden zusammengekoppelt sind und die in Beihe zueinander zwischen die +5-Volt-Versorgungsleitung und die Drainelektrode eines H-MOS-Bauelements 216 geschaltet sind. Das Bauelement 216 ist als Widerstand geschaltet, indem Gateelektrode und seine Soureeelektrode "beide an Masse angeschlossen sind. Der gemeinsame Anschluß der Bauelemente und 216 bildet den Ausgang der Schwellenfuhlschaltung 210 und ist mit dem Eingang eines logischen Inverters 218 gekoppelt. Der Inverter 218 besteht aus einem als Widerstand geschalteten H-MOS-Bauelement 220 und einem in Sourceschaltung angeordneten H-MOS-Bauelement 222. Der Inverter 218 liegt an der +10-Volt-Versorgungsleitung. Solange die Spannung an der +5-Volt-Versorgungsleitung die kombinierten Gate-Source-Schwellenspannungen der Bauelemente 212 und 214 übersteigt, sind diese Elemente leitend, so daß ein "hoher" Logikpegel, z.B. eine Spannung von mehr als ungefähr 2,4- Volt, an den Eingang des Inverters 218 gelegt wird. Wenn die Spannung der +5—Volt-Versorgungsleitung um ein Maß fällt, das größer ist als die kombinierten Gate-Source-Schwellenspannungen der Bauelemente 212 und 214, dann werden diese Elemente nichtleitend, so daß ein "niedriger" Logikpegel, z.B. eine Spannung geringer als ungefähr 0,8 Volt, an den Eingang des Inverter 218 gelegt wird. Bei einem niedrigen Logikpegel am Eingang erzeugt der Inverter 218 einen hohen Logikpegel, für das Signal 5 VPC.

Die Figur 3 zeigt eine Ausführungsform der in Figur 1 dargestellten 10-Volt-Fühlschaltung 150. Eier sind 2 Schwellenfühlschaltungen 312 und 314 vorgesehen, die ähnlich aufgebaut sind wie die Schwellenfuhlschaltung 210 nach Figur 2. Die Schwellenfuhlschaltung 312 erzeugt an ihrem Ausgang einen niedrigen Logikpegel, wenn die Spannung

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der +10-Volt-Versorgungsleitung niedriger wild als das Vierfache einer Gate-Source-Schwellenspannung. Die Schwellenfühlschaltung 314- erzeugt einen niedrigen Logikpegel an ihrem Ausgang, wenn die Spannung der +10-Volt-Versorgungsleitung niedriger wird alscüeGate-Source-Schwellenspannungen. So erzeugt die Schaltung 312 z.B. einen niedrigen Logikpegel, wenn die Spannung der +10-Volt-Versorgungsleitung unter 8 Volt fällt, und die Schaltung 314- erzeugt einen niedrigen Logikpegel, wenn die Spannung der +10-Volt-Versorgungsleitung unter 4- Volt fällt. Der Ausgang der Schwellenfühlschaltung 312 ist mit einem Inverter 316 gekoppelt, dessen Ausgang seinerseits mit einem Eingang eines in N-MOS-Bauweise ausgebildeten Setz/Eücksetz-Flipflops gekoppelt ist, das aus Gründen der Einfachheit als logische Schaltung aus zwei NAND-Gliedern 320 und 322 dargestellt ist. Der Ausgang der Schwellenfühlschaltung 314- ist mit dem anderen Eingang des Setz/Bücksetz-Flipflops 318 verbunden.

Zur Erläuterung des Betriebs der Schaltungsanordnung nach Figur 3 sei zunächst angenommen, daß die Spannung an der 10-Volt-Versorgungsleitung gleich +10 Volt ist. In diesem Falle existiert am Ausgang der Schaltung 312 ein hoher Logikpegel, am Ausgang des Inverters 316 ein niedriger Logikpegel und am Ausgang der Schaltung 314- ein hoher Logikpegel. Das Ausgangssignal des Setz/Eücksetz-Flipflops 318, das am Ausgang des NAND-Gliedes 322 entnommen wird und das Signal 10 VPC darstellt, hat dann einen niedrigen Logikpegel. Wenn die Spannung an der 10-Volt-Versorgungsleitung von +10 Volt auf +6 Volt absinkt, wird am Ausgang der Schwellenfühlschaltung 312 ein niedriger Logikpegel geliefert, und somit erscheint am Ausgang des Inverters 316 ein hoher Logikpegel. Am Ausgang der Schwellenfühlschaltung 314- erscheint jedoch nach wie vor ein hoher Logikpegel. Infolgedessen bleibt das Ausgangssignal 10 VPC auf niedrigem Logikpegel. Wenn die Spannung an der 10-Volt-Versorgungsleitung unter 4- Volt sinkt, dann erscheint am Ausgang der Schwellenfühlschaltung 314- ein niedriger Logikpegel, und infolgedessen bekommt das Ausgangssignal 10 VPC des Setz/Eücksetz-Flipflops 318 einen hohen Logikpegel. Es wird also während Netzausfällen ein hohes Signal 10 VPC mit dem resultierenden Betriebsablauf hervorgerufen, wenn die Spannungen sowohl an der +5-Volt-Versorgungsleitung als auch an der +10-Volt-Versorgungsleitung auf 4· Volt abfällt. Dies ist zweck-

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mäßig, weil N-MOS-Logikschaltungen Informationen "bei relativ niedrigen Versorgungsspannungen, z.B. bei 4 YoIt, bewahren können.

Wenn nach einem Verlust der Eingangsleistung, bei dem die Spannung der 10-Volt-Yersorgungsleitung unter +4 YoIt gefallen ist, die Eingangsleistung zurückkehrt, dann liefert die Schwellenfuhlschaltung 314 vor der Schwellenschaltung 312 einen hohen Logikpegel, und infolgedessen liefert das Setz/Bücksetz-Flipflop 318 zunächst einen hohen Pgel für das Signal 10 YPC. Das Signal 10 YPC bekommt seinen die Nachstellung des zeithaltenden Systems 124 nach Figur 1 erlaubenden niedrigen Logikpegel nicht, bevor die Spannung der 10-Volt-Versorgungsleitung 8 Volt übersteigt. Dies ist zweckmäßig, denn obwohl N-MOS-Logikbausteine Informationen bei relativ niedrigen Versorgungsspannungen zuverlässig speichern können, sollten solche Bausteine während dynamischer Schaltoperationen besser mit höheren Spannungen versorgt werden, um hier am zuverlässigsten zu funktionieren.Im Schaltbild der Figur 3 ist noch ein N-MOS-Inverter 324 dargestellt, der mit dem Ausgang des NAND-Gliedes 322 gekoppelt ist, um das logische Komplement des Signals 10 VPG zu liefern, welches bei der in Figur 6 gezeigten Ausführungsform des Stundenzählers 130 gebraucht wird.

Ausführungsformen für die Zähler 126, 128 und 130, die gewohnliche Logikbausteine enthalten, sind in den Figuren 4, 5 "und 6 dargestellt. Die Funktion dieser Zähler ist durch die bereits in Verbindung mit Figur 1 gegebene Beschreibung der Erzeugung und Verarbeitung von Signalen erkennbar ι und braucht daher nicht im einzelnen noch einmal erläutert zu werden. In den Figuren 4, 5 und 6 sind diejenigen logischen Glieder, die über die +10-Volt-Yersorgungsleitung gespeist werden, mit dem Symbol (10Y) gekennzeichnet. Die übrigen Glieder erhalten ihre Leistung von der +^-Volt-Versorgungsleitung.

Der im Übersichtsplan nach Figur 1 gezeigte Sekundenzähler 126 enthält in seiner Ausführungsform nach Figur 4 zwei kaskadengeschaltete Wellenzähler (ripple counters) 412 und 414, deren Jeder eine Kette von Setz/Bücksetz-Daten-Flipflops (SE-D-Flipflops) und ein NOR-Glied enthält, um Binärsignale bei vorbestimmten Zählwerten in der gezeigten Weise rückzukoppeln. Der Zähler 412 zählt Bruchteile von Sekunden entsprechend einem 60-Hz-Bezugsignal, das durch einen

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Schmitt-Trigger 416 erzeugt wird. Der Zähler 414 zählt ganze Sekunden entsprechend einem 1Hz-Signal, das vom letxten Flipflop im Zähler 412 erzeugt wird.

Der in Figur 1 im Block dargestellte Minutenzähler 128 enthält in seiner Ausführungsform nach Figur 5 einen aus SE-D- und JK-Flipflops bestehenden Wellenzähler 112, der binärcodierte Signale (BCD-Signale) MJO, MÜ1, MU2 und MÜ3 für die Einer stelle der Minutenanzeige erzeugt und dem in Kaskade ein weiterer Wellenzähl er 514- nachgeschaltet ist, der aus SE-D- und JK-Flipflops "besteht, um BCD-Signale MTO, MT1 und MT2 für die Zehnerstelle der Minutenanzeige zu erzeugen. Die Zählung des 2-Hz-Signals in den Zählern 512 und 514 wird unterbunden, wenn dem J-Eingang und dem K-Eingang des ersten JK-Flipflops 516 des Minutenzählers 128 gleichzeitig ein niedriger Logikpegel angelegt wird, der von einem NOE-Glied 518 kommt, wenn dieses Glied an mindestens einem Eingang einen hohen Logikpegel empfängt. Wie gezeigt spricht das HOE-Glied 518 auf das Signal 5 ¹VKi das Signal HSET und ein Signal MSET · LlH an (das Symbol* "bedeute die Boolesche UND-Funktion). Somit verhindert dieses NOE-Glied zuverlässig, daß der Inhalt des Minutenzählers 128 infolge eines unregelmäßigen Betriebs des Sekundenzählers 126 während vorübergehender Ketzausfälle verändert wird. Das NOB-Glied 518 ist an die +10-Yolt-Versorgungsleitung angeschlossen, so daß es zuverlässig auf ein Signal 5 VPG ansprechen kann. Ferner sei noch erwähnt, daß die Erzeugung des Signals LAM beim Auftreten eines Signals CKSET verhindert ist, wie es aus Figur 4 hervorgeht.

Der in Figur 1 als Block dargestellte Stundenzähler 130 enthält in seiner Ausführungsform nach Figur 6 ein SE-JK-Flipflop 614, dem in Kaskade eine Kette von SB-D-Flipflops nachgeschaltet ist, um einen Wellenzähler zu bilden, der Binärsignale HO, H1, H2 und H3 erzeugt, die in direkter Binärdarstellung die Stunden Null bis Zwölf angeben. Da die binären Ausgangssignale HO, H1, H2 und H3 des Zählers 612 in direkter Binärform und nicht im BCD-Format vorliegen, werden sie mittels eines Kombinationsschaltkreises 616 in Signale HTJ1, HU2, HU3 und HTO umgesetzt, die im BCD-Format die Einer- und Zehnerinformation für die Stundenanzeige darstellen. TJm zu verhindern, daß ungewollte Signale auf der 2-Hz-Signalleitung fälschlich den Inhalt des Zählers 612 während vorübergehender Hetzausfälle ver-

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ändern, legt ein NOK-Glied 618 als Antwort auf ein Signal 5 VPC einen sperrenden niedrigen Signalpegel gleichzeitig an den J-Eingang und den K-Eingang des Flipflops 614-, Um den zuverlässigen Betrieb des M)B-Gliedes 618 während eines vorübergehenden Netzausfalls zu gewährleisten, ist dieses Glied auch an die +10-VoIt-Versorgungsleitung angeschlossen. Außerdem sperrt das NOE-Glied 618 den Zählbetrieb des Stundenzählers 130, wenn ein Signal MSET erscheint, beim Fehlen eines Synchronsignals LAH vom Minutenzähler, was über ein NOR-Glied 620 gefühlt wird. . Da das Signal LAH von der Erzeugung eines Signals LAM abhängt (vgl. Figur 5)_s die ihrerseits von der Erzeugung eines Signals CKSET abhängt (vgl. Figur 4), wird der Stundenzähler 130 so lange daran gehindert, von Hull aus vorwärtszuzählen, bis ein Benutzer durch Drücken des Druckknopfs MSET den Nachstellvorgang einleitet, womit das Signal ÖKSET zurückgesetzt wird.

Die in den Figuren 2 bis 6 dargestellten Logikschaltungen können zweckmäßigerweise in einer einzigen integrierten Schaltung in N-MOS- oder P-MOS-Bauweise ausgebildet sein. Da N-MOS- und P-MOS-Schaltungen für einen Betrieb über einen weiten Bereich von Versorgungsspannungen ausgelegt werden können, lassen sich sowohl 5-Volt-Bausteine als auch 10 Volt-Bausteine, wie sie in den Anordnungen nach den Figuren 2 bis 6 enthalten sind, in einfacher Weise auf demselben Substrat bilden. Da N-MOS- und P-MOS Bauelemente außerdem hohe Eingangsimpedanzen haben, beeinträchtigen die hohen Logikpegel eines 10-Volt-Bauelements nicht den Betrieb eines nachfolgenden 5-Volt-Bauelements. Obwohl auch integrierte Schaltungen in IL Bauweise verwendet werden können, sind integrierte Schaltungen in N-MOS- oder P-MOS-Bauweise aus den vorstehend genannten Gründen vorzuziehen.

Wie bereits an früherer Stelle erwähnt, haben integrierte Schal-

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tungen in N-MOS, P-MOS- und I L-Bauweise hohe Packungsdichten und sind daher weniger teuer als integrierte Schaltungen in C-MOS-Bauweise. Wenn jedoch der Leistungsfeerbrauch ein wichtigeres Kriterium als der Kostenfaktor ist, dann kann auch eine integrierte C-MOS-Schaltung wünschenswert sein.

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Claims

Pat entansprüche

Zeithaltendes Gerät mit einem ersten Zähler, der auf ein Bezugsfreguenzsignal anspricht, um eine erste Gruppe von Signalen zu erzeugen, die erste Zeiteinheiten darstellen, ferner mit einem zweiten Zähler, der auf Signale der ersten Gruppe anspricht, um mindestens eine zweite Gruppe von Signalen zu erzeugen, die mindestens zweite, größere Zeiteinheiten darstellen; ferner mit einer Versorgungseinrichtung zum Ableiten von Versorgungsleistung für den ersten und den zweiten Zähler aus einer Eingangsleistung, sowie mit einer Einrichtung zum Aufrechterhalten der Leistungsversorgung des zweiten Zählers während eines Ausbleibens der Eingangsleistung, so daß im zweiten Zähler Information für mindestens eine vorbestimmte Zeitspanne erhalten bleibt, gekennz eichnet durch eine Anordnung (144), die nach einem vorübergehenden und kurzer als die vorbestimmte Zeitspanne dauernden Ausbleiben der Leistung den ersten Zähler (126) auf einen vorbestimmten Zählwert (z.B. 30 Sekunden) einstellt, der mindestens ungefähr halb so hoch ist wie die Hälfte der Anzahl der ersten Zeiteinheiten in einer der zweiten Zeiteinheiten, so daß der Zählwert, der im ersten Zähler über eine Mehrzahl vorübergehender Leistungsausfälle aufgelaufen ist, zumindest ungefähr der korrekten Zeit entspricht.
2. Zeithaltendes Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zähler (126) in Sekundeneinheiten zählt und daß der zweite Zähler (128, 130) in Minuten- und Stundeneinheiten zählt.
3. Zeithaltendes Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Zählwert zumindest ungefähr 30 Sekunden entspricht.
4·. Zeithaltendes Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufrechterhaltung der Leis-

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tungsversorgung aus einem Spannungsspeicherkondensator (140) besteht, der die von der Versorgungseinrichtung (38) zum Zweiten Zähler (128) führende Speiseleitung nebenschließt.
5. Zeithaltendes Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufrechterhaltung der Leistungsversorgung (14-2, 140) während des vorübergehenden Ausbleibens der Eingangsleistung den zweiten Zähler (128) aber nicht den ersten Zähler (126) mit Leistung versorgt.
6. Zeithaltendes Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5* gekennzeichnet durch eine Sperrschaltung (146), die verhindert,daß der Inhalt des zweiten Zählers (128) durch Betriebszustände des ersten Zählers (126) während des vorübergehenden Ausbleibens der Eingangsleistung geändert wird.
7. Zeithaltendes Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungseinrichtung aus der Eingangsleistung eine erste Versorgungsspannung (5 V) für den ersten Zähler und eine zweite Versorgungsspannung (10 V) für den zweiten Zähler ableitet und daß mit der zweiten Versorgungsspannung ein Kondensator (140) gekoppelt ist, der den Betrag der zweiten Versorgungsspannung für mindestens die vorbestimmte Zeitspanne oberhalb eines zur Beibehaltung von Informationen notwendigen Schwellenwerts ( 4 V) hält, um den Inhalt des zweiten Speichers für zumindest die Dauer dieser Zeitspanne zu speichern.
8. Zeithaltendes Gerät nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß die erste Versorgungsspannung einen relativ niedrigen Betrag hat, um den Leistungsverbrauch des ersten Zählers (126) möglichst gering zu halten, und daß die zweite Versorgungsspannung einen relativ hohen Betrag hat, um die Zeit, während der die zweite Versorgungsspannung über dem besagten vorbestimmten Schwellenwert (4 V) gehalten wird, möglichst lang zu machen.
9. Zeithaltendes Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufrechterhaltung der Leistungsversorguag mindestens einen ersten Spannungsfühler (144) enthält,

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der ein erstes Steuersignal (5 VPC) erzeugt, wenn der Betrag der ersten Versorgungsspannung unter einen ersten vorbestimmten Schwellenwert fällt, und daß der erste Zähler (126) "beim Erscheinen des ersten Steuersignals auf den besagten vorbestimmten Zählwert (30 Sekunden) gestellt wird, und daß der zweite Zähler (128, 130) "beim Erscheinen des ersten Steuersignals (über NOR-Glieder 14-6, 148) daran gehindert wird, vom ersten Zähler abgeleitete Signale zu zählen.
10. Zeithaltendes Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Spannungsfühler (144) die zweite Versorgungsspannung (10 V) als Betriebsspannung verwendet.
11. Zeithaltendes Gerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufrechterhaltung der Leistung sVersorgung eine zweite Fühlschaltung (150) enthält, die ein zweites Steuersignal (10 VPC) erzeugt, wenn der Betrag der zweiten Versorgungsspannung unter einen vorbestimmten zweiten Wert (4 V) fällt und die das zweite Steuersignal beendet, wenn der Betrag der zweiten Versorgungsspannung über einen dritten vorbestimmten Wert (8 V) ansteigt, der größer als der zweite vorbestimmte Wert ist, und daß eine Einrichtung (152) vorgesehen ist, die auf das zweite Steuersignal hin ein Fehlermeldesignal erzeugt, welches anzeigt, daß die durch den Inhalt des ersten und des zweiten Zählers bedeutete Zeit falsch ist, und daß eine Einrichtung (162, 146) vorgesehen ist, um den ersten und den zweiten Zähler abhängig von einem von Hand ausgelosten Signal (MSET) einzustellen, und daß eine Einrichtung (158, 160) vorgesehen ist, um das Pehlermeldesignal zurückzustellen, wenn der Inhalt mindestens eines dieser Beiden Zähler durch Handbetätigung gestellt worden ist.
12. Zeithaltendes Gerät nach einem der Ansprüche 7 his 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zähler eine Sichtanzeigeeinrichtung (122) enthält, die mit der ersten Versorgungsspannung (5 V) gespeist wird.
13. Zeithaltendes Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sichtanzeigeeinrichtung (122) einen Steuereingang (153) aufweist, um beim Erscheinen des Fehlermeldesignals eine vorbestimmte Sichtanzeige zu bringen.

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