DE2818877B2 - Zeithaltendes Gerät mit Netzausfallsschutz - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf digitale zeithaltende Systeme mit Vorkehrungen zum Handhaben notwendi-

ger Informationen während vorübergehender Ausfälle der Energieversorgung, gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

In letzter Zeit sind digitale zeithaltende oder Uhrensysteme entwickelt worden, die Perioden eines Signals einer Bezugsfrequenz (z. B. 60 Hz) zählen, um Binärsignale zu erzeugen, welche die Zeit anzeigen. Solche zeithaltenden Systeme sind in Verbindung mit Geräten wie Rundfunk- und Fernsehempfängern und neuerdings auch Video-Bandgeräten verwende; worden, nichi nur um die Zeit wieder zugeben 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 Wechselstromnetzeingang) neh- men 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 Reserveenergiequelle 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 Reserveenergiequelle mag in einigen 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 jo werden. Außerdem kann bei manchen Geräten w^:e 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 J5 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. RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) 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 gekoppetfy'erden 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-Halb- !eiter-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 39 82 141 ist eine digitale Verarbeitungseinrichtung mit einem C-MOS-Speicher und peripheren logischen Elementen beschrieben, bei der während Netzausfällen die peripheren logischen Elemente selektiv 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. Wenn zur Verminderung der Kosten aber integrierte Schaltungen hoher Packungsdichte verwendet werden, die aus Elementen mit relativ hohem Leistungsverbrauch bestehen, z. B. aus N-MOS-Strukturen (MOS mit N-Kanal), P-MOS-Strukturen (MOS mit P-Kanal), TTL-Strukturen (Transistor-Transistor-Logik) und PL-Strukturen (Strorninjektionslogik), dann würde ein Kondensator, der die Versorgungsspannungen 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 informationspeichernden Anordnungen allein und ohne zusätzliche Maßnahmen zu verwenden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein zeithaltendes Gerät der eingangs genannten Art, 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 Erfindungsgemäß ist eine Anordnung der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Art vorgesehen. Durch diese Anordnung wird die Genauigkeit der Zeithaltung über eine Anzahl zufälliger vorübergehender Netzausfälle aufrechterhalten, ohne daß lästige Nachstellungen oder unerwünschte Reserveeinrichtungen notwendig sind.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

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

F i g. 1 zeigt teilweise in Blockform und teilweise als Logikschaltbild einen Fernsehempfänger, der ein zeithaltendes System mit Netzausfallsschutz gemäß der Erfindung enthält;

F i g. 2,3,4,5 und 6 zeigen teils in Scbaltplänen teils in Logikschaltbildern Ausführungsformen von Einrichtungen des zeithaltenden Systems nach F i g. 1.

Im Fernsehempfänger nach F i g. 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 Elektronen 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 39 84 824 (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, Farbtonregclung oder Kontrastregelung vornimmt. Das Steuergerät für den Empfänger und die Zwischenteile zu seiner Kopplung mit der Anzeige-Steuereinheit 122 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in F i g. 1 nicht gesondert dargestellt.

Um Zeitinformationen in Form von Binärsignalen für die Anzeige-Steuereinheit 122 abzuleiten, enthält ein zeithaltendes System 124 des Empfängers einen Sekundenzähler 126, einen Minutenzähler 128 und einen Stundenzähler 130, mit denen die Perioden eines 60-Hz-Bezugssignals gezählt werden, das seinerseits über einen Rechteckumformer 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 LAM (»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. Um aus Gründen der Wirtschaftlichkeit Schaltungskomponenten einzusparen, werden im gezeigten Beispiel nur den 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 in Folge 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 Reserveschaltungen mit z. B. einer Batterie und einem Hilfsoszillator verwendet werden müssen. Um dies zu erreichen, liefert der Versorgungsteil 138 des Empfängers neben den Versorgungsspannungen (bezeichnet mit dem Symbol CH für »Chassis«) für die weiter oben beschriebenen Teile des Empfängers noch gesonderte Versorgungsoder Betriebspannungen 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 Tei! 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 Versorgungsteil 138 sinkt die + 5-Volt-Versorgungs-■-, spannung relativ schnell ab, und die in dem mit der + 5-Volt-Versorgungsleitung gekoppelten Teil des zeilhahenden Systems 124 enthaltene Information geht verloren. Die + 10-Volt-Versorgungsspannung jedoch fälli wegen der Speicherwirkung des Kondensators 140

ίο relativ langsam ab, und die im Minutenzähler 128 und im Stundenzähler 130 enthaltene Information bleibt für eine Zeitspanne gespeichert, die bestimmt ist durch das Energiespeicherverhalten an der +10-Volt-Versorgungsleitung und durch das notwendige Mindestmaß der Versorgungsspannung, 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. Die erlaubt die Verwendung von integrierten Schaltungen z. B. in N-MOS-Struktur und

jo 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 Versorgungsspannungen desselben Werts zu verwenden, jedoch hat die

i. Verwendung einer +10-Volt-Versorgungsspannungfür den informationsbehaltenden Teil des zeithaltenden Systems 124 und die Verwendung einer +5-VoIt-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 Relation zum Betrag der Versorgungsspannung steht wird der Leistungsverbrauch des Systems unter normalen Betriebsbedingungen kleiner, wenn man für denjenigen Teil, in dem keine lebensnotwendige Information

5u enthalten ist eine + 5-Volt-Versorgungsspannung nimmt, anstatt das gesamte System mit einer +10-Volt-Spannung zu versorgen.

Mit der + 5-Volt-Versorgungsleitung ist eine 5-Volt-Fühlschaltung 144 gekoppelt um ein Signal 5 VPC (»5 Volt Power Clear«) zu erzeugen, wenn der Betrag der 5-Volt-Versorgungsspannung unter einem vorbestimmten Schwellenwert Hegt Das Signal 5 VPC wird über ein NOR-Glied 146 auf den Aktivierungseingang des Minutenzählers 128 und über ein NOR-Glied 148 auf

bo den Aktivierungseingang 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-Voh-Fühlschal-

tung 144 und auch die NOR-Glieder 146 und 148 an die +10-Volt-Versorgungsleitung und nicht an die + 5-Volt-Versorgungsleitung angeschlossen ist, um einen zuverlässigen Betrieb dieses Bausteins während vorübergehender Verluste der + 5-Volt-Versorgungsspannung zu gewährleisten.

Um die Zeitinformation im zeithaltenden System 124 auf den neuesten Stand zu bringen, wird das Signal 5 VPC auch dem Sekundenzähler 126 angelegt. Der Sekundenzähler 126 wird auf dieses Signal hin auf einen Zählerstand entsprechend 30 Sekunden gestellt. Wenn 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 VPC im Zähler 126 gespeichert ist. Über eine Mehrzahl zufälliger Netzausfälle 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 nicht w mehr auf die korrekte Zeit eingestellt ist. Nachdem die Netzleistung wieder zurückgekehrt ist und die Spannung an der +10-Volt-Versorgungsleitung über einen vorbestimmten Schwellenwert ansteigt, erzeugt eine 10-Volt-Fühlschaltung 150 ein Signal 10 VPC(»10 Volt Power Clear«). Durch dieses Signal werden der Minutenzähler 128 und der Stundenzähler 130 jeweils auf den Zählerstand NuI! zurückgestellt und ein Setz/Rücksetz-Flipflop 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 130 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 eine 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, bis das zeithaltende System 124 gestellt ist.

Das Stellen des zeithaltenden Systems 124 erfolgt mittels zweier Druckknöpfe, und zwar eines Minutenstellknopfs MSfTund 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 CSET beendet wird. Wenn der Druckknopf MSET gedrückt worden ist, dann wird über die NOR-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 AiSFTlosgelassen. Wenn der Druckknopf HSET gedrückt wird, dann gelangt über die NOR-Glieder 164 und 148 ein Zählaktivierungssignal an den Stundenzählcr 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 CKSET nicht fälschlicherweise erzeugt wird, wenn während eines vorübergehenden Netzausfalls nur die +5-Volt-Versorgungsspannung gefallen ist, ist das Setz/Rücksetz-Flipflop 152 an die + 10-Volt-Versorgungsleitung und nicht an die + 5-Volt-Versorgungsleitung angeschlossen. Damit während eines vorübergehenden Netzausfalls nicht fälschlicherweise ein Signal SET erzeugt wird, ist in ähnlicher Weise das NOR-Glied 160 an die +10-Volt-Versorgungsleitung angeschlossen und wird zusätzlich durch das Signal 5 VPCdesaktiviert.

Eine Ausführungsform für die in F i g. 1 gezeigte 5-Volt-Fühlschaltung 144 ist in F i g. 2 dargestellt. Eine Schwellenfühlschaltung 210 enthält 2 N-MOS-Bauelemente 212 und 214, deren Drain- und Gateelektroden zusammengekoppelt sind und die in Reihe zueinander zwischen die +5-Volt-Versorgungsleitung und die Drainelektrode eines N-MOS-Bauelements 216 geschaltet sind. Das Bauelement 216 ist als Widerstand geschaltet, indem Gateelektrode und seine Sourceelektrode beide an Masse angeschlossen sind. Der gemeinsame Anschluß der Bauelemente 214 und 216 bildet den Ausgang der Schwellenfühlschaltung 210 und ist mit dem Eingang eines logischen Inverters 218 gekoppelt. Der Inverter 218 besteht aus einem als Widerstand geschalteten N-MOS-Bauelement 220 und einem in Sourceschaltung angeordneten N-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-VoIl-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 F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform der in F i g. 1 dargestellten 1 OVoIt-Fühlschaltung 150. Hier sind 2 Schwellenfühlschaltungen 312 und 314 vorgesehen, die ähnlich aufgebaut sind wie die Schwellenfühlschaltung 210 nach Fig.2. Die Schwellenfühlschaltung 312 erzeugt an ihrem Ausgang einen niedrigen Logikpegel, wenn die Spannung der +10-Volt-Versorgungsleitung niedriger wird 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 als die Gate-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 Logkpegel, 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/Rücksetz-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/Rücksetz-Flipflops 318 verbunden.

Zur Erläuterung des Betriebs der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 sei zunächst angenommen, daß die ig 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/Rücksetz-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 +10VoIt auf +6VoIt 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/Rücksetz-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 zweckmäßig, weil N-MOS-Logikscha!tungen Informationen bei relativ niedrigen Versorgungsspannungen, z. B. bei 4 Volt, bewahren können.

Wenn nach einem Verlust der Eingangsleistung, bei dem die Spannung der 10-Volt-Versorgungsleitung unter +4 Volt gefallen ist, die Eingangsleistung zurückkehrt, dann liefert die Schwellenfühlschaltung 314 vor der Schwellenschaltung 312 einen hohen Logikpegel, und infolgedessen liefert das Setz/Rücksetz-Flipflop 318 zunächst einen hohen Pegel für das Signal 10 VPC Das Signal 10 VPC bekommt seinen die Nachstellung des zeithaltenden Systems 124 nach F i g. 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 Fig.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 VPC zu liefern, welches bei der in Fig.6 ω gezeigten Ausführungsform des Stundenzählers 130 gebraucht wird.

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

Der im Übersichtsplan nach F i g. 1 gezeigte Sekundenzähler 126 enthält in seiner Ausführungsform nach Fig.4 zwei kaskadengeschaltete Wellenzähler (ripple counters) 412 und 414, deren jeder eine Kette von Setz/Rücksetz-Daten-Flipflops (SR-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 Schmitt-Trigger 416 erzeugt wird. Der Zähler 414 zählt ganze Sekunden entsprechend einem 1-Hz-Signal, das vom letzten Flipflop im Zähler 412 erzeugt wird.

Der in Fig. 1 im Block dargestellte Minutenzähler 128 enthält in seiner Ausführungsform nach Fig.5 einen aus SR-D- und JK-Flipflops bestehenden Wellenzähler 112, der binärcodierte Signale (BCD-Signaie) MUO, MUi, MU2 und MUi für die Einerstelle der Minutenanzeige erzeugt und dem in Kaskade ein weiterer Wellenzähler 514 nachgeschaltet ist, der aus SR-D- und JK-Flipflops besteht, um BCD-Signale MTO, MT 1 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 NOR-Glied 518 kommt, wenn dieses Glied an mindestens einem Eingang einen hohen Logikpegel empfängt. Wie gezeigt spricht das NOR-Glied 518 auf das Signal 5 VPQ das Signal HSET und ein Signal MSET ■ LAM an (das Symbol · bedeutet die Boolesche UN D-Funktion). Somit verhindert dieses NOR-Glied 518 zuverlässig, daß der Inhalt des Minutenzählers 128 infolge eines unregelmäßigen Betriebs des Sekundenzählers 126 während vorübergehender Netzausfälle verändert wird. Das NOR-Glied 518 ist an die +10-Volt-Versorgungsleitung angeschlossen, so daß es zuverlässig auf ein Signal 5 VPC ansprechen kann. Ferner sei noch erwähnt daß die Erzeugung des Signals LAM beim Auftreten eines Signals CKSET verhindert ist wie es aus F i g. 4 hervorgeht.

Der in F i g. 1 als Block dargestellte Stundenzähler 130 enthält in seiner Ausführungsform nach F i g. 6 ein SR-J K-Flipflop 614, dem in Kaskade eine Kette von SR-D-Flipflops nachgeschaltet ist um einen Wellenzähler zu bilden, der Binärsignale HO, Hi, H2 und H3 erzeugt die in direkter Binärdarstellung die Stunden Null bis Zwölf angeben. Da die binären Ausgangssignale HO, Hl, H2 und H3 des Zählers 612 in direkter Binärform und nicht im BCD-Format vorliegen, werden sie mittels eines Kombinationsschaltkreises 616 in Signale HUi, HU2, HU3 und HTO umgesetzt die im BCD-Format die Einer- und Zehnerinformation für die Stundenanzeige darstellen. Um zu verhindern, daß ungewollte Signale auf der 2-Hz-Signalleitung fälschlich den Inhalt des Zählers 612 während vorübergehender Netzausfälle verändern, legt ein NOR-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 NOR-Gliedes 618 während eines vorübergehenden Netzausfalls zu gewährleisten, ist dieses Glied

auch an die + 10-Volt-Versorgungsleitung angeschlossen. Außerdem sperrt das NOR-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. Fig. 5), die ihrerseits von der Erzeugung eines Signals CKSET abhängt (vgl. Fig.4), wird der Stundenzähler 130 so lange daran gehindert, von Null aus vorwärtszuzählen, bis ein Benutzer durch Drücken des Druckknopfs MSET den Nachstellvorgang einleitet, womit das Signal CKSET zurückgesetzt wird.

Die in den Fig.2 bis 6 dargestellten Logikschaltungen können zweckmäßigerweise in einer einzigen integrierten Schaltung in N-MOS- oder P-MOS-Bauweise ausgebildet sein. Ds 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 F i g. 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 PL-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 Schaltungen in N-MOS, P-MOS- und PL-Bauweise hohe Packungsdichten und sind daher weniger teuer als integrierte Schaltungen in C-MOS-Bauweise. Wenn jedoch der Leistungsverbrauch ein wichtigeres Kriterium als der Kostenfaktor ist, dann kann auch eine integrierte C-MOS-Schaltung wünschenswert sein.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Zeithaltendes Gerät mit einem ersten Zähler, der auf ein Bezugsfrequenzsignal anspricht, um eine erste Gruppe von Signalen zu erzeugen, die erste Zeiteinheiten darstellen, ferner mit einem zweiter. Zähler, der auf Signale der ersten Gruppe anspricht, um mindestens eine zweite Gruppe von Signalen zu erzeugen, die mindestens zweite, größere Zeiteinhei- ι ο ten 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 Zeitspannung erhalten bleibt, gekennzeichnet durch eine Anordnung (144), die nach einem vorübergehenden und kürzer als die vorbestimmte Zeitspanne dauernden Ausbleiben der Leistung den ersten Zähler (126) auf einen vorbestimmten Zählwert (ζ. Β 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 m 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 Leistungsversorgung aus einem Spannungsspeicherkondensator (140) besteht, ίο 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 (142, 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 Leistungsversorgung mindestens einen ersten Spannungsfühler (144) enthält, 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 146, 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 Leistungsversorgung 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 ausgelösten Signal (MSET) einzustellen, und daß eine Einrichtung (158, 160) vorgesehen ist, um das Fehlermeldesignal zurückzustellen, wenn der Inhalt mindestens eines dieser beiden Zähler durch Handbetätigung gestellt worden ist.

12. Zeithaltendes Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 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.