DE4403124A1 - Funkuhr - Google Patents

Description

Elektronische Uhren sind heutzutage sehr weit verbrei­ tet; an diese Chronometer werden immer höhere Anforde­ rungen bzgl. der Ganggenauigkeit gestellt, d. h. die tägliche Zeitabweichung muß minimiert werden.

Bei Quarzuhren wird dies dadurch erreicht, daß sie ihre Zeitinformation aus der Schwingungsfrequenz (Perioden­ dauer) eines über einen Schwingkreis angesteuerten Schwingquarzes ableiten. Die Gangabweichung dieser Quarzuhren wird durch (einmalige und feste) Abstimmung des Schwingkreises mittels Lasertrimmens oder durch Trimmen eines Kondensators regliert; aufgrund von Re­ glagefehlern, Temperatureinflüssen, Degradation (Quarz­ alterung) etc. ergibt sich bei Quarzuhren jedoch eine Zeitabweichung von ca. 5 bis 10 s pro Monat entspre­ chend einer Zeitabweichung von ca. 0,2 bis 0,3 s pro Tag.

Neben Quarzuhren kommen in zunehmendem Maße Funkuhren auf den Markt, die von externen Datenquellen durch Steuersignale angesteuert werden; die Zeitinformation wird von Zeitzeichensendern (in Deutschland ist dies der Zeitzeichensender DCF 77 in Mainflingen) über eine HF-Strecke langreichweitig abgestrahlt. Funkuhren wer­ den im Normalbetrieb zweimal pro Tag (beispielsweise morgens um 2.00 Uhr und 3.00 Uhr) bei brauchbaren Emp­ fangsbedingungen synchronisiert und besitzen aufgrund der täglichen Abstimmung nur eine recht geringe Zeitab­ weichung. Werden Funkuhren aber außerhalb des Empfangs­ bereichs des Zeitzeichensenders getragen, übernimmt ein Schwingquarz das "Zeitmanagement" und der durch den Schwingquarz bedingte Fehlgang tritt zutage (beispiels­ weise 0,3 s pro Tag); bei einem längeren Aufenthalt au­ ßerhalb der Senderreichweite kumuliert sich dieser Fehlgang zu einem beträchtlichen Zeitfehler (im genann­ ten Beispielsfall beträgt dieser nach 14 Tagen mehr als 4 s). Hiermit ist jedoch das Attribut "sekundengenau gehende Uhr" für Funkuhren unvereinbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Funkuhr nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, die bei allen Empfangsbedingungen des Steuersignals eine äußerst geringe Gangabweichung aufweist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merk­ male im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß enthält die Funkuhr neben dem Uhren­ schaltkreis (Uhren-IC mit Schwingquarz) und der Anzei­ geeinheit noch eine Steuereinheit, eine vom Schwing­ quarz des Uhren-ICs angesteuerte Zählereinheit, eine Recheneinheit und eine Speichereinheit; durch die Steuereinheit wird bei einem Empfang eines Synchronisa­ tionssignals des Zeitzeichensenders der Zählvorgang der Zählereinheit gestartet, die ihren Zählerstand bis zum nächsten Empfang eines Synchronisationssignals fortlau­ fend erhöht und den dann bestehenden Zählerstand als Zähler-Endwert in der Speichereinheit abspeichert. Von der Recheneinheit wird dieser Zähler-Endwert in eine zeitliche Größe umgewandelt (Istwert) und durch Ver­ gleich mit den vom Zeitzeichensender empfangenen Daten (Sollwert) ausgewertet; die Differenz zwischen Sollwert und Istwert entspricht der Gangabweichung des Schwing­ quarzes zwischen zwei Synchronisationssignalen und ist somit ein Maß für die erforderliche Gangkorrektur des Schwingquarzes - dieser Wert für die Gangabweichung bzw. für die Gangkorrektur kann beispielsweise in der Speichereinheit abgespeichert werden.

Hierauf aufbauend kann ein iterativer Korrekturprozeß für die Gangabweichung des Schwingquarzes durchgeführt und damit eine Kompensation dieser Gangabweichung vor­ genommen werden: bei jeder Synchronisation wird die (aktuelle) Gangabweichung des Schwingquarzes anhand des Zähler-Endwertes berechnet und die Frequenz des Schwingquarzes entsprechend der festgestellten aktuel­ len Gangabweichung korrigiert (beispielsweise in einem einzigen Korrekturschritt oder auf mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Korrekturschritte verteilt); der erforderliche Korrekturwert für die Frequenzkorrektur des Schwingquarzes und demzufolge die Gangabweichung des Schwingquarzes wird bei jeder Synchronisation der Funkuhr reduziert - die Gangabweichung ist nach einer bestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Synchronisatio­ nen (beispielsweise 10) vernachlässigbar klein (bei­ spielsweise kleiner als 0,4 ms pro Tag).

Vorteilhafterweise wird somit die auch im Normalfall (d. h. beim täglichen Empfang des Zeitzeichensenders) während der mindestens 23-stündigen Synchronisations­ pause (von 3.00 Uhr bis 2.00 Uhr am folgenden Tag) ent­ stehende Gangabweichung der Funkuhr signifikant redu­ ziert und insbesondere beim Nichtempfang oder einem ge­ störten Empfang des vom Zeitzeichensender abgestrahlten Zeitzeichensignals über einen längeren Zeitraum - in diesem Fall übernimmt der mit dem zuletzt abgespeicher­ ten Korrekturwert für die Frequenzkorrektur beauf­ schlagte Schwingquarz die Zeitsteuerung - eine wesent­ liche Verbesserung der Ganggenauigkeit der Funkuhr er­ zielt.

Weiterhin wird die Erfindung anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert; die­ ses zeigt in der Fig. 1 das Blockschaltbild einer durch Zeitzeichensignale angesteuerten Funkuhr und die Fig. 2 ein Beispiel für den zeitlichen Verlauf der vorgenommenen Gangkorrektur.

Gemäß dem Blockschaltbild der Fig. 1 wird die Funkuhr 40 vom Zeitzeichensender 10 über die HF-Strecke 20 mit dem Zeitzeichensignal 30 beaufschlagt. Die Funkuhr 40 besteht aus den Komponenten Empfangseinheit 41, Uhren­ schaltkreis 42, Anzeigeeinheit 43, Steuereinheit 44, Zählereinheit 45, Recheneinheit 46 und Speichereinheit 47. Durch die Empfangseinheit 41 wird das Zeitzeichen­ signal 30 aufgenommen und dem Uhrenschaltkreis 42 zuge­ führt, der die Anzeigeneinheit 43 zur Darstellung der aktuellen Zeitdaten ansteuert.

Um die Gangabweichung des im Uhrenschaltkreis 42 inte­ grierten Schwingquarzes zu kompensieren bzw. zu mini­ mieren, wird bei jeder Synchronisation der Funkuhr 40 beim Empfang eines gültigen Zeitzeichensignals 30 die Zählereinheit 45 durch die Steuereinheit 44 gestartet und der Zählerstand der Zählereinheit 45 bis zur nächstfolgenden Synchronisation inkrementiert. Durch die Recheneinheit 46 wird der Zählerstand der Zähler­ einheit 45 in eine zeitliche Größe umgewandelt, mit den Zeitdaten des Uhrenschaltkreises 42 verglichen und die Abweichung in einen Korrekturwert für den Uhrenschalt­ kreis 42 umgerechnet.

In der Fig. 2 ist eine Möglichkeit für die Durchfüh­ rung der Gangkorrektur dargestellt, bei der der Korrek­ turwert auf 24 Korrekturschritte innerhalb eines Tages verteilt wird - beispielsweise wird eine Korrektur zu jeder vollen Stunde vorgenommen. Beispielsweise wird bei einem Schwingquarz mit der Frequenz f = 32.768 s^-1 - innerhalb einer Sekunde werden demzufolge 32.768 Tak­ te und innerhalb einer Stunde 117.964.800 Takte ausge­ geben - eine Abweichung von 0,2 s pro Tag zwischen zwei an aufeinanderfolgenden Tagen stattfindenden Synchroni­ sationen festgestellt (6.554 Takte). Dieser Korrektur­ wert wird zu gleichen Teilen auf die 24 stündlichen Korrekturschritte verteilt, so daß zu jeder vollen Stunde eine Korrektur um jeweils 273 Takte - entspre­ chend einer zeitlichen Korrektur von jeweils 8 ms - er­ folgt.

Falls die Funkuhr jedoch zweimal am Tage synchronisiert wird, können diese beiden um 2.00 Uhr und 3.00 Uhr stattfindenden Synchronisationen zur Feststellung der Gangabweichung und Durchführung der entsprechenden Kor­ rekturschritte herangezogen werden.

Claims (5)

1. Funkuhr (40) mit einer Empfangseinheit (41) zur Auf­ nahme des von einem Zeitzeichensender (10) über eine HF-Strecke (20) abgestrahlten Zeitzeichensignals (30), einem Uhrenschaltkreis (42) mit Schwingquarz und einer Anzeigeeinheit (43), dadurch gekennzeichnet, daß die Funkuhr (40) Schaltungsmittel (44, 45, 46, 47) auf­ weist, durch die eine Gangkorrektur der Frequenz des Schwingquarzes durchführbar ist.

2. Funkuhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zweimaligen aufeinanderfolgenden Synchronisa­ tion der Funkuhr durch die Schaltungsmittel (44, 45, 46, 47) der vom Uhrenschaltkreis (42) vorgegebene Zeit- Istwert mit dem jeweils vom Zeitzeichensender (10) übermittelten Zeit-Sollwert verglichen wird, und daß in Abhängigkeit dieses Vergleichs die Gangkorrektur der Frequenz des Schwingquarzes durchführbar ist.

3. Funkuhr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß als Schaltungsmittel eine Steuereinheit (44), eine Zählereinheit (45), eine Recheneinheit (46) und eine Speichereinheit (47) vorgesehen sind.

4. Funkuhr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer ersten Synchronisation der Funkuhr die Steuereinheit (44) einen Zählvorgang der Zählereinheit (45) startet, daß bei der nächsten Synchronisation der Funkuhr die Steuereinheit (44) den Zählvorgang der Zählereinheit (45) beendet, daß die Re­ cheneinheit (46) den Zählerwert der Zählereinheit (45) in eine zeitliche Größe umwandelt, daß die Steuerein­ heit (44) diese zeitliche Größe mit dem vom Uhren­ schaltkreis (42) vorgegebenen Zeitwert vergleicht, hieraus eine Korrekturgröße ableitet und in der Spei­ chereinheit (47) abspeichert, und daß die Steuereinheit (44) den Schwingquarz des Uhrenschaltkreises (42) in Abhängigkeit der Korrekturgröße in mindestens einem Korrekturschritt mit einem Korrekturwert beaufschlagt.

5. Funkuhr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (44) die Korrek­ turschritte in bestimmten zeitlich aufeinanderfolgenden Intervallen durchführt.