EP2299337B1 - Empfangsanlage für funksynchronisierte Signale für die Einstellung einer Zeitbasis und Verfahren zur Steuerung dieser Empfangsanlage - Google Patents

Empfangsanlage für funksynchronisierte Signale für die Einstellung einer Zeitbasis und Verfahren zur Steuerung dieser Empfangsanlage Download PDF

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EP2299337B1
EP2299337B1 EP09170980A EP09170980A EP2299337B1 EP 2299337 B1 EP2299337 B1 EP 2299337B1 EP 09170980 A EP09170980 A EP 09170980A EP 09170980 A EP09170980 A EP 09170980A EP 2299337 B1 EP2299337 B1 EP 2299337B1
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EP
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frequency
signals
antenna
receiver
oscillator
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Carlos Velasquez
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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04R—RADIO-CONTROLLED TIME-PIECES
    • G04R20/00—Setting the time according to the time information carried or implied by the radio signal
    • G04R20/08—Setting the time according to the time information carried or implied by the radio signal the radio signal being broadcast from a long-wave call sign, e.g. DCF77, JJY40, JJY60, MSF60 or WWVB
    • G04R20/10—Tuning or receiving; Circuits therefor

Definitions

  • the invention relates to a radio-synchronous signal receiver for adjusting a time base, in particular for a timepiece, such as a watch.
  • the receiver comprises a radio-synchronous signal receiving antenna, at least one low-noise amplifier for amplifying and filtering the signals picked up by the antenna, a frequency converting unit for frequency conversion of the filtered and amplified picked-up signals and a unity of processing receiving data signals from the conversion unit for setting the time base.
  • a frequency selection circuit is controlled by a processing unit to adapt to the frequency of the received radio-synchronous signals, whose frequency may be at 40 kHz, 50 kHz or 60 kHz.
  • the signals received are frequency converted in a mixer by oscillating signals provided by a crystal oscillator. With a frequency of the crystal oscillator set at 50 kHz, it is possible to pick up radio waves at 40 kHz or 60 kHz by having at the output of the mixer intermediate signals at the frequency of the order of 10 kHz.
  • An automatic frequency controller is also provided to adapt the frequency of the oscillating signals of the local oscillator to ensure a constant frequency of the intermediate signals at the output of the mixer.
  • this receiver of complex realization does not make it possible to correct the time of a base of time of a watch.
  • this receiver is not intended to perform an automatic adjustment of the frequency of the intermediate signals in the frequency band of the band-pass filter as a function of the frequency of captured radio-synchronous signals.
  • a switch is provided as input to switch two ferrite core antennas.
  • the input stage also comprises, following the antenna, an amplifier, a 77.5 kHz quartz filter, a mixer for mixing the signals picked up by the antenna with the signals, which are at a frequency of order of 77.283 kHz, provided by a quartz oscillator.
  • a band-pass filter is provided at the output of the mixer followed by a shaping unit to provide a time-correction signal to a microcontroller connected to a clock quartz (32.768 kHz).
  • a disadvantage of this receiver circuit is that it also comprises several antennas selectable input. In addition, nothing is provided to adapt the receiver circuit according to the frequency of the radio-synchronous signals to be picked up.
  • the invention relates to a radio-synchronous signal receiver, which comprises the features mentioned in independent claim 1.
  • the frequency conversion unit 7 comprises a local oscillator stage 10 for providing frequency-determined oscillating signals Sm, at least one mixing block 4 for mixing the filtered and amplified captured signals with the oscillating signals supplied by the local oscillator stage so as to producing IF intermediate signals, a bandpass filter 5 for filtering the intermediate signals and a demodulator 6 for demodulating time data of the filtered intermediate signals to provide the data signals to the processing unit.
  • the frequency of the intermediate signals supplied by the mixer unit 4 is equal to the difference between the frequency of the oscillating signals and a carrier frequency of the captured radio-synchronous signals.
  • the frequency of the radio-synchronous signals S R picked up by the antenna 2 of the receiver 1 can be, for example, between 66 and 80 kHz, preferably at 77 kHz.
  • the oscillating signals can be adapted to a frequency of the order of 67 kHz or 87 kHz to produce IF intermediate signals at a frequency of the order of 10 kHz, which in this case is the center frequency of the bandpass filter with a bandwidth that can be of the order of 2 kHz or less.
  • the bandpass filter 5 which is preferably a narrowband active filter, can be centered at a frequency of a few kHz lower for example at 10 kHz above.
  • the frequency of the oscillating signals must of course be adapted so that, after mixing in the mixer unit 4, the intermediate signals are at a frequency close to the central frequency of the bandpass filter in order to perform a good demodulation of the data. time.
  • the demodulator 6 may also include a signal strength indicator of the intermediate signals of the RSSI type.
  • This indicator is capable of providing, in particular, an indication of the amplitude level of the signals filtered by the bandpass filter at the processing unit 8.
  • the processing unit which comprises configuration software, can adapt in several successive steps the frequency of the oscillating signals Sm supplied by the local oscillator stage 10 by means of the control signal Cm. This adaptation of the frequency of the oscillating signals by frequency step is carried out until the amplitude of the intermediate signals detected by the indicator is at a level sufficient to be able to demodulate the time data by the demodulator 6.
  • the receiver 1 comprises a switchable capacitor network 21 placed in parallel with the antenna 2 to adapt the resonance frequency at the antenna as a function of the frequency of the captured radio-synchronous signals.
  • the excitation system can be disconnected to allow reception of radio-synchronous signals.

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Claims (14)

  1. Empfänger (1) für Radiosynchronsignale (SR) zur Einstellung einer Zeitbasis, insbesondere einer Uhr, wobei der Empfänger eine Antenne (2) zum Empfangen der Radiosynchronsignale, zumindest einen zum Verstärken und Filtern der über die Antenne empfangenen Signale ausgebildeten rauscharmen Verstärker (3), eine zum Frequenzkonvertieren der vom rauscharmen Verstärker gefilterten und verstärkten empfangenen Signale ausgebildete Frequenzkonvertereinheit (7) und eine Gebersignale (data_out) der Konvertereinheit empfangende Verarbeitungseinheit (8) aufweist, um die Zeitbasis einzustellen, wobei die Konvertereinheit ferner aufweist:
    - eine Lokaloszillatorstufe (10), die zur Erzeugung oszillierender Signale (Sm) einer vorgegebenen Frequenz ausgebildet ist,
    - zumindest eine Mischereinheit (4), die zum Mischen der gefilterten und verstärkten empfangenen Signale mit den von der Lokaloszillatorstufe erzeugten oszillierenden Signalen ausgebildet ist, um Zwischensignale (IF) zu erzeugen, deren Frequenz gleich ist mit der Differenz zwischen der Frequenz der oszillierenden Signale und einer Trägerfrequenz der empfangenen Signale,
    - ein Bandpassfilter (5), der zum Filtern der Zwischensignale (IF) ausgebildet ist und
    - ein die gefilterten Zwischensignale empfangender und die Gebersignale erzeugender Demodulator (6),
    wobei die Lokaloszillatorstufe über ein Steuersignal (Cm) der Verarbeitungseinheit automatisch konfiguriert ist, um die Frequenz der oszillierenden Signale (Sm) der Lokaloszillatorstufe an die Frequenz der empfangenen Radiosynchronsignale derart anzupassen, dass sich die Frequenz der Zwischensignale (IF) im Frequenzband des Bandpassfilters wiederfindet
    und dadurch gekennzeichnet, dass der Demodulator (6) einen Stärkeindikator der Zwischensignale (IF) aufweist, der dazu geeignet ist, eine Indikation der Amplitude der über den Bandpassfilter gefilterten Signale an der Verarbeitungseinheit (8) zu erzeugen und dass die Verarbeitungseinheit eine Konfigurationssoftware aufweist, um die Frequenz der über die Lokaloszillatorstufe (10) von den Steuersignalen (Cm) erzeugten oszillierenden Signalen (Sm) anzupassen, bis sich die Amplitude der über den Indikator detektierten Zwischensignale auf einem Niveau wiederfindet, welches ausreicht, um eine Demodulation der zeitlichen Eingaben durch den Demodulator (6) zu ermöglichen.
  2. Empfänger (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokaloszillatorstufe (10) einen Referenzoszillator (11) aus einem einzigen Uhrenquarz (12) aufweist.
  3. Empfänger (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokaloszillatorstufe (10) ein Frequenzsynthesizer ist, welcher einen Uhrenquarz (12) - Oszillator (11) zum Erzeugen eines Referenzsignals (ref) für einen Phasen- und Frequenzdetektor (13) in einer Phasenregelschleife sowie einen, die über den Bandpassfilter (14) gefilterten und vom Phasen- und Frequenzdetektor bereitgestellten Signale empfangenden spannungsgesteuerten Oszillator (15) zur Erzeugung der oszillierenden Signale (Sm) sowie einen Multimodemteiler (16) zum Teilen der Frequenz der oszillierenden Signale und zum Erzeugen der Teilersignale am Phasen- und Frequenzdetektor aufweist.
  4. Empfänger (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Multimodemteiler (16) der Phasenregelschleife des Frequenzgenerators vom Steuersignal (Cm) der Verarbeitungseinheit gesteuert wird, um die Frequenz der oszillierenden Signale (Sm) durch einen zeitlich modifizierten Faktor zu teilen, um die Frequenz der oszillierenden Signale des spannungsgesteuerten Oszillators (15) anzupassen.
  5. Empfänger (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bandpassfilter (5) ein auf einem schmalen Band, auf einigen kHz-zentrierter aktiver Bandpassfilter ist.
  6. Empfänger (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlassbereich des aktiven Bandpassfilters (5) auf einer an 10 kHz angrenzenden Frequenz zentriert ist, mit einer an 2 kHz angrenzenden oder geringeren Bandbreite.
  7. Empfänger (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Schaltung veränderbarer, parallel zur Antenne (2) gesetzter Kondensatoren (21) aufweist, um die Resonanzfrequenz entsprechend der Frequenz der empfangenen Radiosynchronsignale an das Niveau der Antenne anzupassen, wobei die Auswahl der Kondensatoren der parallel zur Antenne gesetzten Schaltung durch ein von einer Logikschaltung (20) erzeugtes Konfigurationswort (Cc) bestimmt ist, wobei die Logikschaltung von einem von der Verarbeitungseinheit erzeugten Frequenzauswahlwort (SeI) gesteuert ist, um die Resonanzfrequenz an das Niveau der Antenne anzupassen.
  8. Empfänger (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass er ein mit einem Anschluss der Antenne und mit der Schaltung veränderlicher Kondensatoren (21) verbundenes Anregungssystem (22) aufweist, wobei das Anregungssystem von einem Inbetriebnahmesignal (Co) der Logikschaltung (20) gesteuert ist, um mit der Antenne (2) einen LC-Oszillator zu verwirklichen, wobei die Frequenz der Oszillation (fm) des LC-Oszillators von der Logikschaltung gemessen wird und wobei die Logikschaltung (20) ein Konfigurationswort (Cc) für die Schaltung der veränderlichen Kondensatoren (21) erzeugt, indem das Frequenzauswahlwort (Sel) und die zur Anpassung der Resonanzfrequenz an das Niveau der Antenne gemessene Frequenz der Oszillation während eines Setzens eines Ensemble ausgewählter Kondensatoren parallel zur Antenne sofort berechnet werden.
  9. Empfänger (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikschaltung (20) durch die Verarbeitungseinheit (8) in Betrieb genommen wird, wobei die Logikschaltung von einem Uhrenquarz (12) - Referenzoszillator (11) getaktet ist, und wobei die Logikschaltung zum Messen einer Anzahl von Impulsen des LC-Oszillators und einer Anzahl von Impulsen des Referenzoszillators während einer vorgegebenen Periode vorgesehen ist, wobei das Verhältnis zwischen der Anzahl der Impulse des LC-Oszillators und der Anzahl der Impulse des Referenzoszillators es ermöglicht, die Oszillationsfrequenz des LC-Oszillators zu bestimmen.
  10. Empfänger (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Uhrenquarz (11) - Referenzoszillator Teil der Lokaloszillatorstufe der Frequenzkonvertereinheit (7) ist.
  11. Verfahren zur Inbetriebnahme eines Empfängers (1) für Radiosynchronsignale nach einem der vorhergehenden Ansprüche, um eine Zeitbasis, insbesondere einer Uhr, zu regeln, wobei das Verfahren einen initialen Schritt des Konvertierens der über die Antenne empfangenen Radiosynchronsignale (SR) in Zwischensignale (IF) durch Mischen der empfangenen, gefilterten und verstärkten Signale mit von der Lokaloszillatorstufe (10) erzeugten oszillierenden Signalen (Sm) in einer Mischereinheit (4) aufweist, wobei das Verfahren die Schritte bestehend aus:
    - automatisches Anpassen der Frequenz der oszillierenden Signale (Sm) der Lokaloszillatorstufe (10) über ein Steuersignal (Cm) der Verarbeitungseinheit, bis sich die Frequenz der Zwischensignale (IF) in dem Frenquenzband des Bandpassfilters (5) der Konvertereinheit (7) wiederfindet und
    - Demodulieren der zeitlichen Eingabe der Zwischensignale im Demodulator (6), um die Gebersignale (data_out) für die Verarbeitungseinheit zum Einstellen der Zeitbasis zu erzeugen und
    dadurch gekennzeichnet,
    dass während der Phase der Anpassung der Frequenz der Oszillationssignale ein Hinweis der Amplitude der gefilterten Zwischensignale (IF) vom Demodulator (6) für die Verarbeitungseinheit (8) erzeugt wird, um es der Verarbeitungseinheit, welche eine Konfigurationssoftware aufweist, zu ermöglichen, die Frequenz der oszillierenden Signale (Sm) durch das Steuersignal (Cm) anzupassen, bis sich die Amplitude der vom Indikator des Demodulators detektierten Zwischensignal auf einem Niveau wiederfindet, welches zum Demodulieren der zeitlichen Eingaben durch den Demodulator (6) ausreicht, aufweist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Frequenz der oszillierenden Signale (Sm) einmal entsprechend der Frequenz der über die Antenne empfangene Radiosynchronsignale zum Erhalten von Zwischensignalen einer ausreichenden Amplitude angepasst ist, die Resonanzfrequenz des Niveaus der Antenne (2) an die Frequenz der empfangenen Radiosynchronsignale angepasst ist, während parallel zur Antenne ein Ensemble ausgewählter Kondensatoren einer Schaltung veränderlicher Kondensatoren (21) gesetzt wird, welches über ein Konfigurationswort (Cc) einer Logikschaltung gesteuert wird, welches von einem von der Verarbeitungseinheit erzeugten Frequenzauswahlwort (SeI) abhängt.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikschaltung ein Inbetriebnahmesignal (Co) an ein Anregungssystem (22) bereitstellt, welches mit einem Anschluss der Antenne und mit der Schaltung veränderlicher Kondensatoren verbunden ist, um einen LC-Oszillator mit der Antenne (2) zu verwirklichen, wobei die Frequenz der Oszillation (fm) des LC-Oszillators von der Logikschaltung gemessen wird, um ein Konfigurationswort (Cc) für die Schaltung veränderlicher Kondensatoren (21) zu erzeugen, während das Frequenzauswahlwort (SeI) zur automatischen Anpassung der Resonanzfrequenz während des Setzens des Ensembles ausgewählter Kondensatoren parallel zur Antenne sofort berechnet wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass während der Anpassung der Resonanzfrequenz an das Niveau der Antenne eine Messung der Oszillationsfrequenz in der Logikschaltung während der Berechnung einer Anzahl von Impulsen des LC-Oszillators und einer Anzahl von Impulsen des Referenzoszillators (11) erfolgt, welcher die Logikschaltung während einer bestimmten Periode taktet, wobei das Verhältnis zwischen der Anzahl der Impulse des LC-Oszillators und der Anzahl der Impulse des Referenzoszillators es ermöglicht, die Oszillationsfrequenz des LC-Oszillators zum Definieren des Konfigurationsworts (Cc) bei sofortigem Berechnen des Frequenzselektionsworts (SeI) zu bestimmen.
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