DE2715096C2 - Anordnung zur Gewinnung und Anzeige einer Zeitinformation, bestehend aus einer Funkuhr und einer mit dieser räumlich zusammengefaßten Quarzuhr - Google Patents

Description

manchen Fernsehgeräten Anwendung finden, ist nach jedem Netzausfall die Anzeige fehlerhaft.

2. Bei der Funkuhr

— Bei Senderausfall, wie er z. B. bei Reparaturen und Wartungsdiensten möglich ist, ist keine Zeitanzeige vorhanden (keine Gangreserve).

— Fällt der Sender aus, so kann dies dann, wenn die Uhrzeit sehr wichtig ist, wie z. B. beim Wecken zu einer gewünschten Zeit, so nachteilig sein, daß eine Funkuhr nicht eingesetzt werden kann.

— Die Leistungsaufnahme eines Empfängers ist insbesondere im analogen Empfängerteil bei dem heutigen Stande der Technik noch so hoch, daß eine Batterieversorgung für einen größeren Zeitraum wie z. B. ein Jahr nicht zu realisieren ist.

— Empfindlichkeit gegen elektromagnetische Störeinflüsse.

Diese Nachteile können durch eine geeignete Kombination der beiden räumlich zusammengefaßten Uhrentypen beseitigt werden. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Quarzuhr und eine Funkuhr funktionell so zusammenzufassen, daß sich bei geringstmöglichen Energieverbrauch der gesamten Anordnung eine hohe Ganggenauigkeit unter Elimination von Störungen der Funkuhr und ohne manuelle Einstellung ergibt.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Maßnahmen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung ist in der Figur dargestellt.

Durch die Kombination beider Uhrsysteme entsteh; ein völlig neuer Uhrentyp. Es ist gekennzeichnet durch das Fehlen jeglicher Einstellmittel, durch hohe, in ihrem Wert genau festlegbare Ganggenauigkeit, durch Unempfindlichkeit gegenüber Funkstörungen einfach dadurch, daß der Empfängerteil ja meistens ausgeschaltet ist, durch ein Minimum des Leistungsverbrauchs und durch ein automatisch erfolgendes Alarmsignal, wenn die Genauigkeit der Zeilanzeige, z. B. bei Nachlassen der Batteriespannung, nur noch durch zu häufiges Einschalten der Funkuhr gehalten werden kann. Das heißt es gibt einen klar definierten und erkennbaren Zeitpunkt zum Auswechseln der Batterie.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung schaltet die Quarzuhr bei Erreichen vorgegebener und vorzugsweise wählbarer Registerzustände die Funkuhr kurzzeitig ein. Die Funkuhr liefert dann ein sehr genaues Zeitsignal, welches die Daten des die Anzeige steuernden Zeitregisters vorran^i" einstellt bzw. korrigiert Die Daten, welche die Einschaltung steuern und die vorzugsweise in einem Nachstellregister abgelegt sind, entsprechen einem definierten Anfangszustand, einer erkannten Fehlanzeige oder einem von der Zeitabweichung des letzten Zeitvergleiches abhängigen, noch zulässigen Zeitintervall des ausschließlich autonomen Betriebes. Dieses Zeitintervall wird im Interesse ^f eines geringen Energieverbrauches so groß wie möglich gemacht, darf aber wegen der vorgegebenen maximalen zulässigen Zeitabweichung einen bestimmten Wert nicht überschreiten.

Die Intervalle, in denen die Funkuhr ausgeschaltet bleibt, werden also in ihrer Länge verwiegend von der autonomen Uhr nach Maßgabe der festgestellten Abweichung während der kurzen Einschaltdauer bestimmt.

Betrachten wir die Betriebsweise einer erfindungsgemäßen Uhr für den Fall, daß sie mit einer Batterie betrieben werden soll. Nach dem manuellen Einsetzen der Batterie läuft ein Vorgang ab, der zunächst sämtliche Register auf Null stellt. Dadurch wird die ι > Funkuhr kurzzeitig eingeschaltet und dabei die Zufuhr der Impulse vom Quarz über den Frequenzteiler zum Zeitregister solange unterbunden, bis die Funkuhr eine vollständige Zeitinformation geliefert hat. (Der Frequenzteiler kann hierbei separat vorhanden, oder, wenn .'ο das Zeitregister auch als Zähler ausgebildet ist, Bestandteil des Zeitregisters sein.) Kommt sie innerhalb eines genügend groß bemessenen Zeitintervalles nicht zustande, weil z. B. der Sender nicht arbeitete, wird die Einschaltung nach einer gewissen Zeit, z. B. nach 2ΐ 10 Minuten wiederholt. Die erste Zeitinformation wird nun nicht nur in das Zeitregister sondern auch in eine weiteres Nachstellregister übertragen. Dort wird sie um einen bestimmten Betrag erhöht der einer festgelegten Zeitspanne, z. B. einem Monat entspricht. Sobald nun der Monat abgelaufen ist, stimmen Nachstellregister-Inhalt und Zeitregister-Inhalt überein. Diese Übereinstimmung wird mit bekannten Schaltungsmitteln festgestellt und veranlaßt dann das kurzzeitige Einschalten der Funkuhr. Man ermittelt dann die zeitliche Verschiebung 3t der Funkuhrzeit zu der Quarzuhrzeit, synchronisiert die letztere durch Verändern des Frequenzteilerzustandes und korrigiert dann den Zeitregister-Inhalt mit der Funkuhr-Information. Die ermittelte zeitliche Differenz zwischen den Zeitinformationen der beiden Uhren wird to jetzt mit bekannten Schaltungsmitteln umgesetzt in einen Zeitspannenbetrag, z. B. 2 Monate, nach dem die Funkuhr wieder zur Korrektur eingeschaltet werden soll. Sinkt die ermittelte Zeitspanne unter einen festlegbaren Wert ab, z. B. unter 14 Tagen, so ist dies ein 4ϊ Zeichen dafür, daß entweder die Quarzuhr nicht in Ordnung ist, oder daß die Batterie verbraucht und dadurch die Batteriespannung zu sehr abgesunken ist. Dann wird ein Alarmsignal ausgelöst, das z. B. darin bestehen kann, daß die im Sekundentakt pumpenden Punkte zwischen den Stunden- und Minutenziffern einer LCD-Anzeige jetzt plötzlich mit der doppelten Frequenz arbeiten, d. h. im Halbsekundentakt. Bei Störungen der Anzeige, die mit bekannten Mitteln aus der Zulässigkeit der Anzeigen (z. B. sind für die Zehnerstelle " der Stunden nur Ziffern 0, 1, 2 erlaubt) oder aus der vorhersehbaren Sequenz der Uhrzeiten ermittelt werden können, wird eine Nullstellung des Zeitregisters und des Nachstellregisters vorgenommen, sodaß das Einschalten der Uhrzeit wie nach dem Ersetzen der ο Batterie abläuft.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (23)

1 Patentansprüche:

1. Anordnung zur Gewinnung und Anzeige einer genauen Zeitinformation, bestehend aus einer Funkuhr und einer räumlich mit dieser zusammengefaßten, ein durch die Funkuhr einstellbares bzw. korrigierbares und die Anzeige steuerndes Zeitregister enthaltenden Quarzuhr, dadurch gekennzeichnet, daß die Quarzuhr die Funkuhr bei Erreichen vorgegebener und vorzugsweise wählbarer Daten von Nachstellregistern kurzzeitig einschaltet und nach einer Prüfung der Richtigkeit von von der Funkuhr empfangenen Zeitmarken mit einer aus diesen gebildeten Zeitinformation den Inhale des die Anzeige steuernden Zeitregisters einstellt bzw. korrigiert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aufwendige Schaltelemente, Stromversorgung und Anzeigemittel :iu.- einmal vorhanden sind und von beiden Uhren gemeinsam genutzt werden, und daß nur ein einziger Quarz ais frequenzbestimmendes Schaltmittel Verwendung findet, dessen Frequenz sowohl als Basis der Frequenzteilung als auch als Basis der Takterzeugung und gegebenenfalls als Basis von Mischung, Demodulation und Filterung dient.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Einschaltung der Funkuhr bewirkenden Daten einem Anfangszustand, der sich nach dem Einschalten der Stromversorgung ergibt, entsprechen.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Einschaltung bewirkenden Daten eine fehlerhafte und als solche erkannte Anzeige der Quarzuhr darstellen.

5. Anordnunj nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Einschaltung bewirkenden Daten einer periodisch wiederkehrenden Zeitanzeige entsprechen.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen der Zeitinformation der Funkuhr und der Zeitinformation der Quarzuhr während des kurzzeitigen Einschaltens der Funkuhr dazu benutzt wird, die Länge des Zeitintervalles bis zu deren nächsten Einschalten festzulegen und die entsprechenden Daten zu erzeugen.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen der Zeitinformation der Funkuhr und der Zeitinformation der Quarzuhr während des kurzzeitigen Einschaltens der Funkuhr dann, wenn diese Differenz einen vorgegebenen Wert überschreitet, dazu benutzt wird, ein ständiges Alarmsignal zu erzeugen.

8. Anordnung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß das Alarmsignal darin besteht, daß die Blinkfrequenz der im Sekundentakt pumpenden Punkte zwischen den Stunden- und Minutenziffern einer LCD-Anzeige verdoppelt wird.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltdauer der Funkuhr so bemessen wird, daß Prüfungen auf die Richtigkeit der empfangenen Zeitmarken durchgeführt werden können.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfungen darin bestehen, daß zwei oder mehrere Zeitmarken in der richtigen numerisch

aufsteigenden Sequenz empfangen werden.

11. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einschaltdaten die Funkuhr nach fest eingestellten Zeitabschnitten wieder eingeschaltet wird.

12. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeiennet, daß die Anordnung eine Anschlußbuchse enthält, mit der eine Verbindung zu einer weiteren autonomen Quarzuhr möglich wird, so daß ζ. Β. eine quarzgesteuerte Armbanduhr durch einen kurzzeitigen Anschluß genau gestellt werden kann.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Einschaltung der Funkuhr in Zeiten fehlender Funksignale geschieht, sie solange dauert, bis wieder wenigstens eine vollständige und richtige Zeitinformation erscheint und verarbeitet wird.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn während eines kurzzeitig erfolgenden Einschaltens der Funkuhr, z. B. wegen Aussetzens des Sender, keine vollständige und richtige Zeitinformation gebildet wird, ein weiteres kurzzeitiges Einschalten nach einem definierten Zeitintervall wiederholt wird.

15. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des kurzzeitigen Einschaltens der Funkuhr der Anfangszeitpunkt des Sekundenintervalles der autonomen Uhr mit dem Anfangszeitpunkt des empfangenen Sekundenintervalles in Übereinstimmung gebracht (synchronisiert) wird.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisation durch Einstellung des Frequenzteilers der Quarzuhr geschieht.

17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Frequenzteilerstufen mit den niedrigen Teilerfrequenzen eingestellt werden.

18. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Genauigkeit der Anzeige einstellbar ist.

19. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Zeitinformationen dazu benutzt wird, die Quarzfrequenz nachzuregein.

20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Einschalten der Funkuhr ein Frequenzvergleich der Quarzfrequenz mit der Empfangsfrequenz der Funkuhr bzw. den aus ihnen abgeleiteten Frequenzen durchgeführt wird und daß die Frequenz des Quarzes in Abhängigkeit der festgestellten Differenz auf ihren Sollwert nachgeregelt wird.

21. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quarzfrequenz und/oder die aus ihr abgeleiteten Frequenzen so mit der Empfangsfrequenz der Funkuhr gemischt werden, daß die benötigte hohe Frequenzselektion bei niedrigen Zwischenfrequenzen geschieht, bei denen das Verhältnis von Durchlaß-Bandbreite zu Mittelfrequenz relativ groß wird.

22. Anordnung nach einem der Ansprüche 20 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus der Quarzfrequenz abgeleitete Frequenz für eine Synchrondemodulation eines Zwischenfrequenz-Signales verwendet wird.

23. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt des Zeitregisters nicht in seiner Gesamtheit zur Anzeige gebracht wird, sondern daß vermittels eines Durchschaltenetzwerkes, das weniger Stellen durchläßt als das Zeitregi-

ster aufweist, ein gewünschter Teil der Zeitinformation ausgewählt und zur Anzeige gebracht werden kann.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Gewinnung und Anzeige einer genauen Zeünformation nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Infolge der historischen Entwicklung versteht man unter einer funkuhr meist ein Empfangsgerät, das die per Funk ausgestrahlten Zeitzeichen empfängt und lediglich zur Darstellung bringt, siehe z. B. die Offenlegungsschrift 16 73 793 vom 23.3.67 oder die Veröffentlichung :>Drahtlos gesteuerte Uhren mit Normalzeit-Ziffernanzeige« in Elektronik Nov. 67. S. 325—328 und Dez. 67, S. 377—380. Nachdem vor einigen Jahren (1972) der Normalfrequemcsender DCF 77 der deutschen Bundespost in Mairflingen, der im Auftrage der PTB betrieben wird und mit einer Trägerfrequenz von 77,5 kHz arbeitet, mit einer entsprechenden dauernden Zeitzeichenmodulation ausgerüstet worden ist, bei der innerhalb eines jeden Minutenintervalles das vollständige Zeittelegramm ausgesendet wird, können solche Funkuhren auch realisiert und betrieben werden und es sind auch schon eine große Menge verschiedener Ausführungen bekanntgeworden. Einige dieser bekanntgewordenen Funkuhren arbeiten auch mit einer Gangreserve, d. h. mit einer Einrichtung, die einen eigenen Quarzoszillator enthält, auf den dann umgeschaltet wird, wenn uie Senderfrequenz nicht mehr empfangen werden kann. Hierbei bestimmt das Ausbleiben der Funksignale das Zuschalten der Gangreserve, also einen gewissen autonomen Betrieb. In diesem Fall geht die Aktion wie bei dem ersten genannten Verfahren im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen Anordnung von der Funkuhr aus und ist auf die autonome Uhr gerichtet. Der Leistungsverbrauch einer solchen Funkuhr mit Gangreserve ist wegen des dauernd eingeschalteten Empfängerteiles so hoch, daß ein Batteriebetrieb über ein Jahr nach dem jetzigen Stand der Technik nicht in Frage kommt. Das Vorsehen einer Gangreserve kann ebenfalls schon als eine Kombination einer Funkuhr mit einer autonomen Quarzuhr angesehen werden. Sie ist jedoch nur eine sehr lose Kombination der beiden Uhrentypen, wenn man sie zum Beispiel mit einer Variante der erfindungsgemäßen Kombination vergleicht, bei der die Quarzfrequenz der autonomen Quarzuhr nicht nur bei Ausfall der Funkuhr bzw. des Zeitzeichensenders einspringt, sondern bei der diese Quarzfrequenz überhaupt erst das Funktionieren der Funkuhr ermöglicht, indem sowohl die Taktfrequenz a" auch die Mischfrequenz der Funkuhr direkt aus ihr, bzw. aus den aus ihr entstandenen Signalen entstehen. Darüber hinaus ist die Verflechtung von Quarzuhr und Funkuhr in einer Weitergestaltung der Erfindung insofern noch sehr viel enger als bei den bekannten Anordnungen, als die Quarzuhr die Funkuhr nur kurzzeitig einschaltet, damit die autonome Quarzzeit dann jeweils auf den richtigen Wert gestellt werden kann und daß die Dauer der dann folgenden langen autonomen Zeitperioden aus dem Vergleich der Funkuhrzeit mit der Quarzuhrzeit, bzw. aus eier ' gemessenen Zeitabweichung bestimmt wird. Einige räumlich zusammengefaßte Kombinaiionen von Funkuhr und Quarzuhr und auch in Offenlegungsschriftcn bekanntgeworden. In der Dt-OS 25 39 224 wild z. B. eine Anordnung der eingangs genannten Art beschrieben, bei der die Zeitsignal eines Senders von einem Empfänger empfangen werden, der dann die Quarzuhrzeit korrigiert. Im Prinzip findet man diesen Gedanken auch in den Anordnungen aus der Anfangszeit der Rundfunktechnik, bei denen die Zeitzeichen des Rundfunks die z. B. um die Mittagszeit empfangen wurden, zum Korrigieren der Uhrzeit einer ansonsten autonomen Uhr verwendet worden sind, siehe z. B. die Funkschau Nr. 6 vom 7. 2.37 »Das Nauener Zeitzeichen feiert Jubiläum«. In der erfindungsgemäßen Anordnung liegt jedoch ein Sender vor, der dauernd Zeitzeichen aussendet und empfangsseitig wird aus Gründen der Leistungsersparnis und des Schutzes vor Störungen aufgrund von gespeicherten Daten der Quarzuhr entschieden, wann die Funkuhr kurzzeitig einzuschalten ist: dann nämlich, wenn die Wahrscheinlichkeit wächst, daß die autonome Quarzuhrzeit aus dem zugelassenen Genauigkeitsbereich herausläuft. Die Quarzuhr erhält die Daten des Einschaltzeitpunktes aus dem Vergleich der Funkuhrzeit mit der Quarzuhrzeit bei dem jeweils vorausgegangenen Einschaltvorgang. Mit keiner der anderen bekanntgewordenen Kombinationen wird aufgrund der Genauigkeitsanforderungen das Intervall der autonom betriebenen Quarzuhr über Wochen oder Monate hinaus ganz individuell festgelegt.

In einer anderen Offenlegungsschrift DE-OS 25 36 448 ist eine Anordnung bekanntgeworden, welche sich auf die Übertragung von Pulscode-Informationen mittels einer Modulation durch Frequenzumtastung bezieht. In ihr wird darauf hingewiesen, daß der Oszillator des Empfängers auch als Zeitbasis einer Armbanduhr dienen kann. Der Empfänger hat darüber hinaus als Überlagerungsempfänger die üblichen Mischer, Frequenzvervielfacher, und Frequenzteiler aufzuweisen. Die erfindungsgemäße Schaltung unterscheidet sich demgegenüber nicht nur darin, daß als Oszillator der Zeitbasis ein hochkonstanter Quarzoszillator verwendet wird, was erfindungsgemäß unerheblich wäre, sondern hauptsächlich darin, daß Frequenzen der Funkuhr d. h. die Taktfrequenz und die Mischfrequenz des Funkuhrenempfängers aus einer einzigen Quarzfrequenz abgeleitet werden.

Sowohl Quarzuhren als auch Funkuhren haben für sich allen betracht, folgende Nachteile:

1. Bei der Quarzuhr

— Zu Anfang, z. B. nach dem Einsetzen einer Batterie, muß die Uhr gestellt werden. Ein genauer Zeitgeber ist dafür erforderlich.

— Der Mensch muß die Zeitgeberinformation, wie sie z. B. durch das nur zu bestimmten Tageszeiten im Fernsehen ausgestrahlte Ziffernblatt gegeben ist, manuell auf die Quarzuhr übertragen. Ungenauigkeiten lassen sich dabei nicht vermeiden und Fehler sind möglich.

— Nach einer längeren Laufzeit müssen autonome Quarzuhren nachgestellt, d. h. in ihrer Anzeige korrigiert werden.

— Bei Nachlassen der Batteriespannung kann die Anzeige sehr ungenau werden.

— Es ist keine Kontrolle darüber vorhanden, wie genau die Quarzuhr wirklich ist und/oder ob sie d_"xh einen Defekt des Quarzes völlig aus dem Rahmen der marktüblichen oder zugesicherten Genauigkeit fällt.

— Bei netzbetriebenen Quarzuhren, wie sie z. B. in