DE3531548C2 - - Google Patents
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- 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
- G04R20/12—Decoding time data; Circuits therefor
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- Circuits Of Receivers In General (AREA)
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen mikroprozessorkompatiblen
digitalen Funkzeitzeichenempfänger nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Empfänger ist aus
der Darmstädter Dissertation D 17 vom 20. Juni 1986 von
R. Kalhöfer, "Die Realisierung kompakter störsicherer Funkuhren
mit den Mitteln der Mikroelektronik" in Verbindung
mit der DE-OS 30 43 867, die sich ausdrücklich auf diese Dissertation
bezieht, bekannt.
Bekannt sind Funkzeitzeichenempfänger, die nach dem Audionprinzip
(z. B. DE-OS 32 36 162), nach dem Prinzip des
Geradeausempfängers (z. B. DE-OS 29 10 535, DE-AS 24 13 712)
oder nach dem Überlagerungsprinzip (z. B. DE-OS 26 43 250) arbeiten.
Weiterhin sind Empfänger für Funkzeitzeichen mit Mikroprozessor
bekannt, z. B. DE-OS 30 43 867, DE-OS 31 01 406 oder
DE-OS 31 28 895.
Die genannten Anmeldungen beruhen auf bisher bekannten Empfängerprinzipien.
Nachteilig ist z. B. beim Audionprinzip
eine sehr schwer beherrschbare definierte Rückkopplung und
die damit verbundene Neigung zu Eigenschwingungen. Beim Geradeausempfänger
besteht ebenso eine Schwingneigung. Beim
Überlagerungsprinzip ist dagegen ein aufwendiger Aufbau
(Oszillator, Mischer, Filterstufen) notwendig. Bei allen
genannten Prinzipien von Funkzeitzeichenempfängern ist eine
Demodulationseinrichtung (z. B. Differenzverstärker gemäß
der genannten Dissertation) mit nachfolgendem Tiefpaß notwendig.
Es werden ausschließlich schmalbandige Empfängerschaltungen
mit einem nichtlinearen Demodulationsverhalten
verwendet, die grundsätzlich für eine Signaldetektion mit
Hilfe von Korrelationsverfahren geeignet sind. Teilweise
werden in den oben erwähnten Anmeldungen Mikroprozessoren
vewendet, die im wesentlichen zur Dekodierung des Funkzeitzeichens
dienen. Eine Detektion des Funkzeitzeichens
aus dem unter Umständen gestört empfangenen Signal wird
bei einigen Anmeldungen ausgeführt. Die dabei verwendeten
Korrelationsverfahren erfordern jedoch unwirtschaftlich
große Speicher- und Rechenkapazitäten. Eine Vollintegration
ist nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfachen sehr empfindlichen,
störsicheren und mit einem weiten Dynamikbereich
versehenen mikroprozessorkompatiblen digitalen Funkzeitzeichenempfänger
zu schaffen. Er ist ausgelegt für hochfrequenz
ausgesendete Funkzeitzeichen mit Amplitudenmodulation,
z. B. des Senders DCF 77.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei der Erfindung ist der Empfangsschwingkreis breitbandig
ausgeführt. Es werden keine weiteren Filterkreise benötigt
und zusätzliche genaue stabile Oszillatoren für Mischzwecke
werden ebenfalls nicht gebraucht. Die Eigenfrequenz
des erfindungsgemäß beschalteten Differenzverstärkers (3)
ist prinzipbedingt hinreichend kurzzeitstabil, so daß keine
Stabilisierungsschaltungen notwendig sind.
Die Spannungsverstärkung des hochfrequenten Eingangssignals
kann gering gehalten werden, weil der nachfolgende Differenzverstärker
(3) mit der erfindungsgemäßen Ausführung der
Beschaltung eine sehr hohe Empfindlichkeit aufweist. Die
Verstärkung kann im Vergleich zu vorhandenen Empfängerprinzipien
um den Faktor 1000 kleiner sein, was einen sehr
kleinen Verstärkeraufwand und eine sehr geringe Schwingneigung
durch parasitäre Mitkopplungen bedingt.
Weiterhin ist kein Demodulator notwendig, da die Signaldetektion
und Signaldekodierung rein digital im Mikroprozessor
erfolgt.
Durch das breitbandige und lineare Übertragungsverhalten
der Empfängerschaltung sind die Voraussetzungen für die Anwendung
von Korrelationsverfahren geschaffen, wobei auch
stark gestörte Funkzeitzeichen dekodiert werden können.
Die verwendeten Korrelationsverfahren erfordern nur geringen
Soft- und Hardwareaufwand für den Mikroprozessor und
den zugehörigen Speicher, so daß eine wirtschaftliche monolithische
Integration möglich ist.
Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers (3) kann ohne
Analog-Digital-Wandler bzw. ohne Interfaceschaltungen direkt
in einem Mikroprozessor (9) verarbeitet werden. Zur
Verarbeitung des niederfrequent gewandelten, unter Umständen
gestörten Funkzeitzeichens werden lediglich die Frequenzänderungen
des Ausgangssignals des beschalteten Differenzverstärkers
(3) ausgewertet, die durch die Amplitudenänderungen
des hochfrequenten Funkzeitzeichens hervorgerufen
werden.
Insgesamt ergibt sich erfindungsgemäß ein mikroprozessorkompatibler,
digitaler Funkzeitzeichenempfänger mit sehr
einfacher Struktur, sehr großer Dynamik und hoher Empfindlichkeit,
der bis auf die Antenne sehr leicht monolithisch
zu integrieren ist und hohe Störsicherheit aufweist.
Ein Ausführungsbeispiel der oben genannten Erfindung wird mit Hilfe der Fig. 1 erläutert:
Der abstimmbare Empfangsschwingkreis (1) empfängt die hochfrequent
ausgesendeten Funkzeitzeichen mit Amplitudenmodulation,
die dem Verstärker (2) zugeführt werden. Dieser verstärkt
das Eingangssignal um den Faktor 10 bis 100, so daß am
Ausgang ein Signal im mV-Bereich ansteht, das außerdem niedere
Impedanz aufweist. Der nachfolgende Differenzverstärker
(3) ist als selbstschwingende Kippstufe beschaltet. Das
RC-Glied, gebildet aus dem Widerstand (7) und dem Kondensator
(8), bestimmt zusammen mit dem Verhältnis der Widerstände
(5) und (6) die Eigenfrequenz der mit dem Differenzverstärker
(3) gebildeten Kippstufe. Die Schaltschwelle der
Kippstufe wird durch das aus dem Verstärker (2) über den
Widerstand (4) geleitete Hochfrequenzsignal gesteuert. Der
Widerstand (4) dient als Kopplungsglied.
Die daraus resultierende Änderung der Schwingfrequenz der
Kippstufe ist streng linear abhängig von der Amplitudenänderung
des hochfrequenten Signals
Die Dimensionierung der Beschaltung des Differenzverstärkers
(3) erfolgt dermaßen, daß der Spannungshub am Kondensator
(8) sehr klein gehalten wird und im mV-Bereich liegt.
Dies wird durch die Dimensionierung der Widerstände (5) und
(6) erreicht, wobei der Widerstand (5) wesentlich größer als
der Widerstand (6) sein muß. Die Dimensionierung des RC-
Gliedes, gebildet aus dem Widerstand (7) und dem Kondensator
(8), erfolgt aus:
wobei ω₀ die Trägerfrequenz des Hochfrequenzsignals
ist, um im streng linearen Arbeitsbereich der
Kippstufe zu arbeiten. Im Ausführungsbeispiel für DCF 77
(l₀=77,5 kHz) ist τ=1 ms.
Der Differenzverstärker wird vorteilhaft mit Hilfe eines monolithisch
integrierten Komparators ausgeführt. Der Ausgang
des Differenzverstärkers (3) mit der vorliegenden Beschaltung
liefert das gewandelte hochfrequente Signal in Form einer
Rechteckspannung, die je nach Amplitude der hochfrequenten
amplitudenmodulierten Eingangsfrequenz ihre Schwingfrequenz
ändert.
Der Eingang des Mikroprozessors (9) wird direkt mit dem
Ausgang des Diffrenzverstärkers (3) verbunden. Der Mikroprozessor
rechnet über eine Zeitzählerschaltung die vorliegenden
Periodendaueränderungen der zugeführten Rechteckspannungen
aus.
Über die Widerstände 10₁ bis 10 n besteht die Möglichkeit, über
digitale Ausgangsleitungen des Mikroprozessors (9) die
Schaltschwelle der Kippstufe zu beeinflussen. Dadurch kann
der Arbeitsbereich der Kippstufe entsprechend der HF-Signalamplitude
in einem weiten Bereich geändert werden, was z. B.
zu der Auswertung unterschiedlicher Amplituden dieses HF-
Signals dient.
Die Signalaufbereitung im Mikroprozessor (9) des niederfrequent
gewandelten Ausgangssignals des Differenzverstärkers
(3) wird mit Hilfe statistischer Methoden, insbesondere der
Kreuzkorrelationsmethode, durchgeführt.
Eine Ausführungsmöglichkeit besteht in der binären digitalen
Kreuzkorrelation zwischen den binär digitalisierten niederfrequenten
Ausgangssignalen des Differenzverstärkers (3)
und einem Speicher des Mikroprozessors abgelegten idealisierten
Muster aus dem Zeichenvorrat des niederfrequenten
Funkzeitzeichens mit Hilfe einer im Mikroprozessor realisierten
EXNOR oder EXOR Verknüpfung.
Eine weitere sehr günstige Möglichkeit der Kreuzkorrelation
besteht bei der Verwendung von amplitudenkontinuierlich
digitalisierten niederfrequenten Ausgangssignalen des Differenzverstärkers
(3) und einen im Speicher des Mikroprozessors
(9) digital abgelegten idealisierten Muster aus dem
Zeichenvorrat des niederfrequenten Funkzeitzeichens.
Die oben erwähnten, im Speicher des Mikroprozessors (9) digital
abgelegten, idealisierten Muster sind niederfrequente
Funkzeitzeichen aus dem Zeichenvorrat des Funkzeitzeichencodes.
Beim Funkzeichen DCF 77 beispielsweise ergeben sich drei
mögliche Grundmuster gemäß Fig. 2:
- a) ein Zeichen für logische Null,
b) ein Zeichen für logische Eins,
c) ein Zeichen für die Minutensynchronisation.
Als Ergebnis der Kreuzkorrelation erhält man signifikant
unterscheidbare verschiedene Korrelationsfunktionen gemäß
Fig. 3.
Bei Kenntnis des Sekundenbeginns (DCF 77) kann eine Kurzzeitkreuzkorrelation
durchgeführt werden. Sie hat den Vorteil
eines wesentlich geringeren Rechenaufwands. Dabei
können verschiedene kürzere Zeitabschnitte verwendet werden,
und zwar von Sekundenbeginn bis 200 ms nach Sekundenbeginn
oder von 100 ms bis 200 ms nach dem Sekundenbeginn.
Claims (5)
1. Mikroprozessorkompatibler digitaler Funkzeitzeichenempfänger
für hochfrequent ausgesendete Funkzeitzeichen
mit Amplitudenmodulation, bestehend aus einem abstimmbaren
breitbandigen Empfangsschwingkreis (1) mit Verstärker
(2) und einem Differenzverstärker (3), wobei der Ausgang
des Empfangsschwingkreises (1) mit dem Eingang des
Verstärkers (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Differenzverstärker (3) dadurch,
daß sein Ausgang mit dem nichtinvertierenden Eingang über
einen ersten Widerstand (7) und mit dem invertierenden Eingang
über einen zweiten Widerstand (6) verbunden ist und
zwischen dem nichtinvertierenden Eingang und Masse ein Kondensator
(8) und zwischen dem invertierenden Eingang und
Masse ein dritter Widerstand (5) liegt, als selbstschwingende
Kippstufe arbeitet, deren Kippfrequenz streng proportional
zur Amplitude der vom Verstärker (2) über einen weiteren
Widerstand (4) an den nichtinvertiertenden Eingang des
Differenzverstärkers (3) gelieferten Hochfrequenzsignals
ist, und daß der Ausgang des Differenzverstärkers (3) mit
dem digitalen Eingang des Mikroprozessors (9) verbunden ist
und ein oder mehrere schaltbare Ausgänge des Mikroprozessors
(9) über ein oder mehrere Widerstände (10₁ . . . 10 n ) mit dem
nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers (3) verbunden
sind und zur Verschiebung des Schwellwerts und der
Kippstufe in den Sollbereich führen.
2. Nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Widerstand (6) oder der dritte Widerstand
(5) veränderbar ist oder beide Widerstände veränderbar
sind.
3. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Differenzverstärker (3) ein monolithisch
integrierter Operationsverstärker ist.
4. Nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Ausgang des Mikroprozessors
(9) über eine Schalteinrichtung verschiedene Empfangsschwingkreise
(1) jeweils mit dem Eingang des Verstärkers
(2) verbindet.
5. Nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Signalaufbereitung im Mikroprozessor
(9) mit Hilfe statistischer Methoden, insbesondere
der Kreuzkorrelationsmethode,
erfolgt.
Priority Applications (1)
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DE19853531548 DE3531548A1 (de) | 1985-09-04 | 1985-09-04 | Mikroprozessorkompatibler digitaler funkzeitzeichenempfaenger |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19853531548 DE3531548A1 (de) | 1985-09-04 | 1985-09-04 | Mikroprozessorkompatibler digitaler funkzeitzeichenempfaenger |
Publications (2)
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ID=6280091
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19853531548 Granted DE3531548A1 (de) | 1985-09-04 | 1985-09-04 | Mikroprozessorkompatibler digitaler funkzeitzeichenempfaenger |
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DE (1) | DE3531548A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
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DE3531548A1 (de) | 1987-03-05 |
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