DE4403124C2

DE4403124C2 - Verfahren zum Betrieb einer Funkuhr

Info

Publication number: DE4403124C2
Application number: DE4403124A
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl Ing Kielwein
Original assignee: Temic Telefunken Microelectronic GmbH
Current assignee: Atmel Corp
Priority date: 1994-02-02
Filing date: 1994-02-02
Publication date: 1997-02-13
Anticipated expiration: 2014-02-03
Also published as: DE4403124A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Funkuhr nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie es aus der EP 0 042 913 B1 bekannt ist.

Elektronische Uhren sind heutzutage sehr weit verbreitet; an diese Chrono meter werden immer höhere Anforderungen bzgl. der Ganggenauigkeit ge stellt, d. h. die tägliche Zeitabweichung muß minimiert werden.

Bei Quarzuhren wird dies dadurch erreicht, daß sie ihre Zeitinformation aus der Schwingungsfrequenz (Periodendauer) eines über einen Schwingkreis angesteuerten Schwingquarzes ableiten. Die Gangabweichung dieser Quarz uhren wird durch (einmalige und feste) Abstimmung des Schwingkreises mittels Lasertrimmens oder durch Trimmen eines Kondensators regliert; aufgrund von Reglagefehlern, Temperatureinflüssen, Degradation (Quarzal terung) etc. ergibt sich bei Quarzuhren jedoch eine Zeitabweichung von ca. 5 bis 10 s pro Monat entsprechend 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 wer den; die Zeitinformation wird von Zeitzeichensendern (in Deutschland ist dies der Zeitzeichensender DCF 77 in Mainflingen) über eine HF-Strecke lang reichweitig abgestrahlt. Funkuhren werden im Normalbetrieb zweimal pro Tag (beispielsweise morgens um 2.00 Uhr und 3.00 Uhr) bei brauchbaren Empfangsbedingungen synchronisiert und besitzen aufgrund der täglichen Abstimmung nur eine recht geringe Zeitabweichung. Werden Funkuhren aber außerhalb des Empfangsbereichs des Zeitzeichensenders getragen, übernimmt ein Schwingquarz das "Zeitmanagement" und der durch den Schwingquarz bedingte Fehlgang tritt zutage (beispielsweise 0,3 s pro Tag); bei einem längeren Aufenthalt außerhalb der Senderreichweite kumuliert sich dieser Fehlgang zu einem beträchtlichen Zeitfehler (im genannten Bei spielsfall beträgt dieser nach 14 Tagen mehr als 4 s). Hiermit ist jedoch das Attribut "sekundengenau gehende Uhr" für Funkuhren unvereinbar.

Bei dem in der gattungsbildenden EP 0 042 913 B1 beschriebenen Verfahren zum automatischen Stellen autonomer Funkuhren mit Hilfe eines Zeitzei chens wird die Gangabweichung der einen Uhrenschaltkreis (Uhren-IC mit Schwingquarz), eine Anzeigeeinheit, eine Steuereinheit, eine vom Schwing quarz des Uhren-ICs angesteuerte Zählereinheit, eine Recheneinheit und ei ne Speichereinheit aufweisen den Funkuhr in definierten gleichbleibenden Zeitintervallen periodisch gemessen; aufgrund des Resultats der ermittelten Gangabweichung wird sowohl diese Gangabweichung als auch die Oszillator frequenz des Schwingquarzes des Uhrenschaltkreises korrigiert, in dem der Schwingquarz mit einer Korrekturgröße beaufschlagt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Funkuhr nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs anzugeben, das eine einfache Korrektur der Gangabweichung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale im Kennzei chen des Patentanspruchs gelöst.

Durch die Steuereinheit wird beim Empfang eines Synchronisationssignals des Zeitzeichensenders der Zählvorgang der Zählereinheit gestartet, die ih ren Zählerstand bis zum Empfang des nächstfolgenden Synchronisationssi gnals fortlaufend 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 Vergleich mit den vom Zeitzeichensender empfangenen Daten (Soll wert) ausgewertet; die Differenz zwischen Sollwert und Istwert entspricht der Gangabweichung des Schwingquarzes zwischen zwei Synchronisations signalen und ist somit ein Maß für die erforderliche Gangkorrektur des Schwingquarzes - dieser wert für die Gangabweichung bzw. für die Gangkor rektur kann beispielsweise in der Speichereinheit abgespeichert werden.

Hierauf aufbauend kann ein iterativer Korrekturprozeß für die Gangabwei chung des Schwingquarzes durchgeführt und damit eine Kompensation die ser Gangabweichung vorgenommen werden: bei jeder Synchronisation wird die (aktuelle) Gangabweichung des Schwingquarzes anhand des Zähler-End wertes berechnet und der vom Schwingquarz bzw. Uhrenschaltkreis vorge gebene Zeitwert entsprechend der festgestellten aktuellen Gangabwei chung auf mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Korrekturschritte verteilt korrigiert; der erforderliche Korrekturwert für den Zeitwert und demzufol ge die Gangabweichung des Schwingquarzes wird bei jeder Synchronisation der Funkuhr reduziert - die Gangabweichung ist nach einer bestimmten An zahl aufeinanderfolgender Synchronisationen (beispielsweise 10) vernach lässigbar klein (beispielsweise 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 Synchronisationspause (von 3.00 Uhr bis 2.00 Uhr am folgenden Tag) entste hende Gangabweichung der Funkuhr signifikant reduziert und insbesondere beim Nichtempfang oder einem gestörten Empfang des vom Zeitzeichen sender abgestrahlten Zeitzeichensignals über einen längeren Zeitraum - in diesem Fall übernimmt der mit dem zuletzt abgespeicherten Korrekturwert für die Frequenzkorrektur beaufschlagte Schwingquarz die Zeitsteuerung - eine wesentliche Verbesserung der Ganggenauigkeit der Funkuhr erzielt.

Weiterhin wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert; dieses 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 Zeltzei chensender 10 über die HF-Strecke 20 mit dem Zeitzeichensignal 30 beauf schlagt. Die Funkuhr 40 besteht aus den Komponenten Empfangseinheit 41, Uhrenschaltkreis 42, Anzeigeeinheit 43, Steuereinheit 44, Zählereinheit 45, Recheneinheit 46 und Speichereinheit 47. Durch die Empfangseinheit 41 wird das Zeitzeichensignal 30 aufgenommen und dem Uhrenschaltkreis 42 zugeführt, der die Anzeigeneinheit 43 zur Darstellung der aktuellen Zeitda ten ansteuert.

Um die Gangabweichung des im Uhrenschaltkreis 42 integrierten Schwing quarzes zu kompensieren bzw. zu minimieren, wird bei jeder Synchronisa tion 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 inkremen tiert. Durch die Recheneinheit 46 wird der Zählerstand der Zählereinheit 45 in eine zeitliche Größe umgewandelt, mit dem Zeitwert des Uhrenschaltkrei ses 42 verglichen und die Abweichung in einen Korrekturwert für den Zeit wert des Uhrenschaltkreises 42 umgerechnet.

In der Fig. 2 ist eine Möglichkeit für die Durchführung der Gangkorrektur dargestellt, bei der der Korrekturwert auf 24 Korrekturschritte innerhalb ei nes 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 Takte und innerhalb einer Stunde 117.964.800 Takte ausgegeben - eine Abweichung von 0,2 s pro Tag zwischen zwei an aufeinanderfolgenden Tagen stattfindenden Synchronisationen festgestellt (6.554 Takte). Dieser Korrekturwert wird zu gleichen Teilen auf die 24 stündlichen Korrektur schritte verteilt, so daß zu jeder vollen Stunde eine Korrektur um jeweils 273 Takte - entsprechend einer zeitlichen Korrektur von jeweils 8 ms - erfolgt.

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 Korrekturschritte herangezogen werden.

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Funkuhr (40) mit einer Empfangseinheit (41) zur Aufnahme des von einem Zeitzeichensender (10) über eine HF-Strecke (20) abgestrahlten Zeitzeichensignals (30), einem Uhrenschaltkreis (42) mit Schwingquarz, einer Anzeigeeinheit (43), einer Steuereinheit (44), einer Zählereinheit (45), einer Recheneinheit (46) und einer Speichereinheit (47), wobei eine Gangkorrektur der Funkuhr (40) durchgeführt wird, indem
- - bei einer ersten Synchronisation der Funkuhr (40) durch die Steuer einheit (44) ein Zählvorgang der Zählereinheit (45) gestartet und bei einer weiteren Synchronisation der Funkuhr (40) beendet wird,
- - der Zählerwert der Zählereinheit (45) durch die Recheneinheit (46) in eine zeitliche Größe umgewandelt wird, die von der Steuereinheit (44) mit dem vom Uhrenschaltkreis (42) vorgegebenen Zeitwert ver glichen wird,
- - anhand dieses Vergleichs eine Korrekturgröße ermittelt und in der Speichereinheit (47) abgespeichert wird,
dadurch gekennzeichnet:
- - der Zählvorgang der Zählereinheit (45) wird zwischen zwei aufeinan derfolgenden Synchronisationen der Funkuhr (40) durchgeführt,
- - der vom Uhrenschaltkreis (42) vorgegebene Zeitwert wird von der Steuereinheit (44) in mehreren zeitlich aufeinanderfolgenden Korrek turschritten mit einem von der Korrekturgröße abhängigen Korrek turwert beaufschlagt.