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EP0042913A2 - Process for the automatic setting of radio clocks aided by time signals - Google Patents

Process for the automatic setting of radio clocks aided by time signals Download PDF

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Publication number
EP0042913A2
EP0042913A2 EP81102235A EP81102235A EP0042913A2 EP 0042913 A2 EP0042913 A2 EP 0042913A2 EP 81102235 A EP81102235 A EP 81102235A EP 81102235 A EP81102235 A EP 81102235A EP 0042913 A2 EP0042913 A2 EP 0042913A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
time
clock
time signal
radio
transmitter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP81102235A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0042913B1 (en
EP0042913A3 (en
Inventor
Werner Dipl.-Ing. Schulz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SCHULZ, WERNER, DIPL.-ING.
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to AT81102235T priority Critical patent/ATE22359T1/en
Priority to CA000379059A priority patent/CA1167649A/en
Publication of EP0042913A2 publication Critical patent/EP0042913A2/en
Publication of EP0042913A3 publication Critical patent/EP0042913A3/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0042913B1 publication Critical patent/EP0042913B1/en
Expired legal-status Critical Current

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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
    • G04R20/20—Setting the time according to the time information carried or implied by the radio signal the radio signal being an AM/FM standard signal, e.g. RDS
    • G04R20/22—Tuning or receiving; Circuits therefor
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04R—RADIO-CONTROLLED TIME-PIECES
    • G04R40/00—Correcting the clock frequency
    • G04R40/06—Correcting the clock frequency by computing the time value implied by the radio signal

Definitions

  • An autonomous radio clock is to be understood here as an independently operating radio clock that is independent of manual setting processes.
  • a time signal is to be understood here as part of a modulation oscillation which has the task of transmitting the time reference supplied by a transmitter wirelessly or by wire (see FIG. 9).
  • the invention describes a method for a digital clock controlled by time signals or by means of a stepping motor quasi-analogue clock, which - except during the first installation or after a service case - never needs to be set, which - even after a long time signal failure - shows no discernible gear deviation and is extremely fail-safe and works in an energy-saving manner.
  • the methods of known radio clocks can be divided into three categories: 1. synchronization, 2. triggering, 3. demodulation and direct display of coded time information. There are numerous variations and circuits for all of these methods, including the necessary power reserve, with a wealth of publications.
  • the first category includes analog or digital clocks, the internal time base of which is corrected continuously or only occasionally by means of frequency or phase comparison to a received reference frequency, e.g. B. Tetzner, Karl: “Radio-synchronized clocks” in the Funkschau 1976, issue 15, page 623 (Franzis-Verlag Kunststoff, Federal Republic of Germany) or by Marti, Raymond: “Automatic and continuous time setting device of a clock” in the publication 1773406 from 10. 5.1968 (German Patent Office Kunststoff).
  • time base of the clock is different from the Carrier frequency of a transmitter (or several transmitters) is derived.
  • a switch to a second time base is then required (power reserve), e.g. B. from Schreiber, Herrmann: “Controlling a utility watch by Zeit SchweizerHender” in Funkschau 1977, Issue 2, page 96 and Issue 3, page 137 (Franzis-Verlag Kunststoff, Federal Republic of Germany).
  • the second category includes digital clocks that run freely with a greater or lesser degree of accuracy and are set to the target time at defined times (usually midnight) by means of a time signal, e.g. B.
  • the third category also includes receivers, e.g. B. televisions, which are primarily not to be called radio clocks, but represent the correct time after pressing a button, such as. B. developed by AEG-Telefunken and in the magazine elektrotechnik 1972, number 6, page 29 (Vogel Verlag KG Würzburg, Federal Republic of Germany) under the title: "In future only atomic time”.
  • the enumerated methods have various advantages and disadvantages, of which only the disadvantages to be highlighted are listed:
  • the 3rd category it must be possible to receive a time transmitter with sufficient field strength, which requires relatively complex and expensive receiving devices; the decoder circuits are relatively complex; it is not possible to set up quasi-analogue clocks.
  • the above-described time measurement method also has the disadvantage that the clock deviation varies Correction has reached a relatively large value.
  • the invention now defines a 4th category of radio-controlled clocks, which represents a combination of a time measurement method for the clock deviation of the clock with an automatic setting process, which is typical of radio-controlled clocks, the result having to be an autonomous mode of operation.
  • the rate deviation of the watch is measured by size and direction with the aid of a time signal within defined, constant time segments, stored and then used to correct the rate deviation and the oscillator frequency of the radio clock.
  • the switching on of the time signal receiver, the setting of the catch range for the time signal and the decoding of the time signal are also carried out with this oscillator frequency.
  • the capture range must be chosen so large that the time signal is always within these limits under the most unfavorable circumstances.
  • the master clock can be viewed as an amplifier station for the time signal, which supplies all slave clocks with a prepared time signal. Assuming a uniform transmitter time signal that is broadcast by all radio / television stations / time transmitters / master clocks, the time signal receiver can automatically tune to the transmitter with the greatest field strength and select another transmitter after a repeated failure of the time signal. It is also possible to move the time signal receiver to commercially available radio / television receivers, so that the existing reception equipment device for the radio clock is also used ( Figure 6a, 6b).
  • the decoder circuits are relatively simple and can be produced in very large numbers. 10. It is possible to move the time signal receiver to commercially available radio and television sets, which means that the radio receiver can use the existing reception device for these devices ( Figure 6a, 6b), and the radio clock is even cheaper to manufacture, 11. The time signal receiver is cheaper to manufacture than one for coded time information, since 11. 1 with larger reception field strengths can be expected (latching of the time signal receiver onto the transmitter with the greatest field strength), 11. 2 the decoder circuit is simpler, 11. 3 larger demodulation distortions are permissible, 11. 4 the power supply can be smaller.
  • FIG. 1 shows the chronological order of the most important signal lines of the block diagram of FIG. 2. These signal lines are provided with circled reference numbers in order to better understand FIG. 2. This block diagram only serves to describe the function of the method, but is replaced in practice by a computer program.
  • the rate deviation of the clock (49) is determined by the frequency constancy of the oscillator (30). In order to be able to measure this, the comparison must be possible with a time interval that is considered “correct”. Since there is no absolutely correct time scale, one has to use the "official time” for clock applications, which is currently being broadcast by radio / television stations / time transmitters with inconsistent transmitter time signals. In the following, however, it should be assumed that a uniform, automatically evaluable transmitter time signal is broadcast by all radio and television stations so that the method described here comes into its own.
  • the watch is started using the switch (f), which switches on the automatic start (48) and the time signal receiver (45). If the clock (49) is already running, it is stopped using the stop button (e). With quasi-analogue clocks, the movement is set to the reference time or stopped at this point.
  • the next time signal (3), (5) reaches the clock (49) via the automatic start (48) and sets all registers there - according to the specified time reference - to the setpoint and starts the time counter.
  • the clock (49) now runs automatically with the accuracy of its quartz oscillator (30), that is to say without influencing the transmitter, until the following time signal (3), (5) arrives.
  • the idle state is established via the reset line of the automatic starter (48): the flip-flop (47) is reset via the OR gate (41), so that the time signal output from the AND gate ( 46) is locked;
  • the clock counter (40) is set to 0 via the OR gate (36) and the flip-flop (38) is brought into the rest position, so that the clock pulse 1 cannot reach the clock counter (40) via the AND gate (39);
  • the switch-on stage (43), (44) of the time signal receiver (45) is brought into the “off” position via the OR gate (35); continue to grow Register in the setting logic (31) is set to the setpoint and the contents of the sign memory (23) and difference time memory (26) are set to 0.
  • time signal receiver (45) and the automatic start (48) are switched off again with the switch (f), which completes the starting process.
  • a time-preselected signal (1) from the clock (49) switches the time signal receiver (45), e.g. B. after 23 hours / 59 minutes, via the switch-on stage (43), (44) and opens the AND gate (39) with the help of the flip-flop (38), so that the time clock 1 can get into the clock counter (40).
  • the next time signal (2) is supplied by the clock counter (40), releases the time signal output of the time signal receiver (45) via the flip-flop (47) and the AND gate (46), provides the register in the differential timer (24) and in the priority logic (21) and releases via the AND gates (22), (25) the transfer of the information from the priority logic (21) and difference timer (24) to the sign memory (23) and difference time memory (26).
  • the priority logic (21) now expects the time signal (3), (5) or the periodic time signal (4) from the clock counter (40).
  • the differential timer (24) is started by the priority logic (21), counting pulses of the clock cycle 2 being transmitted by the clock counter (40) to the differential timer (24) and to the correction stage ( 27), count and determine the resolution of the time measurement for the clock deviation of the watch (49).
  • the difference time measurement is ended by the last arriving signal (4) or (5) via the path of the priority logic (21).
  • the next signal output (8) of the clock counter (40) switches off the time signal receiver (45) via OR gate (35), flip-flop (43), OR gate (44) and transmits the measured values with the same signal (8) Priority logic (21) and difference timer (24) via the AND gates (22), (25) in the sign memory (23) and difference time memory (26). After this data is stable at the correction stage (27) and has been evaluated, the start of correction can be initiated from the clock counter (40) via the signal line (9).
  • the display is corrected with the aid of pulse level 1 (29), pulse level 2 (33) and the OR gate (37) in such a way that the values of the gear deviation recorded in the sign memory (23) and difference time memory (26) are canceled will.
  • the pulse stage 1 (29) transforms the clock cycle 1 (FIG. 3a) of the oscillator (30) into a square wave with the pulse ratio 4 (FIG. 3b). This square wave normally reaches the clock (49) via the OR gate (37) and the interference suppression filter (42). If the clock (49) went too fast according to the measurement result, this time cycle is suppressed by the correction stage (27) via the OR gate (28) in pulse stage 1 (29) until the measured gear deviation is balanced again.
  • the correction stage (27) arithmetically acts in this oscillator branch against the rate deviation of the clock (49), so that a closed control loop is created.
  • the completion of all correction processes is indicated by the correction stage (27) with the signal (10), which causes the clock counter (40) and the flip-flop (38) to be reset via the OR gate (36).
  • the counter in the differential timer (24) reaches its maximum value and sets the flip-flop (34) with its output signal (6).
  • the carry pulse (8) is ineffective, so that the subsequent display correction is carried out with the values last stored in the sign memory (23) and difference time memory (26).
  • the oscillator correction is prevented from the flip-flop (34), so the control loop is interrupted so that the high power reserve is retained.
  • the signal line "summer-winter time" from the clock (49) to the Stellogik (31) requires that it is a computer-controlled date clock.
  • H potential corresponds to z.
  • the potential change on this signal line causes the targeted adjustment process by one hour each time using the previously described display correction method. Since this setting process takes a relatively long time and the information on the clock display is incorrect during this time, the display resolution should in any case be one second so that it can be visually recognized that the clock is running too fast or the clock is at a standstill. This signaling is sufficient for the uninitiated, even without operating instructions, to disregard the display.
  • the catch range will still be within the permitted absolute time of the time signal (3), (5) even after repeated faults.
  • the time signal (3) is expected in the first half of the catch range, with a glitch only having a short effective period.
  • the catch range changes with the periodic time signal (4) in relation to the time signal (3), (5), while the time signal (3), (5) itself is to be regarded as stationary.
  • FIG. 4 shows the detailed block diagram of the time signal receiver (45).
  • the radio receiver (61) is simply constructed, as described under advantages.
  • the transmitter tuning is voltage controlled.
  • the receiver microcomputer (68) automatically adjusts the radio receiver (61) to the strongest transmitter after being switched on by the OR gate (44) and the power supply (64). This happens e.g. B. by evaluating the control voltage, which is supplied to the receiver microcomputer (68) via the amplifier (62) and via the A / D converter (66).
  • the computer program first travels the entire reception frequency range with the aid of the tuning voltage converted via the D / A converter (65) and stores the associated control voltage values. Then he snaps the radio receiver (61) at the transmitter with the greatest field strength in order to increase the probability of undisturbed reception.
  • the transmitter time signal is broadcast by all transmitters at almost every full hour, there is also the possibility in time limit areas to receive a neighboring transmitter that is outside the time limit, which is not the case with coded signals is possible.
  • the receiver microcomputer (68) can easily register a repeated time signal failure since it also has the task of performing time signal decoding. In this case, he looks for the next strongest station.
  • the radio receiver (61) is to be used as a radio clock at the same time, it is advisable to switch to manual mode using the switch (g).
  • the currently set transmitter is then also used as a time signal transmitter.
  • the automatic start (48) must be locked via the AND gate (69) and the receiver microcomputer (68) must be switched to another program loop.
  • the simplest and most inexpensive concept of a clock system using this method is obtained with a master clock according to FIG. 5 and secondary clocks with a quasi-analog display with a stepping motor (82).
  • the slave clocks are controlled via only one signal line, which leads the second clock with correction to each slave clock.
  • the installation of the slave clocks is therefore limited to a double wire - without power supply - so that this method z. B. in potentially explosive systems.
  • a clock system according to this method is similarly simple in accordance with FIG. 7.
  • the master clock is again designed according to FIG. 5, the slave clocks likewise, but the latter lacks the time signal receiver (45).
  • the slave clocks are now controlled using the time signal.
  • the slave clocks work more interference-free, do not have to be set after a master clock failure (utilization of the high power reserve) and can also be equipped with a digital display (81).
  • Slave clocks are often installed in hard-to-reach places and are exposed to extreme environmental influences, so service should be easy, especially with this type of clock. Since the method according to the invention is a computer-controlled clock anyway, it is possible to provide outputs for data exchange (display value) via standardized interfaces between master clocks and slave clocks without any particular effort. Such an example is shown in FIG. 8. The slave clocks are controlled again with the aid of the time signal, that is to say interference-free with a high power reserve, but now there is the additional possibility of cyclically querying all slave clocks to make one work incorrectly Display slave clock in the central monitoring room. After the service has been completed, a targeted setting process is possible from the skin watch.
  • the selected duration of a total of three seconds represents a favorable compromise between unnecessarily long (thus prone to failure) and too short (hence insufficient selection from any Nf signal). It should also be emphasized that all relevant times with binary dividers of a usual "clock frequency" , e.g. B. 2 15 Hz or 2 22 Hz can be derived, for which there are enough resonators. This advantage relates to both the time signal encoder and decoder circuit. The equally selected time periods are also suitable for computer evaluation, since program loops or subroutines can be used.

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Abstract

Die vorgestellte Erfindung stellt die Kombination eines speziellen Zeitmeßverfahrens in Verbindung mit automatischen Korrekturvorgängen dar. Dabei wird die Gangabweichung sowie die Oszillatorfrequenz einer Digitaluhr oder quasianalog anzeigenden Uhr mit Schrittmotor innerhalb eines bestimmten Fangbereichs mit Hilfe eines einheitlichen Zeitzeichens gemessen, gespeichert und im Anschluß daran korrigiert. Es wurde Wert auf hohe Störsicherheit und Energieersparnis gelegt sowie die Verlagerung des Zeitsignal-Empfängers in handelsübliche Rundfunk-/Fernsehempfänger vorgeschlagen. Die Vorteile des Verfahrens, z.B. bei Uhrenanlagen oder gegenüber codiert gesendeten Zeitinformationen, sind klargelegt. Um nicht von unrealistischen Voraussetzungen auszugehen, schließt die Beschreibung des Verfahrens die Aufzählung der senderseitig erforderlichen Änderungen ein.The invention presented represents the combination of a special time measurement method in connection with automatic correction processes. The gear deviation and the oscillator frequency of a digital clock or quasi-analogue clock with stepper motor are measured within a certain catch range with the aid of a uniform time signal, stored and subsequently corrected. Great emphasis was placed on high interference immunity and energy savings, and the move of the time signal receiver to commercially available radio / television receivers was proposed. The advantages of the process, e.g. in clock systems or in relation to encoded time information, are clear. In order not to assume unrealistic prerequisites, the description of the method includes the list of the changes required by the transmitter.

Description

Unter autonomer Funkuhr soll hier eine selbständig arbeitende Funkuhr verstanden werden, die von manuellen Stellvorgängen unabhängig ist. Unter Zeitzeichen soll hier ein Teil einer Modulationsschwingung verstanden werden, dem die Aufgabe zukommt, die von einem Sender gelieferte Zeitreferenz drahtlos oder drahtgebunden zu übertragen (siehe hierzu Figur 9).An autonomous radio clock is to be understood here as an independently operating radio clock that is independent of manual setting processes. A time signal is to be understood here as part of a modulation oscillation which has the task of transmitting the time reference supplied by a transmitter wirelessly or by wire (see FIG. 9).

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren für eine durch Zeitzeichen gesteuerte Digitaluhr oder mittels Schrittmotor quasianalog anzeigende Uhr, die man - außer bei der ersten Installation oder nach einem Servicefall - nie zu stellen braucht, die- auch nach längerem Zeitzeichenausfall keine erkennbare Gangabweichung zeigt sowie extrem störsicher und energiesparend arbeitet.The invention describes a method for a digital clock controlled by time signals or by means of a stepping motor quasi-analogue clock, which - except during the first installation or after a service case - never needs to be set, which - even after a long time signal failure - shows no discernible gear deviation and is extremely fail-safe and works in an energy-saving manner.

Die Verfahren bekannter Funkuhren lassen sich in drei Kategorien einteilen: 1. Synchronisation, 2. Triggerung, 3. Demodulation und Direktanzeige einer codierten Zeitinformation. Für alle diese Verfahren gibt es zahlreiche Variationen und Schaltungen, einschließlich der notwendigen Gangreserve, mit einer Fülle von Veröffentlichungen. Zur ersten Kategorie gehören Analog- oder Digitaluhren, deren interne Zeitbasis ständig oder nur zeitweise mittels Frequenz- oder Phasenvergleich zu einer empfangenen Referenzfrequenz korrigiert wird, wie z. B. Tetzner, Karl: "Funksynchronisierte Uhren" in der Funkschau 1976, Heft 15, Seite 623 (Franzis-Verlag München, Bundesrepublik Deutschland) oder von Marti, Raymond: "Selbsttätige und fortlaufende Zeiteinstellvorrichtung einer Uhr" in der Auslegeschrift 1773406 vom 10. 5.1968 (Deutsches Patentamt München) beschrieben. Ebenso sind Anwendungen bekannt, bei denen die Zeitbasis der Uhr von der Trägerfrequenz eines Senders (oder mehrerer Sender) abgeleitet ist. Hierbei ist dann noch eine Umschaltung auf eine zweite Zeitbasis erforderlich (Gangreserve), wie z. B. von Schreiber, Herrmann: "Steuerung einer Gebrauchsuhr durch ZeitzeichenHender" in der Funkschau 1977, Heft 2, Seite 96 und Heft 3, Seite 137 (Franzis-Verlag München, Bundesrepublik Deutschland) beschrieben. Zur zweiten Kategorie gehören Digitaluhren, die mit mehr oder weniger großer Genauigkeit frei laufen und zu definierten Zeiten (meist 0 Uhr) mittels eines Zeitzeichens auf Sollzeit gesetzt werden, wie z. B. von Beck, J. : "Korrekturautomatik für Digitaluhren" in Elektor 1974, Heft 7, Seite 79 (Elektor Verlag GmbH Gangelt, Bundesrepublik Deutschland) beschrieben. Die dritte Kategorie unterteilt sich wieder in zwei Verfahren: 3. 1 der Uhrzeitsender wird ständig empfangen, wie z. B. von Weiß, Reinhard: "Uhrzeit- und Normalfrequenzempfänger für DCF 77 mit Gangreserve" in der Funkschau 1976, Heft 22, Seite 964 (Franzis-Verlag München, Bundesrepublik Deutschland) mit Fortsetzungen beschrieben, 3. 2 der Uhrzeitsender dient nur zeitweise zum Einstellen der Funkuhr, wie z. B, von Prof. Dr. - Ing. Hilberg, Wolfgang: "Funkuhr-Einstellung" in der Offenlegungsschrift 2715096 vom 4.4.1977 (Deutsches Patentamt München) beschrieben, wobei das Einschalten des Empfängers in Abhängigkeit von der Gangabweichung der Uhr erfolgt und das Überschreiten der Gangreserve angezeigt wird; oder das Verfahren nach Suwa Seikosha: "Automatisches Korrekturverfahren für eine elektronische Uhr" laut Offenlegungsschrift 2539224 vom 3. 9.1975 (Deutsches Patentamt München), wobei die codiert gesendete Zeitinformation zu beliebigen Zeitpunkten als Korrekturwert der Digitaluhr dient. Zur dritten Kategorie gehören auch Empfangsgeräte, z. B. Fernsehgeräte, die primär nicht als Funkuhren zu bezeichnen sind, die richtige Uhrzeit aber nach Knopfdruck darstellen, wie z. B. von AEG-Telefunken entwickelt und in der Zeitschrift elektrotechnik 1972, Heft 6, Seite 29 (Vogel-Verlag KG Würzburg, Bundesrepublik Deutschland) unter dem Titel: "Künftig nur noch Atomzeit" beschrieben.The methods of known radio clocks can be divided into three categories: 1. synchronization, 2. triggering, 3. demodulation and direct display of coded time information. There are numerous variations and circuits for all of these methods, including the necessary power reserve, with a wealth of publications. The first category includes analog or digital clocks, the internal time base of which is corrected continuously or only occasionally by means of frequency or phase comparison to a received reference frequency, e.g. B. Tetzner, Karl: "Radio-synchronized clocks" in the Funkschau 1976, issue 15, page 623 (Franzis-Verlag Munich, Federal Republic of Germany) or by Marti, Raymond: "Automatic and continuous time setting device of a clock" in the publication 1773406 from 10. 5.1968 (German Patent Office Munich). Applications are also known in which the time base of the clock is different from the Carrier frequency of a transmitter (or several transmitters) is derived. A switch to a second time base is then required (power reserve), e.g. B. from Schreiber, Herrmann: "Controlling a utility watch by ZeitzeichenHender" in Funkschau 1977, Issue 2, page 96 and Issue 3, page 137 (Franzis-Verlag Munich, Federal Republic of Germany). The second category includes digital clocks that run freely with a greater or lesser degree of accuracy and are set to the target time at defined times (usually midnight) by means of a time signal, e.g. B. von Beck, J.: "Automatic correction for digital clocks" in Elektor 1974, Issue 7, page 79 (Elektor Verlag GmbH Gangelt, Federal Republic of Germany). The third category is again divided into two methods: 3. 1 the time transmitter is received continuously, such as. B. von Weiß, Reinhard: "Time and normal frequency receiver for DCF 77 with power reserve" in the radio show 1976, issue 22, page 964 (Franzis-Verlag Munich, Federal Republic of Germany) with continuations described, 3. 2 the time transmitter is only used temporarily Setting the radio clock, such as B, by Prof. Dr. - Ing. Hilberg, Wolfgang: "Radio clock setting" in the publication 2715096 from 4.4.1977 (German Patent Office Munich) described, the switching on of the receiver depending on the speed deviation of the clock and the exceeding of the power reserve is displayed; or the Suwa Seikosha method: "Automatic correction method for an electronic clock" according to laid-open document 2539224 of 3 January 9, 1975 (German Patent Office Munich), the coded time information being used at any time as a correction value for the digital clock. The third category also includes receivers, e.g. B. televisions, which are primarily not to be called radio clocks, but represent the correct time after pressing a button, such as. B. developed by AEG-Telefunken and in the magazine elektrotechnik 1972, number 6, page 29 (Vogel Verlag KG Würzburg, Federal Republic of Germany) under the title: "In future only atomic time".

Parallel hierzu sind verschiedene Zeitmeßverfahren bekannt, die mit Hilfe eines Sendersignals die Gangabweichung einer Uhr bestimmen und mit speziellen Maßnahmen wieder eliminieren, wie z. B. von Maire, Bernard, Marin: "Elektronisches Zeitmeßgerät mit automatischer Korrektur der Gangabweichung" in der Offenlegungsschrift 2851223 vom 27.11.1978 (Deutsches Patentamt München) beschrieben, wobei die Gangabweichung einer Uhr in Sekundenschritten innerhalb eines längeren Zeitraums mit Hilfe eines Zeitzeichens manuell gemessen und gespeichert wird, wonach die Uhr innerhalb der nächsten, gleichen Zeiträume ihre gespeicherte Gangabweichung automatisch korrigiert bis eine erneute Korrekturaufforderung dem Benutzer signalisiert wird.In parallel, various time measurement methods are known which determine the rate deviation of a clock with the aid of a transmitter signal and eliminate them again with special measures, such as e.g. B. von Maire, Bernard, Marin: "Electronic timepiece with automatic correction of the rate deviation" in the laid-open publication 2851223 from November 27, 1978 (German Patent Office Munich), the rate deviation of a watch being measured in seconds over a longer period of time using a time signal and is saved, after which the watch automatically corrects its stored gear deviation within the next, same time periods until a new correction request is signaled to the user.

Die aufgezählten Verfahren weisen verschiedene Vor- und Nachteile auf, von denen hier nur die hervorzuhebenden Nachteile aufgezählt sind: Zur 1. Kategorie: relativ lange Einschaltdauer des Empfängers, wodurch die Störanfälligkeit und der Energiebedarf hoch ist: relativ kurze Gangreserve; im eigentlichen Sinn keine autonome Arbeitsweise. Zur 2. Kategorie: nach längerem Zeitzeichenausfall relativ ungenaue Zeitanzeige, da sich die Gangabweichungen der aufeinanderfolgenden, unkorrigierten Zeitabschnitte ständig addieren; Triggerung erfolgt um 0 Uhr (Zählerreset), wodurch Störungen, die regelmäßig zu dieser Zeit ebenfalls auftreten, nicht ausgeblendet werden können. Zur 3. Kategorie: es muß ein Uhrzeitsender mit ausreichender Feldstärke zu empfangen sein, was relativ aufwendige und teure Empfangsvorrichtungen voraussetzt; die Decoderschaltkreise sind verhältnismäßig aufwendig; der Aufbau quasianalog anzeigender Uhren ist nicht möglich. Oben beschriebenes Zeitmeßverfahren weist außer der manuellen Betätigung auch den Nachteil auf, daß die Gangabweichung der Uhr vor Korrekturbeginn einen relativ großen Wert erreicht hat.The enumerated methods have various advantages and disadvantages, of which only the disadvantages to be highlighted are listed: For the 1st category: relatively long duty cycle of the receiver, which makes the susceptibility to interference and the energy requirement high: relatively short power reserve; not really an autonomous way of working. Regarding the second category: after a long time signal failure, the time display is relatively inaccurate, since the rate deviations of the successive, uncorrected time periods add up constantly; Triggering takes place at 0 o'clock (counter reset), which means that faults that also occur regularly at this time cannot be hidden. Regarding the 3rd category: it must be possible to receive a time transmitter with sufficient field strength, which requires relatively complex and expensive receiving devices; the decoder circuits are relatively complex; it is not possible to set up quasi-analogue clocks. In addition to manual actuation, the above-described time measurement method also has the disadvantage that the clock deviation varies Correction has reached a relatively large value.

Die Erfindung legt nun eine 4. Kategorie von Funkuhren fest, die eine Kombination eines Zeitmeßverfahrens für die Gangabweichung der Uhr mit einem - für Funkuhren typischen - automatischen Stellvorgang darstellt, wobei das Ergebnis eine autonome Arbeitsweise sein muß. In dem hier beschriebenen Verfahren wird die Gangabweichung der Uhr nach Größe und Richtung mit Hilfe eines Zeitzeichens innerhalb definierter, gleichbleibender Zeitabschnitte gemessen, gespeichert und im Anschluß daran zur Korrektur der Gangabweichung und der Oszillatorfrequenz der Funkuhr benutzt. Das Einschalten des Zeitsignal-Empfängers, das Festlegen des Fangbereichs für das Zeitzeichen sowie die Decodierung des Zeitzeichens wird ebenfalls mit dieser Oszillatorfrequenz vorgenommen. Trotz sehr kurzer Einschaltdauer des Zeitsignal-Empfängers muß der Fangbereich so groß gewählt werden, daß das Zeitzeichen unter den ungünstigsten Umständen immer innerhalb dieser Grenzen liegt. Nach einem Zeitzeichenausfall ist eine Fehlmessung und Fehlkorrektur verhindert. Die zuvor erwähnte Korrektur geschieht dann mit den zuletzt gespeicherten Werten, woraus die hohe Gangreserve resultiert. Das Verfahren ist weiterhin so konzipiert, daß es auch für Uhrenanlagen anwendbar ist. Hierbei kann die Hauptuhr u. a. als Verstärkerstation für das Zeitzeichen angesehen werden, die alle Nebenuhren mit einem aufbereiteten Zeitzeichen versorgt. Setzt man ein einheitliches Sender-Zeitsignal voraus, das alle Rundfunk-/Fernsehanstalten/Uhrzeitsender/Hauptuhren aussenden, dann kann der Zeitsignal-Empfänger sich automatisch auf den Sender mit der größten Feldstärke einstellen und nach mehrmaligem Zeitzeichenausfall einen anderen Sender anwählen. Ebenso ist die Verlagerung des Zeitsignal-Empfängers in handelsübliche Rundfunk-/Fernsehempfänger möglich, damit die bereits vorhandene Empfangseinrichtung für die Funkuhr mit genutzt wird (Figur 6a, 6b).The invention now defines a 4th category of radio-controlled clocks, which represents a combination of a time measurement method for the clock deviation of the clock with an automatic setting process, which is typical of radio-controlled clocks, the result having to be an autonomous mode of operation. In the method described here, the rate deviation of the watch is measured by size and direction with the aid of a time signal within defined, constant time segments, stored and then used to correct the rate deviation and the oscillator frequency of the radio clock. The switching on of the time signal receiver, the setting of the catch range for the time signal and the decoding of the time signal are also carried out with this oscillator frequency. Despite the very short duty cycle of the time signal receiver, the capture range must be chosen so large that the time signal is always within these limits under the most unfavorable circumstances. After a time signal failure, incorrect measurement and incorrect correction are prevented. The correction mentioned above is then carried out with the values last saved, which results in the high power reserve. The method is also designed so that it can also be used for clock systems. Here, the master clock can be viewed as an amplifier station for the time signal, which supplies all slave clocks with a prepared time signal. Assuming a uniform transmitter time signal that is broadcast by all radio / television stations / time transmitters / master clocks, the time signal receiver can automatically tune to the transmitter with the greatest field strength and select another transmitter after a repeated failure of the time signal. It is also possible to move the time signal receiver to commercially available radio / television receivers, so that the existing reception equipment device for the radio clock is also used (Figure 6a, 6b).

Im einzelnen erreicht man mit der Erfindung folgende Vorteile:

  • 1. Die maximale Gangabweichung kann kleiner als die Anzeigeauflösung gehalten werden, 2. Die Gangreserve ist sehr groß, 3. Das Verfahren ist sowohl bei Digitaluhren als auch bei quasianalog anzeigenden Uhren anwendbar, 4. Der Zeitsignal-Empfänger ist periodisch nur sehr kurzzeitig eingeschaltet, woraus eine hohe Störsicherheit und 5. Energieersparnis resultiert, 6. Die Korrektur des Anzeigewertes und der Oszillatorfrequenz muß nicht um 0 Uhr erfolgen, 7. Das Verfahren ist auch bei Uhrenanlagen anwendbar, 8. Bei der Uhrenfertigung läßt sich der Oszillatorabgleich vermeiden.
In particular, the following advantages are achieved with the invention:
  • 1. The maximum rate deviation can be kept smaller than the display resolution, 2. The power reserve is very large, 3. The method can be used both with digital clocks and with quasi-analogue clocks, 4. The time signal receiver is periodically only switched on for a very short time, which results in a high level of interference immunity and 5. energy saving, 6. The correction of the displayed value and the oscillator frequency does not have to be done at 0 o'clock, 7. The procedure can also be used in clock systems, 8. Oscillator adjustment can be avoided in watch production.

Setzt man ein einheitliches Sender-Zeitsignal, z. B. nach Figur 9, voraus, welches wesentlich unproblematischer einzuführen und auszustrahlen ist als eine codierte Zeitinformation, dann erreicht man mit diesem Verfahren weitere Vorteile:If you set a uniform transmitter time signal, e.g. For example, according to FIG. 9, which is much easier to introduce and transmit than coded time information, this method offers further advantages:

9. Die Decoderschaltkreise sind relativ einfach aufgebaut und lassen sich in sehr großen Stückzahlen produzieren, 10. Es ist die Verlagerung des Zeitsignal-Empfängers in handelsübliche Rundfunk- und Fernsehgeräte möglich, wodurch die bereits vorhandene Empfangseinrichtung für diese Geräte von der Funkuhr mit genutzt werden kann (Figur 6a, 6b), und die Funkuhr noch preiswerter herzustellen ist, 11. Der Zeitsignal-Empfänger ist preiswerter herzustellen als ein solcher für codierte Zeitinformationen, da 11. 1 mit größeren Empfangsfeldstärken gerechnet werden kann (Einrastung des Zeitsignal-Empfängers auf den Sender mit der größten Feldstärke), 11. 2 der Decoderschaltkreis einfacher ist, 11. 3 größere Demodulationsverzerrungen zulässig sind, 11. 4 die Stromversorgung kleiner sein kann.9. The decoder circuits are relatively simple and can be produced in very large numbers. 10. It is possible to move the time signal receiver to commercially available radio and television sets, which means that the radio receiver can use the existing reception device for these devices (Figure 6a, 6b), and the radio clock is even cheaper to manufacture, 11. The time signal receiver is cheaper to manufacture than one for coded time information, since 11. 1 with larger reception field strengths can be expected (latching of the time signal receiver onto the transmitter with the greatest field strength), 11. 2 the decoder circuit is simpler, 11. 3 larger demodulation distortions are permissible, 11. 4 the power supply can be smaller.

Funktionsbeschreibung der Problemlösung anhand folgender Zeichnungen:

  • Figur 1 zeigt das zeitliche Ablaufdiagramm des Verfahrens
  • Figur 2 zeigt das zu Figur 1 gehörige Blockschaltbild des Verfahrens
  • Figur 3 zeigt das Impulsdiagramm zur Anzeigekorrektur
  • Figur 4 zeigt das Blockschaltbild des Zeitsignal-Empfängers
  • Figur 5 zeigt ein komplettes Funkuhrkonzept
  • Figur 6 zeigt die Verlagerung des Zeitsignal-Empfängers in handelsübliche Rundfunk-/Fernsehempfänger
  • Figur 7 zeigt das Funktionsprinzip einer Uhrenanlage nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
  • Figur 8 zeigt die weitere Ausgestaltung einer Uhrenanlage nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
  • Figur 9 zeigt ein geeignetes Sender-Zeitsignal für das erfindungsgemäße Verfahren
Functional description of the problem solution using the following drawings:
  • Figure 1 shows the timing diagram of the method
  • FIG. 2 shows the block diagram of the method belonging to FIG. 1
  • Figure 3 shows the pulse diagram for display correction
  • Figure 4 shows the block diagram of the time signal receiver
  • Figure 5 shows a complete radio clock concept
  • FIG. 6 shows the shift of the time signal receiver into commercially available radio / television receivers
  • Figure 7 shows the principle of operation of a clock system according to the inventive method
  • Figure 8 shows the further configuration of a clock system according to the inventive method
  • FIG. 9 shows a suitable transmitter time signal for the method according to the invention

Das Ablaufdiagramm in Figur 1 zeigt die zeitliche Reihenfolge der wichtigsten Signalleitungen des Blockschaltbildes von Figur 2. Diese Signalleitungen sind mit eingekreisten Bezugsnummern versehen, um Figur 2 besser verstehen zu können. Dieses Blockschaltbild dient lediglich der Funktionsbeschreibung des Verfahrens, wird in der Praxis aber durch ein Computerprogramm ersetzt.The flow chart in FIG. 1 shows the chronological order of the most important signal lines of the block diagram of FIG. 2. These signal lines are provided with circled reference numbers in order to better understand FIG. 2. This block diagram only serves to describe the function of the method, but is replaced in practice by a computer program.

Die Gangabweichung der Uhr (49) wird von der Frequenzkonstanz des Oszillators (30) bestimmt. Um diese messen zu können, muß der Vergleich mit einem als "richtig" geltenden Zeitintervall möglich sein. Da es keine absolut richtige Zeitskala gibt, muß man für Uhrenanwendungen die "Amtliche Zeit" zugrunde legen, die von den Rundfunk-/Fernsehanstalten/Uhrzeitsendern zur Zeit mit uneinheitlichen Sender-Zeitsignalen verbreitet wird. Im folgenden soll jedoch angenommen werden, daß ein einheitliches, automatisch auswertbares Sender-Zeitsignal von allen Rundfunk-/Fernsehanstalten ausgestrahlt wird, damit das hier beschriebene Verfahren voll zur Geltung kommt.The rate deviation of the clock (49) is determined by the frequency constancy of the oscillator (30). In order to be able to measure this, the comparison must be possible with a time interval that is considered "correct". Since there is no absolutely correct time scale, one has to use the "official time" for clock applications, which is currently being broadcast by radio / television stations / time transmitters with inconsistent transmitter time signals. In the following, however, it should be assumed that a uniform, automatically evaluable transmitter time signal is broadcast by all radio and television stations so that the method described here comes into its own.

Die Inbetriebnahme der Uhr erfolgt mit Hilfe des Schalters (f), der die Startautomatik (48) und den Zeitsignal-Empfänger (45) einschaltet. Sollte die Uhr (49) bereits laufen, wird sie mittels der Stoptaste (e) angehalten. Bei quasianalog anzeigenden Uhren wird das Zeigerwerk auf die Referenzzeit gestellt oder an dieser Stelle angehalten. Das nächste Zeitzeichen (3), (5) gelangt über die Startautomatik (48) in die Uhr (49) und stellt dort alle Register - entsprechend der vorgegebenen Zeitreferenz - auf Sollwert und startet den Zeitzähler. Die Uhr (49) läuft jetzt mit der Genauigkeit ihres Quarzoszillators (30) selbsttätig, also ohne Senderbeeinflussung, bis zum Eintreffen des nachfolgenden Zeitzeichens (3), (5) weiter. Gleichzeitig mit dem ersten empfangenen Zeitzeichen (3), (5) wird über die Resetleitung der Startautomatik (48) der Ruhezustand hergestellt: über das Oder-Gatter (41) wird das Flipflop (47) zurückgestellt, womit der Zeitzeichenausgang vom Und-Gatter (46) verriegelt ist; über das Oder-Gatter (36) wird der Taktzähler (40) auf 0 gestellt und das Flipflop (38) in die Ruhelage gebracht, damit über das Und-Gatter (39) der Zeittakt 1 nicht in den Taktzähler (40) gelangen kann; über das Oder-Gatter (35) wird die Einschaltstufe (43), (44) des Zeitsignal-Empfängers (45) in Stellung "Aus" gebracht; weiter werden die Register in der Stellogik (31) auf Sollwert gesetzt und die Inhalte von Vorzeichenspeicher (23) und Differenzzeitspeicher (26) auf 0 gestellt. Etwas später schaltet man mit dem Schalter (f) den Zeitsignal-Empfänger (45) und die Startautomatik (48) wieder aus, womit der Startvorgang beendet ist. Ein zeitlich vorgewähltes Signal (1) von der Uhr (49) schaltet den Zeitsignal-Empfänger (45), z. B. nach 23 Stunden/59 Minuten, über die Einschaltstufe (43), (44) ein und öffnet das Und-Gatter (39) mit Hilfe des Flipflops (38) , damit der Zeittakt 1 in den Taktzähler (40) gelangen kann. Das zeitlich nächste Signal (2) wird vom Taktzähler (40) geliefert, gibt über das Flipflop (47) und dem Und-Gatter (46) den Zeitzeichenausgang des Zeitsignal-Empfängers (45) frei, stellt die Register im Differenzzeitmesser (24) und in der Prioritätslogik (21) zurück und gibt über die Und-Gatter (22), (25) den Übertrag der Informationen aus Prioritätslogik (21) und Differenzzeitmesser (24) zum Vorzeichenspeicher (23) und Differenzzeitspeicher (26) frei. Die Prioritätslogik (21) erwartet jetzt das Zeitzeichen (3), (5) oder das periodische Zeitsignal (4) vom Taktzähler (40). Kommt das periodische Zeitsignal (4) vor dem Zeitzeichen (5) ergibt sich ein positives Vorzeichen in der Prioritätslogik (21) (das Signal zum Vorzeichenspeicher führt z. B. das Potential H), im umgekehrten Fall ergibt sich ein negatives Vorzeichen (das Signal zum Vorzeichenspeicher führt z. B. das Potential L). Diese Ausdrucksweise soll als Definition aufgefaßt werden. Mit Eintreffen des 1. Signals (3) oder (4) wird der Differenzzeitmesser (24) von der Prioritätslogik (21) gestartet, wobei Zählimpulse des Zeittakts 2, die vom Taktzähler (40) an den Differenzzeitmesser (24) und an die Korrekturstufe (27) führen, gezählt werden und die Auflösung der Zeitmessung für die Gangabweichung der Uhr (49) bestimmen. Die Differenzzeitmessung wird von dem zuletzt eintreffenden Signal (4) oder (5) über den Weg der Prioritätslogik (21) wieder beendet. Das Signal (7) vom Taktzähler (40) verriegelt anschließend über Oder-Gatter (41), Flipflop (47), Und-Gatter (46) das Zeitzeichen (3), (5). Der nächste Signalausgang (8) des Taktzählers (40) schaltet über Oder-Gatter (35), Flipflop (43), Oder-Gatter (44) den Zeitsignal-Empfänger (45) aus und überträgt mit demselben Signal (8) die Meßwerte aus Prioritätslogik (21) und Differenzzeitmesser (24) über die Und-Gatter (22), (25) in den Vorzeichenspeicher (23) und Differenzzeitspeicher (26). Nachdem diese Daten an der Korrekturstufe (27) stabil anstehen und ausgewertet wurden, kann der Korrekturbeginn über die Signalleitung (9) vom Taktzähler (40) aus eingeleitet werden. Die Korrektur der Anzeige geschieht mit Hilfe der Impulsstufe 1 (29), der Impulsstufe 2 (33) und des Oder-Gatters (37) derart, daß die im Vorzeichenspeicher (23) und Differenzzeitspeicher (26)- festgehaltenen Werte der Gangabweichung wieder rückgängig gemacht werden. Hierbei formt die Impulsstufe 1 (29) den Zeittakt 1 (Figur 3a) des Oszillators (30) in eine Rechteckschwingung mit dem Impulsverhältnis 4 um (Figur 3b). Diese Rechteckschwingung gelangt im Normalfall über das Oder-Gatter (37) und das Entstörfilter (42) als Zeittakt zur Uhr (49). Ging die Uhr (49) laut Meßergebnis zu schnell, wird dieser Zeittakt von der Korrekturstufe (27) über das Oder-Gatter (28) in der Impulsstufe 1 (29) so lange unterdrückt, bis die gemessene Gangabweichung wieder ausgeglichen ist. Ging die Uhr (49) laut Meßergebnis zu langsam, wird von der Korrekturstufe (27) über das Oder-Gatter (32) der Mittenimpuls zum Zeittakt (Figur 3c) in der Impulsstufe 2 (33) freigegeben, wobei das Summensignal mit dem Impulsverhältnis 2 (Figur 3d) über das Oder-Gatter (37) so lange zur Uhr (49) gelangt, bis die gemessene Gangabweichung wieder ausgeglichen ist. Parallel zur Korrektur der Anzeige empfiehlt sich die Korrektur der Oszillatorfrequenz, z. B. auf digitale Weise, wie von Dipl. -Ing. Gollinger, Wolfgang in: "Elektronische Quarzuhr mit integrierten Schaltungen" in der Offenlegungsschrift 2362470 vom 15. 12. 1973 (Deutsches Patentamt München) beschrieben und in Figur 5 schematisch dargestellt. Die Korrekturstufe (27) wirkt rechnenderweise in diesem Oszillatorzweig der Gangabweichung der Uhr (49) engegen, so daß ein geschlossener Regelkreis entsteht. Die Beendigung aller Korrekturvorgänge wird von der Korrekturstufe (27) mit dem Signal (10) angezeigt, welches über das Oder-Gatter (36) die Rückstellung des Taktzählers (40) und des Flipflops (38) bewirkt. Nach einem Zeitzeichenausfall erreicht der Zähler im Differenzzeitmesser (24) seinen Maximalwert und setzt mit seinem Ausgangssignal (6) das Flipflop (34). Der Übertragimpuls (8) ist dadurch wirkungslos, so daß die anschließende Anzeigekorrektur mit den zuletzt gespeicherten Werten im Vorzeichenspeicher (23) und Differenzzeitspeicher (26) erfolgt. Die Oszillatorkorrektur ist vom Flipflop (34) aus verhindert, der Regelkreis wird also unterbrochen, damit die hohe Gangreserve erhalten bleibt. Die Signalleitung "Sommer-Winterzeit" von der Uhr (49) zur Stellogik (31) setzt voraus, daß es sich um eine computergesteuerte Datumsuhr handelt. H-Potential entspricht z. B. Sommerzeit, L-Potential Winterzeit. Der Potentialwechsel auf dieser Signalleitung verursacht den gezielten Stellvorgang um jeweils eine Stunde mit Hilfe des vorher beschriebenen Verfahrens für die Anzeigekorrektur. Da dieser Stellvorgang verhältnismäßig lange dauert, und in dieser Zeit die Aussage der Uhrenanzeige unkorrekt ist, sollte die Anzeigeauflösung in jedem Fall eine Sekunde betragen, damit optisch erkennbar wird: die Uhr läuft zu schnell bzw. die Uhr steht. Diese Signalisierung genügt Uneingeweihten, auch ohne Bedienungsanleitung, um die Anzeige unberücksichtigt zu lassen.The watch is started using the switch (f), which switches on the automatic start (48) and the time signal receiver (45). If the clock (49) is already running, it is stopped using the stop button (e). With quasi-analogue clocks, the movement is set to the reference time or stopped at this point. The next time signal (3), (5) reaches the clock (49) via the automatic start (48) and sets all registers there - according to the specified time reference - to the setpoint and starts the time counter. The clock (49) now runs automatically with the accuracy of its quartz oscillator (30), that is to say without influencing the transmitter, until the following time signal (3), (5) arrives. Simultaneously with the first received time signal (3), (5), the idle state is established via the reset line of the automatic starter (48): the flip-flop (47) is reset via the OR gate (41), so that the time signal output from the AND gate ( 46) is locked; The clock counter (40) is set to 0 via the OR gate (36) and the flip-flop (38) is brought into the rest position, so that the clock pulse 1 cannot reach the clock counter (40) via the AND gate (39); The switch-on stage (43), (44) of the time signal receiver (45) is brought into the “off” position via the OR gate (35); continue to grow Register in the setting logic (31) is set to the setpoint and the contents of the sign memory (23) and difference time memory (26) are set to 0. A little later, the time signal receiver (45) and the automatic start (48) are switched off again with the switch (f), which completes the starting process. A time-preselected signal (1) from the clock (49) switches the time signal receiver (45), e.g. B. after 23 hours / 59 minutes, via the switch-on stage (43), (44) and opens the AND gate (39) with the help of the flip-flop (38), so that the time clock 1 can get into the clock counter (40). The next time signal (2) is supplied by the clock counter (40), releases the time signal output of the time signal receiver (45) via the flip-flop (47) and the AND gate (46), provides the register in the differential timer (24) and in the priority logic (21) and releases via the AND gates (22), (25) the transfer of the information from the priority logic (21) and difference timer (24) to the sign memory (23) and difference time memory (26). The priority logic (21) now expects the time signal (3), (5) or the periodic time signal (4) from the clock counter (40). If the periodic time signal (4) comes before the time signal (5), there is a positive sign in the priority logic (21) (the signal to the sign memory leads, for example, the potential H), in the opposite case there is a negative sign (the signal The potential L) leads to the sign memory, for example. This expression is to be understood as a definition. When the first signal (3) or (4) arrives, the differential timer (24) is started by the priority logic (21), counting pulses of the clock cycle 2 being transmitted by the clock counter (40) to the differential timer (24) and to the correction stage ( 27), count and determine the resolution of the time measurement for the clock deviation of the watch (49). The difference time measurement is ended by the last arriving signal (4) or (5) via the path of the priority logic (21). The signal (7) from the clock counter (40) ver then locks the time signal (3), (5) via OR gate (41), flip-flop (47), and gate (46). The next signal output (8) of the clock counter (40) switches off the time signal receiver (45) via OR gate (35), flip-flop (43), OR gate (44) and transmits the measured values with the same signal (8) Priority logic (21) and difference timer (24) via the AND gates (22), (25) in the sign memory (23) and difference time memory (26). After this data is stable at the correction stage (27) and has been evaluated, the start of correction can be initiated from the clock counter (40) via the signal line (9). The display is corrected with the aid of pulse level 1 (29), pulse level 2 (33) and the OR gate (37) in such a way that the values of the gear deviation recorded in the sign memory (23) and difference time memory (26) are canceled will. The pulse stage 1 (29) transforms the clock cycle 1 (FIG. 3a) of the oscillator (30) into a square wave with the pulse ratio 4 (FIG. 3b). This square wave normally reaches the clock (49) via the OR gate (37) and the interference suppression filter (42). If the clock (49) went too fast according to the measurement result, this time cycle is suppressed by the correction stage (27) via the OR gate (28) in pulse stage 1 (29) until the measured gear deviation is balanced again. If the clock (49) was too slow according to the measurement result, the correction pulse (27) via the OR gate (32) releases the center pulse at the time pulse (Figure 3c) in pulse level 2 (33), the sum signal with the pulse ratio 2 (Figure 3d) via the Oder gate (37) until the clock (49) until the measured gear deviation is balanced again. In addition to correcting the display, we recommend correcting the oscillator frequency, e.g. B. in a digital way, as by Dipl. -Ing. Gollinger, Wolfgang in: "Electronic quartz clock with integrated circuits" in laid-open specification 2362470 from December 15, 1973 (Deut patent office Munich) and shown schematically in Figure 5. The correction stage (27) arithmetically acts in this oscillator branch against the rate deviation of the clock (49), so that a closed control loop is created. The completion of all correction processes is indicated by the correction stage (27) with the signal (10), which causes the clock counter (40) and the flip-flop (38) to be reset via the OR gate (36). After a time signal failure, the counter in the differential timer (24) reaches its maximum value and sets the flip-flop (34) with its output signal (6). The carry pulse (8) is ineffective, so that the subsequent display correction is carried out with the values last stored in the sign memory (23) and difference time memory (26). The oscillator correction is prevented from the flip-flop (34), so the control loop is interrupted so that the high power reserve is retained. The signal line "summer-winter time" from the clock (49) to the Stellogik (31) requires that it is a computer-controlled date clock. H potential corresponds to z. B. summer time, L-potential winter time. The potential change on this signal line causes the targeted adjustment process by one hour each time using the previously described display correction method. Since this setting process takes a relatively long time and the information on the clock display is incorrect during this time, the display resolution should in any case be one second so that it can be visually recognized that the clock is running too fast or the clock is at a standstill. This signaling is sufficient for the uninitiated, even without operating instructions, to disregard the display.

Am störanfälligsten ist das Zeitzeichen (3), (5), dessen Signalweg einer genaueren Untersuchung unterzogen wurde. Störimpulse außerhalb des Fangbereichs (Figur 1) wirken sich nicht aus. Störimpulse innerhalb des Fangbereichs wirken sich nur aus, wenn sie vor Eintreffen des Zeitzeichens (3), (5) entstehen. Tritt dieser Fall ein, so ist die Wahrscheinlichkeit groß, daß es sich um eine Dauerstörung handelt, d. h. , die Wahrscheinlichkeit einer Störimpulsreihe, die sich über den gesamten Fangbereich erstreckt, ist groß. Dabei wirkt sich aber nur der erste Störimpuls aus, der der unteren Toleranzgrenze (Figur 1) am nächsten liegt. Es wird also ein Nachgehen der Uhr simuliert. Sorgt man nun beim automatischen Oszillatorabgleich dafür, daß die Uhr tatsächlich nachgeht, dann wird - trotz falsch interpretierter Zeitzeichen - sich der Fangbereich auch nach mehrmaligen Störungen noch innerhalb der erlaubten Absolutzeit des Zeitzeichens (3),(5) befinden. Anders ausgedrückt: das Zeitzeichen (3) wird in der ersten Hälfte des Fangbereichs erwartet, wobei einem Störimpuls nur ein kleiner Wirkungszeitraum zur Verfügung steht. Zu beachten ist, daß sich der Fangbereich mit dem periodischen Zeitsignal (4) in Bezug auf das Zeitzeichen (3),(5) ändert, während das Zeitzeichen (3), (5) selbst als stillstehend zu betrachten ist.The most susceptible to faults is the time signal (3), (5), the signal path of which has been subjected to closer examination. Interference impulses outside the capture range (Figure 1) have no effect. Störim pulses within the capture range only have an effect if they occur before the time signal (3), (5) arrives. If this occurs, there is a high probability that it is a permanent disturbance, ie the probability of a series of disturbance pulses that extends over the entire capture range is high. However, only the first interference pulse that is closest to the lower tolerance limit (FIG. 1) has an effect. This means that the watch is simulated to follow up. If you now ensure that the clock actually runs during the automatic oscillator adjustment, then - despite incorrectly interpreted time signals - the catch range will still be within the permitted absolute time of the time signal (3), (5) even after repeated faults. In other words, the time signal (3) is expected in the first half of the catch range, with a glitch only having a short effective period. It should be noted that the catch range changes with the periodic time signal (4) in relation to the time signal (3), (5), while the time signal (3), (5) itself is to be regarded as stationary.

In Figur 4 ist das detaillierte Blockschaltbild des Zeitsignal-Empfängers (45) dargestellt. Der Rundfunkempfänger (61) ist, wie unter Vorteile beschrieben, einfach aufgebaut. Die Senderabstimmung erfolgt spannungsgesteuert. Der Empfänger-Mikrocomputer (68) stellt den Rundfunkempfänger (61) nach Einschaltung durch das Oder-Gatter (44) und der Stromzufuhr (64) automatisch auf den stärksten Sender ein. Dies geschieht z. B. durch Auswerten der Regelspannung, die über den Verstärker (62) und über den A/D-Wandler (66) dem Empfänger-Mikrocomputer (68) zugeführt wird. Das Computerprogramm fährt zunächst den gesamten Empfangsfrequenzbereich mit Hilfe der über den D/A-Wandler (65) umgeformten Abstimmspannung ab und speichert die zugehörigen Regelspannungswerte. Anschließend rastet er den Rundfunkempfänger (61) bei dem Sender mit der größten Feldstärke ein, um die Wahrscheinlichkeit eines ungestörten Empfangs zu erhöhen. Wird, wie zur Zeit, das Sender-Zeitsignal von allen Sendern zu fast jeder vollen Stunde ausgestrahlt, besteht auch in Uhrzeit-Grenzgebieten die Möglichkeit, einen benachbarten Sender, der außerhalb der Uhrzeit-Grenze liegt, zu empfangen, was mit codiert gesendeten Signalen nicht möglich ist. Einen mehrmaligen Zeitzeichenausfall kann der Empfänger-Mikrocomputer (68) einfach registrieren, da er außerdem die Aufgabe der Zeitzeichendecodierung wahrzunehmen hat. In diesem Fall sucht er sich den nächst starken Sender.FIG. 4 shows the detailed block diagram of the time signal receiver (45). The radio receiver (61) is simply constructed, as described under advantages. The transmitter tuning is voltage controlled. The receiver microcomputer (68) automatically adjusts the radio receiver (61) to the strongest transmitter after being switched on by the OR gate (44) and the power supply (64). This happens e.g. B. by evaluating the control voltage, which is supplied to the receiver microcomputer (68) via the amplifier (62) and via the A / D converter (66). The computer program first travels the entire reception frequency range with the aid of the tuning voltage converted via the D / A converter (65) and stores the associated control voltage values. Then he snaps the radio receiver (61) at the transmitter with the greatest field strength in order to increase the probability of undisturbed reception. If, as at the time, the transmitter time signal is broadcast by all transmitters at almost every full hour, there is also the possibility in time limit areas to receive a neighboring transmitter that is outside the time limit, which is not the case with coded signals is possible. The receiver microcomputer (68) can easily register a repeated time signal failure since it also has the task of performing time signal decoding. In this case, he looks for the next strongest station.

Soll der Rundfunkempfänger (61) gleichzeitig als Radiouhr verwendet werden, empfiehlt sich eine Umschaltung auf Handbetrieb mittels des Schalters (g). Der gerade eingestellte Sender wird dann auch als Zeitsignal-Sender verwendet. In dieser Betriebsart muß die Startautomatik (48) über das Und-Gatter (69) verriegelt sein, und der Empfänger-Mikrocomputer (68) auf eine andere Programmschleife umgeschaltet werden. Es kann evtl. die Notwendigkeit bestehen, einen bestimmten Sender (z. B. Uhrzeitsender) als Zeitsignal-Sender von Hand zu suchen. Dieser kann dann mit der Taste (h) gespeichert werden, wonach gewährleistet ist, daß der Empfänger-Mikrocomputer (68) diesen Sender immer automatisch anwählt. Mit Taste (i) ist diese Betriebsart wieder rückgängig zu machen: Wenn das Programm bei Abfrage der Speicherstelle für vorgegebenen Sender eine 0 erkennt, wird wieder der Sender mit der größten Feldstärke angewählt. Das zu decodierende Sender-Zeitsignal (Nf) (Figur 9) wird im Verstärker (63) so hoch verstärkt, daß es als Rechteckspannung mit definierten Logikpegeln zu verwenden ist. Das Flipflop (67) verbessert die Decodierbarkeit, da es die Zeichenfrequenz (Nf) halbiert und für ein exaktes Impulsverhältnis von 2 sorgt.If the radio receiver (61) is to be used as a radio clock at the same time, it is advisable to switch to manual mode using the switch (g). The currently set transmitter is then also used as a time signal transmitter. In this operating mode, the automatic start (48) must be locked via the AND gate (69) and the receiver microcomputer (68) must be switched to another program loop. There may be a need to manually search for a specific transmitter (e.g. time transmitter) as a time signal transmitter. This can then be saved with the (h) key, after which it is ensured that the receiver microcomputer (68) always selects this transmitter automatically. Use the (i) key to cancel this operating mode: If the program detects a 0 when querying the memory location for the preset station, the station with the highest field strength is selected again. The transmitter time signal (Nf) to be decoded (FIG. 9) is amplified in the amplifier (63) to such an extent that it can be used as a square-wave voltage with defined logic levels. The flip-flop (67) improves the decodability, since it halves the character frequency (Nf) and ensures an exact pulse ratio of 2.

Anwendung des Verfahrens bei UhrenanlagenApplication of the process to clock systems

Das einfachste und preisgünstigste Konzept einer Uhrenanlage nach diesem Verfahren erhält man mit einer Hauptuhr nach Figur 5 und quasianalog anzeigenden Nebenuhren mit Schrittmotor (82) . Die Steuerung der Nebenuhren erfolgt über nur eine Signalleitung, die den Sekundentakt mit Korrektur an jede Nebenuhr führt. Die Installation der Nebenuhren beschränkt sich also auf eine Doppelader - ohne Stromversorgung -, so daß sich dieses Verfahren z. B. in explosionsgefährdeten Anlagen empfiehlt.The simplest and most inexpensive concept of a clock system using this method is obtained with a master clock according to FIG. 5 and secondary clocks with a quasi-analog display with a stepping motor (82). The slave clocks are controlled via only one signal line, which leads the second clock with correction to each slave clock. The installation of the slave clocks is therefore limited to a double wire - without power supply - so that this method z. B. in potentially explosive systems.

Ähnlich einfach ist eine Uhrenanlage nach diesem Verfahren entsprechend Figur 7. Die Hauptuhr ist wieder nach Figur 5 konzipiert, die Nebenuhren ebenso, jedoch fehlt bei letzteren der Zeitsignal-Empfänger (45). Die Steuerung der Nebenuhren erfolgt jetzt mit Hilfe des Zeitzeichens. Im Gegensatz zu vorigem Konzept arbeiten die Nebenuhren störsicherer, müssen nach einem Hauptuhrenausfall nicht gestellt werden (Ausnutzung der hohen Gangreserve) und können auch mit Digitalanzeige (81) ausgerüstet sein.A clock system according to this method is similarly simple in accordance with FIG. 7. The master clock is again designed according to FIG. 5, the slave clocks likewise, but the latter lacks the time signal receiver (45). The slave clocks are now controlled using the time signal. In contrast to the previous concept, the slave clocks work more interference-free, do not have to be set after a master clock failure (utilization of the high power reserve) and can also be equipped with a digital display (81).

Nebenuhren sind oft an schlecht zugängigen Stellen angebracht und extremen Umwelteinflüssen ausgesetzt, so daß besonders bei diesem Uhrentyp der Service einfach sein sollte. Da es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ohnehin um eine computergesteuerte Uhr handelt, ist es ohne besonderen Aufwand möglich, Ausgänge für den Datenaustausch (Anzeigewert) über genormte Schnittstellen zwischen Haupt- und Nebenuhren vorzusehen. Ein solches Beispiel zeigt Figur 8. Die Steuerung der Nebenuhren geschieht auch hier wieder mit Hilfe des Zeitzeichens, also störsicher mit hoher Gangreserve, nur ist jetzt noch zusätzlich die Möglichkeit gegeben, durch zyklische Abfrage aller Nebenuhren das fehlerhafte Arbeiten einer Nebenuhr im zentralen Überwachungsraum anzuzeigen. Nach erfolgtem Service ist ein gezielter Stellvorgang von der Hautuhr aus möglich. Voraussetzung hierfür ist die Adressierung jeder Nebenuhr von der Hauptuhr aus und das einfache Einstellen und Erkennen der spezifischen Adresse an der Nebenuhr. Erfindungsgemäß läßt sich diese Aufgabenstellung verhältnismäßig einfach durch Codierschalter (91) Figur 8) lösen. Man hat dann auch die Möglichkeit, Stellvorgänge für Sommer- und Winterzeit von der Hauptuhr aus vorzunehmen.Slave clocks are often installed in hard-to-reach places and are exposed to extreme environmental influences, so service should be easy, especially with this type of clock. Since the method according to the invention is a computer-controlled clock anyway, it is possible to provide outputs for data exchange (display value) via standardized interfaces between master clocks and slave clocks without any particular effort. Such an example is shown in FIG. 8. The slave clocks are controlled again with the aid of the time signal, that is to say interference-free with a high power reserve, but now there is the additional possibility of cyclically querying all slave clocks to make one work incorrectly Display slave clock in the central monitoring room. After the service has been completed, a targeted setting process is possible from the skin watch. This requires addressing each slave clock from the master clock and simply setting and recognizing the specific address on the slave clock. According to the invention, this task can be solved relatively easily by means of coding switches (91) (FIG. 8). You then also have the option of setting summer and winter time from the master clock.

Senderseitige UmstellungTransmitter changeover

Automatische Nachstellverfahren für autonome Funkuhren müssen für den ungünstigsten Fall dimensioniert sein. Ein großer Fangbereich bedeutet aber Störanfälligkeit und höheren Energiebedarf der Funkuhr, da der Zeitsignal-Empfänger länger eingeschaltet ist. Nach dem heutigen Stand der Technik lassen sich sehr gute Resonatoren herstellen, die die tägliche Gangabweichung einer Uhr gering halten. Die größte Abweichung entsteht bei einem Zeitskalensprung, also bei Schaltsekunden, mit dem die Funkuhr ständig rechnen muß und der ihr gesamtes Konzept verschlechtert. Es bietet sich daher an, von dem Verfahren einer Schaltsekunde zum Teil abzuweichen und die Anpassung der mittleren Sonnenzeit an die gemittelte Atomzeit in kleineren Zeitskalensprüngen vorzunehmen. Günstig ist die Aufteilung der Schaltsekunde in 8 (23) gleiche Teile, also in 0,125 Sekunden-Schritten, die vor dem errechneten Zeitpunkt in 8 aufeinanderfolgenden Tagen, den letzten Kalendertagen eines UTC-Monats (UTC = Coordinated Universal Time), vorzugsweise Ende Juni oder Ende Dezember, berücksichtigt werden. Dabei bleibt das generelle Prinzip der Schaltsekunde erhalten, auf das man sich international geeinigt hat. Wird mehr als ein Sender-Zeitsignal pro Tag gesendet (es sollten mindestens 2 sein, die um 12 Stunden versetzt sind), dann muß die Berücksichtigung eines Zeitskalensprungs in jedem Sender-Zeitsignal eines Meß-Zeitintervalls (z.B. eines Tages) auf die selbe Art berücksichtigt werden. Aufgrund praktischer Erfahrungen kann man davon ausgehen, daß eine Korrektur der Funkuhr pro Tag ausreicht. Um periodische Störer, die regelmäßig zu einer Tageszeit stören, auszuschalten, ist es zweckmäßig, auf ein zweites Sender-Zeitsignal zurückgreifen zu können. Dies hat auch den Vorteil, daß man bei der ersten Inbetriebnahme oder nach einem Servicefall der Funkuhr nicht von einer einzigen Tageszeit abhängig ist. Es sollten sich daher alle Rundfunkanstalten verpflichten, das einheitliche Sender-Zeitsignal zu zwei festen Tageszeiten, die um 12 Stunden versetzt sind, immer auszustrahlen. Aus den vielfältigen Möglichkeiten für ein geeignetes Sender-Zeitsignal, das eine automatische Auswertung gewährleistet, wurde eine Lösung ausgearbeitet, die den Aufbau einfacher Zeitzeichencoder sowie -decoder gestattet, akustisch wahrnehmbar ist und nur drei Sekunden Zeitdauer in Anspruch nimmt (Figur 9). Die Nf-Modulationsfrequenz von 1000 Hz wurde gewählt, da sie in der Nachrichtentechnik für viele Parameter als Bezugsfrequenz dient und außerdem hörbar gemacht werden kann. Die gewählte Dauer von insgesamt drei Sekunden stellt einen günstigen Kompromiß zwischen unnötig lang (damit störanfällig) und zu kurz (damit ungenügende Selektion aus einem beliebigen Nf-Signal) dar. Weiter ist hervorzuheben, daß alle maßgebenden Zeiten mit Binärteilern von einer üblichen "Uhrenfrequenz", z. B. 215 Hz oder 222 Hz, ableitbar sind, wofür es genügend Resonatoren gibt. Dieser Vorteil bezieht sich sowohl auf die Zeitzeichencoder- als auch -decoderschaltung. Die gleich gewählten Zeitabschnitte kommen auch einer Computerauswertung entgegen, da mit Programmschleifen oder Unterprogrammen gearbeitet werden kann.Automatic adjustment procedures for autonomous radio clocks must be dimensioned in the worst case. However, a large catch range means that the radio clock is susceptible to faults and requires more energy because the time signal receiver is switched on for a longer period. According to the current state of the art, very good resonators can be manufactured which keep the daily rate deviation of a watch low. The greatest deviation arises with a time scale jump, i.e. leap seconds, with which the radio clock must constantly reckon and which worsens its overall concept. It is therefore advisable to partially deviate from the leap second method and to adapt the mean solar time to the mean atomic time in smaller time scale increments. It is favorable to divide the leap second into 8 (2 3 ) equal parts, i.e. in 0.125 second steps, before the calculated time in 8 consecutive days, the last calendar days of a UTC month (UTC = Coordinated Universal Time), preferably at the end of June or at the end of December. The general principle of the leap second, which has been agreed internationally, is retained. More than one transmitter time signal is sent per day (there should be at least 2, which are offset by 12 hours), then the consideration of a time scale jump in each transmitter time signal of a measurement time interval (eg a day) must be taken into account in the same way. Based on practical experience, it can be assumed that one correction of the radio clock per day is sufficient. In order to switch off periodic interferers that regularly interfere at a time of day, it is expedient to be able to use a second transmitter time signal. This also has the advantage that you are not dependent on a single time of day when the radio clock is used for the first time or after servicing. All broadcasters should therefore undertake to always broadcast the uniform transmitter time signal at two fixed times of the day, which are offset by 12 hours. From the various possibilities for a suitable transmitter time signal, which ensures automatic evaluation, a solution was developed that allows the construction of simple time signal encoders and decoders, is acoustically perceptible and only takes three seconds (Figure 9). The Nf modulation frequency of 1000 Hz was chosen because it serves as a reference frequency for many parameters in communications technology and can also be made audible. The selected duration of a total of three seconds represents a favorable compromise between unnecessarily long (thus prone to failure) and too short (hence insufficient selection from any Nf signal). It should also be emphasized that all relevant times with binary dividers of a usual "clock frequency" , e.g. B. 2 15 Hz or 2 22 Hz can be derived, for which there are enough resonators. This advantage relates to both the time signal encoder and decoder circuit. The equally selected time periods are also suitable for computer evaluation, since program loops or subroutines can be used.

Claims (7)

1. Verfahren zum automatischen Stellen autonomer Funkuhren mit Hilfe eines Zeitzeichens (3), (5), dadurch gekennzeichnet, daß die Gangabweichung einer Funkuhr innerhalb eines definierten Zeitintervalls nach Größe und Richtung periodisch so gemessen, gespeichert und im Anschluß daran korrigiert wird, daß das Zeitzeichen (3), (5) immer innerhalb eines definierten Fangbereichs liegt, dessen Grenzen von der Oszillatorfrequenz abgeleitet sind, wobei diese Oszillatorfrequenz ebenfalls in Abhängigkeit von der Gangabweichung periodisch korrigiert wird, alle Korrekturen in Abhängigkeit von den gespeicherten Meßwerten erfolgen, und die Veränderung vorgenannter Speicherinhalte (23), (26) bei einem Zeitzeichenausfall verhindert ist.1. A method for the automatic setting of autonomous radio clocks with the help of a time signal (3), (5), characterized in that the rate deviation of a radio clock within a defined time interval according to size and direction is periodically measured, stored and then corrected that the Time signals (3), (5) always lie within a defined catch range, the limits of which are derived from the oscillator frequency, this oscillator frequency also being periodically corrected as a function of the gear deviation, all corrections being carried out as a function of the stored measured values, and the change mentioned above Memory contents (23), (26) is prevented in the event of a time signal failure. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitsignal-Empfänger (45) nur wenig länger als der Fangbereich eingeschaltet ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the time signal receiver (45) is switched on only slightly longer than the capture range. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (30) der Funkuhr automatisch so abgeglichen wird, daß das Zeitzeichen (3) nach Möglichkeit vor dem periodischen Zeitsignal (4) erscheint.3. The method according to claim 1, characterized in that the oscillator (30) of the radio clock is automatically adjusted so that the time signal (3) appears before the periodic time signal (4) if possible. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitsignal-Empfänger (45) z.B. computergesteueret arbeitet, sich automatisch auf den stärksten Sender einstellt, bei einem Zeitzeichenausfall den nächst starken Sender anwählt oder generell auf einen vorgegebenen Sender zurückgreift.4. The method according to claim 1, characterized in that the time signal receiver (45) e.g. works computer-controlled, automatically adjusts itself to the strongest station, selects the next strong station in the event of a time signal failure or generally uses a preset station. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitsignal-Empfänger (45) auch in bereits vorhandene Rundfunk-/Fernsehempfänger verlagert sein kann.5. The method according to claim 1, characterized in that the time signal receiver (45) can also be relocated to existing radio / television receivers. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es auch für Uhrenanlagen verwendbar ist, und daß die angezeigte Uhrzeit einer Nebenuhr unter einer bestimmten - durch Codierschalter (91) gegebenen - Adresse von einer Hauptuhr aus abrufbar sowie veränderbar ist.6. The method according to claim 1, characterized in that it can also be used for clock systems, and that the displayed time of a slave clock under a certain - given by coding switch (91) - address from a master clock can be called up and changed. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitskalensprung von einer Sekunde (Schaltsekunde) senderseitig in mehrere kleine Zeitskalensprünge aufgeteilt ist, und daß diese kleineren Zeitskalensprünge an mehreren aufeinanderfolgenden Meß-Zeitintervallen (z. B. Tagen) gesendet werden.7. The method according to claim 1, characterized in that a time scale jump of one second (leap second) is divided into several small time scale jumps at the transmitter end, and that these smaller time scale jumps are sent at several successive measuring time intervals (for example days).
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