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Die
Erfindung betrifft einen programmierbaren Zeitzeichenempfänger, ein
Verfahren zum Programmieren eines Zeitzeichenempfängers und
ein Programmiergerät
für Zeitzeichenempfänger.
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Für eine Vielzahl
von Anwendungen des täglichen
Lebens ist die Bereitstellung einer exakten Zeitangabe von elementarer
Bedeutung. In verschiedenen Nationen wie USA, Japan, Russland, Deutschland,
etc. werden von den zuständigen
nationalen Einrichtungen exakte Zeitsignale, sogenannte Zeitzeichen,
bereitgestellt, die mit Hilfe geeigneter Empfänger (Zeitzeichenempfänger) empfangen
werden können.
Die Zeitzeichen können
für die
weitere Verarbeitung, das heißt
zur Extraktion einer präzisen Zeitangabe
in entsprechend eingerichteten Endgeräten, insbesondere in Funkuhren
oder zeitbasierten Messeinrichtungen, eingesetzt werden.
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Für die Übertragung
von Zeitzeichen sind Funkwellen, insbesondere im langwelligen Frequenzbereich
von ca. 30 kHz bis ca. 300 kHz, ein geeignetes Medium. In langwelligen
Signalen, insbesondere durch Amplitudenmodulation, codierte Zeitzeichen
haben eine sehr große
Reichweite, sie dringen in Gebäude
ein und sie können
noch mit sehr kleinen Ferritantennen empfangen werden. Hindernisse
wie Bäume
und Gebäude
bewirken bei hochfrequenten Satellitensignalen starke Signaldämpfungen,
der Empfang von Langwellensignalen wird durch derartige Hindernisse
hingegen nur wenig beeinträchtigt.
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Das
Zeitzeichen wird von einem Zeitzeichensender bereitgestellt, der
eine Signalfolge gemäß einem
vorgegebenen Protokoll sendet. Sowohl bei der gewählten Sendefrequenz
als auch beim Aufbau des Protokolls unterscheiden sich die nationalen
Zeitzeichensender. Exemplarisch ist als Zeitzeichensender die von
der Physikalisch Technischen Bundesanstalt (PTB) gesteuerte Langwellensendestation
DCF-77 zu nennen, die von mehreren Atomuhren angesteuert wird und
die ein Zeitzeichen mit einer Leistung von 50 KW auf der Frequenz
77,5 kHz im Dauerbetrieb aussendet.
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Eine
nähere
Beschreibung des Protokolls des von der DCF77-Station ausgesendeten
Zeitzeichens ist der nachstehenden Beschreibung der 1 und 2 zu
entnehmen. Als weitere Zeitzeichensender sind exemplarisch WWVB
(USA), MSF (Grossbritannien), JJY (Japan), BPC (China) zu nennen,
die Zeitinformationen auf einer Langwellenfrequenz im Bereich zwischen
40 und 160 KHz mittels amplitudenmodulierter Signale aussenden.
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Generell
wird zur Übertragung
der Zeitinformation ein Zeitzeichen mit einem Zeitrahmen, der genau
eine Minute lang ist, übertragen.
Dieser Zeitrahmen enthält
Werte für
die Minute, die Stunde, den Tag, den Wochentag, den Monat, das Jahr,
etc. in Form von BCD-Codes (binär
codierte Dezimalcodes), die mit Pulsdauermodulation bei 1 Hz pro
Bit übertragen
werden. Dabei ist entweder die Anstiegsflanke oder die Abfallflanke
des ersten Impulses eines Zeitrahmens genau mit 0 Sekunden synchronisiert.
Eine typische Funkuhr ist so ausgebildet, dass die Zeiteinstellung
durch Aufnahme der Zeitinformation eines Rahmens oder mehrerer Zeitrahmen
von dem Zeitpunkt an erfolgt, zu dem das Null-Sekundensignal zuerst
empfangen wurde.
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1 zeigt
das mit Bezugszeichen A gezeichnete Codierungsschema der codierten
Zeitinformation gemäß dem Protokoll
des Zeitzeichensenders DCF-77. Das Codierungsschema besteht vorliegend
aus 59 Bits, wobei jeweils 1 Bit einer Sekunde des Rahmens entspricht.
Im Verlauf einer Minute kann damit ein so genanntes Zeitzeichen-Telegramm übertragen
werden, das in binär
verschlüsselter Form
Informationen zu Zeit und Datum enthält. Die ersten 15 Bits B enthalten
eine allgemeine Codierung, beispielsweise Betriebsinformationen,
und werden derzeit nicht genutzt. Die nächsten 5 Bits C enthalten allgemeine
Informationen. So bezeichnet R das Antennenbit, A1 bezeichnet ein
Ankündigungsbit für den Übergang
der mitteleuropäischen
Zeit (MEZ) zur mitteleuropäischen
Sommerzeit (MESZ) und zurück,
Z1, Z2 bezeichnen Zonenzeitbits, A2 bezeichnet ein Ankündigungsbit
für eine
Schaltsekunde und S bezeichnet ein Startbit der codierten Zeitinformationen.
Ab dem 21. Bit bis zum 59. Bit werden die Zeit- und Datumsinformationen
im BCD-Code übertragen, wobei
die Daten jeweils für
die darauf folgende Minute gelten. Dabei enthalten die Bits im Bereich
D Informationen über
die Minute, im Bereich E Informationen über die Stunde, im Bereich
F Informationen über
den Kalendertag, im Bereich G Informationen über den Tag der Woche, im Bereich
H Informationen über
das Monat und im Bereich I Informationen über das Kalenderjahr. Diese
Informationen liegen bitweise in codierter Form vor. Jeweils am
Ende der Bereiche D, E und I sind so genannte Prüf-Bits P1, P2, P3 vorgesehen.
Das sechzigste Bit ist nicht belegt und dient dem Zweck, den Beginn
des nächsten
Rahmens anzuzeigen. M bezeichnet die Minutenmarke und damit den
Beginn des Zeitzeichens.
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Die
Struktur und die Bit-Belegung des in 1 dargestellten
Codierungsschema zur Übermittlung
von Zeitzeichen ist allgemein bekannt und beispielsweise in einem
Artikel von Peter Hetzel, "Zeitinformation
und Normalfrequenz",
Telekom Praxis, Band 1, 1993 beschrieben.
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Die Übertragung
der Zeitzeicheninformation erfolgt amplitudenmoduliert mit den einzelnen
Sekundenmarken. Die Modulation besteht aus einer Absenkung X1, X2
oder Anhebung des Trägersignals
X zu Beginn jeder Sekunde, wobei zu Beginn jeder Sekunde – mit Ausnahme
der neunundfünfzigsten
Sekunde jeder Minute – im
Falle eines vom DCF-77 Sender ausgesandten Zeitzeichens – die Trägeramplitude
für die
Dauer von 0,1 Sekunden X1 oder für
die Dauer von 0,2 Sekunden X2 auf etwa 25% der Amplitude abgesenkt
wird. Diese Absenkungen unterschiedlicher Dauer definieren jeweils
Sekundenmarken bzw. Datenbits. Diese unterschiedliche Dauer der
Sekundenmarken dient der binären
Codierung von Uhrzeit und Datum, wobei Sekundenmarken mit einer
Dauer von 0,1 Sekunden X1 der binären "0" und
solche mit einer Dauer von 0,2 Sekunden X2 der binären "1" entsprechen. Durch das Fehlen der sechzigsten
Sekundenmarke wird die nächstfolgende
Minutenmarke angekündigt.
In Kombination mit der jeweiligen Sekunde ist dann eine Auswertung
der vom Zeitzeichensender gesendeten Zeitinformation möglich. 2 zeigt
anhand eines Beispiels einen Ausschnitt eines solchen amplitudenmodulierten
Zeitzeichens, bei dem die Codierung durch eine Absenkung des HF-Signals
mit unterschiedlicher Impulslänge
erfolgt.
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Herkömmliche
Zeitzeichenempfänger,
wie sie beispielsweise in der deutschen Patentschrift
DE 35 16 810 C2 beschrieben
sind, empfangen das von dem Zeitzeichensender ausgestrahlte amplitudenmodulierte
Zeitzeichen und geben es wieder demoduliert als unterschiedlich
lange Impulse aus. Dies geschieht in Echtzeit, das heißt pro Sekunde
wird ein unterschiedlich langer Impuls am Ausgang entsprechend dem idealisierten
Zeitzeichen gemäß
2 erzeugt.
Die Zeitinformation ist dabei durch die unterschiedlich langen Impulse
des Trägers
codiert vorhanden. Von dem Zeitzeichenempfänger werden diese Impulse unterschiedlicher
Länge einem
nachgeschalteten Mikrocontroller zugeführt. Der Mikrocontroller wertet
diese Impulse aus und stellt fest, ob entsprechend der Länge dieses
Impulses dem jeweiligen Impuls ein Bitwert "1" oder "0" zugewiesen wird. Dies geschieht, indem
zunächst
der Sekundenbeginn eines jeweiligen Zeitrahmens des Zeitzeichens bestimmt
wird. Ist dieser Sekundenbeginn bekannt, kann dann aus der ermittelten
Dauer des Impulses jeweils der Bitwert "1" oder "0" ermittelt werden. Der Mikrocontroller
nimmt in der Folge nun alle 59 Bits einer Minute auf und stellt
anhand der Bitcodierungen eines jeweiligen Sekundenimpulses fest,
welche genaue Zeit und welches genaue Datum vorliegen.
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Vom
Markt her ist ein als Funkuhr mit einem Funkuhrwerk ausgeführter Zeitzeichenempfänger bekannt,
der für
den Empfang eines Zeitzeichens eingerichtet ist. Um Anpassungen
des Funkuhrwerks an unterschiedliche Betriebsbedingungen vornehmen zu
können
und gegebenenfalls eine Blockierung oder Freigabe von Funktionen
des Funkuhrwerks zu ermöglichen,
ist das Funkuhrwerk programmierbar ausgeführt. Das heißt, dass
eine oder mehrere Programmierinstruktionen, die gemäß einem
im Funkuhrwerk abgelegten Programmierprotokoll codiert sind, in
das Funkuhrwerk eingespeist werden können. Nach Durchführung der
Einspeisung werden die Programmierinstruktionen im Funkuhrwerk decodiert und
verarbeitet, um die gewünschten
Eigenschaften des Funkuhrwerks zu bewirken.
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Sowohl
die Einspeisung der Programmierinstruktionen als auch deren Decodierung
und Verarbeitung wird mit einer im Zeitzeichenempfänger angelegten,
auf die Datenrate des Zeitzeichens abgestimmten Verarbeitungsgeschwindigkeit
vorgenommen. Eine Programmierung eines Zeitzeichenempfängers wird üblicherweise
mit einer drahtgebundenen Einspeisung von Programmierinstruktionen
in den Zeitzeichenempfänger
verwirklicht und erfolgt mit einer Datenrate bzw. Übertragungsrate,
die korrespondierend zur Datenrate des Zeitzeichens gewählt ist.
Das heißt,
dass für
die Übertragung
von Programmierinstruktionen bei einem Zeitzeichenempfänger, der
auf einen typischen Zeitzeichensender abgestimmt ist, eine gewisse
Zeitspanne benötigt
wird. Diese Zeitspanne macht sich, insbesondere bei der Programmierung
von Zeitzeichenempfängern
in der Massenproduktion, störend
bemerkbar und begrenzt die Anzahl von Zeitzeichenempfängern, die
innerhalb einer Zeiteinheit programmiert werden können.
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Aus
der
DE 196 25 041
A1 ist eine insbesondere als Armbanduhr ausgebildete Transponderuhr bekannt.
Die Armbanduhr ist dabei mit einem Transceiver ausgestattet, der
eine Guthaben-Belastung zur bloßen
Umbuchung zulässt.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe liegt darin, einen programmierbaren
Zeitzeichenempfänger,
ein Verfahren zum Programmieren eines Zeitzeichenempfängers und
ein Programmiergerät für Zeitzeichenempfänger bereitzustellen,
die eine schnellere und zuverlässigere
Programmierung ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Zeitzeichenempfänger mit den Merkmalen des
Anspruchs 1, mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6
sowie mit einem Programmiergerät
mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen. Die nachstehend geschilderten
Vorteile und Merkmale gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren
wie auch für
die erfindungsgemäßen Vorrichtungen.
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Der
erfindungsgemäße programmierbare Zeitzeichenempfänger weist
Empfangsmittel zum Empfangen eines elektromagnetischen Zeitzeichensignals
und von Programmierinstruktionen auf, die nachfolgend auch als Programmiersignal
bezeichnet werden. Der Zeitzeichenempfänger weist weiterhin Verarbeitungsmittel
für eine
Verarbeitung des Zeitzeichensignals und der Programmierinstruktionen
auf. Den Empfangsmitteln und/oder den Verarbeitungsmitteln sind
Speichermittel zugeordnet, die für
eine zeitweilige Speicherung der Programmierinstruktionen sowie
für eine
Bereitstellung der Programmierinstruktionen an die Empfangsmittel
und/oder an die Verarbeitungsmittel ausgebildet sind. Außerdem sind Ansteuermittel
vorgesehen, die für
die Bereitstellung eines von den Empfangsmitteln und/oder von den Verarbeitungsmitteln
und/oder von den Speichermitteln bereitgestellten Programmierkontrollsignals
ausgebildet sind. Das Programmierkontrollsignal wird zur Bestätigung eines
erfolgreichen Verlaufs eines Programmiervorgangs ausgegeben und
ermöglicht damit
eine Kontrolle darüber,
ob die von einem Programmiergerät
bereitgestellten Programmierinstruktionen erfolgreich decodiert
und gegebenenfalls verarbeitet wurden.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ansteuermittel
für eine
drahtlose Übertragung
des Programmierkontrollsignals, insbesondere auf einer Frequenz
des Zeitzeichensignals und/oder des Programmiersignals, eingerichtet
sind. Dadurch kann in einfacher Weise eine Rückkopplung aus dem Zeitzeichenempfänger in
das Programmiergerät
verwirklicht werden, ohne dass eine elektrische bzw. elektromechanische
Kopplung zwischen dem Zeitzeichenempfänger und dem Programmiergerät bestehen
muss. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
es vorgesehen, dass das Programmierkontrollsignal auf der Frequenz,
mit der das Zeitzeichensignal und/oder das Programmiersignal übertragen
wird, an das Programmiergerät
gesendet wird. Dies ist von Vorteil, da das Programmiergerät ohnehin
für die
Verarbeitung von Signalen mit dieser bzw. diesen Frequenzen gestaltet
ist und somit für den
Empfang des Programmierkontrollsignals keine zusätzlichen Einrichtungen erforderlich
sind.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ansteuermittel
für eine
drahtlose Übertragung
des Programmierkontrollsignals mittels der Empfangsmittel, insbesondere
mittels einer den Empfangsmitteln zugeordneten Antenneneinrichtung,
eingerichtet sind. Durch Verwendung der Empfangsmittel des Zeitzeichenempfängers, die
ohnehin für
die Verarbeitung von Zeitzeichensignalen und Programmiersignalen
eingerichtet sind, kann eine besonders effiziente Rückkopplung
eines Programmierkontrollsignals an das Programmiergerät bewirkt
werden. Die Empfangsmittel sind in ihrer Auslegung bzw. ihrem Layout
auf die Frequenz des Zeitzeichens und des Programmiersignals optimiert.
Somit wird für
ein drahtloses Ausgeben des Programmierkontrollsignals unter Verwendung
der Empfangsmittel nur eine minimale Energiemenge benötigt, da durch
die Optimierung der Empfangsmittel ein guter Wirkungsgrad der Programmierkontrollsignal-Übertragung
sichergestellt ist. Da Zeitzeichenempfänger häufig für den Betrieb mit Batterien
oder ähnlichen Energiespeichern
mit begrenzter Energiekapazität vorgesehen
sind, kann das Programmierkontrollsignal durch Verwenden der Empfangsmittel
mit einem geringem Energieaufwand ausgegeben werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ansteuermittel
Schaltmittel aufweisen, die für
eine Bereitstellung des Programmierkontrollsignals an eine Antenneneinrichtung
in Abhängigkeit
eines Schaltsignals ausgebildet sind. Mit den Schaltmitteln kann
ein hochohmiges Schaltsignal, das von als Zustandsmaschine (state
machine), insbesondere als Mikrocontroller, ausgeführten Verarbeitungsmitteln
bereitgestellt wird, in ein Programmierkontrollsignal gewandelt
werden, das von der Antenneneinrichtung ausgesendet wird.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ansteuermittel
für eine
drahtgebundene Übertragung
des Programmierkontrollsignals eingerichtet sind. Dies ist insbesondere
dann von Interesse, wenn auch eine drahtgebundene Übertragung
der Programmierinstruktionen vorgesehen ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Programmieren
eines Zeitzeichenempfängers
mit den folgenden Schritten vorgesehen: Bereitstellen wenigstens
einer Programmierinstruktion an einen Zeitzeichenempfänger mittels
eines Programmiergeräts,
Decodieren der Programmierinstruktion durch Empfangsmittel und/oder durch
Verarbeitungsmittel des Zeitzeichenempfängers, Speichern der Programmierinstruktion,
die zur Ausführung
in den Empfangsmitteln und/oder in den Verarbeitungsmitteln bestimmt
ist, in Speichermitteln des Zeitzeichenempfängers, Ausgeben eines Programmierkontrollsignals
während
und/oder nach der Durchführung
des Programmiervorgangs mittels des Zeitzeichenempfängers, Empfangen
und Verarbeiten des Programmierkontrollsignals in dem Programmiergerät. Mit einem
derartigen Verfahren kann eine Rückkopplung
des Zeitzeichenempfängers
an das Programmiergerät übertragen
werden, die Auskunft darüber
gibt, ob der vom Programmiergerät
im Zeitzeichenempfänger
ausgelöste
Programmiervorgang erfolgreich durchgeführt wird bzw. durchgeführt wurde.
Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn mit den Programmierinstruktionen
Daten an den Zeitzeichenempfänger übertragen
werden, die sicherheitsrelevante Funktionen des Zeitzeichenempfängers steuern
sollen. Für
diesen Fall kann es auch vorgesehen sein, dass der Zeitzeichenempfänger die Daten
in einer verarbeiteten, insbesondere verschlüsselten, Form wieder an das
Programmiergerät zurücküberträgt, so dass
eine exakte Kontrolle der übertragenen
Daten möglich
ist. Das Programmierkontrollsignal kann nach jeder Programmierinstruktion,
vorzugsweise nach einer Folge von Programmierinstruktionen mit vorgebbarer
Länge,
besonders bevorzugt nach Beendigung des Programmiervorgangs, ausgegeben
werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Programmierinstruktionen
mit einer Datenrate bereitgestellt werden, die größer als die
Datenrate des Zeitzeichens gewählt
ist, wobei dem Zeitzeichenempfänger
eine auf die Datenrate angepasste Programmiertaktfrequenz bereitgestellt wird,
die größer als
eine interne Arbeitstaktfrequenz des Zeitzeichenempfängers gewählt ist.
Dadurch wird eine Beschleunigung des Programmiervorgangs ermöglicht,
indem die interne Verarbeitungsgeschwindigkeit des Zeitzeichenempfängers, die
auf die geringe Datenrate des Zeitzeichens und auf einen geringen
Energieverbrauch ausgelegt ist, mittels der Programmiertaktfrequenz übersteuert
und somit erhöht
wird. Für
den Zeitzeichenempfänger
wird also mit Hilfe der Programmiertaktfrequenz, die höher als die
interne Arbeitstaktfrequenz gewählt
ist, eine Anpassung an eine höhere
Datenrate erreicht, mit der entsprechende Programmierinstruktionen
von dem Programmiergerät
mit größerer Geschwindigkeit
bereitgestellt werden können.
Bereits bei einer Programmiertaktfrequenz, die doppelt so groß gewählt ist
wie die Arbeitstaktfrequenz kann somit eine Halbierung der Programmierzeit
erreicht werden. Dies ist besonders dann von Interesse, wenn in
einer Massenproduktion eine Vielzahl von Zeitzeichenempfängern programmiert
werden soll. Eine kurze Programmierdauer wird auch gewünscht, wenn
eine Programmierung eines Zeitzeichenempfängers, der in einem Benutzerendgerät wie einer
Armbanduhr, einem Haushaltsgerät
oder einer sonstigen Einrichtung vorgesehen ist, mit endkundenspezifischen
Daten, beispielsweise in einem Ladengeschäft an der Kasse, erfolgen soll.
Die Programmiertaktfrequenz wird vorzugsweise so ausgewählt, dass
ein vorteilhafter Kompromiss zwischen einer kurzen Programmierdauer
und einem sicheren Ablauf des Programmiervorgangs gewährleistet
ist. Der Zeitzeichenempfänger
erlaubt, bedingt durch seinen Aufbau bzw. sein Layout, keine beliebige
Steigerung der Arbeitstaktfrequenz. Vorzugsweise ist zumindest eine
Verdopplung, besonders bevorzugt eine Vervierfachung, insbesondere
eine Verzehnfachung, der Arbeitstaktfrequenz vorgesehen.
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Das
Programmierkontrollsignal gibt die Möglichkeit, den Programmiervorgang
zu überwachen und
bei fehlerhafter Programmierung eine Reduzierung der Programmiertaktfrequenz
und der Programmierdatenrate durchzuführen, um ein sicheres Programmierergebnis
zu gewährleisten.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei aufeinander
folgenden Programmiervorgängen
ein nachfolgender Programmiervorgang mit einer Programmiertaktfrequenz durchgeführt wird,
die größer als
eine Programmiertaktfrequenz eines vorhergehenden Programmiervorgangs
gewählt
wird, sofern der vorhergehende Programmiervorgang ordnungsgemäß ausgeführt wurde.
Dadurch kann über
eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Programmiervorgängen eine
Ermittlung einer optimalen Programmiergeschwindigkeit für die Zeitzeichenempfänger vorgenommen
werden. Dies ist bei der Massenproduktion von Zeitzeichenempfängern von
Interesse, da sich unterschiedliche Chargen von Zeitzeichenempfängern bedingt
durch Streuung in Produktionsprozessen auch hinsichtlich ihrer maximalen
Programmiergeschwindigkeit bzw. maximalen Datenrate unterscheiden
können
und somit eine dynamische Anpassung der Programmiertaktfrequenz
an die Eigenschaften der Zeitzeichenempfänger möglich ist. Sofern ein nachfolgend
zu programmierender Zeitzeichenempfänger mit der vorhergehenden
Programmiertaktfrequenz nicht erfolgreich programmiert werden kann,
wird die Programmiertaktfrequenz und die Datenrate für die Programmierinstruktionen
abgesenkt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Programmiertaktfrequenz
vom Programmiergerät
bereitgestellt wird. Dies ermöglicht
eine Bereitstellung von mehreren Programmiertaktfrequenzen mit geringem
Frequenzunterschied, so dass eine vorteilhafte Anpassung an die
Eigenschaften des Zeitzeichenempfängers verwirklicht werden kann,
ohne dass dazu entsprechende Einrichtungen im Zeitzeichenempfänger bereitgestellt werden
müssen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Programmiergerät für eine Programmierung
eines Zeitzeichenempfängers
vorgesehen, das Speichermittel zur Speicherung von Programmierinstruktionen
für den
Zeitzeichenempfänger,
einen internen Taktgenerator zur Bereitstellung einer Programmiertaktfrequenz
für eine
Programmierung des Zeitzeichenempfängers mit einer erhöhten Taktfrequenz, eine
Steuereinrichtung zur Bereitstellung der Programmierinstruktionen
an den Zeitzeichenempfänger und
an die Empfangsmittel für
ein vom Zeitzeichenempfänger
während
und/oder nach dem Programmiervorgang ausgesendetes Programmierkontrollsignal
aufweist. Mit dem vom Zeitzeichenempfänger bereitgestellten Programmierkontrollsignal
kann in der Steuereinrichtung des Programmiergeräts eine vorteilhafte Anpassung
der Programmiertaktfrequenz sowie der Datenrate für die Programmierinstruktionen
verwirklicht werden. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung derart
eingerichtet, dass ein nachfolgender Programmiervorgang mit einer
höheren
Programmiertaktfrequenz vorgenommen wird, sofern bei einem vorhergehenden
Programmiervorgang eine vorgebbare Anzahl von Programmierkontrollsignalen von
den Empfangsmitteln empfangen wurde. Dabei kann die Anzahl der vorgebbaren,
zu empfangenden Programmierkontrollsignale so gewählt sein,
dass lediglich eine Mindestzahl von Programmierkontrollsignalen
empfangen werden muss, um den Programmiervorgang als erfolgreich
zu bewerten. Bei der Programmierung von sicherheitsrelevanten Programmierinstruktionen
kann auch eine 100%-Prüfung
anhand der vom Zeitzeichenempfänger
ausgegebenen Programmierkontrollsignale vorgesehen sein, so dass
nur dann eine Erhöhung
der Programmiertaktfrequenz stattfindet, wenn alle zu überprüfenden Programmierinstruktionen
auch durch Rückkopplung entsprechender
Programmierkontrollsignale an das Programmiergerät positiv bestätigt wurden.
Weiterhin kann auch vorgesehen werden, dass die Programmiertaktfrequenz
und die Datenrate zur Übertragung
der Programmierinstruktionen reduziert wird, wenn ein Programmiervorgang
nicht erfolgreich abschlossen wurde. In diesem Fall findet zunächst eine erneute
Programmierung des vorhergehend programmierten Zeitzeichenempfängers statt,
bevor ein nachfolgender Zeitzeichenempfänger programmiert wird.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie
aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele,
die anhand der Figuren erläutert
werden. Dabei zeigt:
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1 ein
schematische graphische Darstellung eines Zeitzeichens, das gemäß dem Protokoll des
Zeitzeichensenders DCF-77 codiert ist;
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2 einen
Ausschnitt eines idealisierten Zeitzeichens mit 5 Sekundenimpulsen;
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3 ein
Blockschaltbild eines stark vereinfacht dargestellten Zeitzeichenempfängers,
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4 ein
detailliertes Blockschaltbild eines Teils des Zeitzeichenempfängers gemäß der 3.
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5 eine
schematische Darstellung eines Programmiergeräts, das für die drahtlose Bereitstellung
eines externen Programmiertaktsignals und für den Empfang eines Programmierkontrollsignals
eingerichtet ist,
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6 eine
schematische Darstellung einer Ansteuereinrichtung zur drahtlosen Übertragung
eines Programmierkontrollsignals.
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In
allen Figuren der Zeichnung werden gleiche bzw. funktionsgleiche
Elemente, Signale und Funktionen – sofern nichts anderes angegeben
ist – gleich
bezeichnet.
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Der
grundsätzliche
Aufbau und die Funktionsweise eines Zeitzeichenempfängers ist
aus der deutschen Patentschrift
DE 35 16 810 C2 bekannt.
3 zeigt
ein Blockschaltbild eines stark vereinfacht dargestellten Zeitzeichenempfängers, der
vorliegend als Funkuhr
100 ausgebildet ist. Die Funkuhr
100 weist
eine Antenne
2 zur Aufnahme der von einem Zeitzeichensender
101 gesendeten
Zeitzeichen
3 auf. Eine integrierte Schaltung
20 mit
einer Logik- und Steuereinheit
30 ist mit der Antenne
2 verbunden.
Antenne
2 und integrierte Schaltung
20 bilden zusammen
den Empfänger
1.
Den Ausgängen
des Empfängers
1 ist
eine als Mikrocontroller
102 in der Art von Verarbeitungsmitteln
ausgeführte,
programmgesteuerte Einheit nachgeschaltet. Der Mikrokontroller
102 nimmt
die von dem Empfänger
erzeugten Datenbits auf, errechnet daraus eine exakte Uhrzeit und
ein exaktes Datum und erzeugt daraus ein Signal
105 für Uhrzeit
und Datum. Die Funkuhr
100 weist ferner eine elektronische
Uhr
103, deren Uhrzeit anhand eines Uhrenquarzes
104 gesteuert
wird, auf. Die elektronische Uhr
103 ist mit einer Anzeige
106,
zum Beispiel einem Display, verbunden, über welches die Uhrzeit angezeigt
wird.
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4 zeigt
anhand eines detaillierten Blockschaltbildes den als integrierte
Schaltung 20 ausgeführten
Teil des Zeitzeichenempfängers.
Die integrierte Schaltung 20 weist zwei Eingänge 21, 22 zur Verbindung
mit einer oder zwei nicht dargestellten Antennen auf. Durch das
Bereitstellen von zwei bzw. auch mehr Antennen ist es möglich, den
Empfänger 1 durch
Umschalten zwischen den Antennen auf unterschiedliche Zeitzeichensender
abzustimmen, die in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen arbeiten. Mit
der Umschaltung kann eine Frequenz- oder Antennenumschaltung vorgenommen
werden. Ein Regelverstärker 4 kann
mittels steuerbarer Schalter 23, 24 jeweils mit
einer der Antenneneingänge 21, 22 verbunden
werden. Der andere Eingang des Regelverstärkers 4 ist mit Eingängen 21', 22' verbunden.
In diese Eingänge
ist zum Beispiel ein Referenzsignal IN1, IN2 einkoppelbar. Der Regelverstärker 4 ist
ausgangsseitig mit einem Eingang eines Nachverstärkers 7 verbunden.
Dazwischen ist ein als Kondensator ausgeführtes ausgebildetes Filter 6 angeordnet, mit
dem parasitäre
Kapazitäten
zwischen den Eingängen
QL – QH
kompensiert werden können.
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Die
integrierte Schaltung 20 weist ferner eine Schaltereinheit 25 auf.
Die Schaltereinheit 25 weist zum Beispiel mehrere umschaltbare
Filter an den Eingängen
QL – QH
auf, mittels der die Schaltereinheit 25 dazu ausgelegt
ist, ausgangsseitig mehrere Frequenzen bereitzustellen. Diese Frequenzen
lassen sich über
Steuereingänge 26, 36, 37 der
Schaltereinheit 25 einstellen. Über ein von der Schaltereinheit 25 bereitgestelltes
Steuersignal 27 ist der Regelverstärker 4 beeinflussbar,
insbesondere steuerbar. Die Schaltereinheit 25 erzeugt
ferner ein Ausgangssignal 28, welches in einen zweiten
Eingang des Nachverstärkers 7 eingekoppelt
wird. Der Nachverstärker 7 steuert
den nachgeschalteten Gleichrichter 8 an. Der Gleichrichter 8 erzeugt
ein Regelsignal 31 (AGC-Signal = Automatic Gain Control),
welches den Regelverstärker 4 ansteuert.
Der Gleichrichter 8 erzeugt ausgangsseitig ferner ein Ausgangssignal 29, beispielsweise
ein rechteckförmiges
Ausgangssignal 29 (TCO-Signal), welches einer nachgeschalteten Logik-
und Steuereinheit 30 zugeführt wird.
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Die
Logik- und Steuereinheit 30 ist mit einer Eingabe-/Ausgabe-Einrichtung 32 (I/O-Einheit) verbunden,
welche mit Eingangs-/Ausgangsanschlüssen 33 der integrierten
Schaltung 20 verbunden ist. An diesen Ausgängen 33 sind
u.a. die in der Logik- und Steuereinheit 30 bearbeiteten,
decodierten und abgespeicherten Zeitzeichen abgreifbar. Ein der
integrierten Schaltung 20 nachgeschalteter – in 4 nicht
dargestellter – Mikrocontroller
bzw. eine einfacher aufgebaute Zustandsmaschine (state machine) kann
eben diese in der Logik- und Steuereinheit 30 abgelegten
und decodierten Zeitzeichen bei Bedarf auslesen. Über die
Anschlüsse 33 ist
der integrierten Schaltung 20 bzw. der Logik- und Steuereinheit 30 ferner
ein Taktsignal zuführbar.
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Zur
weiteren Steuerung der Schaltereinheit 25 ist diese mit
der Logik- und Steuereinheit 30 verbunden, welche die Logik-
und Steuereinheit 30 mit einem Steuersignal 38 ansteuert.
Die integrierte Schaltung weist ferner Anschlüsse 36, 37 auf, über die
die Logik- und Steuereinheit 30 mit Steuersignalen SS1,
SS2 beaufschlagbar ist.
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Das
in der 5 dargestellte Programmiergerät 206 ist für eine drahtlose Übertragung
von Programmierinstruktionen vorgesehen und weist eine Antenne 240 auf,
die ein Aussenden von elektromagnetischen Signalen an den Zeitzeichenempfänger 160 ohne
eine mechanische Verbindung zwischen Programmiergerät 206 und
dem Zeitzeichenzeichenempfänger 160 ermöglicht.
Das Programmiergerät 206 ist
mit einer nicht dargestellten Steuereinrichtung und Speichermitteln
sowie mit Empfangsmitteln für das
Programmierkontrollsignal ausgestattet.
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Der
Zeitzeichenempfänger 160 ist
mit einem als Quarzoszillator ausgebildeten internen Taktgeber 72 ausgerüstet, der
zur Bereitstellung eines Grundtaktsignals vorgesehen ist. Dem internen
Taktgeber 72 sind zwei schematisch dargestellte Frequenzteiler 76 und 78 zugeordnet,
die unterschiedliche Teilerverhältnisse
aufweisen und somit aus der Grundtaktfrequenz des integrierten Taktgebers 72 eine
Arbeitstaktfrequenz bzw. eine Programmiertaktfrequenz ableiten und
an dem Empfänger 1 weiterleiten
können.
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Der
Mikrocontroller 102 ist über eine Steuerleitung 84 mit
dem integrierten Taktgeber 72 verbunden und ermöglicht damit
eine Aktivierung bzw. Deaktivierung des internen Taktgebers 72.
Eine Deaktivierung des internen Taktgebers 72 kann vorgesehen
sein, wenn von dem Programmiergerät 206 neben Programmierinstruktionen
auch ein externes Taktsignal drahtlos übertragen wird, das über die
Antenne 2 in den Empfänger 1 und
in den Mikrocontroller 102 eingekoppelt werden kann.
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Sofern
vom Programmiergerät 206 kein dementsprechendes
Programmiertaktsignal bereitgestellt wird, bleibt der interne Taktgeber 72 während des
Programmiervorgangs aktiviert. Bei Eintreffen einer entsprechenden
Programmierinstruktion wird der erste, für die Bereitstellung des Arbeitstaktsignals ausgebildete
Frequenzteiler 76 vom Mikrocontroller 102 deaktiviert
und der zweite, für
die Bereitstellung des Programmiertaktsignals vorgesehene Frequenzteiler 78 wird
aktiviert. Damit wird an den Empfänger 1 und somit auch
an den Mikrocontroller 102 die höhere Programmiertaktfrequenz
bereitgestellt und es kann ein Empfang von Programmierinstruktionen
des Programmiergeräts 206 mit
einer Datenrate, die höher
als die Datenrate des Zeitzeichens ist, erfolgen.
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Dem
Mikrocontroller 102 sind Ansteuermittel 90 zugeordnet,
die für
eine Ansteuerung der Antenne 2 vorgesehen sind und die
die drahtlose Übertragung eines
Programmierkontrollsignals, das vom Mikrocontroller 102 bereitgestellt
werden kann, an das Programmiergerät 206 ermöglichen.
Die Übertragung des
Programmierkontrollsignals als elektromagnetische Welle ist durch
den Pfeil 205 angedeutet. Das Programmiergerät 206 ist
für den
Empfang und die Verarbeitung des Programmierkontrollsignals eingerichtet
und kann somit während
und/oder nach Durchführung
eines Programmiervorgangs eine Erhöhung oder Reduzierung der Datenrate
bewirken, mit der die Programmierinstruktionen an den Zeitzeichenempfänger 160 übertragen
werden. Vorzugsweise wird die Programmiertaktfrequenz vom Programmiergerät 206 bereitgestellt,
da dieses eine größere Vielfalt
an unterschiedlichen Programmiertaktfrequenzen zur Anpassung an
die maximale Datenrate des Zeitzeichenempfängers bereithalten kann.
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In
der 6 ist eine Ausschnittvergrößerung eines Bereichs des Empfängers 2 gemäß der 5 dargestellt,
wobei die in der 5 als separater Block dargestellten
Ansteuermittel 90 zumindest im Wesentlichen durch die drei
MOS-Transistoren 310, 312 und 314 sowie
durch die zugehörigen
Steuerleitungen repräsentiert
werden. Der integrierte Schaltkreis 20 und die Steuereinheit 30 des
Empfängers 1 sind
aus Gründen
der Vereinfachung in der 6 nicht dargestellt. Anschlussstellen 316 und 318 für die elektrische
Kopplung mit dem integrierten Schaltkreis und der Steuereinheit
sind jedoch dargestellt.
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Die
Antenne 2 weist eine Spule 300 und einen Kondensator 302 auf,
die parallel zueinander geschaltet sind. Jeweils an gemeinsamen
Knotenpunkten 324, 326 der Spule 300 und
des Kondensators 302 sind die Anschlussstellen 316 und 318 elektrisch angekoppelt,
die für
die Weiterleitung eines von außen
durch elektromagnetische Wellen induktiv eingekoppelten Signals
an den integrierten Schaltkreis und an die Steuereinrichtung vorgesehen
sind. An den Knotenpunkten 324 und 326 sind Stromanschlüsse (Source-Anschluss
S und Drain-Anschluss D) des PMOS-Transistors 312 angeschlossen,
der somit in einem leitenden Zustand in der Lage ist, die Knotenpunkte 324 und 326 kurzzuschließen und
damit ein Nachschwingen des durch die Spule 300 und den Kondensator 302 gebildeten
Schwingkreises zu vermeiden.
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An
dem Knotenpunkt 324 ist zudem ein Stromanschluss (Drain-Anschluss
D) des NMOS-Transistors 314 angeschlossen, dessen weiterer
Stromanschluss (Source-Anschluss
S) mit einem Masseanschluss 322 verbunden ist. An dem Knotenpunkt 326 ist
ein Stromanschluss (Source-Anschluss S) des NMOS-Transistors 310 angeschlossen,
dessen weiterer Stromanschluss (Drain-Anschluss D) mit einem einer
Spannungsquelle verbunden ist. Die Steueranschlüsse (Gate-Anschlüsse G) aller
Transistoren 310, 312, 314 sind an einem
gemeinsamen Knotenpunkt 328 zusammengeführt, an dem ein vom Mikrocontroller 102 bereitgestelltes
Signal zur Ansteuerung der Transistoren eingekoppelt werden kann. Wenn
das vom Mikrocontroller 102 bereitgestellte Signal auf
einem logischen „low"-Pegel liegt, sind
die beiden NMOS-Transistoren 310 und 314 gesperrt,
da keine positive Steuerspannung zwischen den zugehörigen Steueranschlüssen G und
den Stromanschlüssen
S anliegt.
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Der
PMOS-Transistor 312 ist bedingt durch den „low"-Pegel des Steuersignals
freigegeben, das heißt
elektrisch leitend, und kann damit eine Spannungsdifferenz zwischen
den Knotenpunkten 324 und 326 abbauen, so dass
ein Nachschwingen des Schwingkreises aus Spule 300 und
Kondensator 302 verhindert wird. Bei Anlegen eines logischen „high"-Pegels an die NMOS-Transistoren 310 und 314,
also einer Steuerspannung, die größer als eine Schwellspannung
der NMOS-Transistoren 310, 314 ist, liegt eine
positive Steuerspannung zwischen den Steueranschlüssen G der
NMOS-Transistoren 310, 314 und den jeweils zugeordneten
Stromanschlüssen
S an, so dass die beiden NMOS-Transistoren 310, 314 leitend
geschaltet werden. Damit wird, typischerweise nur für kurze
Zeit, die zwischen der Spannungsquelle und dem Masseanschluss 322 anliegende
elektrische Spannung an die Spule 300 und an den Kondensator 302 angelegt
und führt
dazu, dass die Spule 300 ein elektromagnetischen Puls abgibt. Dieser
elektromagnetische Puls kann von dem in 5 dargestellten
Programmiergerät 206 als
Programmierkontrollsignal empfangen werden.
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Je
nach Art des vorgebbaren Protokolls für das Programmierkontrollsignal
kann durch Anlegen einer Abfolge von logischen „low"- und „high"-Signalen an die Ansteuereinrichtung
eine Pulsfolge drahtlos an das Programmiergerät 206 übertragen
werden. Die Pulsfolge kann im Programmiergerät 206 ausgewertet
werden und als Bestätigung
eines erfolgreich abgeschlossenen Programmiervorgangs gewertet werden.
Anschließend
kann in Abhängigkeit der
eingehende Programmierkontrollsignale eine Erhöhung oder Reduzierung einer
Programmiertaktfrequenz und einer Datenrate für Programmierinstruktionen
verwirklicht werden.