POLONIO, Christian (Böckinger Strasse 10, Heilbronn, 74078, DE)
SAILER, Hans, Joachim (Asperger Strasse 39, Heilbronn, 74078, DE)
C-MAX EUROPE GMBH (Carl-Zeiss-Strasse 13, Heilbronn, 74078, DE)
POLONIO, Roland (Steinachstrasse 49, Neckarsulm, 74172, DE)
POLONIO, Christian (Böckinger Strasse 10, Heilbronn, 74078, DE)
SAILER, Hans, Joachim (Asperger Strasse 39, Heilbronn, 74078, DE)
Patentansprüche
1. Programmierbarer Zeitzeichenempfänger (160): mit Empfangsmitteln (1 ), die zum Empfangen eines elektromagnetischen Zeitzeichensignals und eines Programmiersignals ausgebildet sind, und mit Verarbeitungsmitteln (102, die für eine Verarbeitung des Zeitzeichensignals und des Programmiersignals ausgebildet sind, wobei den Empfangsmitteln (1 ) und/oder den Verarbeitungsmitteln (102) Speichermittel zugeordnet sind, die für eine zeitweilige Speicherung von Programmierinstruktionen sowie für eine Bereitstellung der Programmierinstruktionen an die Empfangsmittel (1 ) und/oder an die Verarbeitungsmittel (102) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass Ansteuermittel (90) vorgesehen sind, die für die Bereitstellung eines von den Empfangsmitteln (1) und/oder von den Verar- beitungsmitteln (102) und/oder von den Speicherrnitteln bereitgestellten
Programmierkontrollsignals ausgebildet sind.
2. Programmierbarer Zeitzeichenempfänger nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuermittel (90) für eine drahtlose übertragung des Programmierkontrollsignals, insbesondere auf einer Frequenz des Zeitzeichensignals und/oder des Programmiersignals, eingerichtet sind.
3. Programmierbarer Zeitzeichenempfänger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuermittel (90) für eine drahtlose übertragung des Programmierkontrollsignals mittels der Empfangsmittel (1), insbesondere mittels einer den Empfangsmitteln (1 ) zugeordneten Antenneneinrichtung (2), eingerichtet sind.
4. Programmierbarer Zeitzeichenempfänger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuermittel (90) Schaltmittel (310, 312, 314) aufweisen, die für eine Bereitstellung des Programmierkontrollsignals an eine Antenneneinrichtung (2) in Abhängigkeit eines Schaltsignals ausgebildet sind.
5. Programmierbarer Zeitzeichenempfänger nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuermittel (90) für eine drahtgebundene übertragung des Programmierkontrollsignals eingerichtet sind.
6. Verfahren zum Programmieren eines Zeitzeichenempfängers (160) mit den Schritten:
Bereitstellen wenigstens einer Programmierinstruktion an einen Zeitzeichenempfänger mittels eines Programmiergeräts (206), Decodieren der Programmierinstruktion durch Empfangsmittel (1) und/oder durch Verarbeitungsmittel (102) des Zeitzeichenempfängers (160),
Speichern der Programmierinstruktion, die zur Ausführung in den Empfangsmitteln (1 ) und/oder in den Verarbeitungsmittel (102) bestimmt ist, in Speichermitteln des Zeitzeichenempfängers (160), Ausgeben eines Programmierkontrollsignals während und/oder nach der Durchführung des Programmiervorgangs mittels des Zeitzeichenempfängers (160)
Empfangen und Verarbeiten des Programmierkontrollsignals in dem Programmiergerät (206).
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Programmierkontrollsignal nach jeder Programmierinstruktion, vorzugsweise nach einer Folge von Programmierinstruktionen mit vorgebbarer Länge, besonders bevorzugt nach Beendigung des Programmiervorgangs, ausgegeben wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Programmierinstruktionen mit einer Datenrate bereitgestellt werden, die größer als die Datenrate des Zeitzeichens gewählt ist, wobei dem Zeitzeichenempfänger (160) eine auf die Datenrate angepasste Programmiertaktfrequenz bereit- gestellt wird, die größer als eine interne Arbeitstaktfrequenz des Zeitzeichenempfängers (160) gewählt ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, 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.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Programmiertaktfrequenz vom Programmiergerät (206) bereitgestellt wird.
1 1. Programmiergerät für eine Programmierung eines Zeitzeichenempfängers (160): mit Speichermitteln zur Speicherung von Prograrnmierinstruktionen für den Zeitzeichenempfänger (160), mit einem internen Taktgenerator zur Bereitstellung einer Programmiertaktfrequenz für eine Programmierung des Zeitzeichenempfängers (160) mit einer erhöhten Taktfrequenz, mit einer Steuereinrichtung, die zur Bereitstellung der Programmierinstruktionen an den Zeitzeichenempfänger (160) eingerichtet ist, mit Empfangsmitteln für ein vom Zeitzeichenempfänger (160) während und/oder nach dem Programmiervorgang ausgesendetes Programmier- kontrollsignal.
12. Programmiergerät nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung derart eingerichtet ist, 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. |
Programmierbarer Zeitzeichenempfänqer, Verfahren zum Programmieren eines Zeitzeichenempfänqers und Programmiergerät für Zeitzeichenempfänger.
Die Erfindung betrifft einen programmierbaren Zeitzeichenempfänger, ein Verfahren zum Programmieren eines Zeitzeichenempfängers und ein Programmiergerät für Zeitzeichenempfänger.
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 präzi- sen Zeitangabe in entsprechend eingerichteten Endgeräten, insbesondere in Funkuhren oder zeitbasierten Messeinrichtungen, eingesetzt werden.
Für die übertragung von Zeitzeichen sind Funkwellen, insbesondere im langwelligen Frequenzbereich von ca. 30 kHz bis ca. 300 kHz, ein geeignetes Medium. In langwel- //gen 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.
Das Zeitzeichen wird von einem Zeitzeichensender bereitgestellt, der eine Signalfolge gemäß einem vorgegebenen Protokoll sendet. Sowohl bei der gewählten Sende-
frequenz 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. Eine nähere Beschreibung des Protokolls des von der DCF77-Station ausgesendeten Zeitzeichens ist der nachstehenden Beschreibung der Figuren 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 amplituden- modulierter Signale aussenden.
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 O Sekunden synchronisiert. Eine typische Funkuhr ist so ausgebildet, dass die Zeiteinstellung durch Auf- nähme der Zeitinformation eines Rahmens oder mehrerer Zeitrahmen von dem Zeitpunkt an erfolgt, zu dem das Null-Sekundensignal zuerst empfangen wurde.
Fig. 1 zeigt das mit Bezugszeichen A gezeichnete Codierungsschema der codierten Zeitinformation gemäß dem Protokoll des Zeitzeichensenders DCF-77. Das Codie- rungsschema 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 5 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 I O damit den Beginn des Zeitzeichens.
Die Struktur und die Bit-Belegung des in Fig. 1 dargestellten Codierungsschema zur übermittlung von Zeitzeichen ist allgemein bekannt und beispielsweise in einem Artikel von Peter Hetzet, "Zeitinformation und Normalfrequenz", Telekom Praxis, Band 1, 5 1993 beschrieben.
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 Se- 0 künde - 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 Sekun- 5 denmarken dient der binären Codierung von Uhrzeit und Datum, wobei Sekundenmarken mit einer Dauer von 0, 1 Sekunden X1 der binären "O" 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 Zeitzei- chensender gesendeten Zeitinformation möglich. Fig. 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.
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 Fig. 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 "O" zugewiesen wird. Dies geschieht, indem zunächst der Sekundenbeginn eines jeweiligen Zeitrahmens des Zeitzeichens bestimmt wird, /st dieser Sekundenbeginn bekannt, kann dann aus der ermittelten Dauer des Impulses jeweils der Bitwert "1" oder "O" 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.
Vom Markt her ist ein als Funkuhr mit einem Funkuhrwerk ausgeführter Zeitzeichenempfänger bekannt, der für den Empfang eines Zeitzeichens eingerichtet ist. Um An- passungen 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 einge- speist werden können. Nach Durchführung der Einspeisung werden die Programmierinstruktionen im Funkuhrwerk decodiert und verarbeitet, um die gewünschten Eigenschaften des Funkuhrwerks zu bewirken.
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.
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.
Diese Aufgabe wird mit einem Zeitzeichenempfänger mit den Merkmalen des An- Spruchs 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 gleicherweise für das erfindungsgemäße Verfahren wie auch für die erfindungsgemäßen Vorrichtungen.
Der erfindungsgemäße programmierbare Zeitzeichenempfänger weist Empfangsmittel zum Empfangen eines elektromagnetischen Zeitzeichensignals und eines Programmiersignals sowie Verarbeitungsmittel für eine Verarbeitung des Zeitzeichensignals und des Programmiersignals auf, wobei den Empfangsrnitteln und/oder den Verarbeitungsmitteln Speichermittel zugeordnet sind, die für eine zeitweilige Speicherung von 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 Spei- chermitteln 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.
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. elekt- romechanische 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.
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 Zeitzeichenemp- fängers, 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 Pro- grammierkontrollsignals 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 Programmierkontrollsig- nal durch Verwenden der Empfangsmittel mit einem geringem Energieaufwand ausgegeben werden.
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 Zustandsmaschi- ne (state machine), insbesondere als Mikrocontroller, ausgeführten Verarbeitungsmitteln bereitgestellt wird, in ein Programmierkontrollsignal gewandelt werden, das von der Antenneneinrichtung ausgesendet wird.
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 übertra- gung der Programmierinstruktionen vorgesehen ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Programmieren eines Zeitzeichenempfängers mit den folgenden Schritten vorgesehen: Bereitstellen wenigstens einer Prograrnmierinstruktion an einen Zeitzeichenempfänger mittels ei- nes 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 Prograrnmierkontrollsignals während und/oder nach der Durchfüh- rung 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 ü- bertragen 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.
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 Datenra- te 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 Pro- grammiertaktfrequenz 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 Programmiertakt- frequenz, die doppelt so groß gewählt ist wie die Arbeitstaktfrequenz kann somit eine Halbierung der Programrnierzeit 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 end kundenspezifischen 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.
Das Programmierkontrollsignal gibt die Möglichkeit, den Programmiervorgang zu ü- berwachen und bei fehlerhafter Programmierung eine Reduzierung der Programmiertaktfrequenz und der Programmierdatenrate durchzuführen, um ein sicheres Programmierergebnis zu gewährleisten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei aufeinanderfolgenden Programmiervorgängen ein nachfolgender Programmiervorgang mit einer Programmiertaktfrequenz durchgeführt wird, die größer als eine Programmiertaktfrequenz eines vorhergehenden Programmiervorgangs gewählt wird, sofern der vorher- gehende 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 er- folgreich programmiert werden kann, wird die Programmiertaktfrequenz und die Datenrate für die Programmierinstruktionen abgesenkt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Programmiertaktfrequenz vom Programmiergerät bereitgestellt wird. Dies ermöglicht eine Bereitstel- lung von mehreren Prograrnmiertaktfrequenzen 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.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Programmiergerät für eine Programmierung eines Zeitzeichenempfängers vorgesehen, das Speichermittel zur Speicherung von Programrnierinstruktionen 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 Programmier- kontrollsigπal kann in der Steuereinrichtung des Programmiergeräts eine vorteilhafte
Anpassung der Prograrnmiertaktfrequenz 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 Program- miervorgang 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 sicherheitsrele- vanten 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 abschlössen wurde. In diesem Fall findet zunächst eine erneute Programmierung des vorhergehend programmierten Zeitzeichenempfängers statt, bevor ein nachfolgender Zeitzeichenempfänger programmiert wird.
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:
Fig. 1 ein schematische graphische Darstellung eines Zeitzeichens, das gemäß dem Protokoll des Zeitzeichensenders DCF-77 codiert ist;
Fig. 2 einen Ausschnitt eines idealisierten Zeitzeichens mit 5 Sekundenimpulsen;
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines stark vereinfacht dargestellten Zeitzeichenempfängers,
Fig. 4 ein detailliertes Blockschaltbild eines Teils des Zeitzeichenempfängers gemäß der Fig. 3.
Fig. 5. eine schematische Darstellung eines Programmiergeräts, das für die draht- lose Bereitstellung eines externen Programmiertaktsignals und für den
Empfang eines Programmierkontrollsignals eingerichtet ist,
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Ansteuereinrichtung zur drahtlosen
übertragung eines Programmierkontrollsignals.
In allen Figuren der Zeichnung werden gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente, Signale und Funktionen - sofern nichts anderes angegeben /st - gleich bezeichnet.
Der grundsätzliche Aufbau und die Funktionsweise eines Zeitzeichenempfängers ist aus der deutschen Patentschrift DE 35 16 810 bekannt. Fig. 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 Mik- rokontroller 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.
Fig. 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 Ein- gang 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.
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.
Die Logik- und Steuereinheit 30 ist mit einer Eingabe-ZAusgabe-Einrichtung 32 (1/0- Einheit) verbunden, welche mit Eingangs-ZAusgangsanschlüssen 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 Fig. 4 nicht darge- stellter - 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.
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.
Das in der Fig. 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.
Der Zeitzeichenempfänger 160 ist mit einem als Quarzoszillator ausgebildeten inter- nen 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 Prograrnmiertaktfrequenz ableiten und an dem Empfänger 1 weiter- leiten können.
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.
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.
Dem Mikrocontroller 102 sind Ansteuermittel 90 zugeordnet, die für eine Ansteuerung der Antenne 2 vorgesehen sind und die die drahtlose übertragung eines Program- mierkontrollsignals, das vom Mikrocontroller 102 bereitgestellt werden kann, an das Programmiergerät 206 ermöglichen. Die übertragung des Programmierkontrollsig- nals 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 wer- den. 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.
In der Fig. 6 ist eine Ausschnittvergrößerung eines Bereichs des Empfängers 2 gemäß der Fig. 5 dargestellt, wobei die in der Fig. 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 Grün- den der Vereinfachung in der Fig. 6 nicht dargestellt. Anschlussstellen 316 und 318 für die elektrische Kopplung mit dem integrierten Schaltkreis und der Steuereinheit sind jedoch dargestellt.
Die Antenne 2 weist eine Spule 300 und einen Kondensator 302 auf, die parallel zu- einander 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 ver- meiden.
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 Ansteue- rung der Transistoren eingekoppelt werden kann. Wenn das vom Mikrocontroller 102 bereitgestellte Signal auf einem logischen „Iow"-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.
Der PMOS-Transistor 312 ist bedingt durch den „Iow"-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 N MOS-Transistoren 310 und 314, also einer Steuerspannung, die größer als eine Schwellspannung der NMOS-T ransistoren 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 Fig. 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.
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