DE2910535A1

DE2910535A1 - Circuit detecting defined amplitude changes of defined duration - compares received signal with reference valve derived by demodulated signal fed to comparator via low-pass filter

Info

Publication number: DE2910535A1
Application number: DE19792910535
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl Ing Goessler
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1979-03-17
Filing date: 1979-03-17
Publication date: 1980-09-18

Abstract

A circuit for detecting defined amplitude changes with defined durations in a received signal is esp. for use in radio clocks and contains a comparator receiving signals, demodulated if necessary, at one input and a reference value at the other input. The evaluation of the received signal to derive time information for display is performed independently of its strength. The reference value is derived by passing the received demodulated signal to the reference comparator input via a low pass filter. For reception of signals with low levels of short duration compared to the cycle time of the carrier, the low pass filter has a d.c. voltage gain less than unity. It consists of a resistor in series with a parallel circuit contg. a capacitor and resistor.

Description

Schaltung zum Detektieren von definierten Amplituden-Circuit for the detection of defined amplitude

änderungen mit definierter Dauer Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Detektieren von definierten Amplitudenänderungen mit definierter Dauer in einem Empfangssignal, insbesondere für eine Funkuhr, mit einem Komparator, dessen ersten Eingang das gegebenenfalls demodulierte Signal zugeführt wird und an dessen anderen Eingang ein Referenzwert anliegt.Changes with a defined duration The invention relates to a circuit for detecting defined amplitude changes with a defined duration in one Received signal, in particular for a radio clock, with a comparator, the first of which Input the possibly demodulated signal is supplied and at the other Input a reference value is present.

Solche Schaltungen werden beispielsweise bei sogenannten Funkuhren benötigt, d.h. bei Empfängern, die das Signal eines Zeitzeichensenders verarbeiten, daraus die Zeit errechnen und eine Zeitanzeigeeinheit steuern. In Deutschland sendet beispielsweise der Sender DCF 77 in Mainflingen solche Zeitzeichensignale aus. Das ausgesandte Signal hat eine Frequenz von 77,5 kHz und seine Amplitude wird im Sekundenrhythmus während einer Dauer von 0,1 s bzw. 0,2 s von 100 % auf 25 % abgesenkt (während jeweils einer von 60 Sekunden erfolgt keine solche Absenkung).Such circuits are used, for example, in so-called radio clocks required, i.e. for receivers that process the signal from a time signal transmitter, calculate the time from this and control a time display unit. Sends in Germany For example, the DCF 77 transmitter in Mainflingen sends out such time signal signals. That emitted signal has a frequency of 77.5 kHz and its amplitude is every second decreased from 100% to 25% over a period of 0.1 s or 0.2 s (during each one of 60 seconds there is no such decrease).

Aus der Aufeinanderfolge von Absenkungen mit unterschiedlicher, aber definierter Dauer kann die Uhrzeit (Stunde,-Minute und Sekunde) sowie das Datum (Kalendertag, Monat, Jahr und Wochentag) errechnet werden.From the succession of lowerings with different but The time (hour, minute and second) and the date can be defined for a defined duration (Calendar day, month, year and weekday) can be calculated.

Hierbei besteht das Problem, die zeitlich und amplitudenmäßig definierte Trägerabsenkung von regellosen atmosphärisch bedingten Amplitudenschwankungen des mehr oder weniger mit Rauschen behafteten Empfangssignals zu unterscheiden. Bei den heute bekannten Funkuhren wird dazu eine Schaltung verwendet, die einen Komparator umfaßt, der die Hüllkurve des Empfangssignals mit einem festen Referenzwert vergleicht. Nachteilig ist hierbei, daß die Auswertung von der Empfangsfeldstärke des Signals abhängt.The problem here is that which is defined in terms of time and amplitude Carrier lowering of random, atmospheric amplitude fluctuations of the more or less noisy received signal to distinguish. at The radio clocks known today use a circuit that has a comparator which compares the envelope of the received signal with a fixed reference value. The disadvantage here is that the evaluation of the received field strength of the signal depends.

Dieser Nachteil läßt sich mit einer Regelschaltung zwar verringern, aber nicht beseitigen. Infolgedessen kann es bei gestörtem Empfang des Zeitzeichen-Sendersignals zu Fehlern bei der Auswertung kommen.This disadvantage can be reduced with a control circuit, but not eliminate it. As a result, if the reception of the time signal transmitter signal is disturbed errors occur in the evaluation.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Auswertung praktisch unabhängig von der Empfangsfeldstärke wird.The object of the present invention is therefore to provide a circuit of the to train initially mentioned type so that the evaluation is practically independent of the reception field strength.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das dem ersten Eingang zugeführte Signal dem zweiten Eingang über einen Tiefpaß zugeführt wird.This object is achieved in that the first The input signal is fed to the second input via a low-pass filter.

Bei der Erfindung wird also kein fester Referenzwert benutzt, sondern ein Referenzwert, der mittels des Tiefpasses aus dem auszuwertenden Signal abgeleitet wird.In the invention, therefore, no fixed reference value is used, but rather a reference value derived from the signal to be evaluated by means of the low-pass filter will.

Dadurch wird die Auswertung unabhängig von Schwankungen der Empfangsfeldstärke. Der Referenzwert hängt dabei vom Gleichspannungsanteil der Hüllkurve des Empfangssignals ab, weil die vergleichsweise schnellen definierten Änderungen der Empfangssignalamplitude sich wegen des Tiefpaßfilters praktisch nicht am zweiten Eingang auswirken können. Bei Schwankungen der Empfangsfeldstärke hingegen ändert sich die Signalamplitude wesentlich langsamer. Diese langsamen Spannungsänderungen gelangen daher auch über den Tiefpaß an den zweiten Ein- gang des Komparators, so daß der Referenzwert sich allen langsam stattfindenden Amplitudenänderungen selbsttätig anpaßt. Die obere Grenzfrequenz des Tiefpasses muß also so bemessen sein, daß Signale mit einer Frequenz, die größer oder gleich der Frequenz der Änderung der Trägeramplitude ist, relativ (d.h. im Vergleich zur Schwächung der Gleichspannungsanteile) stark gedämpft werden. Dabei folgt die Spannung am zweiten Eingang der Spannung am ersten Eingang mit einer im Vergleich zur Dauer der zu detektierenden Änderung großen Verzögerung bzw. Zeitkonstanten.This makes the evaluation independent of fluctuations in the received field strength. The reference value depends on the DC voltage component of the envelope of the received signal because the comparatively fast defined changes in the received signal amplitude practically cannot have any effect on the second input because of the low-pass filter. In contrast, the signal amplitude changes in the event of fluctuations in the received field strength much slower. These slow voltage changes therefore also get over the low pass at the second input output of the comparator, so that the Reference value automatically to all slowly occurring changes in amplitude adapts. The upper limit frequency of the low-pass filter must therefore be dimensioned in such a way that signals with a frequency greater than or equal to the frequency of the change in the carrier amplitude is relatively strong (i.e. compared to the weakening of the DC voltage components) be dampened. The voltage at the second input follows the voltage at the first Input with a long delay compared to the duration of the change to be detected or time constants.

Wenn die Dauer der Trägerabsenkungen wesentlich kürzer ist als die Dauer der Zeiträume, während der der Träger nicht abgesenkt ist - wie das bei den Zeitzeichensignalen des Senders DCF 77 der Fall ist - , liEgt der zeitliche Mittelwert (Gleichspannungsanteil) verhältnismäßig dicht bei dem Spitzenwert des Hüllkurvensignals, so daß durch Störungen verursachte Einbrüche dieses Spitzenwertes unter Umständen den Referenzwert kurzzeitig unterschreiten können und als Absenkungen detektiert werden. Um dies zu vermeiden, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß der Tiefpaß einen Gleichspannungs-Ubertragungsfaktor hat, der kleiner ist als 1. Unter Gleichspannungs-Übertragungsfaktor wird dabei das Verhältnis der Gleichspannung am Ausgang des Tiefpasses zur Gleichspannung an seinem Eingang verstanden. Es versteht sich von selbst, daß der Gleichspannung-Übertragungsfaktor nicht so klein gewählt werden darf, daß der Referenzwert den abgesenkten Wert erreicht oder gar unterschreitet. Für den Fall des Senders DCF 77 bedeutet dies, daß der Gleichspannungs-Übertragungsfaktor so bemessen sein muß, daß der Mittelwert der Spannung am zweiten Eingang kleiner ist als 100 % des Maximalwertes am ersten Eingang und größer ist als 25 % dieses Maximalwertes.If the duration of the beam lowering is much shorter than that Duration of the periods during which the carrier is not lowered - like that with the Time signal of the transmitter DCF 77 is the case -, the time average lies (DC voltage component) relatively close to the peak value of the envelope signal, so that drops in this peak value caused by disturbances may occur can briefly fall below the reference value and are detected as reductions will. To avoid this, a development of the invention provides that the Low-pass filter has a DC voltage transfer factor that is less than 1. Below The DC voltage transfer factor is the ratio of the DC voltage understood at the output of the low-pass to the DC voltage at its input. It understands It goes without saying that the DC voltage transfer factor is not chosen so small it may be that the reference value reaches or even falls below the lowered value. In the case of the DCF 77 transmitter, this means that the DC voltage transfer factor must be dimensioned so that the mean value of the voltage at the second input is smaller is than 100% of the maximum value at the first input and is greater than 25% of this Maximum values.

Wenn hingegen die Trägeramplitude ihren Maximalwert nur während eines im Vergleich zur Absenkdauer kurzen Zeitraumes haben würde, so daß der zeitliche Mittelwert des demodulierten Signals in der Nähe des abgesenkten Wertes liegen würde, dann sollte der Tiefpaß einen Gleichspannungs-Übertragungsfaktor haben, der größer ist als 1. Dies könnte leicht mit einem aktiven Tiefpaß oder einem passiven Tiefpaß mit einem nachgeschalteten Verstärker mit geeignetem Verstärkungsfaktor erreicht werden. Der gleiche Effekt könnte aber auch erreicht werden, wenn das Signal dem ersten Eingang über einen frequenzunabhängigen ohmschen Spannungsteiler zugeführt wird, dessen Spannungsteilerverhältnis kleiner ist als der Gleichspannungs-Übertragungsfaktor des Tiefpasses.If, on the other hand, the carrier amplitude reaches its maximum value only during one would have a short period of time compared to the reduction period, so that the temporal The mean value of the demodulated signal would be close to the lowered value, then the low-pass filter should have a DC voltage transfer factor that is greater is as 1. This could easily be done with an active low pass or a passive low pass achieved with a downstream amplifier with a suitable gain factor will. However, the same effect could also be achieved if the signal is dem first input supplied via a frequency-independent ohmic voltage divider whose voltage divider ratio is smaller than the DC voltage transfer factor of the low pass.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Tiefpaß aus einem ersten Widerstand im Längs zweig und der Parallelschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators im Querzweig besteht.A further development of the invention provides that the low-pass filter consists of one first resistor in the series branch and the parallel connection of a resistor and of a capacitor in the shunt branch.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Empfänger, in dem die erfindungsgemäße Schaltung Anwendung finden kann und Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. 1 shows a receiver in which the circuit according to the invention is used and FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a circuit according to the invention.

In Fig. 1 ist das Blockschaltbild einer Funkuhr dargestellt.In Fig. 1 the block diagram of a radio clock is shown.

Das von der Antenne 1 zugeführte Signal wird einer Eingangsstufe 2 zugeführt. Die Eingangsstufe enthält u.a.The signal supplied by antenna 1 is sent to an input stage 2 fed. The entrance level includes, among other things

ein sehr schmalbandiges auf die Trägerfrequenz des zu empfangenden Senders abgestimmtes oder abstimmbares Filter, vorzugsweise ein Quarzfilter. Uber die Eingangsstufe 2 gelangt das empfangene Signal zu einem Verstärker 3, der mit einer geeigneten Verstärkungsregelung versehen ist.a very narrow band to the carrier frequency of the one to be received Sender tuned or tunable filter, preferably a quartz filter. Above the input stage 2 passes the received signal to an amplifier 3, which with a suitable gain control is provided.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 3 wird einem Amplituden-Demodulator 4 zugeführt. Der Momentanwert dieses Ausgangssignals verläuft dabei proportional zur jeweiligen Amplitude des Trägers (hinter dem Verstärker 3). Bei völlig ungestörtem Empfang ergäbe sich somit eine Rechteckspannung mit überlagertem Gleichspannungsanteil, der so groß ist, daß das Signal seine Polarität nicht wechselt; im Falle des Senders DCF 77 wäre dies z.B. eine Spannung, die von einem Maximalwert in Sekundenrhythmus für jeweils 0,1 oder 0,2 s auf 25 % dieses Maximalwertes herabgesetzt wird. Dieses Signal wird der erfindungsgemäßen Schaltung 5 zugeführt, die ein erstes Signal erzeugt, wenn die Trägeramplitude abgesenkt ist und ein zweites Signal, wenn die Trägeramplitude nicht abgesenkt ist. Diese Signale werden von einem Rechner 6 ausgewertet, der daraus wenigstens die Uhrzeit errechnet und auf eine Anzeigeeinheit 7 anzeigt.The output signal of the amplifier 3 is an amplitude demodulator 4 supplied. The instantaneous value of this output signal is proportional to the respective amplitude of the carrier (behind the amplifier 3). With completely undisturbed Reception would thus result in a square-wave voltage with a superimposed DC voltage component, which is so large that the signal does not change polarity; in the case of the sender DCF 77, this would be, for example, a voltage that has a maximum value every second is reduced to 25% of this maximum value for 0.1 or 0.2 s each time. This The signal is fed to the circuit 5 according to the invention, which generates a first signal, when the carrier amplitude is decreased and a second signal when the carrier amplitude is not lowered. These signals are evaluated by a computer 6, which uses them at least the time is calculated and displayed on a display unit 7.

Die Fig. 2 zeigt die Schaltung 5 im einzelnen. Sie umfaßt einen Komparator, der in bekannter Weise (vgl. Tietze-Schenk "Halbleiterschaltungstechnik") durch einen Operationsverstärker 50 gebildet wird. Dem ersten (nichtinvertierenden) Eingang dieses Operationsverstärkers wird das empfangene und demodulierte Signal u1 direkt zugeführt, und dem zweiten Eingang wird dieses Signal über einen Tiefpaß 51 zugeführt, der einen Widerstand 52 von 33 k0hm umfaßt, der zwischen den ersten Eingang und den zweiten (invertierenden) Eingang des Operationsverstärkers 50 geschaltet ist, sowie die Parallelschaltung eines Kondensators 53 von 100 /uF und eines Widerstandes 54 von 150 k0hm, die zwischen den zweiten Eingang und Masse eingeschaltet ist. Die Gleichspannung am zweiten Eingang beträgt daher rund 82 % der Gleichspannung am ersten Eingang und (für den Sender DCF 77) zwischen 70 und 76 % des Maximalwertes am ersten Eingang. Bei dieser Lage des Referenzwertes ergibt sich eine besonders geringe Anfälligkeit der Auswertung gegen gestörten Empfang.2 shows the circuit 5 in detail. It includes a comparator, which in a known manner (see FIG. Tietze-Schenk "Semiconductor Circuit Technology") an operational amplifier 50 is formed. The first (non-inverting) entrance this operational amplifier gets the received and demodulated signal u1 directly and this signal is fed to the second input via a low-pass filter 51, which comprises a resistor 52 of 33 kohm connected between the first input and the second (inverting) input of the operational amplifier 50 is connected, and the parallel connection of a capacitor 53 of 100 / uF and a resistor 54 of 150 kΩ, which is connected between the second input and ground. the DC voltage at the second input is therefore around 82% of the DC voltage at first input and (for the DCF 77 transmitter) between 70 and 76% of the maximum value at the first entrance. With this position of the reference value, there is a special one low Susceptibility of the evaluation to disturbed reception.

Die Ausgangsspannung u2 des Komparators, die wegen der hohen Verstärkung des Operationsverstärkers jeweils nur einen von zwei Werten annehmen kann, ändert sich nur dann, wenn die auszuwertende Eingangs spannung u1 schnell im Vergleich zu der Zeitkonstanten T des den Tiefpaß bildenden RC-Gliedes 52.. .54 von 2,7 s (falls der Ausgangswiderstand des Amplituden-Demodulators 4 klein im Vergleich zu 33 k0hm ist) unter den Wert der Referenzspannung ur am zweiten Eingang absinkt, der durch den Spannungsteiler aus den Widerständen 52 und 54 vorgegeben ist. Dieses im Vergleich zur Zeitkonstanten T schnelle Absinken tritt nur während der Absenkungen des Trägers im Empfangssignal auf. Während dieser Absenkungen hält der zu dem Widerstand 54 parallelgeschaltete Kondensator 53 die durch den Spannungsteiler 52, 54 vorgegebene Referenzspannung ur nahezu konstant.The output voltage u2 of the comparator, which is due to the high gain of the operational amplifier can only assume one of two values only if the input voltage u1 to be evaluated is quickly compared to the time constant T of the RC element 52 ... .54 forming the low-pass filter of 2.7 s (if the output resistance of the amplitude demodulator 4 is small compared to 33 kohm) drops below the value of the reference voltage ur at the second input, which is given by the voltage divider from the resistors 52 and 54. This Compared to the time constant T, rapid decline occurs only during the subsidence of the carrier in the received signal. During these subsidence he holds on to the resistance 54 capacitor 53 connected in parallel the predetermined by the voltage divider 52, 54 Reference voltage ur almost constant.

Langzeitänderungen der Eingangsamplitude u1, wie sie bei Schwankungen der Empfangsfeldstärke (trotz einer etwaigen Verstärkungsregelung) auftreten, spielen sich in Zeiten ab, die groß sind im Vergleich zur Zeitkonstanten T.Long-term changes in the input amplitude u1, as they occur with fluctuations the received field strength (despite a possible gain control) in times that are large compared to the time constant T.

Während dieser Zeit kann sich der Kondensator 53 umladen, so daß sich die Referenzspannung allen langsam stattfindenden Amplitudenänderungen selbsttätig anpassen kann.During this time, the capacitor 53 can recharge, so that the reference voltage automatically to all slowly occurring amplitude changes can customize.

Je kleiner die Zeitkonstante T ist, um so stärker ist der durch die Spannungsabsenkungen im Signal u1 auftretende Wechselspannungsanteil der Referenzspannung ur. Je größer die Zeitkonstante T ist, um so kleiner wird zwar der Wechselspannungsanteil am zweiten Eingang, um so geringer wirken sich aber auch relativ schnell verlaufende Schwankungen der Empfangsfeldstärke auf die Referenzspannung aus.The smaller the time constant T, the stronger it is due to the Voltage drops in the signal u1, the alternating voltage component of the reference voltage ur. The greater the time constant T, the smaller the AC voltage component at the second entrance, the less effective are those that run relatively quickly Fluctuations in the received field strength on the reference voltage.

Ein günstiger Kompromiß ergibt sich, wenn die ZeitkonstanteT zwischen 0,1 s und 100 s liegt,vorzugsweise zwischen 1 s und 25 s.A favorable compromise arises when the time constant T is between 0.1 s and 100 s, preferably between 1 s and 25 s.

Die beiden Eingänge des Operationsverstärkers können selbstverständlich auch vertauscht werden, d.h. das Signal u1 kann dem invertierenden Eingang direkt (bzw. über einen frequenzunabhängigen Verstärker, Spannungsteiler o.dgl.) und dem nichtinvertierenden Eingang über den Tiefpaß zugeführt werden.The two inputs of the operational amplifier can of course can also be interchanged, i.e. the signal u1 can be directly connected to the inverting input (or via a frequency-independent amplifier, voltage divider or the like.) and the non-inverting input can be fed through the low-pass filter.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Circuit for detecting defined changes in amplitude with a defined duration in a received signal, in particular for a radio clock a comparator, the first input of which is supplied with the possibly demodulated signal and a reference value is applied to the other input, characterized in that that the signal supplied to the first input (u1) to the second input via a Low-pass filter (51) is supplied.

2. A circuit according to claim 1 for receiving signals during a short time compared to the time interval between two reductions be lowered to a low value, characterized in that the low-pass has a DC voltage transfer factor that is less than 1.

3. A circuit according to claim 2, characterized in that the low-pass filter from a first resistor (52) in the series branch and the parallel connection of a resistor (54) and a capacitor (53) in the shunt branch.

4. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein the duration of a change is 0.1 or 0.2 s and changes every second occur, characterized in that the cutoff frequency of the low-pass filter is so dimensioned is that the signal at the second input matches the signal at the first input with a time constant between 0.1 s and 100 s, preferably between 1 s and 25 s follows.