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JM5311 北京蓝通精电科技有限公司
电波表系统介绍
1承担的任务和产品方案
RCT（无线授时技术）专用接收电路内部主要包括输入信号放大器、调谐放大器、自动增益控制电路、滤波器、解调器等。它通过接收天线接收授时中心发射的实时授时信号，由于信号较弱，在RCT专用接收电路内要经过信号放大器对小信号进行放大，然后输出到调谐放大器进行选频放大、滤波。滤波后的信号由解调器进行信号解调，从载波中提取基带时间编码信号，最后输出到MCU进行解码处理。图1为JABRIEL 自行研发的接收电路JABRIEL JM5311电路结构图。

图1 JABRIEL JM5311电路结构图
在40kHz~120kHz的载波频段上，没有足够的带宽调制语音信号，它所发送的只是一系列二进制代码。通常这些二进制代码的时间宽度表示了实际的标准时间值，它需要一分钟时间将一个完整的标准时间编码帧发送完毕。这意味着，当你首次使用具备RCT功能的接收装置时，加电后至少需要1Min才能完成时间校准。时间校准的快慢主要依赖于接收信号的强度以及RCT接收装置的设计水平。一旦RCT接收装置与标准时间同步后，将在随后的一段时间内不再对RCT授时信号进行解码，某些对时间精度要求不高的计时装置每天只对RCT授时信号解码一次或几次。校准通常在夜晚进行，因为夜晚时的授时信号强度比白天强。在两次时间校准过程中，仍然使用晶体振荡器维持准确的时间（晶体振荡器通常可以在数天内保持时间误差不超过1s）。
2国内外有关产品和技术的对比分析
2.1国内外有关产品的对比分析
1986年，第一只商业用途的RCT钟表诞生于欧洲。除德国的Frankfurt外，法国也建立了类似的长波发射台，信号覆盖了整个欧洲大陆。目前RCT钟表在欧洲钟表市场的占有率已达到近40％。电波钟表技术及产品综合运用了无线电技术、时频技术、微电子技术、计算机技术及精密机械制造技术，除应用于人们的一般日常生活外，还可广泛应用于交通、通讯、计算机、自动控制、网络系统、大型公共场所及国防、军事等广泛领域低频时间授时技术的应用可为现代社会提供标准、统一的时间技术支撑。
中国国家授时中心1994年完成RCT授时长波发射台的可行性论证，1999年建成每天可工作5小时的试验台（100kW全固态发射机，发射频率68.5KHz）；2000年完成试播和部分外场测试，RCT钟表样机问世。中国电波钟控制时间信号协议，即BPC码，已从2002年4月25日起正式发射。预计在未来几年内，随着国民经济的发展，我国RCT市场将有不可估量的增长。
在RCT技术广泛应用之前，也有使用GPS（全球定位系统）接收标准时间的装置，但由于其电路复杂、成本高昂而没有得到普及。在北美及欧洲，由于RCT技术的普及，使得市场对具有自动接收时间功能的钟表及其它计时装置产生了很高的需求。不同的国家使用了不同的时间编码格式和发射频率。表１给出了目前已发射长波授时信号的几个主要国家的时间编码标准及其使用频率。
表1 各国RCT技术使用的时间编码和发射频率
国家
时间编码标准
发射基站
使用频率
发射功率
接收半径
中国
BPC
陕西西安
68.5kHZ
100kW
2000km
美国
WWVB
Fort Collins
60kHz
50kW
2000km
英国
MSF
Rugby
60kHz
25kW
1200km
德国
DFC
Frankfurt
77.5kHz
50kW
1500km
日本
JJY40
JJY60
本州福岛
九州富冈
40kHz
60kHz
50kW
50kW
1000km
1000km
中国的长波授时编码标准为BPC。目前该长波授时的时间编码还未正式公开，其专利由西安高华实业有限公司持有。同时该公司也是中国第一台长波授时电波钟的开发者。
电波表属新型计时工具，目前由于技术能力等诸多因素，在相关产品的研发公司中，绝大部分研发国外码制电波钟，并且产量可观。随着观念的日新月异，这种精确计时的钟表渐渐也被国内用户所接受，越来越多的厂商将目光投入中国市场，前景十分广阔。JABRIEL 根据市场前瞻性，在开发其他国家电波表产品的同时，将主要精力投入BPC码产品的研发和推广。目的是将JABRIEL JM5311电路与相应方案相结合，占领电波产品的相当一部分市场。
2.2研制产品的功能、性能指标要求
电波表系统通过内置微型无线接收电路（JABRIEL JM5311）接收长波时间编码信号，对其进行解调，获得解调后的时间编码信号，然后由MCU将标准时间进行解码，最终显示在LED或LCD上，或由此标准时间控制其它装置（如机械式走时钟表）。通过RCT技术，使得所有接收该标准时间编码信号的接收计时装置都可以与授时中心的标准时间同步，确保了时间的准确性。通常授时信号的接收装置主要由RCT专用接收电路、接收天线及外围器件构成，其中RCT专用接收电路是整个系统接收部分的核心。
中国码电波表主要应用于中国范围内标准时间的接收和操作，该电路首先必须完全符合中国钟表行业标准和规范，完全兼容于目前国内应用的电波钟应用标准。其次，该电路接收模块部分必须具有一定的抗干扰能力，灵敏度也需符合行业要求。具体的技术指标及研制目标如下：
(1) 满足客户在功能上的要求
(2) 提高整个系统的抗干扰能力，解决电磁兼容性问题
(3) 低功耗设计
(4) 达到系统高灵敏度、高可靠性要求
(5) 大批量设计考虑，软硬件配置达到最优
接收模块的主要技术指标
·工作电压：1.1~3.6V
·频率范围：40～120kHz
·工作电流：250uA(Max)
·静态电流：0.5uA
·最小输入电压：0.4uV
·最大输入电压：50uV
·输入放大器的最大增益：47dB
·输入放大器的最小增益：－40dB
3设计方案及技术途径
3.1 产品工作原理简述
中国码电波表利用特制的内部接收天线接收BPC长波低频时码信号，经接收芯片（如JABRIEL JM5311）放大、解调、比较后，送入4位MCU处理单元。MCU将BPC编码信息解码还原为标准北京时间信息（年、月、日、时、分、星期等），送至LCD显示屏显示。同时，温/湿度信号采集电路将温/湿度信息送入MCU处理，也送至LCD显示屏显示。按键部分提出包括强制接收、调整日历、时间信息等要求，送MCU处理并实施。
解调电路采用的是我公司自行研制的JABRIEL JM5311接收电路，待测试通过后，其灵敏度、功耗等特性将全部均符合国家标准。MCU处理部分现采用的是某型单片机芯片，这是一款低功耗、有较好稳定性和可靠性的四位机。
下图是电波表系统主要结构示意图。

4位微处理器
晶振
32768kHz
按键(模式选择)
LCD(LED)显示屏

长波授时信号接收/解码
控制信号
时间信号

图2 电波表系统结构示意图
该表的功能实现和转换要求都是通过按键提出的，主要按键有模式键（MODE），设置键（SET），强制接收键（RECEIVE），递加键（+），递减键（－），背光键和复位键。
所有功能可以瞄准具体的用户进行研发，也可以定位特定的用户进行研发。有方案设计需求的用户可以是消费类计时工具的生产商，也可以是带有计时功能的仪器仪表的设备生产商，可以从民用扩展到工业，只要是有计时需求的用户都可以成为选择。通过这些研发项目的开展不但可以丰富自己的产品型号，而且可以积累经验、打响自己的品牌，在这个市场中占据一定的主导地位。图3是JABRIEL 研制的电波表系统的板级产品。

图3 电波表板级产品图
3.2 产品主要技术参数
晶体基准谐振频点：32.768KHz
校时精度：相对于授时中心标准时间误差≤1s
接收码制：BPC码
接收频率：68.5kHz
工作电压：1.2～3.3V
平均工作电流：走时：≤20μA 接收：≤100μA
接收时间：1～5Min
自动接收次数： 4/DAY
接收灵敏度：≥60μV/m
工作环境温度：-20℃〜+70℃

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JABRIEL INSIDE