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JP4282566B2 - 電波受信回路 - Google Patents
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JP4282566B2 - 電波受信回路 - Google Patents

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本発明は、標準電波を受信して、時刻を修正する電波修正時計等に用いられる電波受信回路に関する。
従来の電波修正時計等に用いられる電波受信回路は、時刻情報を含む標準電波を受信するアンテナと、当該アンテナの出力信号を増幅するゲインコントロールアンプと、当該ゲインコントロールアンプの出力信号のうち、所定周波数の信号を透過させるフィルタ回路と、当該フィルタ回路の出力信号を整流する整流回路と、当該整流回路の出力信号のピーク電圧を保持するピークホールド回路と、整流回路の出力信号を復調してパルスの検波信号を出力する検波回路を有し、ピークホールド回路によって保持されるピーク電圧によりゲインコントロールアンプの増幅率が制御される構成が採用されていた。
標準電波とは、長波標準電波であり、日本では独立行政法人情報通信研究機構によって管理され、JJYと呼ばれる40kHz又は60kHzの搬送周波数で1秒に1パルスのパルス変調がなされた電波のことであり、ドイツではDCF77と呼ばれる77.5kHzの搬送周波数で1秒間に1パルス(1秒パルス)のパルス変調がなされた電波のことである。また、日本では、この長波標準電波の1秒パルスは、日本標準時(JST)に一致している。
このような周波数帯の電波を受信するアンテナは、フェライトやアモルファスをコア材にコイル線を巻いたバーアンテナを形成し、更に、バーアンテナに並列にコンデンサを設けて構成される。アンテナの共振周波数を受信したい電波の周波数に一致させるためには、コア材に巻かれたコイル線の位置の変更やコンデンサの容量の調整が必要となる。具体的には、受信したい電波(標準電波)と同一の周波数の無変調の電波が送出されている環境下において、ゲインコントロールアンプの増幅率を観測しながら、コイル線の位置が変更されたり(例えば、特許文献1参照)、コンデンサの容量が調整される。そして、増幅率が最小、すなわち、アンテナの出力信号の電圧が最大になるように、コア材に巻かれたコイル線の位置やコンデンサの容量が設定される。このようにアンテナの共振周波数を受信したい電波の周波数に一致させる工程が同調工程と称されるものである(例えば、特許文献2参照)。アンテナの出力信号の電圧が最大になるようなコイル線の位置やコンデンサの容量は、製品毎に微妙に異なる。このため、同調工程は、製品1台毎に行われる必要がある。
また、電波受信回路における復調によって得られるパルスの検波信号が用いられることによって、正確な秒のタイミングが得られるとともに、この検波信号のパルス幅(日本の場合、200msec、500msec、800msecのいずれか)により、時刻情報が特定され、現在時刻が得られる。
特開2001−102832号公報 特開2002−286884号公報
従来の電波受信回路では、1秒パルスを正確に復調させるべく、ゲインコントロールアンプの増幅率の追従速度のうち、増幅率を上げる際の速度が遅くなるように、ピークホールド回路の時定数が設定されていた。すなわち、従来の電波受信回路では、1秒間のうち200msecが通常の大きい振幅で残りの800msecが小さい振幅という1秒パルスの電波であっても、正常且つ安定的に受信可能にするため、小さい振幅の電波が受信される800msecの間に、電波が弱いとして増幅率が直ちに上げられることがないよう、追従速度が数秒乃至数十秒になるように、時定数が設定されていた。
このため、同調工程においても同様の時定数及び追従速度であることから、コア材に巻かれたコイル線の位置を変更させたり、コンデンサの容量を調整されることにより、アンテナの出力信号の電圧を増減させても、ゲインコントロールアンプの増幅率は、その増減に直ちに追従しないため、コイル線の位置変更やコンデンサの容量調整の後、増幅率の追従が完了するまでしばらく待つ必要がある。このため、同調工程の時間が長くなり生産性が悪く、また、場合によっては同調の誤判断がされてしまうこともあり得た。
そこで、本発明は、生産性の向上と同調の誤判断の防止を可能とした電波受信回路を提供することを目的とする。
本発明の電波受信回路は、標準電波を受信するアンテナと、前記アンテナの出力信号を増幅するゲインコントロールアンプと、前記ゲインコントロールアンプの出力信号に対応する電圧を保持する電圧保持回路とを有し、前記電圧保持回路によって保持される電圧により前記ゲインコントロールアンプの増幅率が制御されるように構成されるものであって、前記電圧保持回路の時定数は所定の制御信号に応じて可変である。この構成により、電圧保持回路の時定数を変更することができるため、同調工程時において、アンテナの出力信号の電圧に対する、電圧保持回路が保持する電圧の追従速度、更には、ゲインコントロールアンプにおける増幅率の追従速度を適切に設定することにより、同調検出の迅速化による生産性の向上と同調の誤判断の防止を図ることが可能となる。
また、本発明の電波受信回路は、前記電圧保持回路の時定数が、前記アンテナの同調工程時において標準電波の受信動作時よりも小さくなる。この構成により、同調工程時に電圧保持回路の時定数が小さくなるため、アンテナの出力信号に対する、電圧保持回路が保持する電圧の追従速度、更には、ゲインコントロールアンプにおける増幅率の追従速度を上げて短期追従状態とすることができ、同調検出の迅速化による生産性の向上と同調の誤判断の防止が可能となる。
また、本発明の電波受信回路は、前記電圧保持回路が第1の電流源を有し、前記電圧保持回路の時定数が前記第1の電流源の出力電流値に依存する。
また、本発明の電波受信回路は、前記ゲインコントロールアンプの出力信号を整流して前記電圧保持回路へ出力する整流回路を有し、前記整流回路の時定数が、所定の制御信号に応じて変化する。この構成により、整流回路と電圧保持回路の時定数が可変となるため、同調工程時において、アンテナの出力信号に対する、整流回路の出力信号の追従速度、電圧保持回路が保持する電圧の追従速度、更には、ゲインコントロールアンプにおける増幅率の追従速度を適切に設定することにより、時間短縮による生産性の向上と同調の誤判断の防止を図ることが可能となる。
また、本発明の電波受信回路は、前記整流回路の時定数が、前記アンテナの同調工程時において標準電波の受信動作時よりも小さくなる。この構成により、同調工程時に整流回路の時定数が小さくなるため、アンテナの出力信号に対する、整流回路の出力信号の追従速度、電圧保持回路が保持する電圧の追従速度、更には、ゲインコントロールアンプにおける増幅率の追従速度を上げて短期追従状態とすることができ、時間短縮による生産性の向上と同調の誤判断の防止が可能となる。
また、本発明の電波受信回路は、前記整流回路が、第2の電流源を有し、前記整流回路の時定数が、前記第2の電流源の出力電流値に依存する。
本発明にかかる電波受信回路は、同調工程において、アンテナの出力信号に対する、電圧保持回路が保持する電圧の追従速度、更には、ゲインコントロールアンプにおける増幅率の追従速度を適切に設定することにより、時間短縮による生産性の向上と同調の誤判断の防止を図ることが可能となる。
以下、本発明の実施形態の電波受信回路を用いた電波修正時計について、図面を用いて説明する。
図1は、電波修正時計のブロック図である。図1に示す電波修正時計は、標準電波を受信し、復調(検波)を行う電波受信回路100と、この電波受信回路100によって復調された信号を受けて時刻表示のための制御を行うとともに、電波受信回路100の電源等を制御する制御回路200と、この制御回路200からの出力信号に基づいて、時刻表示を行う表示部300とを有する。
受信電波回路100には、外部から時定数制御信号が入力される。なお、時定数制御信号は、制御回路200から受信電波回路100へ入力されるような構成であっても良い。
図2は、受信電波回路100のブロック図である。図2に示す受信電波回路100は、標準電波を受信するアンテナ101、当該アンテナ101の出力信号を増幅するゲインコントロールアンプ(GCA)106と、当該ゲインコントロールアンプ106の出力信号のうち、所定周波数の信号を透過させるフィルタ回路108と、当該フィルタ回路108の出力信号を整流する整流回路110と、当該整流回路110の出力信号のピーク電圧を保持するピークホールド回路112と、整流回路110の出力信号を復調してパルスの検波信号を制御回路200へ出力する検波回路114とを有する。
これらのうち、アンテナ101は、バーアンテナ102及びコンデンサ104によって構成される。バーアンテナ102は、フェライトやアモルファスをコア材にコイル線を巻いて形成され、コンデンサ104は、バーアンテナ102に並列に接続されている。
この電波受信回路100において、ゲインコントロールアンプ106の増幅率は、ピークホールド回路112によって保持されるピーク電圧により制御される構成となっている。また、ピークホールド回路112における時定数は、外部からの時定数制御信号によって制御される。
次に、図1及び図2を用いて電波修正時計の動作を説明する。
電波修正時計内の制御回路200は、図示しない内部時計により現在時刻の情報を保持している。この現在時刻が予め定められた標準電波を受信すべき時刻になった時、あるいは、図示しないスイッチが操作され、標準電波の受信が指示された時、制御回路200は、標準電波の受信を開始させるべく、電波受信回路100を動作状態にする。同時に、制御回路200は、電波受信回路100からの検波信号の観測を開始する。
電波受信回路100内のアンテナ101は、標準電波を受信して電気信号に変換する。ゲインコントロールアンプ106は、アンテナ101の出力信号を増幅する。増幅率は、増幅後の信号のピークが、所定の電圧範囲、具体的には、後段の検波回路114が正常に検波可能な電圧範囲になるように調整される。フィルタ回路108は、ゲインコントロールアンプ106により増幅された信号のうち、所定周波数の信号を透過させる。例えば、日本における標準電波は、福島の送信所からは40kHz、九州の送信所からは60kHzの周波数で送信されている。このため、フィルタ回路108は、40kHzあるいは60kHzの信号のみを透過させるようにする。整流回路110は、フィルタ回路108の出力信号を整流する。整流回路110から出力される信号は、包絡線信号となり、ピークホールド回路112及び検波回路114へ出力される。
ピークホールド回路112は、整流回路110から出力される包絡線信号のピーク電圧を保持する。上述したように、ゲインコントロールアンプ106の増幅率は、このピークホールド回路112によって保持されるピーク電圧により制御される。具体的には、ピーク電圧が高い場合にはゲインコントロールアンプ106の増幅率は低下し、ピーク電圧が低い場合にはゲインコントロールアンプ106の増幅率は増加する。
検波回路114は、ピークホールド回路112によって保持されるピーク電圧よりも所定値だけ低い電圧と、整流回路110の出力信号の電圧とを比較し、その比較結果に対応するパルスの検波信号を制御回路200へ出力する。
あるいは、整流回路110から出力される包絡線信号のボトム電圧を保持するボトムホールド回路(図示せず)を別途備えるようにする。そして、検波回路114は、ピークホールド回路112によって保持されるピーク電圧と、ボトムホールド回路によって保持されるボトム電圧との中間の電圧を生成する。更に、検波回路114は、この中間電圧と、整流回路110の出力信号の電圧とを比較し、その比較結果に対応するパルスの検波信号を制御回路200へ出力する。
制御回路200は、検波信号が入力されると、その入力タイミング及びパルス幅を観測することによって現在時刻を特定する。更に、制御回路200は、その現在時刻に基づいて、内部時計の現在時刻の情報を修正する。更に、制御回路200は、修正後の現在の表示を行わせるべく、表示部300を制御する。
次に、ピークホールド回路112の構成を説明する。
図3は、本実施形態のピークホールド回路の第1の構成例である。図3に示すピークホールド回路112−1は、時定数制御信号が入力されるとともに、非反転接続端子(+端子)に整流回路110からの信号(整流出力信号)が入力されるアンプ202と、アンプ202の出力端子がアノードに接続されるとともに、カソードがアンプ202の反転出力端子(−端子)に接続され、当該カソードから信号を出力するダイオード204と、ダイオード204のカソードと接地間に接続され、当該接地方向へ電流が流れる電流源206及びコンデンサ208とによって構成される。図3に示すピークホールド回路112−1は、図4に示す従来のピークホールド回路500と比較すると、アンプ202及び電流源206に時定数制御信号が入力されている点が異なる。
図3に示すピークホールド回路112−1の動作について説明する。まず、通常の受信動作時(標準電波の受信動作時)の動作を説明する。通常の受信動作時においては、アンプ202及び電流源206には時定数制御信号が入力されない。整流出力信号の電圧がピークホールド回路112−1の出力電圧より高い場合には、アンプ202の出力信号は、電流源206の高電圧側の電位、すなわち、電源電位に近い高い電圧となり、ダイオード204を通過してコンデンサ208を充電する。これにより、ピークホールド回路112−1の出力電圧は、整流出力信号の電圧まで上昇する。
一方、整流出力信号の電圧がピークホールド回路112−1の出力電圧より低い場合には、アンプ202の出力信号は、電流源206の低電圧側の電位、すなわち、接地電位に近い低い電圧となり、ダイオード204を流れない。このため、コンデンサ208の電圧は直ちには下がらず、ピークホールド回路112−1の出力電圧は、整流出力信号のピーク電圧を維持する。但し、電流源206によって徐々にコンデンサ208に蓄積された電荷が抜かれるため、ピークホールド回路112−1の出力電圧は、徐々に低下していく。すなわち、振幅が大きく電圧の高い整流出力信号がアンプ202に入力される場合、ピークホールド回路112−1の出力電圧は、迅速にその整流出力信号の電圧値と一致するが、その後、整流出力信号の振幅が小さくなって電圧が低下しても、ピークホールド回路112−1の出力電圧は直ちには低下せず、徐々に低下していくことになる。
ここで、ピークホールド回路112−1の出力電圧の上昇速度は、コンデンサ208の容量値とアンプ202の出力電流値とによって定まり、下降速度は、コンデンサ208の容量値と電流源206の出力電流値とによって定まる。通常の受信動作時では、下降速度が上昇速度の1/10乃至1/20(例えば数秒乃至数十秒)となるように定められる。これにより、ピークホールド回路112−1の出力電圧は、整流出力信号のピーク電圧をほぼ常時維持することなる。
図5は、通常の受信動作時における整流回路110から出力される信号(整流出力信号)の電圧、時定数が大きい場合のピークホールド回路112−1の出力電圧、及び、時定数が小さい場合のピークホールド回路112−1の出力電圧を示す。整流出力信号の電圧401がピークとなった後に低下した場合、時定数が大きい場合のピークホールド回路112−1の出力電圧402は、整流出力信号のピーク電圧よりも若干下がる程度である。一方、時定数が小さい場合のピークホールド回路112−1の出力電圧403は、整流出力信号の電圧401に迅速に追従して低下する。
通常の受信動作時においては、1秒パルスを正確に復調させるべく、ゲインコントロールアンプ106の増幅率の追従速度のうち、増幅率を上げる際の速度を遅くさせる必要がある。このため、ピークホールド回路112−1の電流源206の出力電流値が下げられて、ピークホールド回路112−1の時定数が大きな値に設定される。
再び、図2に戻って説明する。通常の受信動作時においては、ゲインコントロールアンプ106は、ピークホールド回路112−1の出力電圧、すなわち、整流出力信号のピーク電圧が予め定められた電圧よりも高い場合には、増幅率を低減させた上で、アンテナ101から出力される信号を増幅する。一方、ゲインコントロールアンプ106は、ピークホールド回路112−1の出力電圧、すなわち、整流出力信号のピーク電圧が予め定められた電圧よりも低い場合には、増幅率を増加させた上で、アンテナ101から出力される信号を増幅する。このようなゲインコントロールアンプ106の動作により、ゲインコントロールアンプ106の出力信号は、後段の検波回路114が正常に検波可能な電圧範囲になるように調整される。
次に、同調工程時の動作を説明する。同調工程時においては、図3に示すピークホールド回路112−1内のアンプ202及び電流源206には時定数制御信号が入力される。
図6は、同調工程時における整流回路110から出力される信号(整流出力信号)の電圧、時定数が大きい場合のピークホールド回路112−1の出力電圧、及び、時定数が小さい場合のピークホールド回路112−1の出力電圧を示す。整流出力信号の電圧411がピーク電圧となった後に低下した場合、時定数が大きい場合のピークホールド回路112−1の出力電圧412は、整流出力信号のピーク電圧よりも若干下がる程度である。一方、時定数が小さい場合のピークホールド回路112−1の出力電圧413は、整流出力信号の電圧411に迅速に追従して低下する。
同調工程時においては、ゲインコントロールアンプ106の増幅率の追従速度を速くさせる必要がある。このため、アンプ202及び電流源206は、時定数制御信号が入力された場合に、それぞれ出力電流値を増加させることにより、コンデンサ208の容量を変更することなく、ピークホールド回路112−1の時定数を小さくする。
再び、図2に戻って説明する。同調工程時においては、ゲインコントロールアンプ106は、通常の受信動作時と同様、ピークホールド回路112−1の出力電圧が予め定められた電圧よりも高い場合には、増幅率を低減させた上で、アンテナ101から出力される信号を増幅する。一方、ゲインコントロールアンプ106は、ピークホールド回路112−1の出力電圧が予め定められた電圧よりも低い場合には、増幅率を増加させた上で、アンテナ101から出力される信号を増幅する。
同調工程においては、受信したい電波(標準電波)と同一の周波数の無変調の電波が送出されている環境下において行われる。そして、テスタ等によりピークホールド回路112の出力電圧を観測しつつ、アンテナ101におけるバーアンテナ102のコア材に巻かれたコイル線の位置の変更や、コンデンサ104の容量の調整により、当該出力電圧が最大になるようにすることで、共振周波数を標準電波の周波数と一致させて、アンテナ101の出力信号を最大にすること、すなわち、同調を合わせることが可能となる。
この同調工程においては、上述したように、ピークホールド回路112の時定数は小さい値となり、その出力電圧は、整流回路110の出力信号の電圧、更には、アンテナ101の出力信号の電圧に迅速に追従する。従って、同調が合ったことを迅速に確認することが可能となる。
図7は、本実施形態のピークホールド回路の第2の構成例である。図7に示すピークホールド回路112−2は、図3に示すピークホールド回路112−1と比較すると、常時動作している電流源206に並列に電流源207が設けられ、この電流源207に時定数制御信号が入力される。電流源207は、時定数制御信号が入力された場合に、オン状態となり電流を供給する。これにより、ピークホールド回路112−2の出力電圧が低下する場合における時定数(低下時定数)のみを小さくすることができ、その出力電圧をアンテナ101の出力信号の電圧に迅速に追従させることが可能となる。
上述した実施形態では、ピークホールド回路112の時定数のみが制御されたが、更に、整流回路110についても時定数が制御されるようにしても良い。
図8は、整流回路110の構成例を示す図である。図8に示す整流回路110は、ベースにフィルタ回路108の出力信号(整流入力信号)が入力されるPNPトランジスタ402と、当該PNPトランジスタ402のエミッタと接地間に接続され、当接地方向へ電流が流れるとともに、時定数制御信号が入力される電流源406と、同様にPNPトランジスタ402のエミッタと接地間に接続されるコンデンサ408とによって構成される。PNPトランジスタ402のエミッタ出力は、整流回路110の出力信号(整流出力信号)となる。
図8に示す整流回路110の動作を説明する。図8に示す整流回路110では、電流源406とコンデンサ408によってエミッタホロア回路が構成されている。整流出力信号は、整流入力信号よりもPNPトランジスタ402のベース−エミッタ間電圧(Vbe)だけ低い電圧となる。但し、整流入力信号の電圧が低い場合には、PNPトランジスタ406のエミッタ電圧がコンデンサ408によって保持され、徐々に電流源406によってコンデンサ208に蓄積された電荷が抜かれる。このため、整流出力信号は、整流入力信号に対して、Vbeだけ低い包絡線をなす電圧信号となる。通常の受信動作時では、整流出力信号の電圧が低下する際の整流回路110の時定数(低下時定数)は、数msec程度である。一方、同調工程時では、電流源406は、時定数制御信号が入力された場合に、出力電流値を増加させることにより、整流回路110の低下時定数を、例えば通常の受信動作時の数分の1まで小さくする。
このように、本実施形態の電波受信回路100では、通常の受信動作時と同調工程時とにおいて時定数を異ならせている。具体的には、同調工程時において、ピークホールド回路112の時定数、場合によっては更に整流回路110の時定数が、通常の受信動作時よりも下げられることにより、アンテナ101の出力信号に対する、ピークホールド回路112に保持される電圧の追従速度、更には、ゲインコントロールアンプ106における増幅率の追従速度を上げて短期追従状態とすることができる。従って、通常の受信動作時の機能及び性能を維持しつつ、同調検出の迅速化による生産性の向上と同調の誤判断の防止による製品不良率の低減が可能となる。
また、時定数を低下させる場合には、ピークホールド回路112内のアンプ202や電流源206の出力電流値を増加させたり、整流回路110内の電流源406の出力電流値を増加させるだけで良い。従って、時定数の変更時に通常用いられる手段であるコンデンサの容量変更、すなわち、コンデンサをハンダ付けで接続する作業が不要であり、このハンダ付け作業による作業効率の悪化や製品不良率の増加を招くこともない。
なお、上述した実施形態では、ピークホールド回路112は、整流回路110の出力信号の電圧を保持しているが、フィルタ回路108の出力信号、換言すれば、整流前の信号の電圧を保持するようにしても良い。この場合、整流回路110と検波回路114は一体化された構成でも良い。
また、図9に示す電波受信回路150のように、フィルタ回路108と整流回路110との間に、必要に応じて増幅回路109を挿入しても良い。更には、この挿入される増幅回路109の増幅率は、固定であっても可変であっても良い。
また、上述した実施形態では、電流源206、207、406において、低電圧側を接地電位、高電圧側を電源電位としたが、回路全体をマイナス電源として、高電圧側を接地電位、低電圧側を電源電位とした場合においても、単なる設計上の軽微な変更であり、ピーク電圧等の上下の電圧の呼び方が変わるだけに過ぎず、本質的な相違はないため、本発明を適用することができる。
以上のように、本発明に係る電波受信回路は、生産性の向上と同調の誤判断の防止を可能とし、電波受信回路として有用である。
電波修正時計のブロック図である。 受信電波回路のブロック図である。 ピークホールド回路の第1の構成例を示す図である。 従来のピークホールド回路の構成例を示す図である。 通常の受信動作時における電圧変動の一例を示す図である。 同調動作時における電圧変動の一例を示す図である。 ピークホールド回路の第2の構成例を示す図である。 整流回路の構成例を示す図である。 受信電波回路の他のブロック図である。
符号の説明
100、150 受信電波回路
200 制御回路
300 表示部
101 アンテナ
102 バーアンテナ
104、208、408 コンデンサ
106 ゲインコントロールアンプ
108 フィルタ回路
109 増幅回路
110 整流回路
112 ピークホールド回路
114 検波回路
202 アンプ
204 ダイオード
206、207、406 電流源
402 PNPトランジスタ

Claims (6)

  1. 標準電波を受信するアンテナと、前記アンテナの出力信号を増幅するゲインコントロールアンプと、前記ゲインコントロールアンプの出力信号に対応する電圧を保持する電圧保持回路とを有し、前記電圧保持回路によって保持される電圧により前記ゲインコントロールアンプの増幅率が制御されるように構成される電波受信回路であって、
    前記電圧保持回路の時定数は、所定の制御信号に応じて可変であることを特徴とする電波受信回路。
  2. 前記電圧保持回路の時定数は、前記アンテナの同調工程時において、標準電波の受信動作時よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の電波受信回路。
  3. 前記電圧保持回路は第1の電流源を有し、
    前記電圧保持回路の時定数は前記第1の電流源の出力電流値に依存することを特徴とする請求項1又は2に記載の電波受信回路。
  4. 前記ゲインコントロールアンプの出力信号を整流して前記電圧保持回路へ出力する整流回路を有し、
    前記整流回路の時定数は所定の制御信号に応じて変化することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の電波受信回路。
  5. 前記整流回路の時定数は、前記アンテナの同調工程時において、標準電波の受信動作時よりも小さいことを特徴とする請求項4に記載の電波受信回路。
  6. 前記整流回路は第2の電流源を有し、
    前記整流回路の時定数は前記第2の電流源の出力電流値に依存することを特徴とする請求項4又は5に記載の電波受信回路。
JP2004226273A 2004-08-03 2004-08-03 電波受信回路 Expired - Fee Related JP4282566B2 (ja)

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