JP2004273039A - ディジタル・メディア装置、同調装置、基準周波数生成装置、ディジタル・メディア記録・再生方法、同調方法、及び基準周波数生成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】GPS電波に含まれる時間パルスに基づいて生成される周波数を基準として、ディジタル・メディアを対象とする再生又は記録や、PLL方式による同調を行うようにする。基準周波数の生成は、GPS電波に含まれる時間パルスの信号をPLL回路を用いて周波数変換し、周波数変換された信号に基づいて行う。PLL回路を構成する位相比較器23、ループフィルタ24、D/A変換器25a、電圧制御発振器25b等をカーナビゲーション装置と共用する。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル・メディア装置、同調装置、基準周波数生成装置、ディジタル・メディア再生・記録方法、同調方法、及び基準周波数生成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図4は、従来例に係るDVDオーディオ再生装置の構成を示すブロック図である。この装置は、マスタ・クロックMCを生成する水晶発振子41、マスタ・クロックMCに基づいてDVDオーディオ・ディスク42を回転させ、ディジタル音声信号DGを得るDVDオーディオ機構ユニット43、マスタ・クロックMCに基づいてディジタル音声信号DGをパルス幅変調するD/Aコンバータ44、及びD/Aコンバータ44の出力PWを平滑化してアナログ音声信号ANをアンプに向けて出力するローパスフィルタ45を備える。D/Aコンバータ44はパルス密度変調を行う形式のものであってもよい。このようなパルス出力方式のD/Aコンバータは、現在ほとんどのディジタルオーディオ製品で用いられているものである。
【0003】
図5はD/Aコンバータ44等の動作を示す波形図である。DVDオーディオ機構ユニット43からのディジタル音声信号DGをアナログ音声信号ANに変換する際、D/Aコンバータ44は、図5に示すように、マスタ・クロックMCに基づき、ディジタル音声信号DG中の各ディジタル値を対応するパルス幅のパルスに変換してパルス信号PWを得る。ローパスフィルタ45はこのパルス信号PWを平滑化してアナログ信号ANを出力する。
【0004】
パルス出力方式のD/Aコンバータを使用する場合、マスタ・クロックの精度が、得られる音声信号の品質等に大きく影響する。そこで、マスタ・クロックの温度による変動を抑制するため、マスタ・クロックを発生させるための制御電圧を、温度に応じて調整する技術が知られている(たとえば特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−44759号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パルス出力方式のD/Aコンバータを用いる場合、マスタ・クロックが部分的に変動すると、それがそのまま出力パルスのパルス幅やパルス密度の変動となる。この変動が、ローパスフィルタを通ると、電圧ノイズとなり、音声信号に載ってしまうことになる。
【0007】
図6はこの様子を示す。同図に示すように、区間Tにおいて、マスタ・クロックMCの周波数が前半で大きくなるとすれば、その分、対応する出力パルスPWのパルス幅が短くなる。そうすると、ローパスフィルタ45の出力音声信号ANにおける対応部分の出力電圧が低くなり、その差分Vdが電圧ノイズとなって音声信号ANに載ってしまう。
【0008】
かかる現象を回避し、DVDオーディオ再生装置等の24[bit]精度、つまり、理論S/N比及びダイナミックレンジ=144[dB]を実現するためには、マスタ・クロックの周波数精度を2の24乗分の1以下、つまり約0.06[ppm]以下とする必要がある。
【0009】
しかし、汎用の水晶発振子を使用する場合、自動車の車内のように急激な温度変化や激しい振動などが存在する過酷な動作環境では、発振周波数精度が十数[ppm]程度にまで低下してしまうことがある。そのため、従来のカーDVDオーディオ再生装置では、CDと同じ16[bit]程度の精度、つまり2の16乗分の1≒15.3[ppm]程度の精度しか得られず、DVDオーディオ再生装置本来の高性能や高音質を享受することができない。
【0010】
本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、自動車内のような過酷な動作環境下においても、DVDオーディオ再生装置等の本来の高性能や高音質を享受することができるようにすることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、第1の発明に係るディジタル・メディア装置は、GPS電波に含まれる時間パルスに基づいて生成される周波数を基準周波数としてディジタル・メディアを対象とする再生又は記録を行う手段を有することを特徴とする。
【0012】
ここで、ディジタル・メディアとしては、たとえばDVD(Digital Versatile Disk)等のディスク、DAT(Digital Audio Tape)等の磁気テープ、半導体メモリが該当する。「再生又は記録」には、再生のみ、記録のみ、並びに再生及び記録が含まれる。再生又は記録の内容としては、たとえば音や映像が該当する。時間パルスとは時刻基準信号のことであり、1pps(pulse per second)信号とも呼ばれているものである。再生又は記録を行う動作には、たとえば、ディジタル・メディアを回転させることや、ディジタル・メディアから得られるディジタルデータを、基準周波数に基づいてパルス幅変調又はパルス密度変調し、該変調されたデータを平滑化してアナログ信号を出力することも含まれる。
【0013】
第2の発明に係るディジタル・メディア装置は、第1発明において、前記基準周波数に基づき前記ディジタル・メディアを回転させる手段を有することを特徴とする。つまり、基準周波数を回転サーボ機構の基準クロックとして用いる等の場合である。
【0014】
第3の発明に係るディジタル・メディア装置は、第1又は第2発明において、前記ディジタル・メディアから得られるディジタルデータを、前記基準周波数に基づいてパルス幅変調又はパルス密度変調する手段と、該変調されたデータを平滑化してアナログ信号を出力する手段とを有することを特徴とする。つまり、基準周波数をD/A変換において用いる場合である。
【0015】
第4の発明に係る同調装置は、GPS電波に含まれる時間パルスに基づいて生成される周波数を基準周波数としてPLL方式による同調を行う手段を有することを特徴とする。同調装置としては、たとえばラジオ受信機、TV受信機、無線機等に用いられるものが該当する。
【0016】
第5の発明に係る装置は、第1〜第4のいずれかの発明において、前記GPS電波に含まれる時間パルスの信号をPLL回路を用いて周波数変換し、前記基準周波数として出力する基準周波数生成手段を有することを特徴とする。
【0017】
第6の発明に係る基準周波数生成装置は、GPS電波を受信し、前記時間パルスを出力するGPS受信機と、基準となる前記時間パルスの位相及びフィードバック信号の位相を比較し、比較結果をディジタル値に変換して出力する位相比較器と、前記位相比較器の出力に基づき電圧制御値を生成するループフィルタと、前記電圧制御値をD/A変換して制御電圧を生成するD/A変換器と、前記制御電圧に基づき対応する周波数で発振する電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器の出力を所定の分周比で分周し、前記フィードバック信号として前記位相比較器にフィードバックする分周器とを具備することを特徴とする。
【0018】
第7の発明に係る基準周波数生成装置は、第6発明において、前記ループフィルタが出力する電圧制御値を所定の時間間隔で更新しながら記憶する記憶器と、前記記憶器又は位相比較器の出力のうちいずれを前記D/A変換器への入力とするかを切り替える切替手段とを備え、前記切替手段は前記GPS電波が受信不能であるときに前記記憶器の出力が前記D/A変換器へ入力されるように切り替わるものであることを特徴とする。
【0019】
第8の発明に係る装置は、第6又は第7の発明に係る基準周波数生成装置の電圧制御発振器の出力を、前記基準周波数として用い、前記基準周波数生成装置の前記GPS受信機、位相比較器、ループフィルタ、及び同期発振器は、カーナビゲーション装置との間で共用されることを特徴とする。
【0020】
第9の発明に係るディジタル・メディア再生・記録方法は、GPS電波に含まれる時間パルスに基づいて生成される周波数を基準周波数として、ディジタル・メディアを対象とする再生又は記録を行う工程を有することを特徴とする。
第10の発明に係るディジタル・メディア再生・記録方法は、第9発明において、前記基準周波数に基づき前記ディジタル・メディアを回転させる工程を有することを特徴とする。
【0021】
第11の発明に係るディジタル・メディア再生・記録方法は、第9又は第10発明において、前記ディジタル・メディアから得られるディジタルデータを、前記基準周波数に基づいてパルス幅変調又はパルス密度変調する工程と、該変調されたデータを平滑化してアナログ信号を出力する工程とを有することを特徴とする。
【0022】
第12の発明に係る同調方法は、GPS電波に含まれる時間パルスに基づいて生成される周波数を基準周波数としてPLL方式による同調を行う工程を有することを特徴とする。
【0023】
第13の発明に係る方法は、第9〜第12のいずれかの発明において、前記GPS電波に含まれる時間パルスの信号をPLL回路を用いて周波数変換する工程と、該周波数変換された信号に基づいて前記基準周波数を出力する基準周波数生成工程とを有することを特徴とする。
【0024】
第14の発明に係る基準周波数発生方法は、GPS電波を受信し、時間パルスを出力するGPS電波受信工程と、基準となる前記時間パルスの位相及びフィードバック信号の位相を比較し、比較結果をディジタル値に変換して出力する位相比較工程と、前記位相比較工程の出力に基づき電圧制御値を生成する工程と、前記電圧制御値をD/A変換して制御電圧を生成するD/A変換工程と、前記制御電圧に基づき対応する周波数の発振信号を出力する発振工程と、前記発振工程の出力を所定の分周比で分周し、前記フィードバック信号として前記位相比較工程にフィードバックする工程とを具備することを特徴とする。
【0025】
第15の発明に係る基準周波数発生方法は、第14発明において、前記電圧制御値生成工程で生成される電圧制御値を所定の時間間隔で更新しながら記憶する記憶工程と、前記記憶された電圧制御値又は前記電圧制御値生成工程で生成される電圧制御値のうちいずれを前記D/A変換工程への入力とするかを切り替える切替工程とを備え、前記切替工程では、前記GPS電波が受信不能であるときに前記記憶された電圧制御値が前記D/A変換工程への入力となる切り替えを行うことを特徴とする。
【0026】
第16の発明に係る方法は、第9〜第12のいずれかの発明において、前記基準周波数を第14又は第15発明の方法により生成する工程を備え、前記GPS受信工程、位相比較工程、電圧制御値生成工程、D/A変換工程、及び発振工程を、カーナビゲーション装置において行うことを特徴とする。
【0027】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一実施形態に係るDVDオーディオ・プレーヤの主要部の構成を示すブロック図である。この装置はGPS電波に含まれる時間パルスに基づいて生成されるクロック信号を基準として、DVDについての再生を行うものである。この装置は、前記基準クロック信号として10[MHz]のクロック信号を出力するクロック生成部1、クロック生成部1からのクロック信号を分周する等により必要な周波数変換を行ってマスタ・クロックMCを出力する周波数変換器2、マスタ・クロックMCに基づいてDVDオーディオ・ディスク3を回転させ、ディジタル音声信号DAを得るDVDオーディオ機構ユニット4、ディジタル音声信号DAをパルス幅変調するD/Aコンバータ5、及びD/Aコンバータ5の出力を平滑化してアナログ音声信号を取得し、アンプ等に出力するローパスフィルタ6を備える。
【0028】
図2はクロック生成部1の構成を示すブロック図である。クロック生成部1はカーナビゲーション装置で用いているGPSアンテナ21、GPS受信機22、位相比較器23、ループフィルタ24、同期発振器25等を用いて構成され、PLLによりGPS電波に含まれる時間パルスを周波数変換するものである。図中の26は、一定のサンプリング間隔で同期発振器25への入力信号を記憶する記憶器、27は同期発振器25への入力をループフィルタ24からの入力と、記憶器26からの入力とで切り替えるスイッチ、28は同期発振器25が出力するクロック信号を分周して位相比較器23にフィードバックする分周器である。
【0029】
GPS受信機22はアンテナ21を介してGPS電波を受信して復調し、1[pps]±1[μs]の時刻信号を出力するものである。GPS電波は1.57542[GHz]の搬送波を有し、スペクトラム拡散変調方式により時刻信号を送るものである。拡散コードのチップレートは1023[Mcps]である。位相比較器23はGPS受信機22の出力信号の位相と、分周器28の出力信号の位相とを比較し、比較結果をディジタル信号に変換して出力するものである。
【0030】
ループフィルタ24は、位相比較器23の出力結果について移動平均を求め、過去の周波数変位のデータから次回の制御電圧を推定予測する推定演算を行う推定演算部24a、推定演算部24aからの制御電圧値に対し、所定の積分定数を乗算し、直前の積分演算値を加算することにより積分演算を行う積分演算部24b、推定演算部24aからの制御電圧値に対し、所定の比例定数を乗算して比例演算を行う比例演算部24c、及び、積分演算部24bからの積分演算値と、比例演算部24cからの比例演算値とを加算した制御電圧値を出力する加算器24dを有する。移動平均値の推移に応じて、平均するデータ数、積分定数、及び比例定数を調整することにより、周波数の引込み動作が速やかに行えるようになっている。
【0031】
スイッチ27は、GPS電波が受信できている間はループフィルタ24の出力がそのまま同期発振器25へ入力されるように端子a側に接続し、本装置を搭載した車輌がトンネルに入る等によって一時的にGPS電波を受信できなくなった場合には、記憶器26の値が同期発振器25に入力されるように、端子b側に切り替わるようになっている。同期発振器25は、入力される制御電圧値をアナログ信号に変換して制御電圧を出力するD/A変換器25a、及びD/A変換器25aからの制御電圧に対応する周波数で発振し、クロック信号を出力する電圧制御発振器25bを有する。
【0032】
この構成において、アンテナ21を介して受信するGPS電波に基づき、GPS受信機22が1[pps]のパルス信号を位相比較器23へ出力すると、位相比較器23はこのパルス信号と、分周器28を経て1/10000000に分周されて同期発振器25からフィードバックされる信号との位相差に応じたディジタル値をループフィルタ24に出力する。この値に基づき、ループフィルタ24は制御電圧値を、スイッチ27を経て、同期発振器25へ出力する。この制御電圧値に基づき、同期発振器25は対応する周波数のクロック信号を出力する。この間、ループフィルタ24による調整作用により、同期発振器25の出力周波数が固定されると、0.01[ppm]以下という高精度な10[MHz]のクロック信号を生成するようになる。
【0033】
一方、本装置を搭載した車輌がトンネル内に進入し、GPS電波を受信できなくなると、その旨が検出され、これに応じてスイッチ27は端子bの方に切り替わる。すると、記憶器26に記憶されている制御電圧値が同期発振器25に出力されるようになる。これにより、トンネルへの進入前の同期発振器25の発振周波数が維持される。トンネルを抜けて、再びGPS電波が受信できるようになると、これに応じてスイッチ27は端子aの方に切り替わるので、引き続きGPS電波に基づく高精度なクロック信号の生成が行われる。
【0034】
このようにして得られるクロック生成部1からの信号は、周波数変換器2によりマスタ・クロック信号MCに変換され、DVDオーディオ機構ユニット4及びD/Aコンバータ5に供給される。DVDオーディオ機構ユニット4はこのマスタ・クロックMCに基づく信号を回転サーボ機構の基準クロックとして用いてDVDオーディオ・ディスク3を回転させ、ディジタル音声信号を取得して、D/Aコンバータ5に供給する。D/Aコンバータはこのディジタル音声信号をマスタ・クロックMCに基づいてD/A変換し、ローパスフィルタ6を介して外部のアンプ等に出力する。
【0035】
本実施形態によれば、GPS電波に含まれる時間パルスに基づいて生成される高精度なマスタ・クロックMCを基準としてDVDオーディオ・ディスクの再生を行うことができる。そして、GPS受信機22、位相比較器23、ループフィルタ24、同期発振器25等を、カーナビゲーション装置と共用しているため、GPS方式のカーナビゲーションシステムを車輌に搭載する場合、さほどコストをかけずに24[bit]の精度に迫る極めて高性能で高音質のDVDオーディオ・ディスク・プレーヤを提供することができる。また、GPS電波の受信状況に応じて、同期発振器25への入力を、ループフィルタ24からの入力と、記憶器26からの入力とで切り替えることができるようにしたため、トンネル等に進入したときでも、高精度な再生を支障なく継続することができる。
【0036】
図3は本発明の他の実施形態に係るラジオの電子チューナの構成を示すブロック図である。同図に示すように、このチューナは、基準周波数の信号を生成する基準周波数生成部31、アンテナ32を経て受信されるFM又はAM放送の電波から、指定された周波数に同調してその周波数の変調波を抽出する同調回路33、抽出された変調波を復調して音声信号に変換し、アンプに出力する復調回路34を備える。
【0037】
同調回路33は、アンテナ32からのRF信号と混合される局部発振信号を、PLL(Phase Locked Loop)回路を用いて生成し、同調を行うものである。この場合、PLL回路が参照する基準周波数と同レベルの精度で同調周波数が制御されるため、基準周波数としては精度の高いものが要求される。そこで、基準周波数生成部31として、図2のクロック生成部と同じ構成を有するものを用いている。
【0038】
したがって、同調回路33は基準周波数生成部31からの0.01[ppm]以下という高精度な10[MHz]の基準周波数を用い、高精度で同調を行うことができる。したがって、同調周波数のずれをほとんど発生することがなく、ノイズの少ないクリアな音声信号を出力することができる。
【0039】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されることなく適宜変形して実施することができる。たとえば、上述実施形態においてはDVDオーディオ・プレーヤやラジオの電子チューナに本発明を適用した場合について述べたが、本発明は、DVD以外の他のディスク・メディアや、磁気テープ、半導体メモリ等の他のメディアに記録された音声や映像を再生する装置に適用することもできる。また、再生装置に限らず、録音装置に適用することもできる。さらに、TV受像機や、無線機等の他の電波受信機に適用することもできる。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、GPS電波に含まれる時間パルスに基づいて生成される周波数を基準周波数として、ディジタル・メディアを対象とする再生又は記録を行うようにしたため、高精度で歪みのない再生又は記録を行うことができる。
【0041】
また、GPS電波に含まれる時間パルスに基づいて生成される周波数を基準周波数としてPLL方式による同調を行うようにしたため、高精度で安定した同調を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るDVDオーディオ・プレーヤの主要部の構成を示すブロック図である。
【図2】図1のプレーヤにおけるクロック生成部の構成を示すブロック図である。
【図3】本発明の他の実施形態に係るラジオの電子チューナの構成を示すブロック図である。
【図4】従来例に係るDVDオーディオ再生装置の構成を示すブロック図である。
【図5】図4の装置におけるD/Aコンバータ等の動作を示す波形図である。
【図6】図4の装置の問題点を説明するための波形図である。
【符号の説明】
1:クロック生成部、2:周波数変換器、3:DVD、4:DVDオーディオ機構ユニット、5:D/Aコンバータ、6:ローパスフィルタ、21:アンテナ、22:GPS受信機、23:位相比較器、24:ループフィルタ、24a:推定演算部、24b:積分演算部、24c:比例演算部、24d:加算器、25:同期発振器、25a:D/A変換器、25b:電圧制御発振器、26:記憶器、27:スイッチ、28:分周器、31:基準周波数発生部、32:アンテナ、33:同調回路、34:復調回路、41:水晶発振子、42:DVD、43:DVDオーディオ機構ユニット、44:D/Aコンバータ、45:ローパスフィルタ。
Claims (16)
- GPS電波に含まれる時間パルスに基づいて生成される周波数を基準周波数として、ディジタル・メディアを対象とする再生又は記録を行う手段を有することを特徴とするディジタル・メディア装置。
- 前記基準周波数に基づき前記ディジタル・メディアを回転させる手段を有することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記ディジタル・メディアから得られるディジタルデータを、前記基準周波数に基づいてパルス幅変調又はパルス密度変調する手段と、該変調されたデータを平滑化してアナログ信号を出力する手段とを有することを特徴とする請求項1又は2に記載の装置。
- GPS電波に含まれる時間パルスに基づいて生成される周波数を基準周波数としてPLL方式による同調を行う手段を有することを特徴とする同調装置。
- 前記GPS電波に含まれる時間パルスの信号をPLL回路を用いて周波数変換し、前記基準周波数として出力する基準周波数生成手段を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の装置。
- GPS電波を受信し、前記時間パルスを出力するGPS受信機と、基準となる前記時間パルスの位相及びフィードバック信号の位相を比較し、比較結果をディジタル値に変換して出力する位相比較器と、前記位相比較器の出力に基づき電圧制御値を生成するループフィルタと、前記電圧制御値をD/A変換して制御電圧を生成するD/A変換器と、前記制御電圧に基づき対応する周波数で発振する電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器の出力を所定の分周比で分周し、前記フィードバック信号として前記位相比較器にフィードバックする分周器とを具備することを特徴とする基準周波数生成装置。
- 前記ループフィルタが出力する電圧制御値を所定の時間間隔で更新しながら記憶する記憶器と、前記記憶器又は位相比較器の出力のうちいずれを前記D/A変換器への入力とするかを切り替える切替手段とを備え、前記切替手段は前記GPS電波が受信不能であるときに前記記憶器の出力が前記D/A変換器へ入力されるように切り替わるものであることを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 請求項6又は7の基準周波数生成装置の電圧制御発振器の出力を、前記基準周波数として用い、前記基準周波数生成装置のGPS受信機、位相比較器、ループフィルタ、及び同期発振器は、カーナビゲーション装置との間で共用されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の装置。
- GPS電波に含まれる時間パルスに基づいて生成される周波数を基準周波数として、ディジタル・メディアを対象とする再生又は記録を行う工程を有することを特徴とするディジタル・メディア再生・記録方法。
- 前記基準周波数に基づき前記ディジタル・メディアを回転させる工程を有することを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記ディジタル・メディアから得られるディジタルデータを、前記基準周波数に基づいてパルス幅変調又はパルス密度変調する工程と、該変調されたデータを平滑化してアナログ信号を出力する工程とを有することを特徴とする請求項9又は10に記載の方法。
- GPS電波に含まれる時間パルスに基づいて生成される周波数を基準周波数としてPLL方式による同調を行う工程を有することを特徴とする同調方法。
- 前記GPS電波に含まれる時間パルスの信号をPLL回路を用いて周波数変換する工程と、該周波数変換された信号に基づいて前記基準周波数を出力する基準周波数生成工程とを有することを特徴とする請求項9〜12のいずれか1項に記載の方法。
- GPS電波を受信し、時間パルスを出力するGPS電波受信工程と、基準となる前記時間パルスの位相及びフィードバック信号の位相を比較し、比較結果をディジタル値に変換して出力する位相比較工程と、前記位相比較工程の出力に基づき電圧制御値を生成する工程と、前記電圧制御値をD/A変換して制御電圧を生成するD/A変換工程と、前記制御電圧に基づき対応する周波数の発振信号を出力する発振工程と、前記発振工程の出力を所定の分周比で分周し、前記フィードバック信号として前記位相比較工程にフィードバックする工程とを具備することを特徴とする基準周波数発生方法。
- 前記電圧制御値生成工程で生成される電圧制御値を所定の時間間隔で更新しながら記憶する記憶工程と、前記記憶された電圧制御値又は前記電圧制御値生成工程で生成される電圧制御値のうちいずれを前記D/A変換工程への入力とするかを切り替える切替工程とを備え、前記切替工程では、前記GPS電波が受信不能であるときに前記記憶された電圧制御値が前記D/A変換工程への入力となるように切り替えを行うことを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記基準周波数を請求項14又は15の方法により生成する工程を備え、前記GPS受信工程、位相比較工程、電圧制御値生成工程、D/A変換工程、及び発振工程を、カーナビゲーション装置において行うことを特徴とする請求項9〜12のいずれか1項に記載の方法。
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- 2003-03-10 JP JP2003063347A patent/JP2004273039A/ja active Pending
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