JP2007267094A - 受信ｉｃ - Google Patents

Abstract

【課題】 キャンセル容量を水晶フィルタの等価並列容量に適合するようにして高周波雑音のキャンセル効果を高くする受信ＩＣを提供する。
【解決手段】 受信信号を増幅する第１の増幅器（ＡＧＣアンプ）１１と、第１の増幅器により増幅された受信信号のノイズを第１の増幅器の正相出力端子に接続された水晶フィルタ１２によって除去した後にノイズが除去された受信信号を増幅する第２の増幅器（Ｐｏｓｔアンプ）１４と、前記水晶フィルタ１２の等価並列容量を透過するノイズをキャンセルし、第１の増幅器１１の逆相出力端子とＰｏｓｔアンプ１４の入力端子間に設けられたキャンセル容量１３とを備えている。キャンセル容量１３は、容量値の制御が可能な可変容量である。複数の容量１３ａは、デコーダ１３ｃにより選択される。複数種類の容量の中から最も適した容量を選択して水晶フィルタでろ波できずに通過する高周波雑音のキャンセル効果を高くし受信感度を向上させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、受信した信号を増幅し、検波し、二値化した信号を出力する電波時計などに用いる受信ＩＣに関するものである。

従来、電波時計などに用いる時刻信号は、アンテナで受信した標準電波信号を増幅し、検波し、二値化して形成される。このため、電波時計用受信ＩＣにおいては、検波回路の前に、増幅回路から構成されるＡＧＣ(Auto Gain Control) アンプ（ＡＭＰ）などのアンプと、増幅回路から構成される固定ゲインアンプ（ＰｏｓｔＡＭＰ）とを配置する。さらに、電波時計用の信号の搬送波は精度の高い単一周波数（例えば、日本においては、独立行政法人通信総合研究所によって提供される電波時計受信電波では４０ｋＨｚ又は６０ｋＨｚ）であるために、ノイズ除去の目的でＡＧＣアンプと固定ゲインアンプとの間に水晶フィルタを挿入するのが一般的である。

図７に、従来の電波時計などに用いられる受信回路が形成された受信ＩＣの構成を示す。受信アンテナから受信した周波数が４０ｋＨｚもしくは６０ｋＨｚの電波はアンテナ端にて電圧信号に変換され、ＡＧＣアンプ１０１により増幅される。増幅された信号は、ノイズを除去するためにフィルタによってろ波される。フィルタとしては外付けの水晶フィルタ１０２が用いられる。フィルタによりろ波された信号は、Ｐｏｓｔアンプ１０４により更に増幅される。増幅された信号は、整流器により整流され、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）によりろ波され、その後コンパレータにより二値化されて受信ＩＣから出力される。二値化された信号から時刻信号が形成される。図７においては水晶フィルタ１０２は、コイルＬ、容量Ｃ１及び抵抗Ｒが接続された直列回路及び等価並列容量Ｃ0 から構成された等価回路で表示されている。等価並列容量Ｃ0 は、水晶フィルタ固有のものであり、ＡＧＣアンプを通過してくる高周波成分のノイズを透過させる原因となっている。この高周波成分ノイズを除去するためにＡＧＣアンプ１０１の逆相出力端子とＰｏｓｔアンプ１０４の入力端子との間に高周波成分ノイズをキャンセルする容量（Ｃc ）１０３が挿入されている。Ｐｏｓｔアンプ１０４には電源１０５に付加された入力抵抗（Ｒｉｎ）１０６が接続されている。

引用文献１には、低電流、低占有面積で所望の周波数での差動増幅回路のゲインを大きくすることができ、電波時計のような単一搬送周波数の電波の受信の増幅等に非常に有用な増幅回路が開示されている（引用文献１の図１参照）。ここで開示された差動増幅回路は、一対のトランジスタ及びこの一対のトランジスタの出力端側に設けられた一対の負荷を有する差動増幅回路において、この差動増幅回路の負荷として所望の周波数において利得を決定するインピーダンスとしての一対の容量と、差動増幅回路のバイアス電流を相殺する一対の電流源と、出力バイアス電圧を決定するための一対の高抵抗とを並列に付加した構成を有している。
特開２００４−６４２６２号公報

従来、前述した水晶フィルタの等価並列容量（Ｃ0 ）による高周波成分ノイズをキャンセルするキャンセル容量（Ｃc ）は、受信ＩＣ内に設けられている。しかしながら、水晶フィルタの等価並列容量は、水晶の形状やサイズ等により異なることが多い。そのため受信ＩＣに水晶フィルタを取付けた場合、受信ＩＣのあるものは内蔵したキャンセル容量と一致しない水晶フィルタを使用することがある。そのような場合、高周波雑音のキャンセル効果が良くなく、Ｐｏｓｔアンプ１０４で高周波雑音を増幅してしまうために受信信号と雑音の比が悪くなり、電波時計としての受信感度の向上の妨げになることが多い。
本発明は、このような事情によりなされたものであり、内蔵したキャンセル容量を水晶フィルタの等価並列容量に適合するように構成することにより高周波雑音のキャンセル効果を高くする受信ＩＣを提供する。

本発明の受信ＩＣの一態様は、受信信号を増幅する第１の増幅器と、前記第１の増幅器により増幅された前記受信信号のノイズを前記第１の増幅器の正相出力端子に接続された水晶フィルタによって除去した後にノイズが除去された前記受信信号を増幅する第２の増幅器と、前記第１の増幅器の逆相出力端子と前記第２の増幅器の入力端子間に設けられ、前記水晶フィルタの等価並列容量を透過するノイズをキャンセルするキャンセル容量とを備え、前記キャンセル容量は、容量値の制御が可能な可変容量であることを特徴としている。前記第２の増幅器により増幅された前記受信信号を整流する整流器、前記整流器により整流された前記受信信号をろ波するローパスフィルタ及び前記ローパスフィルタによりろ波された前記受信信号を二値化するコンパレータを更に備えているようにしても良い。前記キャンセル容量は、並列接続された複数の容量と、前記複数の容量の各々に接続されたスイッチ回路を有し、前記スイッチ回路により前記キャンセル容量の容量値を制御するようにしても良い。前記キャンセル容量は、直列接続された複数の容量と、前記複数の容量の各々の両端子間に前記各々の容量に対して並列に接続されたスイッチ回路を有し、前記スイッチ回路により前記キャンセル容量の容量値を制御するようにしても良い。前記第２の増幅器に印加されるバイアス電源に挿入される入力抵抗は、抵抗値の制御が可能な可変抵抗であるようにしても良い。

本発明は、キャンセル容量の容量値を制御することによって、水晶フィルタでろ波できず通過する高周波雑音のキャンセル効果を高くして受信感度を向上させる。

以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。

まず、図１乃至図４を参照して実施例１を説明する。
図１は、アンテナ及び水晶フィルタを外付けし、受信した信号を増幅し、検波し、二値化した信号を出力する電波時計等に用いる受信ＩＣの概略ブロック図、図２は、図１の増幅器及び水晶フィルタの部分の構成を示す回路図、図３は、図２に示されるキャンセル容量の詳細な構造を示す部分回路図、図４は、水晶フィルタのろ波特性を説明する周波数特性図である。

図１に示すように、電波時計などに用いる時刻信号は、アンテナ２で受信した信号を増幅し、検波し、二値化して形成される。このため、電波時計用受信ＩＣ１には、検波回路の前に、増幅回路から構成されるＡＧＣアンプなどのアンプ１１と、増幅回路から構成される固定ゲインアンプ（Ｐｏｓｔアンプ）１４とが配置されている。この受信ＩＣ１において、アンテナ２から受信した周波数が４０ｋＨｚもしくは６０ｋＨｚの電波はアンテナ端にて電圧信号に変換され、ＡＧＣアンプ１１により増幅される。増幅された信号は、ノイズを除去するためにろ波される。ろ波フィルタとしては外付けの水晶フィルタ１２が用いられる。

この実施例で用いられる水晶フィルタ１２は、並列接続された３個の水晶フィルタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃから構成され、それぞれ４０ｋＨｚ、６０ｋＨｚ、７７．５ｋＨｚの周波数の信号をろ波する。各水晶フィルタにはスイッチ１８が設けられており、スイッチ１８の断続によって所望の信号の周波数を選択するように構成されている。水晶フィルタ１２は、ＡＧＣアンプ１１の正相出力端子に接続され、Ｐｏｓｔアンプ１４の入力端子に接続されている。水晶フィルタ１２によりろ波された信号は、Ｐｏｓｔアンプ１４により増幅される。増幅された信号は、整流器１７により整流され、その後、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１９によりろ波される。その後、ろ波された信号は、コンパレータ２０により二値化されて出力される。二値化された信号から時刻信号が形成される。

図２においては、水晶フィルタ１２はコイルＬ、容量Ｃ１及び抵抗Ｒが接続された直列回路及び等価並列容量Ｃ0 から構成された等価回路で表示されている。等価並列容量Ｃ0 は、水晶フィルタ固有のものであり、ＡＧＣアンプを通過してくる高周波成分のノイズを透過させる原因になっている（図４参照）。この高周波成分のノイズは、１ＭＨｚ程度以上の高周波領域で生じるが、この高周波成分ノイズを除去するためにＡＧＣアンプ１１の逆相出力端子とＰｏｓｔアンプ１４の入力端子との間に高周波成分ノイズをキャンセルする可変のキャンセル容量（Ｃc ）１３が挿入されている。また、Ｐｏｓｔアンプ１４にはＰｏｓｔアンプ１４にバイアス電圧を印加する電源１５が接続され、電源１５には入力抵抗（ＲIN）１６が接続されている。

この実施例の特徴は、キャンセル容量（Ｃc ）１３の容量値を可変にしたことにある。即ち、この実施例では、受信ＩＣ１に設けられたキャンセル容量は、互いに異なる容量値を有する複数の容量とこれら容量のそれぞれに設けられたスイッチ回路とから構成され、スイッチ回路は外部から制御できるように構成されている。

図３は、このキャンセル容量の構成を詳細に説明している。
図３において、キャンセル容量（Ｃc ）１３は、容量１３ａ（Ｃc01 、Ｃc02 、Ｃc03 、Ｃc04 ）、バッファ１３ｂ及びデコーダ１３ｃから構成されている。容量１３ａは、例えば、０．７ｐＦ（Ｃc01 ）、０．９ｐＦ（Ｃc02 ）、１．１ｐＦ（Ｃc03 ）、１．３ｐＦ（Ｃc04 ）の４種類が受信ＩＣに内蔵されている。各容量は、バッファ１３ｂを介して、デコーダ１３ｃに接続される。そして、デコーダ１３ｃの入力信号ｃｃ１、ｃｃ２によって４種類の容量値からいずれかの容量が選択される。
また、水晶フィルタ１２も同じようにスイッチ１８によってその周波数が選択される。スイッチ１８は、バッファ１８ａ及びデコーダ１８ｂから構成され、デコーダ１８ｂの入力信号XOA 、XOB によって３種類の周波数値からいずれかの周波数が選択される。

以上のように、受信ＩＣに組み込まれ、水晶フィルタの等価並列容量（Ｃ0 ）を通過する高周波成分ノイズをキャンセルするキャンセル容量（Ｃc ）は、容量値を制御できる可変構造に構成されているので、用意した水晶フィルタが多少期待した値から離れた値を有する等価並列容量（Ｃ0 ）を持っていても最適な容量に制御することができる。その結果、高周波雑音のキャンセル効果が良くなり、電波時計としての受信感度の向上につながるものである。

次に、図５を参照して実施例２を説明する。
図５は、受信した信号を増幅し、検波し、二値化した信号を出力する電波時計等に用いる受信ＩＣに外付けされた水晶フィルタの等価並列容量を透過する高周波成分ノイズをキャンセルするキャンセル容量及び水晶フィルタの詳細な構造を示す部分回路図である。この実施例の受信ＩＣは、Ｐｏｓｔアンプに接続された入力抵抗が可変であることに特徴がある。

電波時計などに用いる時刻信号は、アンテナで受信した信号を増幅し、検波し、二値化して形成される。このため、電波時計用受信ＩＣにおいては、検波回路の前に、増幅回路から構成されるＡＧＣアンプなどのアンプ２１と、増幅回路から構成される固定ゲインアンプ（Ｐｏｓｔアンプ）２４とが配置されている。この受信ＩＣにおいて、アンテナから受信した周波数が４０ｋＨｚもしくは６０ｋＨｚの電波はアンテナ端にて電圧信号に変換され、ＡＧＣアンプ２１により増幅される。増幅された信号はノイズを除去するためにろ波フィルタによってろ波される。ろ波フィルタとしては外付けの水晶フィルタ２２が用いられる。

この実施例で用いられる水晶フィルタ２２は、並列接続された３個の水晶フィルタから構成され、それぞれ４０ｋＨｚ、６０ｋＨｚ、７７．５ｋＨｚの周波数の信号をろ波する。各水晶フィルタにはスイッチ２８が設けられており、スイッチ２８の断続によって所望の信号の周波数を選択するように構成されている。水晶フィルタ２２は、ＡＧＣアンプ２１の正相出力端子に接続され、Ｐｏｓｔアンプ２４の入力端子に接続されている。
水晶フィルタ２２によりろ波された信号は、Ｐｏｓｔアンプ２４により増幅される。増幅された信号は、整流器により整流され、その後、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）によりろ波される。その後、ろ波された信号は、コンパレータにより二値化されて出力される。二値化された信号から時刻信号が形成される。

水晶フィルタ２２の等価並列容量Ｃ0 は、水晶フィルタ固有のものであり、ＡＧＣアンプを通過してくる高周波成分のノイズを透過させる原因になっている。この高周波成分ノイズを除去するためにＡＧＣアンプ２１の逆相出力端子とＰｏｓｔアンプ２４の入力端子との間に高周波成分ノイズをキャンセルするキャンセル容量（Ｃc ）２３を挿入する。また、Ｐｏｓｔアンプ２４にはこのＰｏｓｔアンプ２４にバイアス電圧を印加する電源２５が接続され、電源２５には入力抵抗（ＲIN）２６が接続されている。
この実施例の特徴は、キャンセル容量（Ｃc ）２３の容量値を可変にし、さらに入力抵抗２６の抵抗値を可変にすることを特徴としている。即ち、この実施例では、受信ＩＣに設けられたキャンセル容量は、互いに異なる容量値を有する複数の容量とこれら容量のそれぞれに設けられたスイッチ回路とから構成され、スイッチ回路は外部から制御できるように構成されている。また、受信ＩＣに設けられた入力抵抗は、互いに異なる抵抗値を有する複数の抵抗とこれら抵抗のそれぞれに設けられたスイッチとから構成され、スイッチは外部から制御できるように構成されている。

図５は、入力抵抗及びキャンセル容量の構成を詳細に説明している。図において、入力抵抗（ＲIN）２６は、抵抗２６ａ（Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、Ｒ4 ）、スイッチ２６ｂ及びデコーダ２６ｃから構成されている。入力抵抗２６は、例えば、２５ｋΩ（Ｒ1 ）、５０ｋΩ（Ｒ2 ）、１００ｋΩ（Ｒ3 ）、２００ｋΩ（Ｒ4 ）の４種類が受信ＩＣに内蔵されている。入力抵抗２６の各抵抗は、スイッチ２６ｂを介して、デコーダ２６ｃに接続される。そして、デコーダ２６ｃの入力信号RI1 、RI2 によって４種類の抵抗値からいずれかの抵抗が選択される。

水晶フィルタのＱ値（ｆ0 ／ｆB ）は、Ｐｏｓｔアンプ２４に接続される入力抵抗（ＲIN）２６の抵抗値に依存する。水晶フィルタのＱ値は、水晶フィルタの共振周波数（ｆ0 ）（例えば、４０ｋＨｚ）と周波数通過帯域（ｆB ）（例えば、３〜５Ｈｚ程度）との比で表わされ、周波数特性の共振周波数の鋭さを表している。周波数通過帯域が大きいとＱ値は小さくなり、Ｑ値が小さいとＡＧＣアンプからのノイズを多く通過させてしまう。したがって、Ｑ値はできるだけ大きい方が良く、そのためには入力抵抗２６（ＲIN）を小さくする必要がある。また、水晶フィルタを通過し、Ｐｏｓｔアンプに入力される信号の利得（Ｇ（ＸＩ））は、ＲIN／（ＣＩ＋ＲIN）で表される。ＣＩは、水晶の固有のインピーダンスである。Ｇ（ＸI ）が大きいとＰｏｓｔアンプに入力される信号が大きくなる。したがって、入力抵抗２６（ＲIN）を大きくするほど信号を多く通すことが可能になる。

以上の通りであるから可変構造の入力抵抗（ＲIN）を適宜調整して周波数通過帯域（ｆB ）及びＰｏｓｔアンプに入力される信号の利得（Ｇ（ＸＩ））の最適値を選択することにより、所定の受信ＩＣに水晶フィルタを外付けした時に、その外付け水晶フィルタの特性に関わらず電波信号の損失を防いで受信感度の更なる向上を期待することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られるものではない。上記実施の形態では受信ＩＣ１に設けられたキャンセル容量は、互いに異なる容量値を有する容量を並列接続したが（図３参照）、互いに同じ容量値を有する容量を並列接続し、スイッチ回路の断続によってキャンセル容量の容量値を制御しても良い。

また、上記実施の形態では受信ＩＣ１に設けられたキャンセル容量は、複数の容量を並列接続したが（図３参照）、これを直列接続とし、直列接続された各々の容量の両端子間に各々の容量に対して並列にスイッチ回路を接続し、スイッチ回路の断続によってキャンセル容量の容量値を制御することができる。
図６は、この直列接続されたキャンセル容量の構成を詳細に説明している。
キャンセル容量（Ｃc ）１３′は、容量１３′ａ（Ｃc01 、Ｃc02 、 Ｃc03 、Ｃc04 ）、バッファ（ＢＵＦ）１３´ｂ及びスイッチ１３ｃ（ＳＥＬ１〜ＳＥＬ４）から構成されている。４つの容量１３′ａは、ＡＧＣアンプ１１の逆相出力端子とＰｏｓｔアンプ１４の入力端子間に直列接続され、直列接続された各々のキャンセル容量１３′の両端子間に各々の容量に対して並列にスイッチ１３′ｃを接続し、スイッチ回路の断続によってキャンセル容量の容量値を制御する。

本発明の実施例１に係る受信した信号を増幅し、検波し二値化した信号を出力する電波時計等に用いる受信ＩＣの概略ブロック図。 図１の増幅器及び水晶フィルタの部分の構成を示す回路図。 図２の水晶フィルタの等価並列容量を透過する高周波成分ノイズをキャンセルするキャンセル容量及び水晶フィルタの詳細な構造を示す部分回路図。 水晶フィルタのろ波特性を説明する周波数特性図。 本発明の実施例２に係る水晶フィルタの等価並列容量を透過する高周波成分ノイズをキャンセルするキャンセル容量、Ｐｏｓｔアンプに接続された入力抵抗及び水晶フィルタの詳細な構造を示す部分回路図。 図３の受信ＩＣに搭載した並列接続のキャンセル容量を直列接続のキャンセル容量に置き換えた例を説明する受信ＩＣの部分回路図。 従来の電波時計などに用いられる受信回路が形成された受信ＩＣの概略ブロック図。

符号の説明

１・・・受信ＩＣ ２・・・アンテナ
１１、２１・・・ＡＧＣアンプ（第１の増幅器）
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、２２・・・水晶フィルタ
１３、１３′、２３・・・キャンセル容量（Ｃc ）
１３ａ、１３′ａ・・・容量（Ｃc01 、Ｃc02 、Ｃc03 、Ｃc04 ）
１３ｂ、１３′ｂ・・・バッファ １３ｃ・・・デコーダ
１３′ｃ・・・スイッチ
１４、２４・・・Ｐｏｓｔアンプ（第２の増幅器）
１５、２５・・・電源 １６、２６・・・入力抵抗（ＲIN）
１７・・・整流器 １８・・・水晶フィルタのスイッチ
１８ａ・・・バッファ １８ｂ・・・デコーダ
１９・・・ローパスフィルタ（ＬＰＦ） ２０・・・コンパレータ
２６ａ・・・抵抗（Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、Ｒ4 ）
２６ｂ・・・入力抵抗のスイッチ ２６ｃ・・・デコーダ

Claims (5)

1. 受信信号を増幅する第１の増幅器と、前記第１の増幅器により増幅された前記受信信号のノイズを前記第１の増幅器の正相出力端子に接続された水晶フィルタによって除去した後にノイズが除去された前記受信信号を増幅する第２の増幅器と、前記第１の増幅器の逆相出力端子と前記第２の増幅器の入力端子間に設けられ、前記水晶フィルタの等価並列容量を透過するノイズをキャンセルするキャンセル容量とを備え、前記キャンセル容量は、容量値の制御が可能な可変容量であることを特徴とする受信ＩＣ。
2. 前記第２の増幅器により増幅された前記受信信号を整流する整流器、前記整流器により整流された前記受信信号をろ波するローパスフィルタ及び前記ローパスフィルタによりろ波された前記受信信号を二値化するコンパレータを更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の受信ＩＣ。
3. 前記キャンセル容量は、並列接続された複数の容量と、前記複数の容量の各々に接続されたスイッチ回路を有し、前記スイッチ回路により前記キャンセル容量の容量値を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の受信ＩＣ。
4. 前記キャンセル容量は、直列接続された複数の容量と、前記複数の容量の各々の両端子間に前記各々の容量に対して並列に接続されたスイッチ回路を有し、前記スイッチ回路により前記キャンセル容量の容量値を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の受信ＩＣ。
5. 前記第２の増幅器に印加されるバイアス電源に挿入される入力抵抗は、抵抗値の制御が可能な可変抵抗であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の受信ＩＣ。
   
   
   

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