JP2007267095A - 受信ｉｃ - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｐｏｓｔアンプに供給されるバイアスの電源に接続される入力抵抗を水晶フィルタのＱ値とインピーダンスとの関係を適性値に設定できるように構成することにより受信した電波信号の損失を防ぎ受信感度を向上させる。
【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１１により増幅された前記受信信号のノイズを第１の増幅器１１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前記受信信号を増幅する第２の増幅器（Ｐｏｓｔアンプ）１４と、前記第２の増幅器１４に印加されるバイアス電源１５に挿入される入力抵抗（ＲIN）１６とを備えている。前記入力抵抗１６は複数の抵抗１６a （Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４）を有し、デコーダ１６ｃにより水晶フィルタ１２のＱ値とインピーダンスとの関係を適性値に設定できる抵抗１６ａを選択する。
【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。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、受信ＩＣにはＰｏｓｔアンプに供給されるバイアスの電源に入力抵抗（ＲIN）が固定抵抗として内蔵されている。通常、受信感度を最良なものにするために、水晶フィルタのＱ値とインピーダンスとの関係を適正にすべく、受信ＩＣの入力抵抗の抵抗値を所定の値にし、それに合わせて水晶フィルタを選択し外付けを行っていた。しかし、水晶フィルタは、水晶の形状、サイズ等によって特性が異なるため固定抵抗である入力抵抗と全ての水晶フィルタでそのＱ値とインピーダンスとの関係を最適にすることは困難であった。そのため受信した電波信号の損失が起き、電波時計としての受信感度の向上の妨げとなっている。

本発明は、このような事情によりなされたものであり、Ｐｏｓｔアンプに供給されるバイアスの電源に接続される入力抵抗を水晶フィルタのＱ値とインピーダンスとの関係を適性値に設定できるように構成することにより受信した電波信号の損失を防ぎ電波時計としての受信感度を向上させる受信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とを備え、前記入力抵抗は、抵抗値の制御が可能な選択できる可変抵抗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。前記入力抵抗は、並列接続された複数の抵抗と、前記複数の抵抗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入力抵抗の抵抗値を制御するようにしても良い。前記入力抵抗は、直列接続された複数の抵抗と、前記バイアス電源と前記複数の抵抗の各々の前記第２の増幅器側の端子とを短絡するスイッチ回路を有し、前記スイッチ回路により前記入力抵抗の抵抗値を制御するようにしても良い。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をさらに具備し、前記キャンセル容量は、容量値の制御が可能なが可変容量であるようにしても良い。

本発明は、入力抵抗の抵抗値を制御することによって水晶フィルタのＱ値とインピーダンスとの関係を適性値に設定できるので、受信した電波信号の損失を防ぎ受信感度の向上が可能になる。

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に示された入力抵抗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ＩＣにおいて、アンテナ２から受信した周波数が、例えば、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。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、この電源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、入力抵抗（ＲIN）１６の抵抗値を可変にしたことにある。即ち、電源１５とＰｏｓｔアンプ１４との間に挿入された入力抵抗（ＲIN）１６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、この入力抵抗の構成を詳細に説明している。
図３において、入力抵抗（ＲIN）１６は、抵抗１６ａ（Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、Ｒ4 ）、スイッチ１６ｂ及びデコーダ１６ｃから構成されている。抵抗１６ａ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。各抵抗は、スイッチ１６ｂを介して、デコーダ１６ｃに接続される。そして、デコーダ１６ｃの入力信号RI1 、RI2 によって４種類の抵抗値の抵抗からいずれかの抵抗が選択される。

図４は、水晶フィルタの共振周波数近傍の周波数特性を示す特性図である。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、図中の４０ｋＨｚ）と共振周波数ｆ0 における最大利得より−３ｄＢ小さい利得が得られるときの周波数通過帯域ｆB との比（ｆ0 ／ｆB ）で表わされる周波数特性の共振周波数の鋭さを表すもので、fBがfB１のときの水晶フィルタを通過する信号の利得（Ｇ１−３）ｄＢは、fBがfB１より小さいfB２のときの信号の利得（Ｇ２−３）ｄＢより大きいが、水晶フィルタのＱ値は小さくなり、ＡＧＣアンプからのノイズを多く通過させてしまう。一方、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、次式
Ｇ（ＸI ）＝ＲIN／（ＣＩ＋ＲIN） （ＣＩは、水晶の固有のインピーダンス）
で表され、入力抵抗２６（ＲIN）の抵抗値が大きいほど利得Ｇ（ＸI ）が大きくなり、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。つまり、水晶フィルタのＱ値を大きくするとＡＧＣアンプからのノイズを低減することはできるが、Ｐｏｓｔアンプに入力される信号の利得が小さくなってしまい、Ｐｏｓｔアンプに入力される信号を大きくするために利得を増やすと水晶フィルタのＱ値が小さくなってＡＧＣアンプからのノイズが多くなってしまう。

以上のように水晶フィルタの特性を考慮すると、この実施例の特徴である可変構造の入力抵抗（ＲIN）を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電波信号の損失を防いで受信感度の向上を期待することができる。

また、水晶フィルタ１２も同じようにスイッチ１８によって所望の周波数がろ波されるように選択される。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種類の水晶フィルタのいずれかが選択される。
以上のように、この実施例では、複数種類の入力抵抗の中から最も適した抵抗を選択することによって水晶フィルタのＱ値とインピーダンスとの関係を適性値に設定できるので受信した電波信号の損失を防ぎ受信感度の向上が可能になる。

次に、図５を参照して実施例２を説明する。
図５は、本発明の受信ＩＣに用いられるキャンセル容量、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である。この実施例の受信ＩＣにおいても、Ｐｏｓｔアンプに接続された入力抵抗の抵抗値が可変であることに特徴がある。

本実施例の受信ＩＣ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、例えば、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、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。

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において、キャンセル容量（Ｃc ）２３は、容量２３a （Ｃc1、Ｃc2、Ｃc3、Ｃc4）、バッファ２３ｂ及びデコーダ２３ｃから構成されている。容量は、例えば、０．７ｐＦ（Ｃc1）、０．９ｐＦ（Ｃc2）、１．１ｐＦ（Ｃc3）、１．３ｐＦ（Ｃc4）の４種類が受信ＩＣに内蔵されている。各容量は、バッファ２３ｂを介して、デコーダ２３ｃに接続される。そして、デコーダ２３ｃ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、入力抵抗（ＲIN）２６は、抵抗２６ａ、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。
以上のように、この実施例では、水晶フィルタの等価並列容量（Ｃ0 ）を透過する高周波成分ノイズをキャンセルするための最適な容量値を選択できるキャンセル容量（Ｃc ）を同時に受信ＩＣに組み込むことにより、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抵抗（Ｃ0 ）を持っていても複数の容量から最適な容量を選択することができる。その結果、高周波雑音のキャンセル効果が良くなり、前記複数の抵抗値を選択可能な可変抵抗による受信電波信号の損失を防ぐ効果と相俟って受信感度の更なる向上につながるものである。

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に設けられた入力抵抗は、互いに異なる抵抗値を有する抵抗を並列接続したが、互いに同じ抵抗値を有する抵抗を並列接続し、スイッチ回路の断続によって入力抵抗の抵抗値を制御してもよい。

また、上記実施の形態では、受信ＩＣ１に設けられた入力抵抗は、複数の抵抗を並列接続したが、これを直列接続とし、直列接続された抵抗の抵抗値をスイッチ回路の断続によって制御してもよい。
図６は、この直列接続された入力抵抗の構成を詳細に説明している。
図６において、入力抵抗（ＲIN）１６′は、抵抗１６′ａ（Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、Ｒ4 ）及びスイッチ１６´ｂ（ＳＥＬ１、ＳＥＬ２、ＳＥＬ３）から構成されている。抵抗１６´ａは、直列接続された４種類の抵抗が受信ＩＣに内蔵されている。直列接続された抵抗（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４）と、所望の抵抗値を得るべく、抵抗Ｒ１に並列に接続されたスイッチＳＥＬ１、抵抗Ｒ１及びＲ２に並列に接続されたスイッチＳＥＬ２及び抵抗Ｒ１、Ｒ２及びＲ３に並列に接続されたスイッチＳＥＬ３が配置され、これらのスイッチを適宜オンオフすることによって所望の抵抗値を得ている。

本発明の実施例１に係る受信信号を増幅し、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に示された入力抵抗の詳細な構造を示す部分回路図。 水晶フィルタを通過し、Ｐｏｓｔアンプへの入力利得を説明する周波数特性図。 本発明の実施例２に係るキャンセル容量、入力抵抗及び水晶フィルタの詳細な構造を示す受信ＩＣの部分回路図。 本発明の実施例に係る受信ＩＣの直列接続された入力抵抗の詳細な構造を示す部分回路図。 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、２３・・・キャンセル容量（Ｃc ）
１４、２４・・・Ｐｏｓｔアンプ（第２の増幅器）
１５、２５・・・電源 １６、２６・・・入力抵抗（ＲIN）
１６ａ、１６′ａ、２６ａ・・・抵抗
１６ｂ、１６′ｂ、２６ｂ・・・入力抵抗のスイッチ
１６ｃ、２６ｃ・・・デコーダ
１７・・・整流器 １８、２８・・・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
２３ａ・・・容量 ２３ｂ・・・バッファ ２３ｃ・・・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とを備え、前記入力抵抗は、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. 前記入力抵抗は、並列接続された複数の抵抗と、前記複数の抵抗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入力抵抗の抵抗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. 前記入力抵抗は、直列接続された複数の抵抗と、前記バイアス電源と前記複数の抵抗の各々の前記第２の増幅器側の端子とを短絡するスイッチ回路を有し、前記スイッチ回路により前記入力抵抗の抵抗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をさらに具備し、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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