JP2008060663A - 受信回路、電波修正時計及び受信回路の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】標準電波を受信して復調する受信手段3と、制御信号を出力する制御手段4と、電源電圧を供給する電力供給手段7とを備えた受信回路は、電力供給手段7から入力する電源電圧値を検出する電圧検出手段9を備える。受信手段3には、電源電圧から受信した標準電波に係る受信信号を増幅する第1増幅回路32と、受信信号を整流し、受信信号をろ波する包絡線検波回路35と、受信信号と基準電圧とから二値化した二値化信号を出力する復調回路37と、復調回路37にそれぞれ異なる基準電圧を出力可能に構成され、制御信号に基づいて出力する基準電圧を切り替える基準電圧切替回路38とが設けられている。制御手段4は、電源電圧の電圧値に応じて、基準電圧切替回路38により出力される基準電圧の電圧値を指定する制御信号を出力する。
【選択図】図1
Description
すなわち、定電圧回路を用いた場合、プリアンプに印加される電圧は一定であるので、標準電波に係る受信信号の増幅の幅は一定となるが、定電圧回路を備えた受信回路では、定電圧を実現するために、電源電圧のうちの所定の割合の電圧を損失する。このため、供給される電源電圧が低い電波修正時計では、定電圧回路を介して印加される定電圧を用いて受信信号の増幅を行うと当該受信信号が充分に増幅されない。従って、電源電圧をそのまま用いて、受信信号を増幅することが望まれる。しかしながら、このような場合、高い電源電圧が供給されている場合には、受信信号を充分に増幅することができるものの、電源電圧が低下した場合には、受信信号を充分に増幅できなくなってしまうという問題が生じる。このような問題は、電源として充放電可能な二次電源が採用されている場合に、当該二次電源は充電状態に応じて出力する電源電圧が変動するので、一層顕著に表れる。
これによれば、電力供給手段から供給される電源電圧が低下した場合でも、当該電源電圧の電圧値に応じた基準電圧が、基準電圧切替部から比較部に入力する。このため、電力供給手段から供給される電源電圧が高く、かつ、信号増幅部により受信信号が充分に増幅される場合だけでなく、当該電源電圧が低下し、かつ、受信信号の増幅の幅が小さくなった場合でも、比較部が、増幅された受信信号と当該受信信号に適した基準電圧とから、適切な二値化信号を出力することができる。従って、標準電波の復調を適切に行うことができる。
本発明によれば、電力供給手段が有する二次電源を充電する発電手段を備えていることにより、ボタン電池等の一次電源を備えている場合に比べ、電源の交換等を行う頻度を少なくすることができる。従って、受信回路の取扱いを簡略化することができる。
また、このような二次電源を電力供給手段が備えている場合には、当該二次電源の充電状態に応じて、信号増幅部に入力する電源電圧が低下するなど、電源電圧の電圧値が変動する場合がある。これに対し、前述のように、電圧値検出手段が、電源電圧の電圧値を検出し、当該電圧値に応じた基準電圧の電圧値を指定する制御信号を制御手段が出力する。そして、基準電圧切替部が、当該制御信号に応じて基準電圧を切り替えて比較部に出力することにより、増幅された受信信号に適した基準電圧を、比較部に入力させることができる。従って、電力供給手段が二次電源を備えて構成されている場合でも、標準電波を適切に復調することができる。
本発明によれば、受信回路がデコード手段を備えていることにより、制御手段は、受信回路に出力する制御信号の情報量を少なくすることができる。これによれば、制御手段と受信手段との間の通信時間(信号送受信時間)を短縮することができるので、電源電圧に応じた基準電圧設定に係る処理を迅速に行うことができる。従って、標準電波の受信に際して実行される処理の迅速化を図ることができる。
本発明によれば、記憶手段が、電力供給手段が供給する電源電圧の電圧値と、基準電圧切替部が比較部に出力する基準電圧の電圧値とが関連付けられた設定情報を記憶している。これによれば、制御手段が、当該設定情報に基づいて電源電圧の電圧値に対して適切な基準電圧、すなわち、当該電源電圧により増幅された受信信号に適した基準電圧を選択することができる。そして、制御手段が、選択した基準電圧を指定する制御信号を出力することにより、基準電圧切替部が、当該基準電圧を比較部に出力することができる。従って、適切な基準電圧に誤りなく設定することができる。また、基準電圧選択の際に、制御手段が計算等の処理を行わなくて済むので、当該制御手段の負荷を抑えることができる。
本発明によれば、前述の受信回路と同様の効果を奏することができる。
すなわち、基準電圧切替部が、電力供給手段から供給される電源電圧の電圧値に応じた基準電圧に切り替えて、当該基準電圧を比較部に出力することができる。これによれば、信号増幅部により電源電圧を用いて増幅された標準電波に係る受信信号と、当該電源電圧に応じて設定された基準電圧とから、比較部が適切な二値化信号を出力することができる。従って、標準電波の復調を適切に行うことができる。
さらに、時刻修正回路が、受信回路により復調された信号に基づいて内部時刻情報を修正するので、当該内部時刻情報を適切に修正することができる。従って、精度の高い電波修正時計を構成することができる。
すなわち、制御信号出力ステップにて、制御手段が、電圧検出手段で検出された電源電圧の電圧値に応じた基準電圧を示す制御信号を出力し、基準電圧切替ステップにて、基準電圧切替部が、当該制御信号に応じた基準電圧に切り替え、当該基準電圧を比較部に出力する。
これによれば、信号増幅部により、電力供給手段から入力する電源電圧を用いて増幅される受信信号に応じた電圧値を有する基準電圧が比較部に入力するので、当該受信信号と基準電圧とにより、比較部が適切な二値化信号を生成出力することができる。従って、標準電波の復調を適切に行うことができる。
(1)時計1の構成
図1は、本実施形態に係る時計1の構成を示すブロック図である。
本実施形態の時計1は、長波標準電波(以下、単に「標準電波」と略す場合がある)を受信して、当該標準電波に含まれるTCO(Time Code Out)信号を復調し、当該TCO信号に基づいて内部時刻情報を修正する電波修正時計である。この時計1は、図1に示すように、アンテナ2と、受信手段3と、制御手段4と、外部入力手段5と、時刻表示手段6と、電力供給手段7と、発電手段8と、電圧検出手段9とを備えて構成されている。
また、時刻表示手段6は、時刻を表示するためのものであり、時刻をデジタル表示する液晶パネルや有機EL(ElectroLuminescence)パネル等を例示することができるほか、アナログ表示する場合には、指針等を例示することができる。
発電手段8は、電力を生成して、電力供給手段7を構成する二次電源を充電するものである。このような発電手段8の方式として、ソーラ発電や、電磁発電等を例示することができる。
電圧検出手段9は、電力供給手段7から入力する電源電圧の電圧値を検出し、検出した電圧値を制御手段4に出力する。
受信手段3は、アンテナ2及び制御手段4に接続され、当該制御手段4から入力する制御信号に基づいて、アンテナ2で選択受信した標準電波を、増幅、整流及びろ波してTCO信号を復調し、当該TCO信号を制御手段4に出力する。この受信手段3は、同調回路31と、第1増幅回路32と、バンドパスフィルタ(Band-pass filter,以下、「BPF」と略す場合がある)33と、第2増幅回路34と、包絡線検波回路35と、AGC(Auto Gain Control)回路36と、復調回路37と、基準電圧切替回路38と、デコード回路39とを備えて構成されている。
同調回路31は、アンテナ2ととともに並列共振回路を構成し、特定の周波数の電波をアンテナ2で受信させるものである。この同調回路31は、図2に示すように、それぞれ異なる容量を有する2つのコンデンサC1,C2と、1つのスイッチSW11とを備えて構成されている。そして、同調回路31は、後述するデコード回路39から入力する信号に基づいて、スイッチSW11のオン/オフ状態を切り替えることで、2つのコンデンサC1,C2の全体のコンデンサ容量を切り替える。これにより、アンテナ2で受信する標準電波の周波数が切り替わる。そして、受信された標準電波は、電圧信号に変換され、第1増幅回路32に受信信号として出力される。このような同調回路31は、本実施形態では、日本の標準電波「JJY」を受信可能に構成されている。
このうち、3つの水晶フィルタ331は、それぞれ40kHz、60kHz、77.5kHzの周波数の信号をろ波する。これら水晶フィルタ331は、第1増幅回路32の正相出力端子に接続され、第2増幅回路34の入力端子に接続される。
また、各スイッチ332は、後述するデコード回路39から入力する信号に応じて断続の切替動作が行われるように構成されている。
なお、本実施形態では、BPF33は、水晶フィルタ331を備えて構成したが、アクティブフィルタで構成することも可能である。
AGC回路36は、包絡線検波回路35から入力した包絡線信号に基づいて、第1増幅回路32にて受信信号を増幅する際のゲインを決定する信号を出力する。
復調回路37は、本発明の比較部に相当し、図3に示すように、二値化コンパレータで構成されている。そして、当該二値化コンパレータの2つの入力端子のうち、一方の入力端子は、包絡線検波回路35に接続され、他方の入力端子は、基準電圧切替回路38に接続されている。この復調回路37は、包絡線検波回路35から入力する包絡線信号、及び、基準電圧切替回路38から入力する所定電圧を有する基準電圧に基づいて、二値化信号すなわちTCO信号を出力する。
制御手段4は、時計1全体を制御するものである。具体的に、制御手段4は、受信手段3を制御するとともに、当該受信手段3から出力されるTCO信号に基づいて、内部時刻情報を修正して、修正した時刻を時刻表示手段6に表示させる。すなわち、本発明の受信回路は、アンテナ2と、受信手段3と、制御手段4とが組み合わされたものである。
このような制御手段4は、図1に示すように、発振部41と、分周部42と、タイムコードデコード部43と、制御部44と、時刻表示駆動部45と、記憶部46とを備えて構成されている。
このうち、発振部41は、所定周波数の信号を生成し、分周部42は、生成された信号に基づいて動作信号を生成する。すなわち、発振部41及び分周部42は、所定周波数の信号を生成出力する動作クロックとして構成されている。
図4は、日本の標準電波「JJY」(40kHz)のタイムコードフォーマットを示す図である。
日本の標準電波「JJY」では、図4に示すように、1秒ごとに1つの信号が送信され、60秒で1レコードとして構成されている。すなわち、1フレームが60ビットのデータである。また、データ項目として「分」、「時」の時刻情報と、現在年の1月1日からの通算日、年(西暦下2桁)及び曜日等の日付情報とが含まれている。これら各項目の値は、各秒ごとに割り当てられた数値の組合せによって構成され、この組合せのオン、オフが信号の種類から判断される。
日本の標準電波「JJY」には、図5に示すように、「1」、「0」及び「P」を示す信号が含まれている。これら信号の種類は、各信号の振幅変調時間の長短を判断することにより認識される。
具体的に、「1」を示す信号である場合には、信号の立ち上がりから0.5秒間ハイレベルの電圧が継続し、この後、0.5秒間ローレベルの電圧が継続する。また、「0」を示す信号である場合には、信号の立ち上がりから0.8秒間ハイレベルの電圧が継続し、この後、0.2秒間ローレベルの電圧(ハイレベルの電圧を100%とした時の10%の電圧)が継続する。さらに、「P」を示す信号である場合には、0.2秒間ハイレベルの電圧が継続し、この後、0.8秒間ローレベルの電圧が継続する。このような振幅変調時間を判断することにより、入力した信号が「1」、「0」及び「P」の信号のうちいずれかであるかを判断できる。
例えば、標準電波として、「分」に該当する8秒間に、「1」、「0」、「1」、「0」、「0」、「1」、「1」、「1」と信号が送信されている場合には、現在時刻の分が「40+10+4+2+1=57」分であることを示している。
なお、長波標準電波は、セシウム原子時計を基準としているため、この長波標準電波を受信して時刻を修正する電波修正時計は、誤差が10万年に1秒という非常に高い精度を得ることができる。
また、制御部44は、前述の電圧検出手段9から入力する電源電圧の電圧値から、記憶部46に記憶された後述する設定情報を参照し、当該電圧値に応じた基準電圧を選択する。そして、当該基準電圧を基準電圧切替回路38が出力するように、受信手段3のデコード回路39に制御信号を出力する。
ここで、制御部44が電源電圧値に応じて、基準電圧切替回路38から出力される基準電圧VREFを切り替える必要性について説明する。
具体的に、図6に示すように、電源電圧の電圧値が高い場合には、当該第1増幅回路32により増幅された受信信号の振幅、すなわち、ピーク時電圧とボトム時電圧との差は大きい。一方、電力供給手段7に蓄電された電力量が低下したり、電力供給手段7が有する二次電源が劣化するなどして、電源電圧の電圧値が低くなった場合には、図7に示すように、第1増幅回路32により増幅された受信信号の振幅は小さくなる。従って、基準電圧切替回路38が、電源電圧に応じた基準電圧を、復調回路37を構成する二値化コンパレータに出力しないと、包絡線信号と基準電圧とによる二値化が適切に行われないという問題が発生する。
同様に、当該包絡線信号と、基準電圧VREF2より低い電圧値の基準電圧VREF3及び最も低い電圧値の基準電圧VREF4とによる二値化信号では、基準電圧VREF2を用いた二値化信号に比べ、基準電圧VREFの電圧値の低下に応じて、復調誤りの発生頻度が高くなる。
また、当該包絡線信号と、基準電圧VREF1より電圧値の低い基準電圧VREF2とによる二値化信号では、基準電圧VREF1を用いた二値化信号と比べて復調誤りの発生頻度は低くなっているものの、図7中最上段に示した標準電波に係るTCO信号に比べて、複数箇所に復調誤りが生じている。
これに対し、当該包絡線信号と、基準電圧VREF2より低く、かつ、基準電圧VREF4より高い電圧値を有する基準電圧VREF3とによる二値化信号では、他の基準電圧VREF1,VREF2,VREF4を用いた二値化信号に比べ、復調誤りが最も少なく、図7において最上段に示した標準電波に係るTCO信号とほぼ同じ信号波形となっている。このため、図7において示した包絡線信号に対しては、基準電圧VREF3が最も適した基準電圧であり、当該基準電圧VREF3により包絡線信号を二値化することで、適切にTCO信号を復調することができる。
前述のように、高い電圧値を有する電源電圧(具体的に、2.0V以上の電源電圧)が電力供給手段7から供給されている場合には、基準電圧VREF1が最も適した基準電圧であり、当該基準電圧VREF1と、供給された電源電圧により増幅された包絡線信号とにより生成された二値化信号は、他の基準電圧VREFを用いて生成された二値化信号と比べて、図8に示すように、標準電波に含まれるTCO信号に対するビット誤り率が低い。
さらに、前述のように、さらに低い電圧値を有する電源電圧(具体的に、1.3V以上1.5V未満の電源電圧)が電力供給手段7から供給されている場合には、基準電圧VREF3と、包絡線信号とにより生成された二値化信号が、標準電波に含まれるTCO信号に対するビット誤り率が最も低くなる。
具体的に、2.0V以上の電源電圧に対応して基準電圧VREF1を示すコードが設定され、また、1.5V以上2.0V未満の電源電圧に対応して基準電圧VREF2を示すコードが設定され、さらに、1.3V以上1.5V未満の電源電圧に対応して基準電圧VREF3を示すコードが設定されている。なお、1.3V未満の電源電圧に対しては、当該電源電圧では受信信号の増幅が適切に行われず、TCO信号の復調が適切に行われないために、当該電源電圧に対応する基準信号VREFは設定されていないが、より低い電圧値を有する基準電圧(例えば、基準電圧VREF4)を設定してもよい。
次に、内部時刻修正処理Sについて説明する。
図9は、内部時刻修正処理Sの処理フローを示す図である。
内部時刻修正処理Sは、時計1において所定のタイミングで、あるいは、使用者による外部入力手段5に対する入力操作に応じて実行され、前述の内部時刻情報を修正する処理である。この内部時刻修正処理Sでは、電力供給手段7によって供給される電源電圧の電圧値に応じて基準電圧VREFを切り替えた上で、標準電波を受信し、当該標準電波に含まれるTCO信号を復調した後、当該TCO信号に応じて内部時刻情報を修正する。
この後、制御部44は、入力した電源電圧の電圧値を判定する。具体的に、制御部44は、入力した電源電圧の電圧値が2.0V以上であるか否かを判定する(ステップS02)。そして、当該電圧値が2.0V以上であると判断した場合には、制御部44は、記憶部46に記憶された設定情報から基準電圧VREF1を示すコードを取得し、受信手段3の基準電圧切替回路38により切り替える基準電圧VREFとして、基準電圧VREF1を選択する(ステップS03)。そして、制御部44は、ステップS08に移行する。
これに対し、電源電圧の電圧値が、1.3V未満であると判断した場合には、制御部44は、内部時刻修正処理Sを終了する。
ここで、標準電波の受信に失敗したと判断した場合、制御部44は、内部時刻の修正ができないと判断して、内部時刻修正処理Sを終了する。
以上により、内部時刻修正処理Sが終了する。
なお、内部時刻修正処理Sにおいて、内部時刻情報の修正が適切に行われなかった場合には、エラーメッセージや音声等により、使用者に通知するようにしてもよい。
以上のような本実施形態の時計1によれば、以下の効果を奏することができる。
すなわち、電力供給手段7から供給される電源電圧の電圧値を電圧検出手段9が検出し、制御手段4の制御部44が、当該電圧値に応じた基準電圧VREFを指定する制御信号を、受信手段3に出力する。そして、当該制御信号に応じて、受信手段3の基準電圧切替回路38が、復調回路37に出力する基準電圧VREFを切り替える。これによれば、復調回路37が、当該電源電圧により増幅され、かつ、検波された包絡線信号と、当該包絡線信号の電圧値に応じた電圧値を有する基準電圧VREFとにより、TCO信号である二値化信号を生成することができる。従って、電源電圧が変動した場合でも、標準電波に含まれるTCO信号を適切に復調することができる。
さらに、このような二次電源を備えた電力供給手段7では、当該電力供給手段7から供給される電源電圧の電圧値が変動しやすい。このため、当該電源電圧により増幅される受信信号の振幅が変動し、一定の基準電圧VREFでは適切にTCO信号を復調できないという問題が生じる。これに対し、前述のように、現在供給されている電源電圧の電圧値に応じて、基準電圧切替回路38が基準電圧VREFを切り替えて復調回路37に出力するので、復調回路37によるTCO信号の復調を適切に行うことができる。
これによれば、制御手段4の制御部44は、コード化された制御信号をデコード回路39に出力することが可能となるので、制御部44とデコード回路39との間で通信される情報量を少なくすることができ、制御部44とデコード回路39との通信時間を短縮することができる。従って、制御部44による制御信号の出力を迅速に行うことができるので、電源電圧の変動に伴う基準電圧VREFの切替動作を迅速に行うことができる。
これによれば、制御部44が、予め記憶部46に記憶された設定情報から、電源電圧に応じた基準電圧VREFを示す制御信号を、デコード回路39に出力するので、当該電源電圧に応じた基準電圧VREFに誤り無く切り替えることができる。また、制御部44が、当該設定情報を参照することで、設定すべき基準電圧VREFを選択することができるので、標準電波の受信に際しての基準電圧VREFの切替処理を一層迅速に行うことができる。
本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、基準電圧切替回路38は、4種の基準電圧VREF1〜VREF4を出力可能に構成されているが、本発明はこれに限らない。すなわち、基準電圧切替回路が出力可能な基準電圧の数及び種類は、適宜設定してよい。
Claims (6)
- 標準電波を受信して復調する受信手段と、前記受信手段を制御する制御信号を出力する制御手段と、前記受信手段及び前記制御手段に電源電圧を供給する電力供給手段とを備えた受信回路であって、
前記電力供給手段から入力する前記電源電圧の電圧値を検出する電圧検出手段を備え、
前記受信手段には、
受信した前記標準電波に係る受信信号を増幅する信号増幅部と、
増幅された前記受信信号を整流する整流部と、
整流された前記受信信号をろ波するフィルタ部と、
ろ波された前記受信信号と基準電圧とから二値化した二値化信号を出力する比較部と、
前記比較部にそれぞれ異なる前記基準電圧を出力可能に構成され、前記制御信号に基づいて、出力する前記基準電圧を切り替える基準電圧切替部とが設けられ、
前記制御手段は、
前記電圧値に応じて、前記基準電圧切替部により出力される前記基準電圧の電圧値を指定する制御信号を出力することを特徴とする受信回路。 - 請求項1に記載の受信回路において、
前記電力供給手段は、充放電可能な二次電源を備えて構成され、
前記二次電源を充電する発電手段を備えることを特徴とする受信回路。 - 請求項1または請求項2に記載の受信回路において、
前記受信回路には、
前記制御信号をデコードしたデコード信号を前記基準電圧切替部に出力するデコード手段が設けられ、
前記基準電圧切替部は、前記デコード信号に応じて、前記比較部に出力する前記基準電圧を切り替えることを特徴とする受信回路。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の受信回路において、
前記電源電圧の電圧値と、前記基準電圧の電圧値とが関連付けられた設定情報を記憶する記憶手段を備え、
前記制御手段は、
前記電圧検出手段により検出された前記電源電圧の電圧値から、前記設定情報に基づく前記基準電圧の電圧値を指定する制御信号を出力することを特徴とする受信回路。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載の受信回路と、当該受信回路によって復調された信号に基づいて内部時刻情報を修正する時刻修正回路とを備えることを特徴とする電波修正時計。
- 標準電波を受信して復調する受信手段と、前記受信手段を制御する制御信号を出力する制御手段と、前記受信手段及び前記制御手段に電力を供給する電力供給手段とを備えた受信回路による前記標準電波の復調時の当該受信回路の制御方法であって、
前記電力供給手段から入力する電源電圧の電圧値を検出する電圧検出手段を備え、
前記受信手段には、
受信した前記標準電波に係る受信信号を増幅する信号増幅部と、
増幅された前記受信信号を整流する整流部と、
整流された前記受信信号をろ波するフィルタ部と、
ろ波された前記受信信号と基準電圧とから二値化した二値化信号を出力する比較部と、
前記比較部にそれぞれ異なる前記基準電圧を出力可能に構成され、前記制御信号に基づいて、出力する前記基準電圧を切り替える基準電圧切替部とが設けられ、
前記制御手段により、前記電源電圧の電圧値に応じた前記基準電圧を示す制御信号を出力する制御信号出力ステップと、
前記基準電圧切替部により、前記制御信号に応じて、前記比較部に出力する前記基準電圧を切り替える基準電圧切替ステップとを有することを特徴とする受信回路の制御方法。
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