JP2009165325A

JP2009165325A - 通信装置

Info

Publication number: JP2009165325A
Application number: JP2008003191A
Authority: JP
Inventors: Kazusane Sakumoto; 和実佐久本
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2008-01-10
Publication date: 2009-07-23

Abstract

【課題】電磁波エネルギを受電するために必要な回路の駆動エネルギを低減すること。
【解決手段】制御手段７は、所定タイミングで設けられた信号受信モードにおいて、アンテナ１によって受信したタイムコードを、アンテナ１とともに同調手段を構成するアンテナ同調手段２、受電・充電切り替え手段３、受信回路手段４、判定手段１３を介して受信し、自身が計時している現在時刻を前記タイムコードに対応する時刻に修正して表示手段１０に表示する。判定手段１３がアンテナ１による信号受信が不良であると判断すると、制御手段７は、受信・充電切替手段３を受電モードに切り替えて、アンテナ同調手段２の同調機能を停止させると共にアンテナ１を昇圧・整流手段５に接続し、アンテナ１が受信した信号を昇圧・整流手段５によって昇圧、整流して、電波時計の電源である蓄電手段６を充電する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電波時計や携帯電話等、電源として蓄電手段を備えた通信装置に関する。

従来から、現在時刻を表すタイムコードを含む標準電波を受信し時刻を修正する電波時計、携帯電話、ＰＨＳ（Personal Handy phone System）等の電源として蓄電池（二次電池）を備えた通信装置が開発されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
従来、空中を飛来している電磁波を捕捉してそのエネルギを蓄え、駆動用電源として利用する場合、空中を伝播している電磁波の特定周波数に同調して共振出力を得るための同調回路が用意される。この場合、エネルギの受電のみならず、通信においても目的周波数に同調させることが必要である。

通信は、送信側と受信側が必要であるため送受信で使用する特定の周波数に同調させる必要があるが、空中を飛来している不特定多数の電磁波を受電して蓄電する場合は、環境によりエネルギ密度の高い周波数を持つ電磁波が異なるため、不特定多数の同調回路が必要であり回路規模が大きくなるという欠点があった。

また、不特定多数の同調回路を用意する代わりに、同調条件を変化させ、得られるエネルギが最大となるように制御することも考えられているが、これも回路規模を増大させるばかりでなく、最大エネルギの検出や同調条件を変化させるためのエネルギが必要で有り、希薄エネルギを充電して利用するシステムには不向きであるという欠点があった。

特開平１０−１４６０７７号公報特開平１０−２５７６９７号公報特開平１０−２９５０４３号公報

本発明は、前記問題に鑑み成されたもので、電磁波エネルギを受電するために必要な回路の駆動エネルギを低減することを課題としている。

本発明によれば、電波信号を受信するアンテナと、前記アンテナとともに所定周波数に同調する同調手段を構成するアンテナ同調手段と、前記同調手段からの信号を処理する処理手段と、充電可能な電源を構成する蓄電手段とを有する通信装置において、前記処理手段が前記同調手段からの信号を処理する信号受信モードと、前記アンテナからの信号に基づいて前記蓄電手段を蓄電する受電モードのいずれかに設定する切り替え制御手段とを備え、前記切り替え制御手段は前記同調手段からの信号に基づいて受信状況を判定し、該受信状況の判定結果に基づいて前記信号受信モードと受電モードのいずれかに設定することを特徴とする通信装置が提供される。
切り替え制御手段は同調手段からの信号に基づいて受信状況を判定し、該受信状況の判定結果に基づいて信号受信モードと受電モードのいずれかに設定する。

ここで、前記切り替え制御手段は、前記同調手段からの信号のレベルに基づいて受信状況を判定するように構成してもよい。
また、前記同調手段からの信号を増幅するＡＧＣ増幅手段を備え、
前記切り替え制御手段は、前記ＡＧＣ増幅手段のＡＧＣ信号レベルに基づいて受信状況を判定するように構成してもよい。

また、前記電波信号には所定のタイムコードが含まれて成り、前記切り替え制御手段は、前記同調手段からの信号に前記所定のタイムコードが含まれているか否かに基づいて受信状況を判定するように構成してもよい。
また、前記電波信号には所定のタイムコードが含まれて成り、前記切り替え制御手段は、前記同調手段から出力される信号の構成要素をノイズと判定した数に基づいて受信状況を判定するように構成してもよい。
また、時刻を計時する計時手段と、前記計時手段の計時時刻を表示する表示手段とを備え、前記処理手段は、前記タイムコードに対応する時刻に前記計時手段の計時時刻を修正するように構成してもよい。

また、前記切り替え制御手段は、所定タイミングで受信状況を判定し、受信状況が良好と判定した場合には前記信号受信モードに設定し、受信状況が不良と判定した場合には前記受電モードに設定するように構成してもよい。
また、前記切り替え制御手段は、前記受電モードにおいて、前記アンテナ同調手段に含まれ前記アンテナとともに同調回路を構成するコンデンサを前記アンテナから切り離し、前記アンテナが受信した信号に基づいて前記蓄電手段を充電するように制御するよう構成してもよい。

本発明に係る通信装置によれば、電磁波エネルギを受電するために必要な回路の駆動エネルギを低減することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態に係る通信装置について説明する。尚、各図において、同一部分には同一符号を付している。
図１は、本発明の実施の形態に係る通信装置のブロック図であり、電波時計の例を示している。
図１において、電波時計は、アンテナ１、アンテナ同調手段２、受信・充電切り替え手段３、受信回路手段４、判定手段１３、昇圧・整流手段５を備えている。

また電波時計は、蓄電手段６、制御手段７、入力手段８、記憶手段９、表示手段１０、分周手段１１、発振手段１２を備えている。
アンテナ１は、電波信号（本実施の形態では現在時刻を表すタイムコードを含む標準電波）を受信する。アンテナ同調手段２は、アンテナ１とともに同調手段を構成しており、所定周波数に同調して該同調した周波数の信号を受信して出力する。受信・充電切り替え手段３は、制御手段７からの制御信号に応答して、アンテナ同調手段２からの信号を受信回路手段４側に出力する信号受信モードと、アンテナ同調手段２からの信号を昇圧・整流手段５側に出力する受電モードとに選択的に設定する。

受信回路手段４は、信号受信モードにおいて、受信・充電切り替え手段３からの信号を増幅して出力する。判定手段１３は、受信回路手段４からの信号に基づいて受信状況を判定する。整流手段５は、受電モードにおいて、受信・充電切り替え手段３からの信号を昇圧、整流して、二次電池又はコンデンサによって構成された蓄電手段６を充電する。

制御手段７は、中央処理装置（ＣＰＵ）によって構成され、記憶手段９に記憶したプログラムを実行することにより、電波時計の各構成要素の制御や計時動作をはじめとして後述する処理を行う。入力手段８は操作スイッチ等によって構成されている。記憶手段９は、制御手段７が実行するプログラムや各種データを記憶する。表示手段は、アナログ又はデジタルによる時刻表示等を行う。発振手段１２は、所定周波数の信号を生成する。分周手段１１は、発振手段１２からの信号を分周して計時動作の基準となる時計信号を出力する。

尚、制御手段は処理手段を構成し、又、受信・受電切り替え手段３、制御手段７及び判定手段１３は切り替え制御手段を構成している。また、制御手段７、分周手段１１、発振手段１２は計時手段を構成している。
通信装置が電波時計の場合、前記処理手段は、標準電波に含まれるタイムコードに対応する時刻に前記計時手段の計時時刻を修正し、表示手段が前記計時手段の計時時刻を表示する。また、携帯電話やＰＨＳの場合、音声やデータの入出力処理等を行う。

図３は、アンテナ同調手段２の詳細を示す回路図である。アンテナ同調手段２は、複数のコンデンサ２１〜２３と複数のトランジスタスイッチ２５〜２７を備えている。コンデンサ２１とトランジスタスイッチ２５の直列回路、コンデンサ２２とトランジスタスイッチ２６の直列回路、コンデンサ２３とトランジスタスイッチ２７の直列回路を、各々、コイルアンテナ１に並列接続した構成となっている。

また、アンテナ同調手段２の出力端子（換言すれば、コイルアンテナ１に直結された端子）２４は受信・充電切り替え手段３の入力部に接続されている。アンテナ同調手段２の各制御端子（各トランジスタスイッチ２５〜２７の各ゲート端子）２８は制御手段７に接続されている。制御手段７から制御端子２８に供給される制御信号によって各トランジスタスイッチ２５〜２７が選択的にオン又はオフ状態に制御されることによって、アンテナ同調回路手段２の同調容量値が選択され、同調手段の同調周波数が選択される。

図４は、受信回路手段４の詳細を示すブロック図である。受信回路手段４は、その入力端子４０が受信・充電切り替え手段３の一方の出力部に接続されており、利得が可変なＡＧＣアンプ（ＡＧＣＡＭＰ）部４１、ＡＧＣアンプ部４１からの信号中のタイムコードの周波数成分を通過するフィルタ部４２、フィルタ部４２からの信号を増幅するアンプ（ＡＭＰ）部４３、アンプ部４３からの信号を整流する整流部４４、整流部４４からの信号を波形整形してタイムコードを出力する波形整形部４５、整流部４４からの信号レベルに応じたＡＧＣ電圧信号によってＡＧＣアンプ部４１の利得を制御するＡＧＣ部４６を備えている。
受信回路手段４は、フィルタ部４２を通過した所定周波数信号を増幅したアナログ出力信号を出力し又、受信したタイムコードに対応する波形信号を出力すると共に、ＡＧＣ部４６からのＡＧＣ電圧信号を出力する。

入力端子４０に入力された信号は、ＡＧＣアンプ部４１によって増幅された後、信号成分がフィルタ部４２を通過し、アンプ部４３によって増幅される。アンプ部４３のアナログ出力信号は判定手段１３に出力されると共に整流部４４によって整流された後、ＡＧＣ部４６に入力される。ＡＧＣ部４６は、整流部４４からの信号のレベルに応じたＡＧＣ電圧信号を生成し、ＡＧＣ電圧信号によって整流部４４からの信号のレベルに応じた利得にＡＧＣアンプ部４１の利得を制御する。ＡＧＣ部４６からは、ＡＧＣ電圧信号が判定手段１３に出力される。また、整流部４４の出力信号は波形整形部４５によって矩形波に波形整形された後、受信したタイムコードとして判定手段１３に出力される。

図２は、本発明の実施の形態に係る通信装置の処理を示すフローチャートである。以下、図１〜図４を用いて本実施の形態に係る通信装置の動作を説明する。
初期状態として、制御手段７は、分周手段１１からの時計信号に基づいて現在時刻を計時し、該現在時刻を表示手段１０に表示している。
この状態で制御手段７は、受信要求があるか否か、即ち、所定のタイミングが到来したか否か（例えば、現在時刻が所定時刻になったか否か、あるいは、入力手段８によって受信要求が入力されたか否か）を判断し（図２のステップＳ１）、受信要求があったと判断した場合、システム電圧が十分か否か、即ち、蓄電手段６の出力電圧が所定電圧以上か否かを判断する（ステップＳ２）。

制御手段７は、システム電圧が十分と判断した場合には、受信・充電切り替え手段３及びアンテナ同調手段を信号受信モードに設定して、標準電波信号を受信して時刻修正を行うように各構成要素を制御する（ステップＳ３〜Ｓ９）。
即ち制御手段７は、信号受信モードにおいて、アンテナ同調手段２を受信回路手段４に接続すると共に、アンテナ同調手段２と昇圧・整流手段５を切り離す（ステップＳ３）。

次に、制御手段７は、受信する電波信号の周波数に同調するようにアンテナ同調手段２の同調容量を選択する（ステップＳ４）。例えば、標準電波信号の周波数が６０ＫＨｚの場合には１つのトランジスタスイッチ２５のみをオンに制御し、４０ＫＨｚの場合には全てのトランジスタスイッチ２５〜２７をオンに制御することにより、アンテナ１及びアンテナ同調手段２によって構成される同調手段の同調周波数を、各々６０ＫＨｚ、４０ＫＨｚに設定する。

尚、標準電波を受信する場合、日本の２つの受信局の周波数が４０ＫＨｚ、６０ＫＨｚであり、その何れかの周波数に同調するようにアンテナコイル１のインダクタンス値に合わせてアンテナ同調手段２のコンデンサ２１〜２３を選択するようにしているが、日本国以外において使用する電波時計の場合には当該国の周波数に合致する構成となる。

次に制御手段７は、標準電波を受信するように、アンテナ１及びアンテナ同調手段２から成る同調手段、受信・充電切り替え手段３、受信回路手段４、判定手段１３を制御する（ステップＳ５）。受信回路手段４は、受信・充電切り替え手段３からの信号をタイムコードに対応する２値化されたデジタル波形信号に変換して判定手段１３に出力する（ステップＳ６）。

判定手段１３は、受信回路手段４からの信号に基づいて受信状況を判定する（ステップＳ７）。受信状況の判定は、例えば、前記アナログ出力信号の電圧（受信出力電圧）の大小、ＡＧＣ部４６から出力されるＡＧＣ電圧の大小、タイムコードのフォーマットを解析して所定のタイムコードを受信できたか否か、又は、タイムコードに変換不可能なビット（即ちノイズ）の所定時間当たりの数が所定数以上か否か、の少なくとも１つによって判定する。

判定手段１３は、前記アナログ出力信号の電圧（受信出力電圧）の大小によって受信状況を判定する場合、前記アナログ出力信号の電圧が所定レベル以上であれば受信状況は良好であるが所定レベル未満のときには受信状況は不良と判定する。ＡＧＣ部４６から出力されるＡＧＣ電圧の大小によって受信状況を判定する場合には、ＡＧＣ部４６から出力されるＡＧＣ電圧が所定レベル以上であれば受信状況は良好であるが所定レベル未満の場合には受信状況は不良と判定する。

また、判定手段１３は、タイムコードのフォーマットを解析して所定のタイムコードを受信できたか否かによって受信状況を判定する場合には、タイムコードのフォーマットを解析して所定のタイムコードを受信できた場合は受信状況は良好であるが所定のタイムコードを受信できなかった場合には受信状況は不良と判定する。また、前記ノイズの所定時間当たりの数が所定数以上か否かによって受信状況を判定する場合には、前記ノイズの所定時間当たりの数が所定数以上か否かによって受信状況を判定する。

判定手段１３が、受信状況は良好であると判定した場合（ステップＳ８）、制御手段７は計時中の現在時刻を、受信したタイムコードに対応する時刻に修正し、修正後の時刻を表示手段１０に表示する（ステップＳ９）。
受信動作終了後、或いは、後述するように受信要求が無い場合は、受電モードに遷移して蓄電手段６の充電動作を行う。この場合、トランジスタスイッチ２５〜２７を全てオフ状態にしてアンテナ同調手段２のコンデンサ２１〜２３をアンテナ１より切り離し、アンテナ１のみで空中を飛来している電磁波を受電し、昇圧回路及び整流回路によって構成された昇圧・整流手段５を経て蓄電手段６を充電する。蓄電手段６に充電された電力により電波時計は駆動される。

一方、処理ステップＳ１において受信要求がない、即ち、所定のタイミングが到来していない（例えば、現在時刻が所定時刻になっていない、入力手段８によって受信要求が入力されていない）と判断した場合や、処理ステップＳ２において蓄電手段６の出力電圧（システム電圧）が所定電圧未満と判断した場合、あるいは、処理ステップＳ８において受信状況が不良と判定手段１３が判定した場合、制御手段７は、受信・受電切り替え手段３やアンテナ同調手段２等を受電モードに設定する。受電モードでは、受信・充電切り換え手段３は制御手段７によって、アンテナ同調手段２を昇圧・整流手段５に接続すると共にアンテナ同調手段２と受信回路手段４を切り離すように制御される（ステップＳ１０）。

また受電モードでは制御手段７は、アンテナ同調手段２の全てのトランジスタスイッチ２５〜２７をオフ状態にして全てのコンデンサ２１〜２３をアンテナ１から切り離す（ステップＳ１１）。この状態では、アンテナ１が受電・充電切り替え手段３を介して昇圧・整流手段５に接続された状態になり、アンテナ１及びアンテナ同調手段２によって構成された同調手段は特定の周波数に同調しないことになる。

このように、制御手段７は、受電モードにおいて、アンテナ同調手段２に含まれアンテナ１とともに同調手段を構成するコンデンサ２１〜２３をアンテナ１から切り離し、アンテナ１が受信した信号に基づいて蓄電手段６を充電するように制御している（ステップＳ１２）。
これにより、空中を伝播している種々の周波数の電波をアンテナ１が受信し、アンテナ１から出力される信号は昇圧・整流手段５によって、昇圧された後に直流に変換され、蓄電手段６に充電されることになる。

以上述べたように、本発明の実施の形態に係る通信装置においては、制御手段７は、所定時刻の到来や入力手段１０による受信要求等の所定タイミングで信号受信モードに入り、アンテナ１によって受信したタイムコードを、アンテナ１とともに同調手段を構成するアンテナ同調手段２、受電・充電切り替え手段３、受信回路手段４、判定手段１３を介して受信し、自身が計時している現在時刻を前記タイムコードに対応する時刻に修正して表示手段１０に表示する。判定手段１３がアンテナ１による信号受信が不良であると判断すると、制御手段７は、受信・充電切替手段３を受電モードに切り替えて、アンテナ同調手段２の同調機能を停止させると共にアンテナ１を昇圧・整流手段５に接続し、アンテナ１が受信した信号を昇圧・整流手段５によって昇圧、整流して、電波時計の電源である蓄電手段６を充電する。

このように、信号受信モードでは同調手段を所定周波数に同調させて当該周波数の信号を効率よく受信し、受電モードでは空中を飛来している不特定多数の電磁波を受電して充電するように構成しているため、不特定多数の周波数に同調させるための手段、複数の同調コンデンサの切り替え手段、同調条件を変化させながら検出エネルギの大小比較をする手段は不要であるばかりでなく、これらを駆動制御するためのエネルギが不要となり、受信時以外は空中を飛来してくる電磁波エネルギを受電し、充電する事ができる。

したがって、電磁波エネルギを受電するために必要な回路の駆動エネルギを低減することが可能になる。
また、受電モードでは不特定多数の同調回路は不要であり回路構成を簡略化することが可能になる。また、不特定多数の同調回路を用意する代わりに、同調条件を変化させるような回路も不要になる。

電波時計、携帯電話、ＰＨＳ、通信機能を有する携帯情報端末等の携帯型通信装置をはじめとして各種の通信装置に利用可能である。

本発明の実施の形態に係る電波時計のブロック図である。本発明の実施の形態に係る電波時計の処理を示すフローチャートである。本発明の実施の形態に係る電波時計の部分詳細回路図である。本発明の実施の形態に係る電波時計の部分詳細ブロック図である。

符号の説明

１・・・アンテナ
２・・・アンテナ同調手段
３・・・受信・充電切り替え手段
４・・・受信回路手段
５・・・昇圧・整流手段
６・・・蓄電手段
７・・・制御手段
８・・・入力手段
９・・・記憶手段
１０・・・表示手段
１１・・・分周手段
１２・・・発振手段
１３・・・判定手段
２１〜２３・・・コンデンサ
２５〜２７・・・トランジスタスイッチ
４１・・・ＡＧＣアンプ部
４２・・・フィルタ部
４３・・・アンプ部
４４・・・整流部
４５・・・波形整形部
４６・・・ＡＧＣ部

Claims

電波信号を受信するアンテナと、前記アンテナとともに所定周波数に同調する同調手段を構成するアンテナ同調手段と、前記同調手段からの信号を処理する処理手段と、充電可能な電源を構成する蓄電手段とを有する通信装置において、
前記処理手段が前記同調手段からの信号を処理する信号受信モードと、前記アンテナからの信号に基づいて前記蓄電手段を蓄電する受電モードのいずれかに設定する切り替え制御手段とを備え、
前記切り替え制御手段は前記同調手段からの信号に基づいて受信状況を判定し、該受信状況の判定結果に基づいて前記信号受信モードと受電モードのいずれかに設定することを特徴とする通信装置。
前記切り替え制御手段は、前記同調手段からの信号のレベルに基づいて受信状況を判定することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
前記同調手段からの信号を増幅するＡＧＣ増幅手段を備え、
前記切り替え制御手段は、前記ＡＧＣ増幅手段のＡＧＣ信号レベルに基づいて受信状況を判定することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
前記電波信号には所定のタイムコードが含まれて成り、
前記切り替え制御手段は、前記同調手段からの信号に前記所定のタイムコードが含まれているか否かに基づいて受信状況を判定することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
前記電波信号には所定のタイムコードが含まれて成り、
前記切り替え制御手段は、前記同調手段から出力される信号の構成要素をノイズと判定した数に基づいて受信状況を判定することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
時刻を計時する計時手段と、前記計時手段の計時時刻を表示する表示手段とを備え、
前記処理手段は、前記タイムコードに対応する時刻に前記計時手段の計時時刻を修正することを特徴とする請求項４又は５記載の通信装置。
前記切り替え制御手段は、所定タイミングで受信状況を判定し、受信状況が良好と判定した場合には前記信号受信モードに設定し、受信状況が不良と判定した場合には前記受電モードに設定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の通信装置。
前記切り替え制御手段は、前記受電モードにおいて、前記アンテナ同調手段に含まれ前記アンテナとともに同調回路を構成するコンデンサを前記アンテナから切り離し、前記アンテナが受信した信号に基づいて前記蓄電手段を充電するように制御することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一に記載の通信装置。