JP2010057020A

JP2010057020A - 受信装置

Info

Publication number: JP2010057020A
Application number: JP2008221341A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Ogushi; 憲明小串; Toshiharu Hayashi; 俊春林; Yutaka Saito; 豊斉藤; Kazuhisa Itoi; 和久糸井; Kazushi Ishiyama; 和志石山
Original assignee: Takion Co Ltd
Current assignee: Takion Co Ltd
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2008-08-29
Publication date: 2010-03-11

Abstract

【課題】ＭＩ素子を受信アンテナとして用いると共に簡易な構成で高感度出力を得ることができる受信装置を提供する。
【解決手段】本発明の受信装置１において、磁気インピーダンス素子３と、磁気インピーダンス素子３に所定周波数の信号を印加する駆動信号源１３と、磁気インピーダンス素子３に磁気結合したピックアップコイル５と、ピックアップコイル５の電気出力信号をデジタル信号に変換するデジタル信号変換部２１と、デジタル信号処理部１１とを備え、デジタル信号変換部２１はピックアップコイル５の電気出力信号の振幅を数値化し、数値化したものをデジタル信号処理部１１で検波・整形して出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、受信アンテナとして磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）を用いた受信装置に関する。

受信アンテナの小型化を図るため、アンテナ部に磁気インピーダンス素子（以下「ＭＩ素子」という）を用いることが知られている。

この種の技術として特許文献１には、ＭＩ素子を用いた受信装置が開示されている。この特許文献１の技術では、ＭＩ素子が受けた交流信号を整流回路や周波数弁別器等によりアナログ処理している。

特開２０００−１８８５５８号公報

しかし、特許文献１の技術では、ＭＩ素子が受けた交流信号を整流回路や周波数弁別器等によりアナログ処理しているが、所定の感度出力を得るためには各機器に高い精度が要求されると共に回路が複雑になるという問題がある。

本発明は、前記事情に着目してなされたものであり、ＭＩ素子を受信アンテナとして用いると共に簡易な構成で高感度出力を得ることができる受信装置を提供することにある。

請求項１に記載された発明は、磁気インピーダンス素子と、磁気インピーダンス素子に所定周波数の信号を印加する駆動信号源と、磁気インピーダンス素子に磁気結合したピックアップコイルと、ピックアップコイルの電気出力信号をデジタル信号に変換するデジタル信号変換部と、デジタル信号処理部とを備え、デジタル信号変換部はピックアップコイルの電気出力信号の振幅を数値化し、数値化したものをデジタル信号処理部で検波・整形して出力することを特徴とする。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の発明において、駆動信号源とデジタル信号変換部とに接続したタイミング発生器を備え、交流信号の供給とデジタル信号変換部でのデジタル変換とを同期させたことを特徴とする。

請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載の発明において、磁気インピーダンス素子にバイアス磁界を加えるバイアスコイルを備え、デジタル信号処理部はバイアスコイルに印加する電圧を調整してバイアス磁界の強度を調整することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、ＭＩ素子の受信信号をデジタル信号に変換して数値処理しているので、従来技術のような調整や復調の機器（又は回路）を必要とせず、プログラムしたソフトウエア（ファームウエア）を搭載するだけで高感度化を図ることができ、且つ簡易な構成で小型化を図ることができる。

また、仕様に応じてファームウエアを変えれば良いので、異なる仕様への対応が容易にできる。

請求項２に記載された発明によれば、請求項１に記載の効果を奏すると共に、駆動信号源と各処理部との動作タイミングを合わせることにより、省電力化及び高性能化を図ることができる。

請求項３に記載された発明によれば、請求項１に記載の効果を奏すると共に、ＭＩセンサにバイアス磁界を付与し調整することにより、更に感度を高めることができる。また、バイアス磁界として交流磁界（ＡＣ振幅）を付与すれば、周辺交流磁界を打ち消すようにしてノイズを低減することができる。

以下に、添付図面の図１〜図３を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施の形態に係る受信装置の構成を示す回路図であり、図２は第１実施の形態において、ＴＣＯ信号のデジタル処理を説明した波形図であり、図３は図２に基づいて処理した出力信号のグラフである。

本実施の形態に係る受信装置１は、電波時計用信号ＴＣＯ（ＴｉｍｅＣｏｄｅＯｕｔｐｕｔ）信号の受信装置である。

この受信装置１は、図１に示すように、ＭＩ素子３と、ＭＩ素子３と磁気結合したピックアップコイル５とを有し、アナログ受信信号を取出すフロントエンドブロック７と、アナログ受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄブロック９とデジタル信号を処理して出力するＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）ブロック１１とから構成されている。

フロントエンドブロック７は、ＭＩ素子３に所定周波数ｆ₀のサイン波を印加する駆動信号源１３を備え、ｆ₀を基本周波数に持つ信号を受ける。尚、駆動信号源１３はサイン波に限らず、基本周波数ｆ₀のパルス波を印加するものであっても良い。

ピックアップコイル５には、直列キャパシタが設けてありバンドパスフィルタ１５を構成している。バンドパスフィルタ１５を通過した信号は、包絡線検波器１７を通過してＡ／Ｄブロック９でデジタル信号に変換される。

尚、図１において、ｆm は外部ＡＣ磁界Ｈｅｘの周波数であり、ｆsはサンプリング周波数である。

Ａ／Ｄブロック９は、カットオフ周波数がｆｓ／２のローパスフィルタ１９及びＡ／Ｄ変換部２１をから構成されており、ローパスフィルタ１９を通過した信号をサンプリング周波数ｆｓでデジタル変換する。

次に、ＤＳＰブロック１１では、Ａ／Ｄ変換したデジタル信号をバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２３で周波数ｆmを選択して周波数選択性を持たせ、検波器（Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）２５及びローパスフィルタ（ＬＰＦ）２７で検波及び整形を行った後、ＴＣＯのデジタル信号を出力する。検波器２５では、例えば、サンプリング周波数毎の振幅を所定の閾値（サンプリング周波数の振幅）よりも大きい場合に「１」を付与し、閾値以下の場合には「０」を付与して数値化する。

次に、本実施の形態に係る受信装置１を用いて実験を行ったのでその実験について説明する。図２及び図３にＴＣＯ信号をデジタル処理した実験例を示す。ＴＣＯで振幅変調した４０ｋＨｚ磁界を出力できるようにループアンテナから送信し、上記構成の受信装置１で受信した。尚、フロントエンドブロック７において、通過中心周波数ｆ₀ は５ＭＨｚであった。

ＴＣＯ処理では、図２（ａ）に示すＴＣＯのキャリア信号を、図２（ｂ）に示すように、ＴＣＯキャリアの周波数（４０ｋＨｚ又は６０ｋＨｚ）に対してＴＣＯ信号の各デューティ比毎にデューティ２０％が「マーカ」、デューティ５０％が「１」、デューティ８０％が「０」を付与するデジタル処理したところ、図３に示すような１秒周期のデジタルＴＣＯ信号を得ることができた。図３から明らかなように、本実施の形態によれば、ノイズや遅延による影響をほとんど受けないＴＣＯ信号を得ることができた。

また、バンドパスフィルタ２３の選択度を高めたところ、復調可能な最小磁界強度は、３ｎＴ（０．０３ｍＧａｕｓｓ）であった。従って、本実施の形態によれば、微弱な交流磁界１０ｎＴ以下でも復調可能である。

本実施の形態によれば、ＭＩ素子３の受信信号をデジタル信号に変換して処理しているので、従来技術のような調整や復調回路（機器）を必要とせず、プログラムしたソフトウエア（ファームウエア）を搭載するだけで高感度を図ることができ、簡易な構成で小型化を図ることができる。

また、バンドパスフィルタ２３により受信信号を処理することにより、受信周波数帯を特定できるので周波数選択性を持たせることができる。

次に、本発明の他の実施の形態を説明するが、以下に説明する実施の形態において、同一の作用効果を奏する部分には同一の符号を付してその部分の詳細な説明を省略し、以下の説明では、上述した第１実施の形態と主に異なる点を説明する。

図４に第２実施の形態に係る受信装置１の回路図を示す。この第２実施の形態では、ＤＳＰブロック１１にタイミング発生器（ＴｉｍｉｎｇＧｅｎｅｒａｔｏｒ）２９を設けてあり、タイミング発生器２９は、駆動信号源１３と、Ａ／Ｄ変換部２１と、ピークホールド３１、ローパスフィルタ１９、バンドパスフィルタ２３とに接続してあり、これら全ての動作タイミングを合わせるようにしている。尚、この第２実施の形態では、駆動信号源１３ではパルス信号を印加しており、ピークホールド３１はパルスの振幅を保持するものである。また、オートゲインコントローラ３３でバイアス駆動アンプ３５を最適値になるように調整している。

バンドパスフィルタ２３で処理した信号は、整流器（Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）４１及び解読器（Ｄｅｃｏｄｅｒ）４３で処理した後出力する。

この第２実施の形態によれば、上述した第１実施の形態と同様の作用効果を奏すると共に、全ての回路部又は作動部位の動作タイミングを合わせることにより、省電力化及び高性能化を図ることができる。

図５及び図６に第３実施の形態を示す。図５は第３実施の形態に係る受信装置１の回路図であり、図６はＤＳＰブロック（マイクロコンピュータ）１１におけるバイアス磁界調整のフローチャートである。図６のフローチャートにおいて、ノイズフロアレベルＶｎとは、ノイズを除去するために入力信号に対して行った区間平均の最小値であり、最大入力レベルＶｈとは、ノイズを除去するために入力信号に対して行った区間平均の最大値である。ＤレンジＶｄｉｆとは、最大入力レベルＶｈとノイズフロアレベルＶｎとの差、即ちＶｈ-Ｖｎである。

この第３実施の形態では、バイアスコイル３９を設けてＭＩセンサ３にバイアス磁界を加えると共にＭＩセンサ３に所定周波数のパルス信号（電圧）を印加し、バイアス駆動アンプ３５を調整するようにしたものである。また、ＤＳＰブロック１１ではマイクロコンピュータにより、バイアスコイル３９によりＭＩセンサ３に加えるバイアス磁界を調整し、駆動信号源１３の印加パルスの調整、バイアス駆動アンプ３５の調整を行うようにしたものである。

第３実施の形態では、ＭＩセンサ３に加えるバイアス磁界を調整することによりＭＩセンサの感度を高めることができる。バイアス磁界の調整は、ＤＣ振幅を調整して感度調整したり、ＡＣ振幅を調整して周辺交流磁界を打ち消すようにする。

駆動信号源１３における印加パルスの調整では、印加パルスのタイミング（期間、デューティ）及び振幅を調整する。

この第３実施の形態によれば、マイクロコンピュータが周辺磁界ノイズ、地磁気による影響を計算し、その制御により最も安定して高感度な磁界感受動作を実現するものである。

本発明は、上述した実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。

例えば、本発明に係る受信装置１は、ＴＣＯ信号の受信に限らず、いわゆる中波帯の電波（例えばＡＭラジオ放送電波）の受信装置として用いるものであっても良い。

本発明の第１実施の形態に係る受信装置の構成を示す回路図である。第１実施の形態において、ＴＣＯ信号のデジタル処理を説明した波形図である。図２に基づいて処理した出力信号のグラフである。本発明の第２実施の形態に係る受信装置の構成を示す回路図である。本発明の第３実施の形態に係る受信装置の構成を示す回路図である。ＤＳＰブロック（マイクロコンピュータ）におけるバイアス磁界調整のフローチャートである。

符号の説明

１受信装置
３ＭＩ素子
５ピックアップコイル
１１ＤＳＰブロック（デジタル信号処理部）
１３駆動信号源
２１Ａ／Ｄ変換部（デジタル信号変換部）
２３バンドパスフィルタ
２９タイミング発生器
３９バイアスコイル

Claims

磁気インピーダンス素子と、磁気インピーダンス素子に所定周波数の信号を印加する駆動信号源と、磁気インピーダンス素子に磁気結合したピックアップコイルと、ピックアップコイルの電気出力信号をデジタル信号に変換するデジタル信号変換部と、デジタル信号処理部とを備え、デジタル信号変換部はピックアップコイルの電気出力信号の振幅を数値化し、数値化したものをデジタル信号処理部で検波・整形して出力することを特徴とする受信装置。
駆動信号源とデジタル信号変換部とに接続したタイミング発生器を備え、交流信号の供給とデジタル信号変換部でのデジタル変換とを同期させたことを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
磁気インピーダンス素子にバイアス磁界を加えるバイアスコイルを備え、デジタル信号処理部はバイアスコイルに印加する電圧を調整してバイアス磁界の強度を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の受信装置。