JP3060099B2 - 電子機器 - Google Patents

電子機器

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JP3060099B2
JP3060099B2 JP12759597A JP12759597A JP3060099B2 JP 3060099 B2 JP3060099 B2 JP 3060099B2 JP 12759597 A JP12759597 A JP 12759597A JP 12759597 A JP12759597 A JP 12759597A JP 3060099 B2 JP3060099 B2 JP 3060099B2
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利明 成川
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    • G04R20/08Setting the time according to the time information carried or implied by the radio signal the radio signal being broadcast from a long-wave call sign, e.g. DCF77, JJY40, JJY60, MSF60 or WWVB
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電波を受信して時
刻表示を修正したり、メッセージを表示したりする携帯
型電子機器において、かかる機能の特にはアンテナの構
成および受信回路および信号の復調(デコード)回路の
構成に関して小型、低コスト、低消費電力の新規高性能
携帯型電子機器を実現する技術を提供するものである。
【0002】
【従来の技術】図17(a)は従来の電波時計(標準時
電波を受信して時刻表示を修正する機能を有する時計お
よび電子機器の呼称)のアナログ針方式の腕時計を示す
外形図である。
【0003】文字板上部に設置された非金属のアンテナ
部ケース(外装)17001に従来のフェライトバー式
コイルアンテナ17003が収納されている様子を示し
ている。図17(b)は、従来の電波時計のフェライト
バー式コイルアンテナの外形図である。フェライトのバ
ー(コア)17006にコイル巻線17005が数百タ
ーン巻いてある様子を示している。該コイル巻線の外周
の直径17004は数mmから10mmφ近くまでの寸
法であり、フェライトバーの長さ17007は短いもの
でも1cmぐらいから、長いものでは数cmの寸法にな
るものである。
【0004】図17(c)は前述の従来のフェライトバ
ー式コイルアンテナの断面図である。17008は巻線
コイル外周直径寸法、17009はフェライトバー直径
寸法、17010はフェライトバー、17011は巻線
コイル17012が巻いてあるフェライトバーに沿った
方向の長さの寸法、17013は電波による磁界変化の
通過磁束の様子、17014はフェライトバーの長さ寸
法を表す。
【0005】図18は従来の電波時計の受信回路を示す
システムブロック図である。アンテナ部18004のコ
イル(L成分、インダクタンス成分)18005は容量
(C成分)18006とL・C共振回路を構成し、電波
による磁界変化を電力として取り出し、後段の電力増幅
回路部18001を経て、チューニング回路部1800
2を経て、さらに後段の信号処理回路へとつながってい
くが、ここで該チューニング回路部は、基準発振回路部
18003を有し、ヘテロダイン構成を取るものが一般
的である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では前述し
てきたような構成をとるため以下のような問題がある。
1つには、コイル巻線アンテナを使用した磁界→電力変
換なのである感度(JG2AS,40kHz,1kw送
信で半径500km以内を想定すると)を確保するため
には、図17(c)の通過磁束17013に対しては、
図17(c)のフェライトバー直径17009で決まる
一定の断面積が必要であるが、同時にコイルの巻線数が
数100ターン(最低でも200ターン)必要となる。
【0007】図17(c)フェライトバー長さ1701
4自体は重要なパラメータではない。ここで、繰り返す
が磁界→電力変換なので巻線コイルの合計のインピーダ
ンスをあまり大きくできないのでおのずとコイル線の直
径をあまり細いものにできないということになる。した
がって、図17(c)巻線コイル延長長さ寸法1701
1は短くした場合、今度は図17(c)巻線コイル外周
直径17008が大きくなっていくということになる。
現状では図17(b)のような状態でフェライトバー長
さ寸法17007が2cm程度、巻線コイル外周直径寸
法17004が5mm程度といったところが最小の寸法
構成とならざるを得ない。したがって、図17(a)に
示すようなアンテナ部ケース17001(これも磁界に
シールドとして影響するような金属は使えないのでプラ
スチックやセラミックなどを使わざるを得ない)のよう
な部分が必要となり、腕時計とした場合、時計本体との
体積上の比率からいってデザイン上、商品性上大きな制
約(不利)となるということである。
【0008】2つ目は、前述したように電力増幅、ヘテ
ロダインチューニングを使用するための回路規模が大き
くなりコスト高となり、また消費電流も大きいという問
題である。
【0009】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明では以下のような手段をとった。1つ目とし
て、アンテナの部分を巻線コイルの替わりにホール素子
を使用するというものである。
【0010】2つ目として、前述したようにホール素子
をアンテナとして使用するため受信用の回路として、従
来の電力取り出し→増幅→チューニングという手法の替
わりに、磁界変化→抵抗変化(ホール効果)→電圧変化
→電圧変化取り出し→電圧変化増幅→フィルター(アク
ティブフィルター)という回路手段をとったというもの
である。
【0011】3つ目の手段としては、電圧変化増幅をチ
ャージアンプを用い、さらに巡回型シフトレジスタを有
するアナログメモリ(サンプルアンドホールド)とコン
パレータから成るアナログフィルター(FIR)でチュ
ーニングを行う受信回路を用いたというものである。
【0012】4つ目の手段としては、電波に多重されて
くる信号のデコード(復調)回路に、電圧変化増幅をチ
ャージアンプを用い、さらに巡回型シフトレジスタを有
するアナログメモリ(サンプルアンドホールド)とコン
パレータから成るアナログフィルター(FIRフィルタ
ー)でデコードするというものである。
【0013】5つ目の手段としては、アンテナ部分を磁
気抵抗素子で構成するというものである。
【0014】
【発明の実施の形態】図1(a)は、本発明第1実施例
のホール素子アンテナと受信回路1001を示すシステ
ムブロック図である。1002は本発明のホール素子ア
ンテナ、1003は入力端子、1004はFETアンプ
(AMP)回路部(ここで約30dB増幅する)、10
05はフラットアンプ回路部(ここでさらに約30dB
増幅する)、1006はアクティブフィルター回路部
(ここでさらに約20〜25dB増幅する。したがっ
て、本システムではトータルの増幅率として約85dB
程度得ることになる。選択度:Q≒10〜30程度とな
る)、1007はノード1、1008は検波回路部(検
波、倍圧、波形整形を行う)、1009は出力端子であ
る。
【0015】図1(b)は図1(a)のノード1、10
07における信号波形を表す。図1(c)は図1(a)
の出力端子1009における信号波形を表す。日本にお
ける標準時の電波は茨城県三和町にある名崎送信所から
JG2ASが周波数40kHz・出力1kwで発信され
ている。信号形式は詳しくは後述するがASK変調(A
mplitudeShiftKeying)による符号
化処理である。したがって図1(b)のような信号が最
終的に図1(c)のような矩形波で取り出すことが必要
である。ロジック的にはこの後1回インバータなどで反
転されて使うことになる。
【0016】図2は、本発明第1実施例のホール素子ア
ンテナと受信回路2001(図1(a)の1001に相
当)を示す詳細回路図である。ホール素子に定電流バイ
アス2003が加えられたホール素子アンテナ部201
6を有し、ホール素子につながった入力端子2017を
有し、抵抗2018とJFET(ジャンクション,J;
FET)2020とホール素子にバイアスされている定
電流と同じ値のバイアス定電流2004とが図示するよ
うに結線されたFETアンプ(AMP)回路2019
(図1の1004に相当)を有し、直列容量(カップリ
ング容量,カップリングコンデンサ)2021とNPN
トランジスタ2022と抵抗2011と抵抗2012と
抵抗2013とが図示するように結線されたフラットア
ンプ(AMP)回路部2005(図1の1005)を有
し、直列容量(カップリング容量)とNPNトランジス
タ2025と抵抗2026と抵抗2027と抵抗202
8と容量2007と容量2008と抵抗2014とが図
示するように結線されたアクティブフィルター回路部2
002(図1の1006)を有し、直列容量2015と
ダイオード2029と抵抗2030と容量2031とN
PNトランジスタ2032と抵抗2033とが図示する
ように結線された検波回路部(検波,倍圧,波形整形)
2010(図1の1008)を有し、出力端子2034
を有し、Vdd端子2035を有し、GND端子203
6を有する構成をとるものである。図中のVdd200
6とGND間には、容量2023を有するものである。
又、2024は直列容量である。
【0017】図19は、本発明の図2で示す第1実施例
のフラットアンプ回路部2005と、アクティブフィル
ター回路部2002を、別の構成で実現した場合の詳細
回路図である。図2のFETアンプ回路部2019から
の出力が入力される入力端子19007と、直列容量
(1000pF)19011と抵抗(1MΩ)1901
2と抵抗(4.7KΩ)19013と抵抗(15KΩ)
19014とNPNトランジスタ19015とが図示す
るように結線されたアンプ回路部19001と、直列容
量(1000pF)19016と抵抗(27KΩ)19
017と抵抗(27KΩ)19018と抵抗(15K
Ω)19020と抵抗(13KΩ)19023と容量
(300pF)19019と容量(150pF)190
22と容量(150pF)19024とNPNトランジ
スタ19021とが図示するように結線されたアクティ
ブフィルター回路部19002と、直列容量(1000
pF)19025とクリスタルフィルター(共振周波数
40KHz)19026とが図示するように結線された
クリスタルフィルタ−部19003と、抵抗(2.7M
Ω)19027と抵抗(15KΩ)19028とNPN
トランジスタ19029とが図示するように結線された
アンプ回路部19004と、直列容量(1000pF)
19030と抵抗(1.7MΩ)19031と抵抗(1
5KΩ)19032と抵抗(13KΩ)19034とN
PNトランジスタ19033とが図示するように結線さ
れたアンプ回路部と、図2の検波回路2010へ出力信
号を出力する出力端子19008とが図示するように結
線された構成となっている。
【0018】上記構成をとることにより、アクティブフ
ィルター回路部19002でノイズをある程度カット
し、クリスタルフィルタ部19003でさらにノイズを
カットできるので、ノイズの少ない信号が検波回路に出
力できる。図20は、本発明の図2で示す第1実施例の
フラットアンプ回路部2005と、アクティブフィルタ
ー回路部2002を、CMOSインバータで実現した場
合の詳細回路図である。
【0019】図2のFETアンプ回路部2019からの
出力が入力される入力端子20010と、直列容量(1
000pF)20011とHCタイプのアンバッファタ
イプCMOSインバータ20012と抵抗(1MΩ)2
013とが図示するように結線されたアンプ回路部20
001と、直列容量(1000pF)20014,と容
量(300pF)20018と容量(150pF)と容
量(150pF)20022と抵抗(4.7KΩ)20
015と抵抗(27KΩ)20016と抵抗(27K
Ω)20017と抵抗(13KΩ)20021とHCタ
イプのアンバッファタイプCMOSインバータ2001
9とが図示するように結線されたアクティブフィルター
回路部20002と、40KHzで共振するクリスタル
フィルタ−20003と、HCタイプのアンバッファタ
イプCMOSインバータ20024と同タイプのCMO
Sインバータ20026と抵抗(1MΩ)20023と
抵抗(4.7KΩ)20025とが図示するように結線
されたアンプ回路20004と、図2の検波回路部20
10へ出力信号を出力する出力端子20027とが図示
するように結線された構成となっている。
【0020】なお、各CMOSインバータの電源は、図
2のVdd端子2035と結線されている。上記構成を
とることにより、COMSインバータで構成するので消
費電力が少なくなり、さらに、アクティブフィルター回
路部でノイズをある程度カットし、クリスタルフィルタ
でさらにノイズをカットできるので、ノイズの少ない出
力信号が検波回路に出力できる。
【0021】また、上記第1実施例の受信回路2001
は、コイルアンテナからの信号も有効に受信できること
は言うまでもなく、ホール素子アンテナあるいはコイル
アンテナの出力信号のレベル、あるいは、検波回路部の
必要な入力信号レベルに応じて、各部にアンプ回路部を
追加したり、各部のアンプ回路を省略したりすることも
言うまでもない。
【0022】さて、図3(a),(b)は、本発明第1
実施例におけるホール素子の動作を説明する模式的外形
図(a)および電気特性のグラフ(b)である。ホール
素子とは、InSb(インジウム・アンチモン),Ga
As(ガリウム・ヒ素)やSi(シリコン)などの半導
体のペレット3003に図示するようなバイアス電流I
cが流れている時、図示する位置関係において磁束B3
002が加わる時、バイアス電流Icに直交する端子に
出現する電圧すなわちホール電圧VH を得るものであ
り、図3(b)に示すように該VHは磁束密度Bに比例
して増え、またバイアス電流Icにも比例して増えるも
のである。これは磁束Bによってホール素子(半導体)
の抵抗(率)が変化するためである。そこで本実施例で
は、図2のホール素子アンテナ部2016でのような回
路構成と抵抗2018とで該抵抗変化(ホール効果)を
電圧変化信号に換えて、次にFET2020で一旦増幅
(アンプ)(ここではトランスインピーダンスといって
も良い)し、次に直列容量2021で微分信号に変換
し、さらに増幅し、その後アクティブフィルター回路部
2002にて信号の選択(チューニング)を行うという
ものである。そして、その後検波・波形整形を行う。こ
こで大事なことは、前述したように従来技術の巻線コイ
ル式アンテナで構成されるL・C共振回路はL・C成分
での共振周波を持たしている(選択度)のに対して、本
発明のホール素子ではホール素子の磁界変化に対する応
答速度の減衰特性(100kHz程度が上限)を利用し
ていることもポイントである。
【0023】図4は、本発明第1実施例における標準時
電波(日本)のタイムコード波形である。前述したよう
にJG2ASは40kHzのASK変調信号であるが、
1サイクルの信号は1秒で符号として1信号は変調が
0.5秒,O信号が0.8秒,P信号が0.2秒のもの
である。これら1,O,Pが組合わさって、分,時,日
の情報を送出しているものである。日本が40kHzで
あるのに対して、例えばドイツは77.5kHz,イギ
リスでは60.0kHzであるが、本発明においてはア
クティブフィルター回路部のいくつかの定数を選択でき
るようにしておけば良く、L・C共振型アンテナのよう
にアンテナ部そのものの定数をいじる必要がなく優れて
いる。該1,O,Pのような符号の処理においても各国
でいくつか方式が異なるようだが、これに関しては検波
回路部以降はマイコン(CPU)を用いたデジタル回路
においてはその対応は容易であることは言うまでもな
い。
【0024】図5(a)は本発明第1実施例のホール素
子アンテナおよび受信回路を用いて実現した電波時計の
アナログ針方式の腕時計5002の外形図である。図5
(b)は、本発明第1実施例のホール素子アンテナ部分
の外形図である。これが図5(a)のアンテナケース部
分5001に納まるわけである。これまで説明してきた
ように電気回路においては示せなかったが実際にはホー
ル素子5007の両側には直径5006が数mmのフェ
ライト(などの強磁性体)円板5005が積層されトー
タルとして厚み5004は数mmになるものである。
【0025】図5(c)は本発明第1実施例のホール素
子アンテナ部分の断面図である。磁束5013が通過す
るフェライト円板5009の直径5008が決める断面
積が感度を決めるので、直径5008の寸法は数mmで
充分であり、一方コイルのように(前述したような理由
で)長さの増大がないためアンテナ全体としての厚み5
014も数mm以内に納まるものである。したがって、
図5(a)に示した腕時計はその一例であるが、デザイ
ン上の制約は、時計の体積に占めるアンテナ部の体積の
比率は従来例に比べて大幅に低減されていることが判
る。
【0026】また、図5(a)のような部位でなく他の
部位に納めても実用上の支障が出にくくデザイン上の制
約、商品性の制約が大きく改善することが可能となっ
た。5012はフェライト円板、5011はホール素子
チップ(ペレット)、5010はホール素子の外装ケー
ス(パッケージ)である。
【0027】図6は、本発明第2実施例の電波時計用受
信回路6001を示すシステムブロック図である。60
18は本発明第2実施例の受信回路におけるチャージア
ンプ(信号増幅)および信号識別回路ブロック図であ
る。コイルアンテナ6003につながって、抵抗600
8と容量6007と抵抗6006とNPNトランジスタ
6004と抵抗6005とが図示するように結線された
構成のベース接地型初段アンプ回路部6009を有し、
カップリング容量6010とチャージインテグレーショ
ンアンプ[チャージアンプ,gm=3mS(シーメン
ス),今後本明細書中においてはこのシンボルはチャー
ジアンプとする]6012とフィードバック容量(0.
2pF)6011とスイッチ要素(システム説明上簡単
のためこのようなスイッチ記号で表記するが、実際には
MOSトランジスタで構成したトランスミッションゲー
トを使用する)6002とフィードバック容量6015
とスイッチ要素6014とチャージアンプ(×10倍ア
ンプ)6016とカップリング容量(2.0pF)60
13とコンパレータ回路部6019とシフトレジスタ回
路部(8ステージ)6021と40kHzクロック回路
部(使用する地域、例えば日本とかドイツとかによって
周波数を切り替えられる構成にしておくと良い)601
7とサンプルアンドホールド(アナログメモリー)回路
部6023と出力コントロール回路部6025とバッフ
ァ回路部6028とが受信した信号が通る本来の信号線
に加えてヒット信号線6020および6027とリセッ
ト信号線6022と出力指令信号線6026および60
29とクロック信号線6024などを含めて図示するよ
うに結線された構成のチャージアンプ(信号増幅)およ
び信号識別[選択(チューニング)→フィルター]回路
ブロック(アナログアンプアンドフィルター回路)を有
し、検波回路部(第1実施例に例)6030を有し、C
s(Chip Select;後段マイコンなどから
“動作しろ”という指示を受ける)端子6031を有
し、Read(後段のマイコンなどへ“読むべき信号が
来たぞ”と知らせる)端子6032を有し、Vout出
力端子6033を有する構成をとっている。アンテナ部
は、図示したように従来のコイルアンテナでも本アナロ
グアンプアンドフィルター回路は有効に動作するが、第
1実施例のホール素子アンテナと組み合わせてももちろ
ん有効になる。この場合、前述したようにホール素子ア
ンテナでの選択度の特性とのマッチングでより低消費電
力の受信回路を実現できる。
【0028】図7は、本発明第2実施例のアナログアン
プアンドフィルター回路におけるチャージアンプ回路部
7002(図6の6012,6016,図8の800
9,8011,図12の12004,図15の1501
2,15014に相当する)を示す回路図である。Vd
d端子7001を有し、Pチャネル型MOSトランジス
タ(PMOS)7004とPMOS7003とNチャネ
ル型MOSトランジスタ(NMOS)7006とNMO
S7005とNMOS7009とが図示されるように結
線された構成を有し、GND端子7010を有し、Vr
ef入力端子7011を有し、信号入力端子7007を
有する構成の差動アンプにデプレッション型NMOS7
012とエンハンスメント型NMOS7014が図示す
るように結線された構成におけるVref電圧7013
が該Vref入力端子に接続された構成をとるものであ
る。7008は出力端子である。
【0029】図8は、本発明第2実施例のアナログアン
プアンドフィルター回路におけるコンパレータ回路部8
001(図6の6019,図15の15004)を示す
回路図である。入力端子8007を有し、カップリング
容量(0.2〜1.4pF)8008とチャージアンプ
8009とフィードバック容量(0.2pF)8005
とスイッチ要素8003およびスイッチ要素8004と
該スイッチ要素に作用するリセット信号線8002とフ
ィードバック容量(0.2pF)8006とカップリン
グ容量(1.0pF)8010とチャージアンプ801
1とトライゲートのインバータ(INV1,Vth<V
dd/2)8012とトライゲートのインバータ(IN
V2,Vth>Vdd/2)8013とインバータ80
14とエクスクルーシブオア(EOR)回路8015と
が図示するように結線される構成を有し、出力信号端子
(ヒット信号出力)8016を有する構成をとるもので
ある。したがって、該コンパレータ回路部は該40kH
zのクロックに同期して動きノイズでない有意な信号を
判定しヒット信号を出すものである。
【0030】図21は、図8の本発明第2の実施例のア
ナログアンプアンドフィルター回路におけるコンパレー
タ回路部8001に、サンプルホールド信号入力210
02を入力するサンプルホールド信号入力端子2100
1とサンプルホールド信号に同期したスイッチ要素21
003を追加した場合の様細回路図である。図10は、
本発明第2実施例のアナログアンプアンドフィルター回
路におけるサンプルアンドホールド(アナログメモリ
ー)回路部10003(図6の6023,図15の15
015)を示す回路図である。信号入力端子10001
を有し、複数の(ここでは8段とする)Writeスイ
ッチ要素(Write,信号書き込み用)10002と
複数のデータ(アナログ値)記憶・保持用のキャパシタ
10004と複数のSELスイッチ要素(SEL;Se
lect,信号読み出し・出力のための選択の意)10
006とWriteアドレス線10005とSELアド
レス線10007と巡回型(フリーラン)シフトレジス
タ(8段)(実際には段数をもっと数を増やしてデータ
分解能を向上するのが良い)10009とが図示するよ
うに結線された構成を有し、信号出力端子10008を
有し、SEL信号入力端子10011を有し、クロック
信号入力端子10010を有する構成をとるものであ
る。
【0031】チャージアンプ6016からのアナログ信
号波形は前記コンパレータ回路8001へ入力されると
同時に、該サンプルアンドホールド回路10003へ入
力され、コンパレータ回路部が有意な信号と判定したヒ
ット信号が、該シフトレジスタ回路部6021へ入力さ
れ、引き続き出力コントロール回路部6025へ入力さ
れ、引き続き該サンプルアンドホールド回路へ入力さ
れ、出力端子10008からメモリーしたアナログ信号
が出力される動作を行うものである。
【0032】図11は本発明第2実施例のアナログアン
プアンドフィルター回路におけるサンプルアンドホール
ド回路部10003における1ビットあたりの詳細回路
図である。11034は入力信号,11013はスイッ
チ要素,11012はスイッチ要素,11016はPM
OS,11014はWriteアドレス線,11015
は容量(1.0pF),11026はスイッチ要素,1
1027はPMOS,11017はNMOS,1101
9はNMOS,11025はOUT−A出力(電流)端
子,11028はNMOS,11029はNMOS,1
1033はOUT−A出力(電流)端子,11022は
SEL信号入力,11023はOUT−Aアドレス信号
入力,11024はOUT−Bアドレス信号入力,11
018はスイッチ要素,11020はスイッチ要素,1
1021はSEL−A信号線,11030はスイッチ要
素,11032はスイッチ要素,11031はSEL−
B信号線,11035と11036はAND回路であ
る。
【0033】図9は、本発明第2実施例のアナログアン
プアンドフィルター回路におけるサンプルアンドホール
ド回路10003における1ビットあたりの波形演算の
様子を示す模式図である。今、アナログ信号波形900
8のi番目のサンプル(データ,値)9002に対して
最も近い2つのサンプル9003、9004をi−2、
i−1番目としてその値をAi-2 ,Ai-1 とすると、そ
の平均値を図11のOUT−A出力端子11025へ出
力する。この際V(電圧)→I(電流)変換も行う[図
11の回路にて]ものである。また、最も古いサンプル
9006、9007をi+1、i+2番目と見ると、そ
の値をBi+1 ,Bi+2 とするとその平均値を図11のO
UT−B出力端子11033へ出力する。(前記同様V
→I変換して)このような操作を行うことで、アナログ
で信号を扱う訳だが実質的にバンドパスフィルターとし
て4次のFIRをかけていることになる。これらはすべ
てアナログ(しかもV→I変換して)で行われるため非
常に高速かつ低消費電流で動作が可能である。
【0034】図12は、本発明第2実施例のアナログア
ンプアンドフィルター回路におけるバッファ回路部12
001(図6の6028,図15の15021)を示す
回路図である。PMOS12002と抵抗12012お
よび12013とVref(2.5V)12011とチ
ャージアンプ12004とNMOS12003と定電流
源12005とスイッチ要素12009および1201
0とが図示するように結線された構成を有し、出力端子
(ここでは電圧に再変換されているVOUT-A もしくはV
OUT-B ,前述のA系統,B系統とも同じバッファ回路な
ので、ここでは共通で表示する)12006を有し、S
EL信号入力端子12007を有する構成をとるもので
ある。
【0035】12008はサンプルアンドホールド回路
からの出力信号OUT−AもしくはOUT−Bを表す。
このような構成とすることで有意なヒット信号時だけセ
レクトされ、したがって40kHzに乗った有意な信号
成分だけバッファするということになるので、さらに低
消費電流化が図れる。
【0036】このように本発明第2実施例の構成の信号
増幅および信号識別回路を用いることで電波時計用受信
回路として高性能かつ低消費電力のシステムが実現可能
となったわけだが、本実施例は該電波時計用のみならず
例えば光センサ(フォトダイオードあるいはその複数集
積されたもの)や温度センサや加速度センサや角速度セ
ンサの信号処理用としてもその信号増幅およびフィルタ
リングという機能(この機能実現のため該チャージアン
プを用いたことやアナログFIRを行っていることも新
規)において低消費電力かつ高速動作という点で応用す
るのは有効かつ有益と言える。
【0037】図13は、本発明第3実施例のレセプター
用受信回路、デコーダ回路を説明するためのFM多重放
送ベースバンドスペクトラムを表すグラフである。電波
にのせられた信号を受けてなんらかのことをするという
腕時計には、前述の電波時計と外観のよく似たものでレ
セプターというのがある。これはやはり電波を受信して
なんらかのことを行うのであるが、電波時計とは若干機
能が異なり、FM放送電波(キャリア:数10MHz〜
200MHz)などに多重されたサブキャリアを利用し
たもので届けられる情報はページング機能(ポケットベ
ル機能)を果たしたりする。この機能を有する腕時計状
(というか携帯型機器)の機器を今レセプターと呼ぶも
のとする。図13に図示するように該レセプターに割り
当てられたスペクトルは66.5kHz中心の多重され
たサブキャリアである。該レセプター機器の技術的課題
は該サブキャリアといかに正確にかつ低消費電力でデコ
ード(復調)してやるかという点にある。
【0038】図14は、本発明第3実施例のレセプター
用受信回路を説明するためのシステムブロック図であ
る。アンテナ14001を有し、RF(無線)回路ブロ
ック14002を有し、A/Dコンバータ回路部140
05とタイミング回路部14009とデジタルフィルタ
ー回路部14006と検波回路部14007とプロトコ
ールデコーダ回路部14008とCPUインタフェース
回路部14010とからなるサブキャリア復調(デコー
ド)回路ブロック14004を有し、CPU14012
を中心として構成されたCPU回路ブロック14011
を有する構成をとっている。図中点線14013を境に
左にアナログ信号段、右にデジタル信号段と表記した通
り、RF回路ブロックに取り出されたベースバンド(B
ase−band)信号(ベースバンド信号線1400
3)は、デコーダ回路ブロック14004に入るやいな
や該A/Dコンバータ14005でまずデジタル信号に
変換されてその後の処理(デコード等)を行うシステム
である。このシステム構成はいわゆるDSP(Digi
tal SignalProcessing)システム
であり、階層が深く(したがって回路規模が大きくなり
→コスト高)、しかもクロックノイズが大きく(したが
ってさらにフィルタリングのために階層が深くなる)、
消費電力も大きい(全システムが高速クロックでバタン
バタン動作しているので)という問題がある。そこで、
本実施例では以下のようなデコーダ回路を実現した。
【0039】図15は、本発明第3実施例のレセプター
用サブキャリアデコード(復調)回路を示すシステムブ
ロック図15001である。カップリング容量1501
1および15013とチャージアンプ15012および
15014とフィードバック容量15007および15
008とスイッチ要素15002および15003とク
ロック発振器(該レセプター用サブキャリア中心周波数
の66.5kHz)15019とコンパレータ回路部1
5004とシフトレジスタ回路部15006とサンプル
アンドホールド回路部15015と出力コントロール回
路部15033とバッファ回路部15021とAM−P
SK(AMは振幅変調のこと、PSKはPhase S
hift Keyingの略)検波回路部15022と
プロトコルデコーダ回路部15023とCPUインタフ
ェース回路部15024とが、ベースバンド信号150
31が本来通る信号線に加えてヒット信号線15005
および15010とリセット信号線15009とクロッ
ク信号線15020とSEL信号線15032および1
5016とRead信号線15017とCS 信号線15
018などを含めて図示するように結線された構成を有
するものである。15025はデータ出力端子、150
26はCS 端子,15027はWR 端子,15028は
INT端子,15029はSLEEP端子などである。
点線15030を境に左がアナログ信号段,右がデジタ
ル信号段であることを示す。第2実施例で説明したチャ
ージアンプアンドアナログフィルター回路でベースバン
ド信号からサブキャリアのデコーディング(復調)を行
うという構成である。該アナログ信号段でアナログFI
Rフィルターでデコーディングまで行い、該AM−PS
K検波回路(これは第1実施例の検波回路のようでも良
い)で検波と同時にデジタル波形化を行うというもので
あり、以降ではじめてデジタル信号段となる。このよう
にサブキャリアデコード回路の大部分(特にA/Dやデ
ジタルFIRを使わないのは効果大)をアナログで行う
ということで低ノイズ(クロックノイズ)(したがって
階層も浅く回路規模が小さい→低コスト)、低消費電力
の回路が実現できたものである。本実施例は、該レセプ
ター用サブキャリアの復調(デコード)用のみならず光
センサ(フォトダイオードあるいはその集積化された
物)を用いた通信における変調信号の復調や他の無線機
器(携帯電話やページャーや文字多重用ラジオ)におけ
る同様の復調回路あるいはアンテナチューニング(図1
4,14014の制御)などに応用しても低消費電力か
つ低コストの観点から有効かつ有益である。
【0040】図16(a)は、本発明第4実施例の電子
機器に使用するMR素子を示す外形図である。図16
(b)は、本発明第4実施例の電子機器に使用するMR
素子の特性を示すグラフである。
【0041】図16(c)は、本発明第4実施例のMR
素子をアンテナに使用した場合の初段の受信回路を示す
ブロック図である。以上説明してきたように、電波を受
信してなんらかの機能を果たす携帯機器には電波時計や
レセプターなどというものがあるが、そのアンテナ部の
構成にかかわって本発明第1実施例では、ホール素子ア
ンテナを説明したが、本実施例においてはMR素子(磁
気抵抗素子)を用いた例を示すものである。磁気抵抗素
子(MR素子)は、図16(a)に示すようにペレット
(基板)16001にInSbやCoNiなどの磁気抵
抗薄膜16003がパターンニングされたものであり、
今磁束Bが板面に垂直方向に入ってくると電極1600
2および16010間の抵抗は図16(b)のような特
性を示す。縦軸はマイナスである。すなわち磁束が増え
ると抵抗は下がるという特性を示す。オフセット160
05があることも特徴であるが、感度も高い。しかしな
がら温度特性が少なからずあるのでそれをキャンセルす
るため、アンテナ部回路は図16(c)に示すような構
成,MR素子16007,16008を直列に2個使い
回路を構成すると良い。16006はカップリング容
量,16009はJFETである。
【0042】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば前記した電波、あるいはGPS(Global Positioning
System)衛星等の電波を利用する携帯機器のアンテナお
よび受信回路に関して、従来になく小型・低コスト・低
消費電力のシステムを提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明第1実施例のホール素子アンテ
ナと受信回路を示すシステムブロック図、(b)は図1
(a)のノード1、1007における信号波形を表す
図、(c)は図1(a)の出力端子1009における信
号波形を表す図である。
【図2】本発明第1実施例のホール素子アンテナと受信
回路を示す詳細回路図である。
【図3】(a),(b)は、本発明第1実施例における
ホール素子の動作を説明する模式的外形図および電気特
性のグラフである。
【図4】本発明第1実施例における標準時電波(日本)
のタイムコード波形である。
【図5】(a)は本発明第1実施例のホール素子アンテ
ナおよび受信回路を用いて実現した電波時計のアナログ
針方式の腕時計の外形図、(b)は本発明第1実施例の
ホール素子アンテナ部分の外形図、(c)は本発明第1
実施例のホール素子アンテナ部分の断面図である。
【図6】本発明第2実施例の電波時計用受信回路を示す
システムブロック図である。
【図7】本発明第2実施例のアナログアンプアンドフィ
ルター回路におけるチャージアンプ回路部を示す回路図
である。
【図8】本発明第2実施例のアナログアンプアンドフィ
ルター回路におけるコンパレータ回路部を示す回路図で
ある。
【図9】本発明第2実施例のアナログアンプアンドフィ
ルター回路におけるサンプルアンドホールド回路におけ
る1ビットあたりの波形演算の様子を示す模式図であ
る。
【図10】本発明第2実施例のアナログアンプアンドフ
ィルター回路におけるサンプルアンドホールド(アナロ
グメモリー)回路部を示す回路図である。
【図11】本発明第2実施例のアナログアンプアンドフ
ィルター回路におけるサンプルアンドホールド回路部に
おける1ビットあたりの詳細回路図である。
【図12】本発明第2実施例のアナログアンプアンドフ
ィルター回路におけるバッファ回路部を示す回路図であ
る。
【図13】本発明第3実施例のレセプター用受信回路、
デコーダ回路を説明するためのFM多重放送ベースバン
ドスペクトラムを表すグラフである。
【図14】本発明第3実施例のレセプター用受信回路を
説明するためのシステムブロック図である。
【図15】本発明第3実施例のレセプター用サブキャリ
アデコード(復調)回路を示すシステムブロック図であ
る。
【図16】(a)は本発明第4実施例の電子機器に使用
するMR素子を示す外形図、(b)は本発明第4実施例
の電子機器に使用するMR素子の特性を示すグラフ、
(c)は本発明第4実施例のMR素子をアンテナに使用
した場合の初段の受信回路を示すブロック図である。
【図17】(a)は従来の電波時計のアナログ針方式の
腕時計を示す外形図、(b)は従来の電波時計のフェラ
イトバー式コイルアンテナの外形図、(c)は前述の従
来のフェライトバー式コイルアンテナの断面図である。
【図18】従来の電波時計の受信回路を示すシステムブ
ロック図である。
【図19】本発明第1実施例の受信回路のアナログアン
プアンドフィルター回路を示す回路図である。
【図20】本発明第1実施例の受信回路のアナログアン
プアンドフィルター回路をCMOSインバータで構成し
た回路図である。
【図21】本発明第2実施例のアナログアンプアンドフ
ィルター回路におけるコンパレータ回路部を示す回路図
である。
【符号の説明】
1002 ホールアンテナ素子 1004 FETAMP回路部 1005 フラットアンプ回路部 1006 アクティブフィルタ回路部 1008 検波回路部
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G04G 7/02 G04G 7/02 H03K 9/02 H03K 9/02 (72)発明者 尾崎 好栄 東京都目黒区鷹番1−6−19−207号 (72)発明者 成川 利明 東京都大田区鵜の木2−38−18 ハウス 238−A102 (72)発明者 池田 博一 茨城県つくば市春日1丁目1番103−506 (56)参考文献 特開 平7−280968(JP,A) 特開 平2−22593(JP,A) 特開 平5−172966(JP,A) 特開 昭52−123666(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G04G 1/00 307 G04C 9/02 G04C 11/02 G04G 5/00 G04G 7/02 H03K 9/02

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アンテナを有し、該アンテナにおいて受
    信した電波を増幅し、弁別し、検波する機能を有する受
    信回路を有し、時刻表示機能を有する電子機器におい
    て、該アンテナは磁気ホール効果を有する半導体装置で
    あり、該半導体装置は強磁性体を近傍に有する構成をと
    ることを特徴とする電子機器。
  2. 【請求項2】 該受信回路は、該アンテナ出力の電圧変
    化を増幅する機能を有し、該弁別は自己活性的回路動作
    にて行われることを特徴とする請求項1記載の電子機
    器。
  3. 【請求項3】 アンテナを有し、該アンテナにおいて受
    信した電波を増幅し、弁別し、検波する機能を有する受
    信回路を有する電子機器において、該受信回路はMOS
    トランジスタで構成された差動増幅器を有し、該差動増
    幅器に続いてMOSトランジスタで構成された比較器を
    有し、該差動増幅器に続いて、該比較器に対して並列に
    MOSトランジスタで構成された電荷保管器を有する構
    成を特徴とする電子機器。
  4. 【請求項4】 アンテナを有し、該アンテナにおいて受
    信した電波を増幅し、弁別し、検波する機能を有する受
    信回路を有し、該電波に重量された変調信号を復調する
    機能を有する復調回路を有する電子機器において、該復
    調回路は、MOSトランジスタで構成された差動増幅器
    を有し、該差動増幅器に続いてMOSトランジスタで構
    成された比較器を有し、該差動増幅器に続いて、該比較
    器に対して並列にMOSトランジスタで構成された電荷
    保管器を有する構成をとることを特徴とする電子機器。
  5. 【請求項5】 アンテナを有し、該アンテナにおいて受
    信した電波を増幅し、弁別し、検波する機能を有する受
    信回路を有し、時刻表示機能を有する電子機器におい
    て、該アンテナは磁気抵抗効果を有する半導体装置であ
    り、該半導体装置は電気的直列に複数接続されているこ
    とを特徴とする電子機器。
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