JP4687585B2 - アンテナ回路および時計 - Google Patents

Description

本発明は、磁気センサを用いたアンテナ回路、および、当該アンテナ回路を備えた時計に関する。

近年、磁気インピーダンス効果素子（ＭＩ素子）を使った磁気センサを用いてアンテナを形成する技術が提案されている（たとえば、特許文献１）。特許文献１に記載されているように、ワイヤ状或いはリボン状等に形成された軟磁性材料に微少高周波電流を通電すると、軟磁性材料の両端にインピーダンスによる出力電圧が発生する。磁気インピーダンス効果とは、微少高周波電流を通電した軟磁性材料に、外部磁界を印加すると軟磁性材料のインピーダンスが敏感に変化して、軟磁性材料両端の出力電圧が変化する効果をいう。

図１８は、ＭＩ素子を使った磁気センサ（以下、「ＭＩ磁気センサ」と称する。）を用いて磁気を検出するように構成されたアンテナ回路、および、アンテナ回路に引き続くフィルタ回路の一例を示す図である。Ｓ１は高周波信号発生器、Ｒ１は抵抗、Ｃ１はコンデンサ、Ｚ１はＭＩ磁気センサを示す。図１８の磁気検出回路においては、高周波信号発生器Ｓ１からの高周波信号は、抵抗Ｒ１、ＭＩ磁気センサＺ１で分割され、コンデンサＣ１を通して出力される。ここで、ＭＩ磁気センサＺ１に、破線矢印に示すような交流磁界をかけると、図１９（ａ）に示すような、ＭＩ磁気センサＺ１の磁界とインピーダンスの関係で、高周波信号発生器Ｓ１の信号が分割され、交流磁界により磁気インピーダンス変化を示す。ここで、磁界がプラス／マイナスの変化をするため、偶関数の出力は正弦波を中心から折り返した形となり、変化周波数の２倍の周波数成分が出力されることになる。

さらに、図１９（ｂ）に示すような固定磁界（符号１９０１参照）を加えると、この磁界中心に外部磁界の変化が出力される。すなわち、図１９（ｂ）において、固定磁界近傍ではほぼ直線であり、外部磁界にしたがって抵抗の変化を示す。つまり、上述したような折り返しを生じないため、磁気抵抗変化は同じ周波数で生じる。

また、図１８のアンテナ回路において、ａ点で発生する信号はＳ１よりＡｓｉｎωｔ、磁界変化を受けた磁気センサによるａ点の電圧は、Ｖａ＝Ａｓｉｎωｔ・Ｚ１／（Ｒ１＋Ｚ１）となる。

ＭＩ磁気センサＺ１は、磁界変化でそのインピーダンスが変化するため、Ｚ１＝Ｚ（１＋Ｂｓｉｎｐｔ）とすると、Ｂ＜＜１より、Ｖａは以下のように書き換えられる。

Ｖａ＝Ａｓｉｎωｔ・Ｚ１（Ｒ１＋Ｚ１）
＝Ａｓｉｎωｔ・Ｚ（１＋Ｂｓｉｎｐｔ）／（Ｒ１＋Ｚ（１＋Ｂｓｉｎｐｔ））
≒Ａｓｉｎωｔ・Ｚ（１＋Ｂｓｉｎｐｔ）／（Ｒ１＋Ｚ） ・・・（１）
（１）式は、振幅変調（ＡＭ）と同じ形式であり、高周波信号発生器Ｓ１の信号が磁界周波数により振幅変調を受けることを示す。その一方、高周波信号発生器Ｓ１からの信号は、磁気センサの表皮効果を生じさせるための高周波信号であり、磁気センサのインピーダンス変化は、高周波信号発生器Ｓ１からの信号を変調する状態となる。図２０（ａ）に示すように、磁界変化（符号２０００参照）により、高周波信号発生器Ｓ１からの信号は、符号２００２のように変化を受けた状態となる。よって、ａ点或いはコンデンサＣ１からは、図１０（ａ）に示すような波形が伝搬される。したがって、この波形をＡＭ受信機と同等の回路で受信する構成を採用することにより、磁界変化を受信することが可能となる。ここで、変化を受けた信号は、振幅変調されているため、図２０（ｂ）に示すように、キャリア信号２０１０に対し、側波帯２０１１、２０１２が発生している。側波帯が磁気変化で変動するためこれを検出すればよいが、（１）式に示すように、Ｂの値は十分に小さいため（数パーセント程度）、キャリアに対して、側波帯は著しく小さい。
特開２０００−１８８５５８号公報

受信感度について考える。たとえば、一般的な電波時計の受信感度を４０ｄＢμ／ｍとすると１０^−８（０ｅ）（ただし、１（０ｅ）≒７９．６Ａ／ｍ）の感度と換算される。真空の透磁率換算では、１（０ｅ）≒１Ｇとみなせるので、電波時計に利用するためには、１０^−８Ｇの受信ができなければならない。

しかしながら、現状のＭＩセンサの感度は、通常のセンサ形状の場合には５０ｍＶ／Ｇ程度であり、１μＶの信号検出が可能だとしても、その１／（５＊１０^４）の磁界検出である。つまり、１０^−８Ｇの受信できる必要があるのに対して、２＊１０^−５Ｇ程度が受信可能であるにすぎず、したがって、たとえば電波時計に利用するには感度不足となる。

感度を向上させるためには、以下の手段を考えることができる。
（１）ＭＩセンサ自体の形状を工夫することにより、反磁界の影響を減少させる。
（２）側波帯の検出精度を向上させる。

本発明においては、側波帯の検出精度を向上させることにより、受信した電波から所望の信号を取り出すことができる受信装置および受信装置を備えた時計を提供することを目的とする。

たとえば、高周波信号発生器Ｓ１からの２０ＭＨｚの信号に対して、受信信号（４０ＫＨｚ）のＣ／Ｎを１４０ｄＢとし、Ｓ１からの信号が３Ｖｒｍｓで抵抗Ｒ１に印加されていると考える。抵抗Ｒ１とＭＩ磁気センサＺ１との間の点（ａ点）でのＳ１側のインピーダンスは、消費電力を減らすためには大きいほうが良い。したがって、Ｒ１＝Ｚ１＝１ＭΩと考えると、高周波信号発生器Ｓ１からのノイズは、０．９４９μＶｒｍｓとなる。上記Ｓ１側のインピーダンスは、５００ｋΩであり、これによる熱雑音量Ｖｎは、帯域Ｂを１０Ｈｚ、絶対温度Ｔを３００とすると、
Ｖｎ＝２０ｌｏｇ√（４ｋＢＴＲ）＝−７７．８ｄＢμ＋１０ｌｏｇ（ＢＲ）
＝−７７．８＋６７．０＝−１０．８ｄＢμ＝０，２９μＶｒｍｓ
これらの総合的なノイズ量は０．９９μＶｒｍｓであり、そのうち印加信号ノイズが支配的であることがわかる。

また、上記熱雑音量を軽減するためには、信号相関をとることが知られている。したがって、図１８に示す、ダイオードＤ１、Ｄ２による包絡線検波回路に代えて、図２１に示すように、位相比較器８１、ローパスフィルタ８２、発振器８３および混合器（ミクサ）８４を用いて同期検波を行う場合もある。しかしながら、図２１に示すような従来の同期検波では、弱電界の下では、ノイズの影響により位相比較器８１および発振器８３による同期が取りにくいという問題点もあった。

本発明においては、比較的簡単な回路構成で、高周波信号発生器からのノイズを減らすことにより、側波帯の検出精度を向上させたアンテナ回路および当該アンテナ回路を搭載した時計を提供することを目的とする。

本発明の目的は、磁界の変化に応じて電気的な特性が変化する磁界検出手段と、前記磁界検出手段に高周波信号を印加する高周波信号発生手段と、前記磁界検出手段および高周波信号発生手段により得られた受信信号から、前記高周波信号の少なくとも一部を減少させる信号減少手段と、前記高周波信号が減少した受信信号を検波する検波手段と、を備えたことを特徴とするアンテナ装置により達成される。

本発明によれば、受信信号に含まれるキャリア成分である高周波信号を、その反転信号によりキャンセルすることで、受信信号のキャリア成分を減少させ、キャリア成分に付随するノイズも減少させることができる。これにより、側波帯の検出精度を向上させることが可能となる。

好ましい実施態様においては、前記信号減少手段が、前記高周波信号或いはレベル調整された高周波信号を反転させる反転器と、前記受信信号と、前記反転器からの反転された高周波信号とを加算する加算器と、を有する。

また、別の好ましい実施態様においては、前記信号減少手段が、前記受信信号と、前記高周波信号或いはレベル調整された高周波信号とを受け入れて、これらの間の差分を出力する差動増幅器を有する。上記実施態様では、差動増幅器を利用して、キャリア成分のキャンセルを実現する。

また、好ましい実施態様においては、前記検波手段が、高周波信号或いはレベル調整された高周波信号を受け入れて、受け入れた信号により同期検波を行う同期検波回路を有する。

好ましい実施態様においては、前記検波手段が、高周波信号或いはレベル調整された高周波信号を受け入れて、当該信号から矩形波を生成する矩形波生成手段を有し、前記矩形波により同期検波を実現される。

別の好ましい実施態様においては、さらに、前記高周波信号の立上りおよび立下りを検出して、それぞれを示す、立上りパルスおよび立下りパルスを出力する立上り・立下り検出手段と、前記立下りパルスに基づいて、前記差動増幅器の出力を、所定の基準電圧にクランプするクランプ手段と、前記立下りパルスに基づいて、前記クランプされた信号をサンプル・ホールドするサンプル・ホールド手段と、を備える。

また、本発明の目的は、磁界の変化に応じて電気的な特性が変化する磁界検出手段と、
前記磁界検出手段に高周波信号を印加する高周波信号発生手段と、前記磁界検出手段および高周波信号発生手段により得られた受信信号を検波する検波手段と、を備え、前記検波手段が、高周波信号或いはレベル調整された高周波信号を受け入れて、受け入れた信号により同期検波を行う同期検波回路を有することを特徴とするアンテナ装置により達成される。

この発明によれば、磁界を検出するために使用した高周波信号を用いて、受信信号を同期検波することができる。

好ましい実施態様においては、前記検波手段が、高周波信号或いはレベル調整された高周波信号を受け入れて、当該信号から矩形波を生成する矩形波生成手段を有し、前記矩形波により同期検波を実現される。

また、別の実施態様において、アンテナ装置は、磁界の変化に応じて電気的な特性が変化する磁界検出手段と、前記磁界検出手段に高周波信号を印加する高周波信号発生手段と、
前記磁界検出手段および高周波信号発生手段により得られた受信信号を検波する検波手段と、を備え、前記検波手段が、前記受信信号を受け入れて、当該信号から矩形波を生成する矩形波生成手段と、当該矩形波により同期検波を行う同期検波回路とを有する。

この実施の形態においては、受信信号、つまり、変調信号から同期信号成分を取り出して、同期信号を用いて同期検波を実現する。

また、本発明の目的は、上述したアンテナ装置と、前記アンテナ装置により得られた、時刻情報を含む標準電波に相当する信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段から出力された信号を検波して、復調された信号を出力する検波手段と、前記復調された信号から時刻情報を抽出する時刻情報抽出手段と、時刻を計時する計時手段と、当該計時手段により計時された時刻を表示する時刻表示手段と、前記時刻情報抽出手段により抽出された時刻情報に基づいて、前記計時手段により計時された時刻を修正する時刻修正手段と、を備えたことを特徴とする時計によっても達成される。

本発明によれば、本発明においては、比較的簡単な回路構成で、高周波信号発生器からのノイズを減らすことにより、側波帯の検出精度を向上させたアンテナ回路および当該アンテナ回路を搭載した時計を提供するが可能となる。

［腕時計］
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１、図２は、それぞれ、本発明の実施の形態にかかる受信回路を含む腕時計の正面図、および、図１のＡ−Ａ’断面図（１２時−６時断面図）である。腕時計１は、時計モジュール等を内部に収容する時計ケース１０を備えている。時計ケース１０の外周部分であって６時および１２時のそれぞれの位置には、腕時計１をユーザが手首に装着するための時計バンド１６が取り付けられているとともに、時計ケース１０の外周側面には、腕時計１の各種機能を実行するためのスイッチ１１が設けられている。

時計ケース１０は、ステンレスやチタンなどの金属により環状の短柱形状に形成されている。また、時計ケース１０の６時及び１２時のそれぞれの位置の側方部分には、時計バンド１６を取り付けるための延出部が形成されており、この延出部には、時計バンド１６を取り付けるピンを通すための孔部が形成されている。

時計ケース１０の上端部には、当該上端部を塞ぐように時計ガラス１２が、シール部材１３を介して嵌められており、時計ケース１０の下端部には、当該下端部を塞ぐように裏蓋（バック）１４がＯリング１５を介して取り付けられている。裏蓋１４は、ステンレスやチタンなど強度が強い金属により厚みが薄いほぼ平面状に形成されている。

時計ケース１０の内部には、上部ハウジング２１および下部ハウジング２２が、それぞれの周縁部が時計ケース１０の内側周面に設けられている中枠に取り付けられて配置されている。

上部ハウジング２１の上面には、所定の樹脂で形成されたプリント配線基板３０が配置されており、更にその上面には文字盤２３が配置され、文字盤２３の上面にはリング状の見切り板２４が時計ガラス１２の周縁部に当接した状態で配置されている。また、文字盤２３の６時寄りの位置に形成された開口２３ａの下方には、時刻等を表示する液晶表示パネル２５が上部ハウジング２１に支持されて配置されている。すなわち、腕時計１を正面から見たときに、時計ガラス１２を介して液晶表示パネル２５に表示された時刻が視認できるようになっている。

また、文字盤２３の上面には、平面視略矩形状に形成された１２個の時字２３ｂが円周方向に等間隔で設けられており、これら各時字２３ｂが１時から１２時までの各時に対応している。本実施の形態においては、これら時字２３ｂのうち、１２時に対応する時字２３ｂには、外部磁界に応じて磁気抵抗が変化する磁気抵抗効果素子を用いたＭＩ磁気センサ４０が形成されている。このＭＩ磁気センサ４０が、標準電波を受信するアンテナとして機能する。ＭＩ磁気センサ４０は、プリント配線基板３０の上面にパターニングされた磁性体からなり、文字盤２３の対応する位置形成された開口部からその上面が露出するようになっている。

また、上部ハウジング２１は、時計ケース１０のほぼ中央付近に配置されたアナログ指針機構２６を備える。アナログ指針機構２６は、文字盤２３の中央部に形成された軸孔からその上方に延びる指針軸と、指針軸に取り付けられた時針、分針などの指針２６ａを有し、指針２６ａを文字盤２３の上方で運針させる。

下部ハウジング２２には、電池２７が組み込まれている。また、上部ハウジング２１と下部ハウジング２２との間には、アナログ指針機構２６や、アンテナ回路４２と接続された回路基盤２８が配置されている。

回路基盤２８には種々の回路要素が配置される。回路要素には、ＣＰＵなどの制御ＩＣ、発振回路を備え現在時刻を計時する計時回路、アンテナ回路（ただし、アンテナ回路中、ＭＩ磁気センサ４０のみは時字２３ｂに形成されている）、アンテナ回路を含み、当該アンテナ回路の出力信号を増幅、検波して標準電波に含まれるタイムコードの信号を取り出す受信回路などが含まれる。制御ＩＣは、受信回路で取り出された信号中のタイムコードに基づいて計時回路による現在時刻を修正し、修正した現在時刻を液晶表示パネル２５に表示させる。或いは、現在時刻を示すようにアナログ指針機構２６を制御して指針２６ａを運針させる処理などを行う。
［回路構成］
図３は、本実施の形態にかかる腕時計１の回路の内部構成を示すブロックダイヤグラムである。図３に示すように、腕時計１は、ＣＰＵ５０、入力部５１、表示部５２、ＲＯＭ５３、ＲＡＭ５４、受信回路４４、計時回路部５５および発振回路部５６を備える。

ＣＰＵ５０は、所定のタイミングで、或いは、入力部２００から入力された操作信号に応じてＲＯＭ５３に格納されたプログラムを読み出して、ＲＡＭ５４に展開し、当該プログラムに基づいて、腕時計１を構成する各部への指示やデータの転送などを実行する。具体的には、たとえば所定時間毎に受信回路４４を制御して標準電波を受信させて、受信回路４４からのタイムコードの信号に基づいて計時回路部５５で計時される現在時刻データを修正する処理や、計時回路部５５によって計時された現在時刻を表示部５２に転送する処理などを実行する。

入力部５１は、腕時計１の各種機能の実行を指示するためのスイッチ１１を含み、スイッチ１１が操作されると、対応する操作信号をＣＰＵ５０に出力する。表示部５２は、文字盤２３やＣＰＵ５０によって制御されたアナログ指針機構２６、液晶パネル２５を含み、計時回路部５５によって計時された現在時刻を表示する。ＲＯＭ５３は、腕時計１を動作させ、また、所定の機能を実現するためのシステムプログラムやアプリケーションプロググラム、データなどを記憶する。ＲＡＭ５４は、ＣＰＵ５０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ５３から読み出されたプログラムやデータ、ＣＰＵ５０にて処理されたデータなどを一時的に記憶する。

後に詳述するが、受信回路４４は、アンテナ回路４２を含み、アンテナ回路４２にて受信された信号から所定の周波数の信号を取り出して、取り出された信号をＣＰＵ５０に出力する。計時回路部５５は、発振回路部５６から入力される信号を計数して現在時刻を計時し、現在時刻データをＣＰＵ５０に出力する。発振回路部５６は、常時一定周波数のクロック信号を出力する。

図４は、受信回路４４の概略を示すブロックダイヤグラムである。図４に示すように、受信回路４４は、アンテナ回路４２、フィルタ回路７０、増幅回路８０、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）９０および検波回路１００を有する。フィルタ回路７０は、例示的にローパスフィルタとしているが（たとえば、図５参照）、これに限定されるものではなく、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を利用しても良い。

アンテナ回路４２は、図５を参照して説明するように、高周波信号発生器Ｓ１、抵抗Ｒ１、ＭＩ磁気センサＺ１（図１においては、符号４０で示す）、コンデンサＣ１、および、ダイオードＤ１、Ｄ２を含む。

上述したように、アンテナ回路４２からは標準電波に相当する信号が出力され、フィルタ回路７０および増幅回路８０およびＢＰＦ９０を経て、検波回路１００に与えられる。検波回路１００は、標準電波の信号を復調する。復調された信号は、ＣＰＵ５０に与えられ、ＣＰＵ５０においてデコードされ、時刻情報が抽出される。
［第１の実施の形態］
以下、本実施の形態にかかるアンテナ回路についてより詳細に説明する。図５は、本発明の第１の実施の形態にかかるアンテナ回路およびアンテナ回路に引き続くＬＰＦを示す図である。図５に示すように、第１の実施の形態にかかるアンテナ回路４２は、図１８に示すアンテナ回路と同様に、高周波信号発生器Ｓ１、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１、Ｃ３、ＭＩ磁気センサＺ１、および、ダイオードＤ１、Ｄ２を有している。

高周波信号発生器Ｓ１は、たとえば、２０ＭＨｚの信号を発生する。高周波信号発生器Ｓ１は、抵抗Ｒ１の一端に接続される。抵抗Ｒ１の他端は、ＭＩ磁気センサＺ１およびコンデンサＣ１のそれぞれの一端に接続される。また、ダイオードＤ１、Ｄ２は、包絡線検波回路として機能する。

本実施の形態において、アンテナ回路４２は、さらに、高周波信号発生器Ｓ１からの高周波信号を入力し、入力した高周波信号を反転して、反転信号を出力する反転器９２と、コンデンサＣ１の他端と、包絡線検波回路との間に介在し、一方の入力はコンデンサＣ１の他端と接続され、他方の入力は反転器９２の出力と接続され、かつ、その出力が、クランプ用のコンデンサＣ３を介して包絡線検波回路に与えられるように構成された加算器９４とを備えている。アンテナ回路４２に後続するフィルタ回路７０は、図１８に示すものと同様である。

このように構成されたアンテナ回路４２の作用について説明する。前述したように、アンテナ回路４２のａ点における電圧Ｖａは以下のように表すことができる。

Ｖａ≒Ａｓｉｎωｔ・Ｚ（１＋Ｂｓｉｎｐｔ）／（Ｒ１＋Ｚ） ・・・（１）
（Ａｓｉｎωｔ：高周波信号発生器Ｓ１の信号、Ｚ（１＋Ｂｓｉｎｐｔ）：ＭＩ磁気センサＺ１の信号）
（１）式に示すように変調信号は、振幅変調（ＡＭ）と同じ形式であり、Ｓ１の信号が磁界周波数により振幅変調を受けることを示す。したがって、図６（ａ）に示すように、高周波信号発生器Ｓ１によるキャリア信号６０１の両側に、磁界受信による側波帯６０２、６０３が現れる。なお、図６（ａ）において、符号６００は標準電波の受信信号である。キャリア信号には印加信号ノイズ（符号６０４参照）が含まれるため、このノイズの影響で側波帯を検波するのが困難となる。そこで、本実施の形態においては、高周波発生器Ｓ１からのキャリア信号の反転信号を、変調信号に加えることで、図６（ｂ）に示すように、キャリア信号のレベルを減少させる（図６（ｂ）の符号６１１参照）。キャリア信号のレベルの減少にともなってノイズ成分も減少する（符号６１４参照）ため、その結果、側波帯の検波が容易となる。

なお、反転信号が加えられた後のキャリア信号のレベルが、側波帯のレベルの２倍よりも大きくなるように、反転信号のレベルが決定されるのが望ましい。これにより、反転信号が加算された後の変調信号は過変調とはならず、図５のような包絡線検波回路にて検波することが可能となる。

本実施の形態によれば、ＭＩ磁気センサを高周波信号により駆動して、磁界変化に応じた変調信号を生じさせ、かつ、その高周波信号を反転させた反転信号を変調信号と合成することにより、キャリア信号、つまり、高周波信号をキャンセルする。これにより、高純度の側波帯を抽出することができ、アンテナ回路を高感度化することが可能となる。
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図７は、本発明の第２の実施の形態にかかるアンテナ回路を示す図である。第１の実施の形態と同様に、アンテナ回路４２は、高周波信号発生器Ｓ１、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１、および、ＭＩ磁気センサＺ１を備える。また、第２の実施の形態にかかるアンテナ回路４２は、第１の実施の形態と同様に、高周波信号発生器Ｓ１からの高周波信号を反転して反転信号を出力する反転器１０２と、一方の入力がコンデンサＣ１の他端と接続され、他方の入力が反転器１０２の出力と接続された加算器１０４を備えている。また、第２の実施の形態においては、一方の入力が加算器１０４の出力と接続され、他方の入力が高周波発生器Ｓ１の出力と接続されているミクサ（混合器）６０が設けられている。

第２の実施の形態にかかるアンテナ回路４２においても、変調信号には、高周波信号発生器Ｓ１の反転信号が加算されるため、キャリア信号のレベルが減少する。ここで、特に、加算器１０４においてキャリア信号のレベルが、側波帯のレベルの２倍以下となる可能性がある場合には、包絡線検波回路の代わりにミクサ６０を設けて、変調信号と反転信号とを乗算することにより、同期検波を行えば良い。

本発明においては、高周波信号発生器Ｓ１から出力される高周波信号がキャリア信号となる。したがって、高周波信号発生器Ｓ１からの信号をそのまま（同位相で）ミクサ６０に与えることにより、同期検波が実現される。無論、第１の実施の形態と同様に、キャリア信号のレベルを減少させることができるため、ノイズ成分も減少する。したがって、側波帯の検波が容易になる。

第２の実施の形態によれば、キャリア信号の減少レベルにかかわらず、変調信号を検波して、側波帯を抽出することができ、アンテナ回路を高感度化することが可能となる。
［第３の実施の形態］
第１の実施の形態および第２の実施の形態においては、キャリア信号の反転信号を与えて、キャリア信号をキャンセルしている。第３の実施の形態においては、差動増幅器を利用して、キャリア信号をキャンセルする。図８は、第３の実施の形態にかかるアンテナ回路を示す図である。

第３の実施の形態にかかるアンテナ回路４２は、高周波信号発生器Ｓ１、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１およびＭＩ磁気センサＺ１を備える。また、第３の実施の形態においては、高周波信号発生器Ｓ１から出力される信号線は、抵抗Ｒ３に接続され、かつ、抵抗Ｒ３は、抵抗Ｒ４に接続される。

また、コンデンサＣ１から出力される信号線が、差動増幅器１１４の＋（プラス）入力に接続され、かつ、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との間から延びる信号線が、差動増幅器１１４の−（マイナス）入力に接続される。また、差動増幅器１１４から出力の信号線は、ミクサ６０の一方の入力に接続され、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との間から延びる信号線は、ミクサ６０の他方の入力にも接続される。

本実施の形態においては、インピーダンスの設定はこれに限定するものではないが、Ｒ１＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｚ１とするのが望ましい。このように設定することにより、差動増幅器１１４の＋入力に与えられる変調信号のうち、キャリア成分が、差動増幅器１１４の−入力に与えられる、レベル調整された高周波信号によりキャンセルされる。つまり、磁界が無い状態で、差動増幅器１１４の＋入力に与えられる信号が、差動増幅器１１４の−入力に与えられる信号によりほぼキャンサルされる。したがって、差動増幅器１１４から出力される信号は過変調となるが、同期検波とすることで側波帯を抽出することが可能となる。

第３の実施の形態によれば、差動増幅器において、変調信号からキャリア成分を除去し、キャリア成分の相当の部分が除去された変調信号を同期検波することにより、側波帯を抽出することができ、アンテナ回路を高感度化することが可能となる。
［第４の実施の形態］
図９に示すように、第４の実施の形態においては、第３の実施の形態に示すアンテナ回路のように、ミクサ６０に、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との間からの信号線を通る信号を印加するのではなく、コンパレータ１２６を介して、パルス信号（矩形波）を印加するように構成されている。第４の実施の形態にかかるアンテナ回路においても、第３の実施の形態と同様に、Ｒ１＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｚ１とするのが望ましい。このように設定することにより、差動増幅器１２４の＋入力に与えられる変調信号のキャリア成分が、差動増幅器１２４の−入力に与えられる高周波信号によりキャンセルされる。

図１０は、図９におけるｐ、ｑ、ｒ、ｓ、ｔの各点の信号を示す図である。図１０に示すように、差動増幅器１２４の出力に相当するｐ点では、信号は過変調となっている。その一方、高周波信号発生器Ｓ１から、Ａｓｉｎωｔの信号が発生しているとすると、ｑ点では、（Ａ／２）ｓｉｎωｔの信号がコンパレータ１２６に入力される。したがって、ｒ点においては、ｑ点に入力される信号と同期したパルス信号（矩形波）が出力される。ミクサ６０による同期検波（ｓ点参照）された信号をフィルタ回路７０に通すことにより、磁界変化を示す信号（ｔ点参照）を取り出すことができる。

特に、第４の実施の形態においては、コンパレータ１２６によりミクサ６０に与える信号をパルス化している。これにより、アンテナ回路４２をＣ−ＭＯＳなどによりＩＣ化することが可能となる。また、コンパレータ１２６により高周波信号をパルス化することにより、アンテナ回路４２の消費電力の低減を実現する。
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。第１の実施の形態ないし第４の実施の形態においては、変調信号中のキャリア信号をキャンセルして、側波帯を適切に抽出できるようにすることで、アンテナ回路を高感度化している。第５の実施の形態においては、特に、熱雑音の軽減を図ることができるアンテナ回路を提供する。

図１１は、第５の実施の形態にかかるアンテナ回路を示す図である。図１１に示すように、第５の実施の形態にかかるアンテナ回路２４は、高周波信号発生器Ｓ１、抵抗Ｒ１、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１３０、ＭＩ磁気センサＺ１およびミクサ６０を有している。ミクサ６０には、変調信号のほか、高周波信号発生器Ｓ１からの高周波信号が印加される。

従来の同期検波のためには、図２０に示すように、変調信号のキャリア信号と同位相の信号をミクサ８４に印加するために、ＬＰＦ８２、局所発振器８３および位相比較回路８４が必要であった。しかしながら、本実施の形態にかかるアンテナ回路４２では、高周波信号発生器Ｓ１が高周波信号を発生し、かつ、変調信号から当該高周波信号をキャリア信号として除去することが望まれる。したがって、高周波信号発生器Ｓ１からの信号をミクサ６０に印加することで、安定でずれのない同期検波が可能となる。

また、これにより従来の回路において問題となっていた、弱電界時の同期検波の欠点を補うことができる。したがって、アンテナ回路の高感度化を実現することが可能となる。
［第６の実施の形態］
図１２は、第６の実施の形態にかかるアンテナ回路を示す図である。図１２に示すように、第６の実施の形態においては、第５の実施の形態に示すアンテナ回路のように、ミクサ６０に、高周波信号発生器Ｓ１の信号を印加するのではなく、コンパレータ１３６を介して、パルス信号（矩形波）を印加するように構成している。第６の実施の形態の、第５の実施の形態との関係は、第４の実施の形態の、第３の実施の形態との関係にほぼ対応する。

第６の実施の形態にかかるアンテナ回路４２の作用は、第５の実施の形態のものと同様である。なお、第６の実施の形態においては、コンパレータ１３６によりミクサ６０に与える信号をパルス化している。これにより、アンテナ回路４２をＣ−ＭＯＳなどによりＩＣ化が容易となる。また、コンパレータ１３６により高周波信号をパルス化することにより、アンテナ回路４２の消費電力の低減を実現する。
［第７の実施の形態］
図１３は、第７の実施の形態にかかるアンテナ回路を示す図である。図１３に示すように、第７の実施の形態においては、第６の実施の形態のように、高周波信号発生器Ｓ１の信号をコンパレータで受けて、高周波信号の周期のパルス信号（矩形波）をミクサ６０に印加するのではなく、ＢＰＦ１３０の出力、つまり、変調信号をコンパレータ１４６で受けて、当該コンパレータ１４６の出力をミクサ６０に印加して同期検波を実現している。つまり、第５の実施の形態（第６の実施の形態）のように、高周波信号（或いは対応する矩形波）をそのままミクサに与えて乗算するのではなく、変調信号から、高周波信号と同じ周期および位相のパルス信号（矩形波）を作り出してミクサ６０に印加することで、第５の実施の形態や第６の実施の形態と同様の効果を得ている。
［第８の実施の形態］
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。図１４は、第８の実施の形態にかかるアンテナ回路を示す図である。図１４に示すように、第８の実施の形態にかかるアンテナ回路４２は、高周波信号発生器Ｓ１’、抵抗Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４、ＭＩ磁気センサＺ１、コンデンサＣ４、差動増幅器１５４、立上り・立下り検出回路１５６、スイッチＳＷ１と、コンデンサＣ５と、抵抗Ｒ５とを有するサンプル・ホールド回路１５８、および、スイッチＳＷ２を備えている。

第８の実施の形態においては、第３の実施の形態とほぼ同様に、差動増幅器１５４を利用し、変調信号が差動増幅器１５４の＋入力に印加される一方、高周波信号発生器Ｓ１’から、抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ４によりレベル調整された高周波信号が差動増幅器１５４の−入力に印加される。インピーダンスの設定はこれに限定するものではないが、Ｒ１＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｚ１とするのが望ましい。このような設定により、差動増幅器１５４の＋入力に与えられる変調信号のうち、キャリア成分が、差動増幅器１５４の−入力に与えられる、レベル調整された高調波信号によりキャンセルされる。

また、第８の実施の形態においては、高調波信号発生器Ｓ１’は、サイン波ではなく矩形波を出力するようになっている。矩形波は、同じ波長のサイン波と比較して、高調波成分を多く含む。したがって、ＭＩ磁気センサＺ１の表皮効果を起こしやすいため有利である。

立ち上がり・立下り検出回路１５６は、高調波信号発生器Ｓ１’からの矩形波の立上りおよび立下りの双方を検出し、矩形波の立上り時にパルスが出るような立上りクロックＣＬＫ１、および、矩形波の立下り時にパルスが出るような立下りクロックＣＬＫ２を出力する。図１５は、立上り・立下り検出回路１５６の構成を示す図である。

図１５に示すように、立上り・立下り検出回路１５６は、コンデンサＣ６、抵抗Ｒ６、コンパレータ１９０、インバータ１９１、コンデンサＣ７、抵抗Ｒ７、および、コンパレータ１９１を有している。コンデンサＣ６および抵抗Ｒ６により微分回路が形成され、その出力がコンパレータ１９０の＋入力に印加されるようになっている。また、コンパレータ１９０の−入力には、基準電圧Ｖｒｅｆが印加される。また、コンデンサＣ７および抵抗Ｒ７によっても微分回路が形成され、この微分回路には、インバータ１９１により反転された矩形波が印加される。微分回路の出力はコンパレータ１９１の＋入力に印加される。また、コンパレータ１９０の−入力にも、基準電圧Ｖｒｅｆが印加される。

立上りクロックＣＬＫ１は、サンプル・ホールド回路１５８のスイッチＳＷ１を制御し、立上りクロックＣＬＫ１がハイレベルのときにスイッチＳＷ１を閉じ、コンデンサＣ４側の信号をサンプル・アンドホールド回路１５８の側に流すようにする。また、立下りクロックＣＬＫ２は、スイッチＳＷ２を制御し、立下りクロックＣＬＫ２がハイレベルのときにスイッチＳＷ２を閉じ、コンデンサＣ４に基準電位Ｖｒｅｆをチャージさせる。

以下、第８の実施の形態の作用について、図１４に示すアンテナ回路の各点での波形を示す図１６を参照して、より詳細に説明する。図１６に示すように、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との間の位置Ａ点においては、高周波信号発生器Ｓ１’からの矩形波のレベルが調整された波形が現われる。Ｂ点においても、磁界が無い場合には、破線に示すように、Ａ点と同様の波形が現われる。その一方、ＭＩ磁気センサＺ１が磁界を検出すると、実線に示すように波形が変化する。差動増幅器１５４は、Ｂ点において磁界が検出されたことによる変化分を取り出すことが出来る（図１６のＣ点参照）。エッジの部分の変化が特に顕著となっているのは、ＭＩ磁気センサＺ１を、高周波信号の立上りおよび立下りの周波数成分の高いところを使用してセンサ動作させているためである。

立下り検出によるＣＬＫ２がハイレベルとなるタイミングで、差動増幅器１５４の出力（Ｃ点参照）を、コンデンサＣ２に充電し、Ｖｒｅｆ中心であった信号を、Ｖｒｅｆ基準つまりＶｒｅｆが最低レベルとなるようにクランプする（Ｄ点参照）。このクランプにより、差動増幅器１５４の出力の立上りエッジおよび立下りエッジの変化の両方を取り出すことが出来る。たとえば、単に差動増幅器１５４の出力を半波整流（或いは全波整流）して積分しただけでは、図１７に示すように、立上りの部分の変化分しか取り出すことができないため、検波出力のレベルが低くなり検出感度が低下する。その一方、本実施の形態によれば、立上りの部分および立下りの部分の双方の変化分を取り出すことができ、検波出力のレベルを高くすることができる。

立上りクロックＣＬＫ１によりスイッチＳＷ１が制御されることにより、サンプル・ホールド回路１５８によりクランプされた波形のピーク値が検出され、これにより検波が実現される。検波された出力はＥ点の波形として表される。

第８の実施の形態によれば、高周波信号発生器から出力される高周波信号の立下りを検出し、そのタイミングで、差動増幅器の出力、つまり、磁界検出による変化分の信号をクランプする。これにより、検波出力のレベルを高くすることが可能となる。

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。

たとえば、第１の実施の形態や第２の実施の形態において、加算器に印加する、高周波信号の反転信号のレベルを抵抗などを利用して調整しても良い。

また、第１ないし第７の実施の形態において、サイン波の高周波信号を出力する高周波信号発生器Ｓ１の代わりに、第８の実施の形態のように、矩形波を発生する高周波信号発生器Ｓ１’を用いても良い。

図１は、本発明の実施の形態にかかる受信回路を含む腕時計の正面図である。 図２は、図１のＡ−Ａ’断面図（１２時−６時断面図）である。 図３は、本実施の形態にかかる腕時計１の回路の内部構成を示すブロックダイヤグラムである。 図４は、本実施の形態にかかる受信回路４４の概略を示すブロックダイヤグラムである。 図５は、本発明の第１の実施の形態にかかるアンテナ回路およびアンテナ回路に引き続くＬＰＦを示す図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、変調信号の周波数成分を説明する図である。 図７は、本発明の第２の実施の形態にかかるアンテナ回路を示す図である。 図８は、本発明の第３の実施の形態にかかるアンテナ回路を示す図である。 図９は、本発明の第４の実施の形態にかかるアンテナ回路およびアンテナ回路に引き続くＬＰＦを示す図である。 図１０は、図９におけるｐ、ｑ、ｒ、ｓ、ｔの各点の信号を示す図である。 図１１は、本発明の第５の実施の形態にかかるアンテナ回路を示す図である。 図１２は、本発明の第６の実施の形態にかかるアンテナ回路を示す図である。 図１３は、本発明の第７の実施の形態にかかるアンテナ回路を示す図である。 図１４は、本発明の第８の実施の形態にかかるアンテナ回路を示す図である。 図１５は、第８の実施の形態にかかる立上り・立下り検出回路の構成を示す図である。 図１６は、第８の実施の形態にかかるアンテナ回路における各点での信号を示す図である。 図１７は、従来のアンテナ回路における信号の例を示す図である。 図１８は、ＭＩ磁気センサを用いて磁気を検出するように構成されたアンテナ回路、および、アンテナ回路に引き続くフィルタ回路の一例を示す図である。 図１９は、磁界とインピーダンスとの関係を示す図である。 図２０（ａ）は、磁界変化を受けた高周波信号の例を示す図、図２０（ｂ）は、その周波数成分を説明する図である。 図２１は、従来のアンテナ回路およびアンテナ回路に引き続くフィルタ回路の例を示す図である。

符号の説明

４２ アンテナ回路
４４ 受信回路
５０ ＣＰＵ
５１ 入力部
５２ 表示部
５５ 計時回路部
５６ 発振回路部
７０ フィルタ回路
８０ 増幅回路
９０ ＢＰＦ
１００ 検波回路
Ｓ１ 高周波信号発生器
Ｒ１ 抵抗
Ｚ１ ＭＩ磁気センサ
Ｃ１，Ｃ３ コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２ ダイオード
９２ 反転器
９４ 加算器

Claims (10)

1. 磁界の変化に応じて電気的な特性が変化する磁界検出手段と、
   前記磁界検出手段に高周波信号を印加する高周波信号発生手段と、
   前記磁界検出手段および高周波信号発生手段により得られた受信信号から、前記高周波信号の少なくとも一部を減少させる信号減少手段と、
   前記高周波信号が減少した受信信号を検波する検波手段と、を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記信号減少手段が、前記高周波信号或いはレベル調整された高周波信号を反転させる反転器と、前記受信信号と、前記反転器からの反転された高周波信号とを加算する加算器と、を有することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記信号減少手段が、前記受信信号と、前記高周波信号或いはレベル調整された高周波信号とを受け入れて、これらの間の差分を出力する差動増幅器を有することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
4. 前記検波手段が、高周波信号或いはレベル調整された高周波信号を受け入れて、受け入れた信号により同期検波を行う同期検波回路を有することを特徴とする請求項１ないし３の何れか一項に記載のアンテナ装置。
5. 前記検波手段が、高周波信号或いはレベル調整された高周波信号を受け入れて、当該信号から矩形波を生成する矩形波生成手段を有し、前記矩形波により同期検波を実現されることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
6. さらに、前記高周波信号の立上りおよび立下りを検出して、それぞれを示す、立上りパルスおよび立下りパルスを出力する立上り・立下り検出手段と、
   前記立下りパルスに基づいて、前記差動増幅器の出力を、所定の基準電圧にクランプするクランプ手段と、
   前記立下りパルスに基づいて、前記クランプされた信号をサンプル・ホールドするサンプル・ホールド手段と、を備えたことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
7. 磁界の変化に応じて電気的な特性が変化する磁界検出手段と、
   前記磁界検出手段に高周波信号を印加する高周波信号発生手段と、
   前記磁界検出手段および高周波信号発生手段により得られた受信信号を検波する検波手段と、を備え、
   前記検波手段が、高周波信号或いはレベル調整された高周波信号を受け入れて、受け入れた信号により同期検波を行う同期検波回路を有することを特徴とするアンテナ装置。
8. 前記検波手段が、高周波信号或いはレベル調整された高周波信号を受け入れて、当該信号から矩形波を生成する矩形波生成手段を有し、前記矩形波により同期検波を実現されることを特徴とする請求項７に記載のアンテナ装置。
9. 磁界の変化に応じて電気的な特性が変化する磁界検出手段と、
   前記磁界検出手段に高周波信号を印加する高周波信号発生手段と、
   前記磁界検出手段および高周波信号発生手段により得られた受信信号を検波する検波手段と、を備え、
   前記検波手段が、前記受信信号を受け入れて、当該信号から矩形波を生成する矩形波生成手段と、当該矩形波により同期検波を行う同期検波回路とを有することを特徴とするアンテナ装置。
10. 請求項１ないし９の何れか一項に記載のアンテナ装置と、
    前記アンテナ装置により得られた、時刻情報を含む標準電波に相当する信号を増幅する増幅手段と、
    前記増幅手段から出力された信号を検波して、復調された信号を出力する検波手段と、
    前記復調された信号から時刻情報を抽出する時刻情報抽出手段と、
    時刻を計時する計時手段と、
    当該計時手段により計時された時刻を表示する時刻表示手段と、
    前記時刻情報抽出手段により抽出された時刻情報に基づいて、前記計時手段により計時された時刻を修正する時刻修正手段と、を備えたことを特徴とする時計。