JP5217401B2 - 電波受信装置および電波時計 - Google Patents

Description

この発明は、電波を受信してタイムコード信号の復調を行う電波受信装置ならびに電波時計に関する。

以前より、標準電波を受信して標準電波に含まれるタイムコードにより時刻修正を行う電波時計が知られている。

日本のタイムコードは、そのフレーム位置やデータ区切り位置を示すマーカー信号（以下、Ｍ信号という）およびポジションマーカー信号（以下、Ｐ信号という）と、データ値を表わす０信号および１信号とから構成される。Ｍ信号とＰ信号は秒同期点から０〜０．２ｓにハイレベルとなるパルス信号、１信号は秒同期点から０〜０．５ｓにハイレベルとなるパルス信号、０信号は秒同期点から０〜０．８ｓにハイレベルとなるパルス信号である。このようなタイムコードが振幅変調により４０ｋＨｚや６０ｋＨｚの搬送波にのせられて標準電波として送信されている。

標準電波は、ビル内での減衰や外乱ノイズの混入などにより綺麗な信号で受信されない場合がある。そこで、従来、ノイズが混入された信号であっても、タイムコードの判別を正確に行えるようにする幾つかの提案がなされている。

例えば、特許文献１には、受信信号に対して０．１秒間隔でハイレベルかローレベルかのレベル検出を行い、この０．１秒間隔の２値データを用いてデータパルスの判別を行う技術が開示されている。
特開平１１−２１１８５８号公報

しかしながら、上記従来のタイムコードの判別手法では、小さなノイズが混入している程度においてはタイムコードの判別が可能となるものの、電波の大きく減衰していたり多大にノイズが混入している場合には正確なタイムコードの判別は困難であった。

この発明の目的は、比較的多くのノイズが混入している場合でも正確なデータ判別を可能とするタイムコード信号の復調が可能な電波受信装置、並びに、このような電波受信装置により電波の受信状況の悪い場所でも正常な電波受信を行うことのできる電波時計を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、
電波を受信して該電波に含まれるタイムコード信号を復調する電波受信装置であって、
前記タイムコードを構成するデータパルスは、当該タイムコードのデータ区切の位置を表わすポジションパルスと、当該タイムコードのデータ値を表わす複数種類の数値パルスからなり、
前記タイムコード信号の秒同期点を検出する秒同期検出手段と、
検波されたタイムコード信号の一部を信号レベルに拘らずに所定レベルの信号に置き換える波形加工手段と、
前記秒同期検出手段の秒同期点の検出に基づき周期的な秒同期のタイミングから時間計測を行って所定タイミングに前記波形加工手段を動作させるタイミング制御手段と、
前記波形加工手段を通過したタイムコード信号を受けて該タイムコード信号中のデータパルスの判別を行うデータ判別手段と、を備え、
前記タイミング制御手段は、
前記データ判別手段が前記ポジションパルスを判別した後、前記数値パルスが受信される期間においては、
前記複数種類の数値パルスがともにハイレベルとなる期間に前記波形加工手段により前記タイムコード信号の一部をハイレベル信号に置き換え、
前記複数種類の数値パルスがともにローレベルとなる期間に前記波形加工手段により前記タイムコード信号の一部をローレベル信号に置き換えることを特徴としている。

本発明に従うと、ノイズの混入が比較的に多くてタイムコード信号の波形が大きく崩れているような場合でも、波形加工手段によって、タイムコード信号の波形が可能な範囲で正確な波形に修正されるので、後段の回路でタイムコードの識別を行う際に、修正部分に元々混入されていたノイズの影響を排除して、正確なタイムコードの識別を行うことが可能となる。

また、タイムコード信号の波形を大きくなまらせるような大きな時定数を有するローパスフィルタを介在させても、波形加工手段によって波形の一部分が修正されて波形のなまりが解消される。従って、大きな時定数のローパスフィルタを介在させてタイムコード信号からノイズ成分を十分に取り除くことが出来るとともに、そのために生じる波形のなまりを波形加工により解消して、正確なタイムコードの再生を行えるという効果がある。

また、このような電波受信装置を内蔵した電波時計によれば、電波の受信状況の悪い場所でも電波受信を正常に行って正確なタイムコードを得ることができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、この実施形態の電波時計の全体構成を示すブロック図である。

この実施の形態の電波時計１は、標準電波を受信するとともに、振幅変調によって標準電波に含まれるタイムコードを復調し、これにより自動的に時刻修正を行う機能を有する時計モジュールである。この電波時計１は、例えば腕時計の本体となるもので、小型の筐体に４０ｋＨｚや６０ｋＨｚの標準電波を受信するアンテナＡＮ１や受信回路が搭載されるため、良好な電波の受信状況を作り出すのに構造的に困難性を有している。

この電波時計１は、図１に示すように、装置の全体的な制御を行うマイクロコンピュータ２０と、マイクロコンピュータ２０のＣＰＵ（中央演算処理装置）が実行する制御データや制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）２７と、ＣＰＵに作業用のメモリ空間を提供するＲＡＭ２８と、複数の操作ボタンを有しユーザからの操作指令を入力する操作部２５と、時刻表示等を行う表示部２６と、標準電波を受信するアンテナＡＮ１と、標準電波からタイムコード信号を復調する受信回路部１０と、タイムコード信号からその秒同期点を検出する秒同期検出回路３０と、現在時刻の計時を行う計時回路部２３と、計時回路部２３および各部へ所定周期の発振信号を供給する水晶振動子などの発振回路部２４等を備えている。

ＲＯＭ２７には、例えば、所定タイミングで秒同期検出回路３０や受信回路部１０を動作させて秒同期点の検出やタイムコードの受信を行わせる制御プログラムや、受信回路部１０により復調されたタイムコード信号から各データパルスを判別して現在時刻を読み出す制御プログラムなどが格納されている。また、タイムコードから現在時刻を読み出した場合に計時回路部２３で計時されている時刻の修正等を行う制御プログラムなども格納されている。

マイクロコンピュータ２０には、種々の演算処理を実行するＣＰＵのほか、受信回路部１０から送られてくるタイムコード信号を所定のサンプリング周波数で２値化して取り込む図示略のコンパレータ（或いはＡＤコンバータ）などが備わっている。

図１の秒同期検出回路３０は、受信回路部１０の検波出力を受けて、タイムコードを構成する各データパルスの立ち上がり点を秒同期点として検出するものである。秒同期検出回路３０は、例えば、検波回路１５から出力されるタイムコード信号の立ち上がりタイミングを複数回分検出し、この複数回の検出タイミングが１秒間隔で非常に揺らぎの少ないものである場合に、この検出タイミングを秒同期点として検出するように構成することができる。このような構成により、例えば、標準電波の受信状況が良好であるときに、タイムコードの秒同期点の検出を行うことが出来る。なお、受信状況が良好でない場合でも秒同期点の検出を行うことは可能であり、このような構成を実施形態の最後に幾つか例示する。

ここで、図１７を参照して日本のタイムコードについて簡単に説明する。図１７はタイムコードの一例を示すデータチャートである。

タイムコードは、１秒ごとに１個のデータパルスが配され、６０秒で１フレームとなるデータ構成である。データパルスは、フレーム位置やデータ区切りの位置を表わすＭ信号およびＰ信号（図１７中、Ｍ，Ｐ０〜Ｐ５で示す）と、データ値を表わす０信号および１信号とから構成される。データパルスの種類はそのパルス幅により識別され、Ｍ信号およびＰ信号は０．２秒のパルス幅、１信号は０．５秒のパルス幅、０信号は０．８秒のパルス幅を有するものと定義されている。また、各データパルスは、秒の開始点（秒同期点）にパルスが立ち上がるように設定されており、これにより現在時刻の秒が示されるようになっている。Ｍ信号とＰ信号とは、１フレームのタイムコード中の所定の位置に配されており、Ｍ信号や１個のＰ信号が検出されれば、それ以降にＭ信号やＰ信号が受信されるタイミングは既知のものとなる。そして、このＭ信号とＰ信号との間に配された１信号と０信号との並びにより年月日時分のデータやデータパリティなどが表わされるようになっている。

図２には、受信回路部１０の構成を表わした回路ブロック図を示す。

受信回路部１０は、図２に示すように、アンテナＡＮ１から受信した標準電波を増幅する高周波アンプ１１と、受信信号を中間周波数に変換するミキサー１２および局部発振器１３と、この変換後の信号を増幅するＩＦアンプ１４と、この信号からタイムコード信号を検波する検波回路１５と、検波されたタイムコード信号のノイズ成分を除去するローパスフィルタ１６と、タイムコード信号の一部分を強制的に所定レベルの信号に加工する信号加工回路１７と、信号加工回路１７の動作タイミングを制御するタイミングコントローラ１８等から構成される。検波回路１５からは高周波アンプ１１とＩＦアンプ１４へ増幅率を制御する自動ゲイン制御信号が出力されて、受信信号のゲイン調整が図られている。

ローパスフィルタ１６は、受信するタイムコード信号のデータレートと比較して時定数の大きなものに設定されている。例えば、そのカットオフ周波数は、タイムコード信号の個々のデータパルスの送信周波数（１Ｈｚ）の５倍以下（例えば５Ｈｚ〜１Ｈｚ、好ましくは３Ｈｚ〜２Ｈｚ）に設定されている。このようなローパスフィルタ１６を適用することで、検波したタイムコード信号に多大なノイズが混入されている場合でも、このようなノイズを平均化して大幅に除去することが可能となる。また、時定数の大きなローパスフィルタ１６により、タイムコード信号の本来の波形をなまらせるという不都合も生じるが、信号加工回路１７によって信号波形が部分的に修正されることで、この波形のなまりが及ぼす全体的な影響が低減されるようになっている。

図３には、信号加工回路１７とその周辺を詳細に表わした回路ブロック図を示す。

信号加工回路１７は、例えば、前段の回路から送られてくるタイムコード信号を通過或いは遮断するスイッチＳＷ１と、タイムコード信号を遮断した際に出力端子にローレベルの電圧を供給したりハイレベルの電圧を供給したりするスイッチＳＷ２，ＳＷ３等から構成される。スイッチＳＷ２の一端側はローレベルの電圧点１７１に接続され、スイッチＳＷ３の一端側はハイレベルの電圧点１７２に接続されている。これらのスイッチＳＷ１〜ＳＷ３は、例えばＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタから構成され、半導体チップ上に集積可能なものである。

タイミングコントローラ１８は、例えば、発振回路部２４の発振信号を受けてこれをカウントするカウンタ１８Ａから構成される。このカウンタ１８Ａは、カウント値が１．０秒を示す値になった場合に、自己にリセット信号を出力するように構成され、それにより、０．０秒から１．０秒までの計数が繰り返し行われるようになっている。また、カウンタ１８Ａには、マイクロコンピュータ２０からもリセット信号が入力可能にされ、マイクロコンピュータ２０の制御によってカウント動作の開始タイミングをタイムコードの秒同期点に合わせることが可能にされている。

また、このカウンタ１８Ａは、その計数値に応じてスイッチＳＷ１〜ＳＷ３をオン・オフする制御信号を出力するように構成されている。例えば、計数値が０．２〜０．８秒にあるときにはスイッチＳＷ１を接点ａ（前段の回路側）に切り換え、計数値が０．８〜０．２秒にあるときにスイッチＳＷ１を接点ｂ（スイッチＳＷ２，ＳＷ３側）に切り換える。また、計数値が０〜０．２秒にあるときにスイッチＳＷ３をオンさせる制御信号と、計数値が０．８〜１．０秒にあるときにスイッチＳＷ２をオンさせる制御信号を出力するようになっている。

次に、上記実施形態の受信回路部１０の動作について説明する。

図４は、タイムコードを構成する複数種類のデータパルスの正確な波形を示した波形図である。図４（ａ）はＰ信号またはＭ信号の波形、（ｂ）は１信号の波形、（ｃ）は０信号の波形である。

図５は、多大なノイズが混入されたタイムコード信号に信号加工回路を作用させた場合に得られる信号波形の一例を示した波形図である。図５（ａ）はＰ信号またはＭ信号の波形、（ｂ）は１信号の波形、（ｃ）は０信号の波形である。

図６は、ローパスフィルタ１６のカットオフ周波数を低く設定した場合に受信回路部１０から出力される信号波形と、この信号をマイクロコンピュータ２０内で２値化した後のデータ信号とを示す波形図である。図６（ａ−１），（ａ−２）はＰ信号またはＭ信号の波形、（ｂ−１），（ｂ−２）は１信号の波形、（ｃ−１），（ｃ−２）は０信号の波形である。

図４に示されるように、タイムコードを構成する三種類のデータパルスは、秒同期点を基準に０．０〜０．２秒の期間には何れもハイレベルとなり、０．８〜１．０秒の期間には何れもローレベルとなる。

そこで、信号加工回路１７は、検波回路１５によって検波されたタイムコード信号に対して、秒同期点から０．２秒の期間にタイムコード信号を強制的にハイレベルの信号に置き換え、０．８〜１．０秒の期間にタイムコード信号を強制的にローレベルの信号に置き換えるように動作する。

すなわち、マイクロコンピュータ２０が秒同期検出回路３０を動作させて、秒同期点の検出がなされたら、この検出タイミングに同期させてタイミングコントローラ１８のカウンタ１８Ａをリセットする。これにより、カウンタ１８Ａでは、タイムコードの秒同期点に同期して０．０秒から１．０秒の計時が繰り返し実行される。そして、カウンタ１８Ａからその計数値に応じて信号加工回路１７のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を切り換える制御信号が出力されることで、上記のような強制的な信号の置き換えが行われる。

図５に示されるように、タイムコード信号に多大なノイズが混入している場合でも、上述の信号加工回路１７の作用により、必ずハイレベルまたはローレベルとなる期間には、ノイズのない正確なタイムコード信号の波形に修正される。なお、図５の信号波形は、信号加工回路１７の作用を説明するために、受信回路部１０のローパスフィルタ１６の影響を省いた波形を示したものである。

さらに、受信回路部１０のローパスフィルタ１６により、検波されたタイムコード信号に含まれる高周波ノイズが平均化されて除去されるので、受信回路部１０から出力されるタイムコード信号は、図６（ａ−１），（ｂ−１），（ｃ−１）に示すように、０．２〜０．８秒の区間もなだらかな信号となる。そして、このような信号をマイクロコンピュータ２０のコンパレータ等により２値化することで、図６（ａ−２），（ｂ−２），（ｃ−２）に示すような、正確なタイムコード信号に近いパルス波形を得ることが出来る。ここで得られるＭ信号やＰ信号のデータパルス（図６（ａ−２））、並びに、１信号のデータパルス（図６（ｂ−２））は、時定数の大きなローパスフィルタ１６を通過していることで、ハイレベルからローレベルに切り換わるタイミングが本来のものより後方にずれてパルス幅が少し広がるが、３種類のデータパルスを識別する点で影響は少なく、従来の電波時計で行われているデータパルスの判別処理をそのまま適用しても、ほとんどのものでそのまま正確なデータパルスの判別を行うことが出来る。また、上記のようなパルス幅の広がりを盛り込んだ判別処理を行わせて、データパルスの正確な判別を行わせるようにしても良い。

以上のように、この実施の形態の電波受信装置（受信回路部１０、秒同期検出回路３０）によれば、タイムコードに多大なノイズが混入されている場合でも、時定数の大きなローパスフィルタを採用できるため、このローパスフィルタによりノイズを平均化してノイズの除去されたなだらかなパルス信号を得ることができる。また、時定数の大きなローパスフィルタを用いることで、本来のタイムコードの信号波形にもなまりが生じるところ、信号加工回路１７によって信号の０．０〜０．２秒と０．８秒〜１．０秒の範囲の信号波形を、本来のタイムコードの信号波形と同一になるように強制的に修正するので、テータパルスの判別処理で波形のなまりが及ぼす影響を低減させることができる。

その結果、電波が大きく減衰していたり多大なノイズが混入されている場合でも、正確な信号波形に近いタイムコード信号を再生して、総合的に、正確なタイムコードの判別がなされる確率を向上させることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、図２の受信回路部１０の構成では、時定数の大きなローパスフィルタ１６を信号加工回路１７と検波回路１５との間に設けているが、信号加工回路１７の後段にローパスフィルタ１６を設けるようにしても良い。この場合、信号加工回路１７により加工修正された正確な波形部分も後段のローパスフィルタ１６を通過する際にややなまってしまうが、波形の加工修正を行わないままローパスフィルタ１６を通過させた場合と比較して、信号のなまりは小さなものとなり、その影響も小さなものとなる。

［第２実施形態］
図７は、第２実施形態の電波時計における信号加工回路とその周辺を示す回路ブロック図である。

第２実施形態の電波時計は、その信号加工回路１７Ｂにおけるタイムコード信号の加工形態を第１実施形態のものと異ならせたものである。また、この第２実施形態では、ローパスフィルタ１６を信号加工回路１７Ｂの後段に配置している。

この実施の形態の信号加工回路１７Ｂは、タイムコード信号の波形においてハイレベルになることが決まっている期間と、ローレベルになることが決まっている期間の両方において、検波出力された信号波形を取り除いて、ともに所定レベルの信号に置き換えるようにしたものである。

信号加工回路１７Ｂは、図７に示すように、前段の回路から送られてくるタイムコード信号を通過或いは遮断するスイッチＳＷ１のみから構成されている。そして、タイミングコントローラ１８の制御によって、信号レベルが決まっていない０．２〜０．８秒の期間には接点ａ（前段の回路側）にスイッチＳＷ１が切り換えられて、検波回路１５からローパスフィルタ１６側へタイムコード信号を伝送する一方、信号レベルが決まっている０．０〜０．２秒と０．８〜１．０秒の期間には接点ｂ（例えばグランド電位側）にスイッチＳＷ１が切り換えられて、ローパスフィルタ１６側へ送られるタイムコード信号からこの期間の信号を取り除くようになっている。

図８には、第２実施形態の信号加工回路１７Ｂから出力されるタイムコード信号とマイクロコンピュータ２０で２値化された後のタイムコード信号の波形図を示す。図８（ａ−１）〜（ａ−３）はＰ信号またはＭ信号の波形、（ｂ−１）〜（ｂ−３）は１信号の波形、（ｃ−１）〜（ｃ−３）は０信号の波形である。

第２実施形態の構成によれば、例えば、多大なノイズが混入されたタイムコード信号が受信された場合に、信号加工回路１７Ｂの出力信号は、図８（ａ−１），（ｂ−１），（ｃ−１）に示されるように、信号レベルが決まっていない０．２〜０．８秒の期間にノイズの混入されたタイムコード信号が現われ、その他の期間は信号波形が削除されて例えばグランド電位に固定された信号となる。

そして、このような信号が時定数の大きなローパスフィルタ１６を通過することで、図８（ａ−２），（ｂ−２），（ｃ−２）に示されるように、信号を削除した期間はほぼ一定で、その他の期間は、ノイズ成分が大きく除去され、Ｍ，Ｐ信号、１信号、０信号の波形を大きくなまらせたような信号波形が得られる。

そして、このような信号がマイクロコンピュータ２０のコンパレータにより２値化されることで、図８（ａ−３），（ｂ−３），（ｃ−３）に示されるように、三種類のデータパルスを正確に識別することが可能なパルス信号を得ることができる。

なお、この実施形態の信号加工の方式においては、受信回路部１０から出力されるタイムコード信号は、信号を削除した期間（０．０〜０．２秒と０．８〜１．０秒）において、本来のタイムコード信号と異なる信号波形となりえる。そのため、後段の回路（例えばマイクロコンピュータ２０）でタイムコードの判別処理を行う際には、信号を削除した部分をパルス判別の材料としない判別処理方法を適用する必要があるという制限が生じる。また、タイムコード信号から秒同期を得ることが出来ないという制限も生じる。

以上のように、第２実施形態の電波受信装置（信号加工回路１７Ｂ，タイミングコントローラ１８）においても、パルス判別の処理に幾つかの制限が生じるものの、タイムコード信号に多大なノイズが混入している場合でも、各データパルスを十分に識別できる信号が得られ、それにより、受信状況の悪い場所でも正確なタイムコードの受信を行えるという効果が得られる。

［第３実施形態］
図９は、第３実施形態の電波時計における信号加工回路とその周辺を示す回路ブロック図である。

第３実施形態の電波時計は、タイミングコントローラ１８による信号波形の加工タイミング制御を、第１実施形態のものと異ならせたものである。具体的には、マイクロコンピュータ２０によるデータパルスの判別処理によってＭ信号やＰ信号が確認された後に、０信号か１信号のみが入力されるタイミングが判明するので、この期間において信号加工回路１７Ｃによる信号波形の加工期間を拡張するようにしたものである。

この実施形態のタイミングコントローラ１８は、リセット信号に加えて、マイクロコンピュータ２０から０１期間制御信号が入力可能に構成されている。この０１期間制御信号は、この信号が有効とされたときに、受信されるタイムコード信号が０信号又は１信号のみとなる期間であることを示すものである。

また、第３実施形態のカウンタ１８Ｃは、上記の０１期間制御信号の有無（有効／無効）により、信号加工回路１７ＣのスイッチＳＷ１，ＳＷ３に出力するスイッチ切換信号の出力タイミングが切り換わるようになっている。すなわち、０１期間制御信号が無効のときには、第１実施形態の場合と同様に、秒同期から０．０〜０．２秒、０．８〜１．０秒のタイミングでスイッチＳＷ１〜ＳＷ３をそれぞれ切り換えるようにされるが、０１期間制御信号が有効となった場合には、図９に示すように、秒同期から０．０〜０．５秒と０．８〜１．０秒の期間にスイッチＳＷ１を接点ｂ側に切り換え、０．５〜０．８秒の期間にはスイッチＳＷ１を接点ａ側に切り換えるような切換信号が出力されるように構成されている。また、同様に、０１期間制御信号が有効となった場合には、０．０〜０．５秒の期間にスイッチＳＷ３をオンに、０．８〜１．０秒の期間にスイッチＳＷ２をオンに、それぞれ切り換える切換信号が出力されるように構成されている。

また、この実施の形態の受信回路部１０においては、後段のマイクロコンピュータ２０は、Ｍ，Ｐ信号とそれ以外の信号の判別、ならびに、０信号と１信号との判別を個別に行うことができれば良く、Ｍ，Ｐ信号、０信号および１信号を一度に判別しなくても良いため、ローパスフィルタ１６の時定数を第１実施形態よりも大きめに設定して、ノイズの除去作用を大きくすることが可能な構成となっている。具体的には、この実施形態のローパスフィルタ１６は、そのカットオフ周波数を個々のデータパルスの送信周波数（１Ｈｚ）の３倍以下（例えば３Ｈｚ〜１Ｈｚ、好ましくは２Ｈｚ〜１Ｈｚ）に設定することが出来る。

第３実施形態の電波時計によれば、タイムコードの受信タイミングになると、マイクロコンピュータ２０により受信回路部１０がアクティブにされて受信動作が開始されるが、このとき、タイミングコントローラ１８に出力される０１期間制御信号は無効のままとされる。それにより、第１実施形態と同様の動作でタイムコード信号の受信処理が実行され、受信回路部１０からマイクロコンピュータ２０へタイムコード信号が送られて、マイクロコンピュータ２０の判別処理によりタイムコード信号中の各データパルスの判別が行われていく。

ここで、マイクロコンピュータ２０は、タイムコード信号中のＭ，Ｐ信号の判別を行う。マイクロコンピュータ２０では、受信したタイムコード信号中のＭ信号とＰ信号が確認できた段階で、その後の受信処理においてＭ信号やＰ信号が受信されるタイミングを予測することが可能となる。すなわち、図１７に示すように、タイムコード中、Ｍ信号は１フレーム中の最初の１秒の期間に配置され、Ｐ信号は１０秒間隔で設定されたデータ区切りの最後の１秒の期間に配置される。また、また、Ｍ信号とＰ信号がこの配置以外の箇所に現われることはない。従って、マイクロコンピュータ２０では、Ｍ，Ｐ信号の位置が確認されたら、０信号または１信号のみが受信される期間を確認することができる。次に、受信信号が０信号又は１信号に確定している期間の動作について説明する。

図１０には、第３実施形態の信号加工回路１７Ｃの出力とマイクロコンピュータ２０で２値化された後のタイムコード信号の波形図を示す。図１０（ａ−１），（ａ−２）は１信号の波形、（ｂ−１），（ｂ−２）は０信号の波形である。

マイクロコンピュータ２０は、０信号又は１信号のみが受信されると確認された期間において、カウンタ１８Ｃへ有効な０１期間制御信号を出力する。この０１期間制御信号が有効とされると、カウンタ１８Ｃは、上述した０．０〜０．５秒と０．８〜１．０秒のタイミングでのスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の切換制御を行う。そして、この切換制御により、図１０（ａ−１），（ｂ−１）に示されるように、０信号と１信号の何れもがハイレベルとなる０．０〜０．５秒の期間にはタイムコード信号が強制的にハイレベル信号に修正され、０信号と１信号の何れもがローレベルとなる０．８〜１．０秒の期間にはタイムコード信号が強制的にローレベル信号に修正される。

また、信号波形の加工がされない０．５〜０．８秒の期間は、時定数の大きなローパスフィルタ１６によりノイズが除去されて、本来の０信号と１信号の波形を大きくなまらせたような波形が現われる。

そして、このようなタイムコード信号がマイクロコンピュータ２０のコンパレータにより２値化されることで、図１０（ａ−２），（ｂ−２）に示すように、１信号はパルス幅が０．５〜０．８秒の中間程度の長さとなったパルス信号となり、０信号はパルス幅が０．８秒であるパルス信号となる。そして、マイクロコンピュータ２０の判別処理によって、これら０信号と１信号との判別が可能となる。

以上のように、この実施の形態の電波時計によれば、０信号又は１信号しか受信されないタイミングにおいては、０信号と１信号のみを対象として両方ともハイレベルとなる期間、並びに、両方ともローレベルとなる期間に信号波形の加工を行うので、データ判別の確度がより向上して、電波状態の悪い場所でのタイムコードの受信をより正確に行うことが可能となる。

［秒同期検出回路のその他の実施形態１］
以下、電波の受信状況が悪い場合でもタイムコードの秒同期点の検出を行うことが可能となる秒同期検出回路３０のその他の実施形態について説明する。

図１１は、電波の受信状況が不良な場合でも対応可能な秒同期検出回路３０Ａの第１実施形態を示すブロック図である。

この秒同期検出回路３０Ａは、タイムコード信号を入力して予め設定されている時間分の遅延を信号に及ぼして出力する複数の遅延素子４０−１〜４０−ｎと、これら複数の遅延素子４０−１〜４０−ｎの出力を合成する加算器４２から構成されるものである。

複数の遅延素子４０−１〜４０−ｎは、各々の遅延時間が１秒、２秒、３秒・・・、ｎ秒と、１秒単位で異なるように設定されている。１秒とはタイムコード中の個々のデータパルスの送信周期の長さである。

加算器４２は、各遅延素子４０−１〜４０−ｎを経て出力される各信号を、振幅を足し合わせる形式で合成するものである。なお、加算器４２は、各信号の振幅を足し合わせてなる合成信号をそのまま出力する形式としても良いし、この合成信号の振幅を一定の比率で縮小した合成信号を出力する形式としても良い。

図１２には、この秒同期検出回路３０Ａの作用を説明する図を示す。

上記構成の秒同期検出回路３０Ａによれば、図１２（ｂ）に示すように、検波回路１５からのノイズの混入されたタイムコード信号が入力された場合に、このタイムコード信号の１秒ずつずれた各区間の信号波形が加算器４２で足し合わされて、次のような合成信号が生成される。すなわち、タイムコード信号に混入されたノイズ成分が複数回分足し合わされて平均化されることにより、ノイズ成分が除去されたタイムコード信号を合成した信号と同様の波形となる。このノイズ成分が除去されたタイムコード信号は、図４（ａ）に示すように、１秒ごとに立ち上がりを有するパルス波形であるので、上記の合成信号は、１秒区間内の所定のタイミングで急峻な立ち上がりＳＵ０を有する信号波形となる。

従って、上記のような合成信号がマイクロコンピュータ２０に入力されることで、この合成信号の立上り点ＳＵ０を秒同期点としてマイクロコンピュータ２０により検出させることができる。

［秒同期検出回路のその他の実施形態２］
図１３は、電波の受信状況が不良な場合でも秒同期点の検出が可能な秒同期検出回路３０Ｂの第２実施形態を示すブロック図、図１４は、図１３のサンプル加算回路４３−ｘの詳細を示す回路ブロック図である。

この実施形態の秒同期検出回路３０Ｂは、ｍ個のサンプル加算回路４３−１〜４３−ｍと、これらサンプル加算回路４３−１〜４３−ｍの各出力を所定の手順で比較する比較回路４４等から構成されるものである。

図１４に示すように、各サンプル加算回路４３−ｘは、１秒間隔で入力されるラッチクロックＣＬに基づいて入力電圧をホールドするサンプルホールド回路４３１と、このサンプルホールド回路４３１の出力と検波回路１５から入力されるタイムコード信号の振幅レベルとを加算する加算回路４３２とから構成される。ラッチクロックＣＬは、各サンプル加算回路４３−１〜４３−ｍにそれぞれ１秒サイクルで入力されるが、全てのサンプル加算回路４３−１〜４３−ｍに同時に入力されるのではなく、各々のサンプル加算回路４３−１〜４３−ｍで僅かな時間間隔をずらして入力されるようになっている。例えば、サンプル加算回路がｍ個ある場合には、これらのサンプル加算回路４３−１〜４３−ｍに１／ｍ秒ずつずらしてラッチクロックＣＬが順に入力されるように構成する。

図１５には、図１３の秒同期検出回路３０Ｂの作用を説明する図を示す。

上記のような構成により、例えば１番目のサンプル加算回路４３−１には、１秒周期中任意の位相タイミングＳＡ１でのタイムコード信号の振幅が１秒ごとに繰り返し積算されることとなる。また、２番目のサンプル加算回路４３−２には、上記の位相タイミングＳＡ１より１／ｍ秒進んだ位相タイミングＳＡ２におけるタイムコード信号の振幅が１秒ごとに繰り返し積算されることとなる。そして、このように１秒周期中の各位相タイミングＳＡ１，ＳＡ２〜ＳＡｍにおける信号振幅の積算がｍ個のサンプル加算回路４３−１〜４３−ｍにおいてそれぞれ行われる。

したがって、これらｍ個のサンプル加算回路４３−１〜４３−ｍの出力電圧Ｏｕｔ１〜Ｏｕｔｍにより、タイムコード信号を１秒間隔で複数回足し合わせた信号波形のサンプリングデータが表わされることとなる。例えば、１０個のサンプル加算回路４３−１〜４３−１０を設けて、３０秒間タイムコード信号の加算処理を行った場合、サンプル加算回路４３−１〜４３−１０の出力電圧Ｏｕｔ１〜Ｏｕｔ１０は、タイムコード信号を１秒間隔で３０回合成してなる合成信号を０．１秒間隔でデータサンプリングしてみた振幅データを表わしたものとなる。すなわち、図１２で示した合成信号を、０．１秒間隔でデータサンプリングしたデータと同値となり、この出力電圧Ｏｕｔ１〜Ｏｕｔ１０から合成信号の立上り点ＳＵ０を見つけることで秒同期点を検出することが可能となる。

比較回路４４は、出力電圧Ｏｕｔ１〜Ｏｕｔｍのうち隣合う２つの出力電圧の比較をそれぞれ行って、この電圧差が所定値を超える位相タイミングを割り出すものである。例えば、出力電圧Ｏｕｔ１と出力電圧Ｏｕｔ２の比較、出力電圧Ｏｕｔ２と出力電圧Ｏｕｔ３の比較というように各組の比較を全組について行う。また、最後のサンプル加算回路４３−ｍの出力電圧Ｏｕｔｍについては、最初のサンプル加算回路４３−１の出力電圧Ｏｕｔ１との比較を行う。そして、これらの比較により電圧差が所定値を超える位相タイミングがあれば、その位相タイミングが合成信号の立上り点ＳＵ０（図１２参照）の存在するタイミングであるとみなして、これを秒同期点の検出タイミングとしてマイクロコンピュータ２０へ出力する。

［秒同期検出回路のその他の実施形態３］
図１６は、電波の受信状況が不良な場合でも秒同期点を検出可能な秒同期検出回路の第３実施形態を示すブロック図である。

この実施形態の秒同期検出回路３０Ｃは、第２実施形態で示した複数のサンプル加算回路４３−１〜４３−ｍでの信号振幅の積算処理を、マイクロコンピュータ２０内のソフトウェア処理により実行させるようにしたものである。

そのため、この実施形態の秒同期検出回路３０Ｃでは、ハードウェアとしての秒同期検出回路３０は省略され、その代わりに検波回路１５の出力信号をＡＤコンバータ４７に出力する。ＡＤコンバータ４７は、例えば、０．１秒間隔など、個々のデータパルスの送信周期（１秒）を複数に分割した時間間隔でデータサンプリングを行うように構成される。

さらに、マイクロコンピュータ２０のソフトウェア処理により、ｍ個の積算処理部４５−１〜４５−ｍで図１３のサンプル加算回路４３−１〜４３−ｍと同様の積算処理を行い、比較処理部４６で図１３の比較回路４４と同様の比較処理を行って、合成信号の波形の立上り点を検出するように構成する。図１６中の積算処理部４５−１〜４５−ｍと比較処理部４６は、マイクロコンピュータ２０のＣＰＵにより実現されるソフトウェア機能ブロックを示したものである。

このような構成によっても、図１３の秒同期検出回路３０Ｂと同様の処理動作がマイクロコンピュータ２０によって実行され、ノイズの混入されたタイムコード信号から秒同期点を検出することが可能となる。

なお、本発明の電波受信装置および電波時計は、上述した実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、上記実施形態では、識別対象のデータパルスで信号レベルが確定している期間の全てにおいて、信号波形を加工するように構成しているが、例えば、信号レベルが確定している期間の一部分のみ信号波形の加工を行うようにしても良いし、信号レベルが確定している期間を少しはみ出して信号波形の加工を行うようにしても良い。例えば、０．０〜０．２秒で信号レベルが確定している場合、０．０〜０．１８秒の範囲で信号波形の加工を行うようにしたり、０．０〜０．２２秒の範囲で信号波形の加工を行うようにしてもデータパルスの正確な判別にさほど影響を与えない。

また、図１８に、各国のタイムコードを構成するデータパルスの説明図を示すように、各国でデータパルスのフォーマットが異なる場合でも、各国のフォーマットに応じて本発明を同様に適用することが可能である。図１８中、（ａ）は日本、（ｂ）はアメリカ、（ｃ）はドイツ、（ｄ）はスイス、（ｅ）はイギリスのデータパルスの種類を示すものである。例えば、図１８（ａ）の日本のフォーマットではパルスの立上エッジが秒同期点に設定されているが、他国のフォーマットに適用する場合にはパルスの立下エッジを秒同期点に設定して処理するようにすれば良い。また、信号波形を加工する処理も各国のフォーマットに合わせて適宜加工期間を設定変更することで同様に適用可能である。

その他、実施の形態で示した細部構成および方式は、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

この実施形態の電波時計の全体構成を示すブロック図である。 図１の受信回路部の構成を示す回路ブロック図である。 図２の信号加工回路とその周辺を詳細に示した回路ブロック図である。 タイムコードを構成する複数種類のデータパルスの正確な波形を示した波形図である。 多大なノイズが混入されたタイムコード信号に信号加工回路を作用させた場合に得られる信号波形の一例を示した波形図である。 ローパスフィルタのカットオフ周波数を低く設定した場合に受信回路部から出力される信号波形と、この信号をマイクロコンピュータ内で２値化した後のデータ信号とを示す波形図である。 第２実施形態の電波時計における信号加工回路とその周辺を示す回路ブロック図である。 第２実施形態の信号加工回路から出力されるタイムコード信号とマイクロコンピュータで２値化された後のタイムコード信号を示した波形図である。 第３実施形態の電波時計における信号加工回路とその周辺を示す回路ブロック図である。 第３実施形態の受信回路部の出力とマイクロコンピュータで２値化された後のタイムコード信号を示した波形図である。 電波の受信状況が不良の場合でも秒同期点の検出が可能な秒同期検出回路の第１実施形態を示すブロック図である。 図１１の秒同期検出回路の作用を表わした説明図である。 電波の受信状況が不良な場合でも秒同期点の検出が可能な秒同期検出回路の第２実施形態を示すブロック図である。 図１３のサンプル加算回路の詳細を示す回路ブロック図である。 図１３の秒同期検出回路の作用を表わした説明図である。 電波の受信状況が不良な場合でも秒同期点の検出が可能な秒同期検出回路の第３実施形態を示すブロック図である。 タイムコードの一例を示すデータチャートである。 各国のタイムコードを構成するデータパルスの一例を示す波形図であ

符号の説明

１ 電波時計
１０ 受信回路部
１１ 高周波アンプ
１２ ミキサー
１３ 局部発振器
１４ ＩＦアンプ
１５ 検波回路
１６ ローパスフィルタ
１７ 信号加工回路（信号加工手段）
１７Ｂ，１７Ｃ 信号加工回路
ＳＷ１〜ＳＷ３ スイッチ
１８ タイミングコントローラ
１８Ａ カウンタ
１８Ｂ，１８Ｃ カウンタ
２０ マイクロコンピュータ
２４ 発振回路部
３０ 秒同期検出回路

Claims (8)

1. 電波を受信して該電波に含まれるタイムコード信号を復調する電波受信装置であって、
   前記タイムコードを構成するデータパルスは、当該タイムコードのデータ区切の位置を表わすポジションパルスと、当該タイムコードのデータ値を表わす複数種類の数値パルスからなり、
   前記タイムコード信号の秒同期点を検出する秒同期検出手段と、
   検波されたタイムコード信号の一部を信号レベルに拘らずに所定レベルの信号に置き換える波形加工手段と、
   前記秒同期検出手段の秒同期点の検出に基づき周期的な秒同期のタイミングから時間計測を行って所定タイミングに前記波形加工手段を動作させるタイミング制御手段と、
   前記波形加工手段を通過したタイムコード信号を受けて該タイムコード信号中のデータパルスの判別を行うデータ判別手段と、を備え、
   前記タイミング制御手段は、
   前記データ判別手段が前記ポジションパルスを判別した後、前記数値パルスが受信される期間においては、
   前記複数種類の数値パルスがともにハイレベルとなる期間に前記波形加工手段により前記タイムコード信号の一部をハイレベル信号に置き換え、
   前記複数種類の数値パルスがともにローレベルとなる期間に前記波形加工手段により前記タイムコード信号の一部をローレベル信号に置き換えることを特徴とする電波受信装置。
2. 前記波形加工手段は、
   検波されたタイムコード信号の一部をローレベル信号とハイレベル信号とに置き換えることが可能にされ、
   前記タイミング制御手段は、
   タイムコードを構成する何れのデータパルスであっても必ずハイレベルとなる期間に、前記波形加工手段により前記タイムコード信号の一部をハイレベル信号に置き換え、
   タイムコードを構成する何れのデータパルスであっても必ずローレベルとなる期間に、前記波形加工手段により前記タイムコード信号の一部をローレベル信号に置き換えることを特徴とする請求項１記載の電波受信装置。
3. 前記タイミング制御手段は、
   前記秒同期のタイミングより０．０〜０．２秒の期間に前記波形加工手段により信号をハイレベル信号に置き換え、
   前記秒同期のタイミングより０．８〜１．０秒の期間に前記波形加工手段により信号をローレベル信号に置き換えることを特徴とする請求項２記載の電波受信装置。
4. 前記波形加工手段より前段に設けられ受信した電波からタイムコード信号の検波を行う検波回路と、
   前記検波回路と前記波形加工手段との間、或いは、前記波形加工手段の後段に設けられたローパスフィルタと、
   を備え、
   前記ローパスフィルタは、
   カットオフ周波数が、前記タイムコードを構成する個々のデータパルスの送信周波数の５倍以下の周波数に設定されていることを特徴とする請求項１記載の電波受信装置。
5. 前記タイミング制御手段は、
   前記ポジションパルスが判別された後、前記数値パルスが受信される期間において、
   前記秒同期のタイミングから０．０秒〜０．５秒の期間に前記波形加工手段により信号をハイレベル信号に置き換え、
   前記秒同期のタイミングから０．８秒〜１．０秒の期間に前記波形加工手段により信号をローレベル信号の置き換えることを特徴とする請求項１記載の電波受信装置。
6. タイムコード信号の検波回路と前記波形加工手段との間、或いは、前記波形加工手段の後段にローパスフィルタが設けられ、
   前記ローパスフィルタのカットオフ周波数が、前記タイムコードを構成する個々のデータパルスの送信周波数の３倍以下の周波数に設定されていることを特徴とする請求項１記載の電波受信装置。
7. 前記波形加工手段は、
   検波されたタイムコード信号の一部を除去するように構成され、
   前記タイミング制御手段は、
   識別対象となっている複数のデータパルスの何れもが必ず所定レベルとなる期間に、前記波形加工手段により前記タイムコード信号の一部を除去させることを特徴とする請求項１記載の電波受信装置。
8. 請求項１〜７の何れか１項に記載の電波受信装置を搭載し、
   前記電波受信装置により受信されたタイムコード信号に基づいて時刻修正を行うように構成されていることを特徴とする電波時計。

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