JP6569961B2 - 低消費電力信号受信回路及び信号受信システムの節電方法 - Google Patents

低消費電力信号受信回路及び信号受信システムの節電方法 Download PDF

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Description

本発明は、受信機の分野に関し、更に詳しくは、低消費電力信号受信回路及び信号受信システムの節電方法に関する。
赤外線は不可視スペクトルによりデータを伝送する技術であり、その伝送範囲は約１０メートルである。現代社会において、リモートコントロール分野で広く使用されており、例えば、テレビやリモコンカー等に使用されている。一般的な赤外線受信モジュール（ＩＲ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｍｏｄｕｌｅ）はバッテリー装置にはあまり使用されておらず、使用されていても、通常はスリープ状態から回復させるための物理キーを有している。その原因は、赤外線受信モジュールの待機電流（ｓｔａｎｄｂｙ ｃｕｒｒｅｎｔ）が通常あまり低くないことにある。
図１は一般に使用される赤外線受信モジュールＴＬ１８３８の仕様書を示す。記号１０１は信号がない時の電流を示す。図２は一般に使用される赤外線受信モジュール２０６０ＳＭＢの仕様書を示す。記号２０１は信号がない時の電流を示す。図１及び図２から分かるように、常用される赤外線受信モジュールは、信号がない時には、その動作電流が通常数百ｕＡにも上る。
赤外線受信モジュールで低消費電力を達成させる場合、約２００ｕＡの電流を有するシャープ（Ｓｈａｒｐ）のモジュール等の低消費電力赤外線受信モジュールを選択することもできるが、但しコストが高い。また、設計者は相補型金属酸化膜半導体を選択して赤外線受信回路を自分で構築することもできるが、しかしながら、この方式は生産に不向きである。
そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的設計で上記の課題を効果的に改善する本発明の提案に到った。
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものである。上記課題解決のため、本発明は、マイクロプロセッサー及び信号受信回路の節電効果を同時に達成させる低消費電力信号受信回路及び信号受信システムの節電方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の低消費電力信号受信回路は、信号受信モジュールと、断続起動モジュールと、マイクロプロセッサーと、ウェイクアップ回路とを備える。信号受信モジュールは電源端及び信号出力端を含む。断続起動モジュールは、イネーブル信号を前記信号受信モジュールの電源端に出力させるための出力端を具備する。イネーブル信号が有効化されると、信号受信モジュールが起動される。マイクロプロセッサーは入出力ポート及びウェイクアップポートで構成され、マイクロプロセッサーの入出力ポートは信号受信モジュールの信号出力端に接続され、信号受信モジュールの信号出力端から出力された信号に基づいてデコードを行う。ウェイクアップ回路は第１入力端と、第２入力端と、出力端とを備え、ウェイクアップ回路の第１入力端は信号受信モジュールの信号出力端に接続され、ウェイクアップ回路の第２入力端は断続起動モジュールの出力端に接続され、ウェイクアップ回路の出力端は前記マイクロプロセッサーのウェイクアップポートに接続される。マイクロプロセッサーがスリープモードにあり、且つ断続起動モジュールから出力されたイネーブル信号が有効化されると、ウェイクアップ回路は信号受信モジュールから出力された信号が第１入力端により受信されたか否かの判断を下す。ウェイクアップ回路の第１入力端により信号が受信された場合、マイクロプロセッサーがスリープモードから回復する。
本発明の好ましい実施形態に係る低消費電力信号受信回路によれば、上述の信号受信モジュールは赤外線受信モジュールを備え、赤外線受信モジュールは信号出力端と、電源端と、接地端とを含む。赤外線受信モジュールの接地端はコモン電圧に接続される。また、ウェイクアップ回路は第１トランジスタ及びインピーダンス素子を更に備える。第１トランジスタはベースと、エミッタと、コレクタとを具備し、第１トランジスタのベースは信号受信モジュールの信号出力端及びウェイクアップ回路の第１入力端に接続され、第１トランジスタのエミッタは信号受信モジュールの電源端及びウェイクアップ回路の第２入力端に接続され、第１トランジスタのコレクタはウェイクアップ回路の出力端に接続される。インピーダンス素子は第１端及び第２端からなり、インピーダンス素子の第１端は第１トランジスタのコレクタ及びウェイクアップ回路の出力端に接続され、インピーダンス素子の第２端はコモン電圧に接続される。
本発明の好ましい実施形態に係る低消費電力信号受信回路によれば、上述のインピーダンス素子は抵抗器及びコンデンサを備える。抵抗器は第１端及び第２端を含み、抵抗器の第１端は第１トランジスタのコレクタ及び前記ウェイクアップ回路の出力端に接続され、抵抗器の第２端はコモン電圧に接続される。コンデンサは第１端及び第２端からなり、コンデンサの第１端は第１トランジスタのコレクタ及びウェイクアップ回路の出力端に接続され、コンデンサの第２端は前記コモン電圧に接続される。
本発明の好ましい実施形態に係る低消費電力信号受信回路によれば、上述の断続起動モジュールによりパルス幅変調信号が出力される。前記パルス幅変調信号が第１状態にある場合、前記信号受信モジュールが起動され、前記パルス幅変調信号が第２状態にある場合、前記信号受信モジュールが終了される。前記パルス幅変調信号の第１状態及び第２状態の時間比が調整されることにより前記信号受信モジュールの消費電力が調整される。
また、本発明の好ましい実施形態に係る信号受信システムの節電方法は、信号受信モジュールが提供されるステップと、マイクロプロセッサーがスリープ状態にある場合、前記信号受信モジュールの起動及び終了が断続的に行われるステップと、前記信号受信モジュールが起動されると、前記信号受信モジュールにより信号が受信されたか否かが検知されるステップと、前記信号受信モジュールにより信号が受信された場合、前記マイクロプロセッサーがスリープから回復し、且つ受信された信号に対するデコードが行われるステップとを含む。また、好ましい実施形態において、信号受信モジュールは赤外線受信モジュールである。
本発明の特徴は信号受信モジュール以外に断続起動モジュールが更に増設されている点である。マイクロプロセッサーがスリープ状態にある場合、上述の信号受信モジュールが断続的に起動され、且つ回路の設計によりマイクロプロセッサーがスリープ状態から回復するように設計されている。信号起動モジュールが断続的に起動され、信号が受信されると、即マイクロプロセッサーが起動され、且つ信号の受信及びデコードが開始される。これにより、信号受信モジュールが断続的に起動されるため節電になるほか、マイクロプロセッサーが信号を受信していない場合には節電効果が達成される。
一般に使用される赤外線受信モジュールＴＬ１８３８の仕様書を示す。 一般に使用される赤外線受信モジュール２０６０ＳＭＢの仕様書を示す。 本発明の好ましい実施態様に係る低消費電力信号受信回路を示す回路ブロック図である。 本発明の好ましい実施形態によるイネーブル信号ＰＷを示す波形図である。 本発明の好ましい実施態様に係る低消費電力信号受信回路を示す回路図である。 本発明の好ましい実施態様に係る低消費電力信号受信回路を示す動作波形図である。 本発明の好ましい実施形態に係るウェイクアップパルス列を示す波形図である。 本発明の好ましい実施態様に係る低消費電力信号受信回路を示す回路ブロック図である。 本発明の好ましい実施形態による信号受信システムの節電方法を示すフローチャートである。
以下、図面を参照して本発明に係る低消費電力信号受信回路及び信号受信システムの節電方法の実施形態について説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。
（実施形態）
以下に、図１〜９を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。図３は本発明の好ましい実施態様に係る低消費電力信号受信回路を示す回路ブロック図である。低消費電力信号受信回路は、信号受信モジュール３０１と、断続起動モジュール３０２と、マイクロプロセッサー３０３と、ウェイクアップ回路３０４とを備える。信号受信モジュール３０１は、電源端ＰＷＲ及び信号出力端Ｏｕｔを含む。断続起動モジュール３０２は、イネーブル信号ＰＷを信号受信モジュール３０１の電源端ＰＷＲに出力するための出力端ＰＯを具備する。マイクロプロセッサー３０３は入出力ポートＩＯ及びウェイクアップポートＷＫで構成され、マイクロプロセッサー３０３の入出力ポートＩＯは信号受信モジュール３０１の信号出力端Ｏｕｔに接続され、信号受信モジュール３０１の信号出力端Ｏｕｔから出力された信号に基づいてデコードを行う。ウェイクアップ回路３０４は第１入力端ＩＮ１と、第２入力端ＩＮ２と、出力端ＷＯとを備える。ウェイクアップ回路３０４の第１入力端ＩＮ１は信号受信モジュール３０１の信号出力端Ｏｕｔに接続され、ウェイクアップ回路３０４の第２入力端ＩＮ２は断続起動モジュール３０２の出力端ＰＯに接続され、ウェイクアップ回路３０４の出力端ＷＯはマイクロプロセッサー３０３のウェイクアップポートＷＫに接続される。
先行技術において、信号受信モジュールは一般的には常態で起動される。本実施形態において、信号受信モジュール３０１は時分割で起動される。例えば、イネーブル信号ＰＷはパルスである。図４は本発明の好ましい実施形態によるイネーブル信号ＰＷを示す波形図である。イネーブル信号ＰＷが例えば５Ｖである場合、信号受信モジュール３０１の電源端ＰＷＲが５Ｖを受信させて起動される。イネーブル信号ＰＷが５Ｖから０Ｖに変わると、信号受信モジュール３０１の電源端ＰＷＲは電源が消失するため終了される。
本実施形態において、待機電力の節電の目的を更に達成させるために、マイクロプロセッサー３０３がスリープモードになる。本発明にはウェイクアップ回路３０４が更に使用されてマイクロプロセッサー３０３をスリープモードから回復させる。マイクロプロセッサー３０３がスリープモードにあり、且つ断続起動モジュール３０２から出力されたイネーブル信号が有効化されると、ウェイクアップ回路３０４は信号受信モジュール３０１から出力された信号が第１入力端により受信されたか否かの判断を下す。一般的には、信号受信モジュール３０１により信号が受信された場合、その信号出力端Ｏｕｔにより信号が出力される。ウェイクアップ回路３０４の第１入力端ＩＮ１により信号が受信されると、ウェイクアップ回路３０４はマイクロプロセッサー３０３をスリープ状態から回復させる。この際、断続起動モジュール３０２が終了され、マイクロプロセッサー３０３により信号受信モジュール３０１に対する給電が行われ、信号受信モジュール３０１が通常動作を維持させる。また、マイクロプロセッサー３０３による信号受信モジュール３０１の信号出力端Ｏｕｔの信号に対するデコードが開始される。
図５は本発明の好ましい実施態様に係る低消費電力信号受信回路を示す回路図である。本実施形態において、信号受信モジュール３０１が赤外線受信モジュール５０１である場合の実施形態を示す。断続起動モジュール３０２はパルス幅変調信号発生器５０２である。また、ウェイクアップ回路３０４はＰ型バイポーラトランジスタ５０３に第１抵抗器Ｒ１、第２抵抗器Ｒ２及び第１コンデンサＣ１が組み合わせられて実施される。
図６は本発明の好ましい実施態様に係る低消費電力信号受信回路を示す動作波形図である。ＰＷＭはパルス幅変調信号発生器５０２から出力されたパルスを示す。６０１は赤外線受信モジュール５０１が赤外線信号を未受信の場合に赤外線受信モジュール５０１の信号出力端ＩＲＯＵＴから出力される信号を示す。６０２は赤外線受信モジュール５０１が赤外線信号を未受信の場合にＰ型バイポーラトランジス５０３のコレクタ（ウェイクアップ回路３０４）から出力される信号を示す。６０３は赤外線受信モジュール５０１が赤外線信号を受信した場合に赤外線受信モジュール５０１の信号出力端ＩＲＯＵＴから出力される信号を示す。６０４は赤外線受信モジュール５０１が赤外線信号を受信した場合にＰ型バイポーラトランジス５０３のコレクタ（ウェイクアップ回路３０４）から出力される信号を示す。
マイクロプロセッサー３０３がスリープ状態にある場合、パルス幅変調信号発生器５０２による赤外線受信モジュール５０１の電源端ＰＷＲに対する５ＶのパルスＰＷＭの出力が開始される。この際、赤外線受信モジュール５０１はパルスＰＷＭがロジック高電圧を有する場合に起動され、且つ赤外線受信モジュール５０１はパルスＰＷＭがロジック低電圧を有する場合に終了される。このため、赤外線受信モジュール５０１はパルスＰＷＭがロジック高電圧を有する場合のみ電力を消費する。例えば、パルスＰＷＭがロジック高電圧を有する場合、赤外線受信モジュール５０１により信号が受信されず、この際、赤外線受信モジュール５０１の信号出力端ＩＲＯＵＴにより高電圧パルスが出力される（例えば、図６に示す波形６０１）。Ｐ型バイポーラトランジスタ５０３のベースが赤外線受信モジュール５０１の信号出力端ＩＲＯＵＴに接続されることにより、Ｐ型バイポーラトランジスタ５０３のエミッタがコレクタに接続されなくなり、マイクロプロセッサー３０３のウェイクアップポートＷＫが低電圧状態に維持され、よってマイクロプロセッサー３０３もスリープ状態に維持される。
例えば、パルスＰＷＭがロジック高電圧を有する場合、赤外線受信モジュール５０１により信号が受信され、この際、赤外線受信モジュール５０１の信号出力端ＩＲＯＵＴが起動され、先ずロジック高電圧が出力された後、ロジック低電圧が出力される（例えば、波形６０３として示す）。Ｐ型バイポーラトランジスタ５０３のベースが赤外線受信モジュール５０１の信号出力端ＩＲＯＵＴに接続されることにより、Ｐ型バイポーラトランジスタ５０３のエミッタがコレクタに接続され、よってＰ型バイポーラトランジスタ５０３のコレクタによりロジック高電圧が出力される（例えば、波形６０４として示す）。マイクロプロセッサー３０３のウェイクアップポートＷＫにより高電圧が受電されることにより、マイクロプロセッサー３０３がスリープ状態から通常動作に変換される。この際、マイクロプロセッサー３０３により赤外線受信モジュール５０１の電源端ＰＷＲに対する正常な給電が行われ、且つ赤外線受信モジュール５０１の信号出力端ＩＲＯＵＴから出力された信号に対するデコードが開始される。
図６から分かるように、パルス幅変調信号発生器５０２から出力されたパルスのデューティサイクルが低くなるほど、赤外線受信モジュール５０１の平均消費電力が低くなる。但し、赤外線受信モジュール５０１自体の出力及び入力が５００ｕｓ〜１０００ｕｓの遅延時間を有するため、パルス幅変調信号発生器５０２から出力されるパルスのデューティサイクルの設計では、上述の遅延時間より長くする必要がある。また、マイクロプロセッサー３０３のスリープ状態からの回復を成功させるため、発信端から発信される赤外線発射信号には好ましくはウェイクアップパルス列（ｗａｋｅｕｐ ｐｕｌｓｅ ｔｒａｉｎ）が加えられる。図７は本発明の好ましい実施形態に係るウェイクアップパルス列を示す波形図である。ウェイクアップパルス列７０１の発射時間は設計上、好ましくはパルスＰＷＭの周期より長くする必要があり、理想的には、ウェイクアップパルス列７０１の時間ＴｗがパルスＰＷＭの周期の１．５〜２倍に設計される。マイクロプロセッサー３０３のスリープ状態からの回復が成功した後、マイクロプロセッサー３０３は残りの赤外線信号に対するデコードを行う。
出願者はＴＬ１８３８の実測を行った。パルス幅変調信号のデューティサイクルが２４／２５５に設定されると、パルス幅変調信号のロジック高電圧時間が７５０ｕｓとなり、実測の後、システム全体の消費電流が７２ｕＡとなった。パルス幅変調信号のデューティサイクルが持続的に短縮され、パルス幅変調信号のロジック高電圧時間が６００ｕｓより短くなると、赤外線受信モジュール５０１が出力させなくなる。出願者は上述の実測過程をビデオ撮影しており、参照のための添付資料を提出する。
上述の実施形態は赤外線受信モジュール５０１を例とするが、本技術分野で通常知識を有する者ならば、受信モジュールを改変して実施することが可能である。図８は本発明の好ましい実施態様に係る低消費電力信号受信回路を示す回路ブロック図である。本実施形態において、本来の赤外線受信モジュール５０１がサウンドレシーバーモジュール８０１に改変され、サウンドレシーバーモジュール８０１はマイクでもよい。同様に、本発明の方式により、断続起動モジュール３０２が使用されてサウンドレシーバーモジュール８０１及び増幅器８０２に供給される電力が制御され、節電効果が達成される。よって、本発明は赤外線受信モジュール５０１に限定されない。
上述の複数の実施形態は、総括すると信号受信システムの節電方法である。図９は本発明の好ましい実施形態に係る信号受信システムの節電方法のフローチャートを示す。図９を参照すると、信号受信システムの節電方法は以下のステップを含む。
ステップＳ９０１：開始。
ステップＳ９０２：信号受信モジュールが提供される。例えば、本案の赤外線受信モジュールが提供される。
ステップＳ９０３：マイクロプロセッサーがスリープ状態にある場合、信号受信モジュールの断続的な起動及び終了が行われる。
ステップＳ９０４：信号受信モジュールが起動されると、信号受信モジュールにより信号が受信されたか否かが検知される。
ステップＳ９０５：信号受信モジュールにより信号が受信されると、マイクロプロセッサーがスリープ状態から回復し、且つ受信された信号に対するデコードが行われる。
結論として、本発明の特徴は、信号受信モジュール以外に断続起動モジュールが更に増設される。マイクロプロセッサーがスリープ状態にある場合、上述の信号受信モジュールが断続的に起動され、且つ回路設計によりマイクロプロセッサーがスリープ状態から回復するように設計される。信号起動モジュールが断続的に起動されると、信号が受信された場合、即マイクロプロセッサーが起動され、且つ信号の受信及びデコードが開始される。これにより、信号受信モジュールが断続的に起動されるため節電になるほか、マイクロプロセッサーにより信号が受信されていなければ節電効果が達成される。
上述の実施形態は本発明の技術思想及び特徴を説明するためのものにすぎず、当該技術分野を熟知する者に本発明の内容を理解させると共にこれをもって実施させることを目的とし、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。従って、本発明の精神を逸脱せずに行う各種の同様の効果をもつ改良又は変更は、後述の請求項に含まれるものとする。
１０１：信号がない時の電流
２０１：信号がない時の電流
３０１：信号受信モジュール
３０２：断続起動モジュール
３０３：マイクロプロセッサー
３０４：ウェイクアップ回路
ＰＷＲ：信号受信モジュール３０１の電源端
Ｏｕｔ：信号受信モジュール３０１の信号出力端
ＰＯ：断続起動モジュール３０２の出力端
ＰＷ：イネーブル信号
ＩＯ：マイクロプロセッサー３０３の入出力ポート
ＷＫ：マイクロプロセッサー３０３のウェイクアップポート
ＩＮ１：ウェイクアップ回路３０４の第１入力端
ＩＮ２：ウェイクアップ回路３０４の第２入力端
ＷＯ：ウェイクアップ回路３０４の出力端
５０１：赤外線受信モジュール
５０２：パルス幅変調信号発生器
５０３： Ｐ型バイポーラトランジスタ
Ｒ１：第１抵抗器
Ｒ２：第２抵抗器
Ｃ１：第１コンデンサ
ＰＷＭ：パルス幅変調信号発生器５０２から出力されたパルス
６０１：赤外線受信モジュール５０１が赤外線信号を未受信の場合に赤外線受信モジュール５０１の信号出力端ＩＲＯＵＴから出力される信号
６０２：赤外線受信モジュール５０１が赤外線信号を未受信の場合にＰ型バイポーラトランジス５０３のコレクタ（ウェイクアップ回路３０４）から出力される信号
６０３：赤外線受信モジュール５０１が赤外線信号を受信した場合に赤外線受信モジュール５０１の信号出力端ＩＲＯＵＴから出力される信号
６０４：赤外線受信モジュール５０１が赤外線信号を受信した場合にＰ型バイポーラトランジス５０３のコレクタ（ウェイクアップ回路３０４）から出力される信号
ＩＲＯＵＴ：赤外線受信モジュール５０１の信号出力端
７０１：ウェイクアップパルス列
Ｔｗ：ウェイクアップパルス列７０１の時間
８０１：サウンドレシーバーモジュール
８０２：増幅器
Ｓ９０１：本発明の好ましい実施態様に係る信号受信システムの節電方法のプロセスのステップ
Ｓ９０２：本発明の好ましい実施態様に係る信号受信システムの節電方法のプロセスのステップ
Ｓ９０３：本発明の好ましい実施態様に係る信号受信システムの節電方法のプロセスのステップ
Ｓ９０４：本発明の好ましい実施態様に係る信号受信システムの節電方法のプロセスのステップ
Ｓ９０５：本発明の好ましい実施態様に係る信号受信システムの節電方法のプロセスのステップ

Claims (4)

  1. 電源端及び信号出力端を有する信号受信モジュールと、
    イネーブル信号を前記信号受信モジュールの電源端に出力させるための出力端を含み、前記イネーブル信号が有効化されると、前記信号受信モジュールが起動される断続起動モジュールと、
    入出力ポート及びウェイクアップポートを具備するマイクロプロセッサーであって、前記マイクロプロセッサーの入出力ポートは前記信号受信モジュールの信号出力端に接続され、前記信号受信モジュールの信号出力端から出力された信号に基づいてデコードを行うことと、
    第１入力端と、第２入力端と、出力端とを含むウェイクアップ回路であって、前記ウェイクアップ回路の第１入力端は前記信号受信モジュールの信号出力端に接続され、前記ウェイクアップ回路の第２入力端は前記断続起動モジュールの出力端に接続され、前記ウェイクアップ回路の出力端は前記マイクロプロセッサーのウェイクアップポートに接続されることとを備え、
    前記マイクロプロセッサーがスリープモードにあって、前記断続起動モジュールから出力されたイネーブル信号が有効化されている場合、前記ウェイクアップ回路は信号受信モジュールから出力された信号が第１入力端により受信されたか否かの判断を下し、
    前記ウェイクアップ回路は、前記ウェイクアップ回路の第１入力端により信号が受信された場合、前記マイクロプロセッサーをスリープモードから回復させることを特徴とする低消費電力信号受信回路。
  2. 前記信号受信モジュールは、
    信号出力端と、電源端と、接地端とを含む赤外線受信モジュールであって、前記赤外線受信モジュールの接地端はコモン電圧に接続されることを備え、前記ウェイクアップ回路は、ベースと、エミッタと、コレクタとを含む第１トランジスタであって、前記第１トランジスタのベースは前記信号受信モジュールの信号出力端及び前記ウェイクアップ回路の第１入力端に接続され、前記第１トランジスタのエミッタは前記信号受信モジュールの電源端及び前記ウェイクアップ回路の第２入力端に接続され、前記第１トランジスタのコレクタは前記ウェイクアップ回路の出力端に接続されることと、第１端及び第２端を含むインピーダンス素子であって、前記インピーダンス素子の第１端は前記第１トランジスタのコレクタ及び前記ウェイクアップ回路の出力端に接続され、前記インピーダンス素子の第２端は前記コモン電圧に接続されること、とを具備することを特徴とする、請求項１に記載の低消費電力信号受信回路。
  3. 前記インピーダンス素子は、
    第１端及び第２端を含む抵抗器であって、前記抵抗器の第１端は前記第１トランジスタのコレクタ及び前記ウェイクアップ回路の出力端に接続され、前記抵抗器の第２端は前記コモン電圧に接続されることと、
    第１端及び第２端を含むコンデンサであって、前記コンデンサの第１端は前記第１トランジスタのコレクタ及び前記ウェイクアップ回路の出力端に接続され、前記コンデンサの第２端は前記コモン電圧に接続されることとを備えることを特徴とする、請求項２に記載の低消費電力信号受信回路。
  4. 前記断続起動モジュールによりパルス幅変調信号が出力され、前記パルス幅変調信号が第１状態にある場合、前記信号受信モジュールが起動され、前記パルス幅変調信号が第２状態にある場合、前記信号受信モジュールが終了され、前記パルス幅変調信号の第１状態及び第２状態の時間比が調整されることにより前記信号受信モジュールの消費電力が調整されることを特徴とする、請求項１に記載の低消費電力信号受信回路。
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