JP2008011057A - アンテナ回路および時計 - Google Patents
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Abstract
【課題】 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る。
【解決手段】 アンテナ回路42は、磁界の変化に応じて電気的な特性が変化するMI磁気センサZ1と、MI磁気センサZ1に高周波信号を印加する高周波信号発生器S1と、高周波信号を反転させて反転信号を得る反転器92と、MI磁気センサZ1および高周波信号発生器S1により得られた受信信号に反転信号を加算することにより、高周波信号を減少させる加算器と、高周波信号が減少した受信信号を検波する検波手段D1、D2と、を備える。
【選択図】 図5
Description
=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。
(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。
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。
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。
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。
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。
[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。
[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。
(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。
[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。
[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。
[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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。
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