ワンチップ電波時計

■ワンチップ電波時計の概要

仕様
・受信周波数:40kHz/60kHz手動切り替え式
・動作電圧:5V
・動作クロック:24MHz
・その他性能など:出たとこ勝負…
感度は980円とかで売られてる電波時計と同等か一応勝てる程度です。埼玉にて40kHz、60kHzの両方が受信できています。ただし60kHzは送信所からの距離が遠いためコンディションの良いとき、または屋外に出たときしか受信できないようです。

外付け回路はアンテナと液晶モジュールだけで動作可能です。

ラインデコーダと7セグメントドライバを外付けすることで、7セグメントLEDで時刻表示することも出来ます。LEDも外付け回路なしでやりたいところですがポートが足りないので仕方ありません。

この写真はLEDも付けていますがLEDを省けば左側に見える基板一枚+液晶モジュール+アンテナだけですみます。

まだ受信完了していないので表示しているのは出鱈目な時刻です。液晶の下のバーグラフは受信信号の振幅を示していて、一秒おきに長くなり、またすぐ短くなります。

アンテナ部です。

■電波時計の原理

　40kHzと60kHzで送信されている標準電波には、タイムコードが振幅変調されています。
タイムコードは1Hzのパルスで、パルスの立ち上がりの瞬間が秒の変わり目となっています。
時刻などのデータは、タイムコードのパルス幅で表されていています。
詳しくは日本標準時グループのサイトをご覧ください。
PSoCでこれをデコードするには、アナログブロックでタイムコードを復調してAD変換し、ソフト側でレベル判定、パルス幅判定をすればいいわけです。

■受信アンテナについて

■バーアンテナ
　受信にはAMラジオなどと同じようにフェライトバーアンテナを使いました。
フェライトバーに巻いたコイルと同調用のコンデンサで並列共振回路を構成しています。
フェライトバーは拾ってきたラジオをバラして再利用しています。
同調用のコンデンサは、秋月電子で39000pF　1%のフィルムコンが安く売っていたのでコレを2個直列にして使いました。
巻き数はインダクタンスを実測しながらカットアンドトライで決めました。
（アンテナの写真）
■40kHz/60kHz切り替え回路
　JJYには40kHz(福島)と60kHz(佐賀)の2つの周波数があるので、両方を受信可能にするには同調周波数の切り替え回路を作る必要があります。
切り替えの方法として考えられるのは、
・コイルにタップを設けて切り替える(容量は固定)
・コンデンサの容量を切り替える(巻き数は固定)
などがありますが、同調周波数が微調整しやすいと思われる前者を選びました。

■受信原理

■ヘテロダイン方式について
　長波JJYの帯域はノイズが多いようで、かなり選択度を高くしないと正常な動作が期待できません。
そこで、比較的簡単に選択度が得られるへテロダイン方式を使うことにしました。
局発の周波数は、
・40kHz受信時

39.02kHz

・60kHz受信時

59.11kHz

としました。
中途半端な周波数なのはクロックの24MHzを分周しているためです。
中間周波数は約1kHzということになります。
■イメージ受信に注意
　このように中間周波数を低くした場合、特に気を付けなくてはいけないのがイメージ受信です。
ヘテロダインでは、(局発の周波数)+-(中間周波数)の二つの周波数に対して感度を持ちますが、目的の周波数は一つなので、もう一つの邪魔な方をイメージ周波数と呼びます。
この場合は40kHz受信時は38kHz、60kHz受信時には58kHzがイメージ周波数となるため、この周波数の信号はアンテナの同調回路で影響が出ない程度まで除去する必要があります。
■全体の構成
　全体の構成は次のブロック図のようになっています。

実際には使用できるアナログブロック数の関係で最後のLPFは省略しています。
というのは、使用したADCが64倍オーバーサンプリングが可能なΣΔ型なので、サンプリング周波数を落としてしまえばLPFをかけたのと同じように扱えるからです。

■回路図

やっつけ作業ですいません…

■PSoCブロックの構成

これがInterconnect画面全体です。