월요일, 9월 16, 2019
Home > TECH. & DIY > 디지털 튜너의 서보-락, 쿼츠-락 그리고 PLL

디지털 튜너의 서보-락, 쿼츠-락 그리고 PLL

글쓴이 : SOONDORI

기술적 빈틈이 있어서 약간의 유동(Drift)을 피할 수 없었던 오래 전의 순수 아날로그 튜너들과 달리 1980년대 전/후 그리고 이후의 디지털 튜너들은 선국된 주파수를 매우 안정적으로 유지한다. 그 방법론에 관련된 몇 가지 용어들이 있는데… 각각은 순수 아날로그 튜너들보다 우월하다는 암시를 주기 위해 주로 기기 앞면, 눈에 잘 띄는 곳에 인쇄되어 있다.

* 신호처리는 여전히 아날로그이고 제어/운용 영역만 디지털방식이다.

■ Servo Lock

전자기기들에 있어서 ‘Servo’는 출력상태를 입력부로 되돌려가며 어떤 목표값을 추종, 그대로 유지한다는 뜻으로 간단하게는 ‘제어계’를 뜻한다.

예를 들어, 튜너 선국 주파수를 항상성 있게 유지하는 Servo Lock 외에도 인티앰프 출력라인의 중성점을 제어하는 DC-Servo 회로, 로봇에 사용되는 Servo Motor 제어회로 등 다양한 사례들이 있고 대부분  폐루프제어(Closed Loop Control) 기술이 접목되며 인지, 비교, 판단, 제어, 되돌림 등 일련의 하위 프로세스들은 주로 OP. 앰프, 그에 준하는 능동소자 회로들, 마이크로컨트롤러 탑재 프로그램 등으로 처리된다.

(서보동작의 대표적인 예인 비례적분미분 제어계(PID Control). A4 반 장 정도의 소스만으로도… 출처 : https://www.motioncontroltips.com/faq-what-are-servo-feedback-gains-overshoot-limits-position-error-limits/)

목표값 추종과 보정의 기재, 그 사상을 튜너 프론트 패널의 인쇄문구에 국한시킨다면… “선국된 방송의 주파수를 여하한 방법으로 정밀하게 피드백 제어하여 어떤 경우에도 변치않도록 만듭니다” 정도인 ‘소비자 설득의 논리’.

(SONY STR-V25 리시버. 출처 : https://img.usaudiomart.com/uploads/large/786010-sony-strv25-receiver.jpg)

순수 아날로그 튜너에는 디지털 서보-락과 같은 것이 없었던 것일까?

AFC(Automatic Frequency Control)나 AGC(Automatic Gain Control)처럼 목표값 대 현 상태의 불일치 즉, 에러(=오차)를 검출하고 그것을 적절히 보상하는 방법론들이 있다. 다만, 그것이 한 시절 유행어와 같았던… ‘디지털적’이지 않았기 때문에, 지엽적이었기 때문에, 덜 팬시했기 때문에 흔히 언급되고 기억되지 않는 것뿐이다. 그리고…

“나 정말 잘났다”는 암시를 담은 과거 디지털 튜너들의 ‘Servo’는 사실 산업용 기술의 차용이고 요즘 세상의 시각으로는 그리 대단할 것도 없다는 의견 적어둔다.

■ Quartz Lock, 어떤 경우 X-tal Lock

이 용어가 내포하는 개념을 보다 포괄적인 Servo Lock의 하위범주로 보는 것이 좋겠고… 비교를 위한 절대 기준점을 고정밀 크리스털 발진기 즉, 수정진동자로 정한 경우.

(디지털 튜너에 반드시 하나씩 들어 있는 X-Tal, 수정진동자)

클리스털 발진주파수와 현재 동조점 주파수를 적당히 비교하고 오차를 실시간 보정한다. ‘수정 진동자’가 사용되었음을 강조하여 Quartz를, 폐루프 제어에 의한 목표값 고정을 강조하여 Lock을 조합하였다.

(Sony ST-J60. ‘X-Tal’은 크리스털의 축약 표기. 출처 : https://www.hifido.co.jp/?KW=&G=&P=0&A=10&LNG=E&O=0&L=50&OD=0&C=17-09932-39074-00)

■ Phase Locked Loop

Phase Loop Lock도 같은 뜻. 흐름은 1) 프론트-엔드 국부발진 주파수를 Scaler로 적당히 분주(分周)한 다음 제어용 마이크로컨트롤러에 전달한다, 2) 마이크로컨트롤는 알고 있는 기준클럭과 비교하고, 3) 주파수 오차와 같은 의미인 위상오차(*)가 있을 경우 그것을 보정하고, 4) 제어값을 Loop Filter를 거쳐 출력기에 전달한다,

* 예를 들어 A, B 두 주파수 값이 조금이라도 다르다면 당연히 한쪽 기준, 다른 쪽의 위상이 다르다. 그 위상오차는 펄스 또는 전압으로 검출, 처리된다.

(위 블럭도에서 F_ref는 발진소자의 주파수 즉, 기준주파수, F_o는 프론트엔드 국부발진으로 간주하면 이해가 쉽다. 출처 및 기타 글 : https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/phase-locked-loop-pll-fundamentals.html)

4) 출력기는 전압가변에 의해 생성주파수가 달라지는 VCO(Voltage Controlled Oscillator), 5) 현실의 튜너에서 VCO는 곧 국부발진기이니 그 상태변화는 결국 동조점의 변화이다. 마이크로컨트롤러를 꽉 잡고 있으니 버튼들 붙여 사용자가 Up, Down 등 조작을 할 수 있도록 만드는 것은 그야말로 누워 떡 먹기. 여기서, ‘마이크로컨트롤러가 알고 있는 클럭’은 마치 심장처럼 마이크로컨트롤러를 살아 숨쉬게 만드는 어떤 ‘발진소자’에서 나온다.

그 소자는 수정발진기, Quartz.

그렇다면 PLL에도 Quartz를? PLL은 제어방식을, Quartz는 부속소자를 지칭하지만 Quartz의 배치목적을 생각하면 그 말이 그 말이다. 사실… “주파수를 고정시킨다”는 문장 하나만 갖고 생각하면 PLL의 기재 및 효과는 Quartz Lock과 별반 다를 것이 없다. 그리하여 PLL과 Quartz Lock을 뭉뚱그리면 Servo Lock, 더 심하게 뭉뚱그리면… DIGITAL.

(인켈이 만들어 SCOTT에 납품했던 559T 튜너, Quartz PLL…)

아주 예쁜 보석이 연상되는 단어 쿼츠가 정체 모를 PLL, Servo보다 더 그럴 듯했음인지 Quartz가 붙은 튜너들이 대부분이다. 그 외 Computer Controlled, Synthesizer, Synthetic, Digital… 각 메이커들 마음대로, 열심히, 튀는 문구 만들어 붙이는 경쟁이 있었다.

■ Phase Locked Loop 겸 Quartz Lock 겸 Servo Lock

아래는 ‘Quartz Lock’을 전방에 내세웠던 표제부 사진, ST-JX4 튜너의 내부구성. 여기서 X-Tal(Quartz)과 PLL이 동시에 언급되고 있다.

(PLL Controller가 OSC 클럭을 받아 기준점인 X-Tal의 클럭과 비교하고 그 결과에 따라 프론트-엔드 가변용량다이오드의 동작전위를 조절한다. 전위에 따라 용량이 달라지면 LC 동조회로의 취급 주파수가 달라지고 그 과정은 전체 Loop 내에서 무한 반복 처리된다)

그렇고… 수 십 년 전의 심오한 노력들은 요즘 유행하는 DSP(또는 Full Digital) 튜너들 앞에서 아무 의미가 없어진다. 모든 게 프로그램적으로 처리되는 마당이라 하드웨어에 종속될 수 밖에 없는 단어들은 이제 무효! (표제부 사진 출처 : https://www.hifido.co.jp/sold/12-67465-46727-00.html?LNG=E)


다음은 비교사례로 제시하는, 숫자가 표시되지만 디지털적 솔루션은 전무한 SAE Mark VI-B. 말 그대로 디지털을 지향하는, 100% 아나로그 튜너이기에 Quartz, PLL, Servo.등 단어들이 개입할 틈이 없다

 

댓글 남기기

이메일은 공개되지 않습니다. 필수 입력창은 * 로 표시되어 있습니다