Toshiba TC-9147BP, 디지털 튜너 컨트롤러

글쓴이 : SOONDORI

TC-9137, TC-9147, TC-9157은 디지털 튜너들에서 종종 목격되는 전문 LSI. 가장 중요한 PLL 처리기능, FND 표시 기능, 선국저장 메모리, 버튼 처리기능 등 아날로그 신호처리부 외의 것들을 전담하는, 1식 튜너를 완성하기 위한 모든 것을 담고 있다.

(감히 단순화시키기를…) 디지털 튜너 = PLL LSI 제어계 영역 + 아날로그 신호처리 영역

먼저, 내부기능 및 핀 배열은 다음과 같다.

* 스펙문서 : Toshiba Tuner Controller LSI TC9147BP

다음으로. 48개 핀들의 정의는 다음과 같다.

여기서 호기심 셀프질문… LSI 통제변수들 조작하는 것만으로 일본 내수용 디지털 튜너를 국내용으로 바꿀 수 있을까? 바꿀 수만 있다면 아날로그 튜너처럼 어긋난 눈금은 신경 안써도 될 것인데?

일단 결론은 NO. 위 테이블의 몇 가지 옵션들은 LSI의 디지털 제어에 국한되는 것으로 난감한 주제인 아날로그 처리부의 변경(Deviation 규격, Up/Down Conversion 방식의 차이, 필터링 수준 등)은 전혀 다른 세상의 이야기이다. 그것은 절대 간단하게 처리될 수 없다.

기왕에 나온 말, 더 궁리를 해보자면…

■ 동작클럭

#2, #3핀에 7.2Mhz 크리스털 하나 붙이면 그만. LSI 마이크로컨트롤러가 살아나고 내부 분주클럭들 이용하여 정의된 모든 FM 대역을 취급하게 된다.

■ 사용지역과 표시범위 설정

튜너 동조주파수의 제어와 표시에 관한 사항. #29, #30핀 조합으로 사용 국가 즉, 사용지역을 정의할 수 있음에 주목. 제작사가 개발 튜너에 대하여 몇 개 핀 조합만으로 각기 다른 방송규격에 대응하려는 1:N 대응전략은 상행위 관점에서 지극히 합리적이다.

(일본은 -10.7Mhz로 표기된 바, Down Conversion IF, 우리나라는 북미규격에 준하는 +10.7Mhz Up Conversion. 모두 프론트엔드 Mixer에서 일어나는 일이고 일본 OSC와 우리나라 OSC 주파수 격차는 |-10.7Mhz| + |+10.7Mhz| = 21.4Mhz)

(우리나라 AM 방송 채널간격은 9Khz. 그러므로 E1=0, E2=1로 설정하면 그만이다. ‘1’은 곧 HIGH. LSI의 VCC 라인에 100오움쯤되는 Pull-Up 저항들 연결하면 된다)

실제 회로는 어떠할까? 다음은 파이오니어 F-90 튜너의 예. E1, E2 핀 사용방법을 보면 북미버전인 것을 알 수 있다.

■ 프리-스케일러와 루프-필터

아래 블럭도 기준, LSI #34, #35핀에서 위상비교의 결과를 Loop Filter(1*)를 경유 전압으로 출력한다 → 그 전압에 따라 용량이 달라지는 VariCap Diode(=Varactor)가 반응한다 → 코일값은 고정되어 있으므로 Varactor C값에 의해 OSC 주파수가 변경된다 →  #37핀으로 OSC의 Prescaler(*2) 분주 주파수가 입력된다. 이것을 위해 LSI는 25Khz 기준주파수를 #38핀으로 Prescaler #1핀에 전달하고 있다. 이 일련의 과정에서 LSI가 감지한 위상편차는 곧 목표값에서 이탈된 Error. 그 Error를 제로를 만들려는 폐루프 제어시스템, Phase Loop Lock 프로세스가 무한히 반복된다.

*1 : 루프필터 :LSI 비교 위상편차 출력을 제어전압으로 바꾸는 일종의 적산기 + 고조파(Harmonics)을 제거하는 Active Low Pass Filter.
*2 : 특정 주파수를 2의 n배씩 감소시키는 IC 또는 그에 준하는 회로. 100Mhz ÷ 2 = 50, 50Mhz ÷ 2 = 25Mhz… 

PLL LSI, Prescaler, Varactor, Loop Filter… 여기서, 제작사가 1) Varactor와 Prescaler IC 등을 무조건, 지역별로 각기 다르게 관리하고 각기 다른 제품들을 생산했을까?를 질문해 볼 수 있겠다. 과연? 정말로? 글로벌 제품들 생산에 있어서 재고부담, 효율적인 기업행위 등 관점에서 건별관리는 아무래도 타당하지 않다. 그 일방적 논리에 모종의 틈새가 있다고 상상하면…

일단, 아래는 위 LSI와 호흡이 맞는 TD6104P Prescaler IC로서.국내 주파수 끝점인 ~108Mhz에 Up Conversion +10.7Mhz을 더한 값이 취급범위 안에 들어간다.

컨트롤러 옵션 변경 OK, 프리스케일러 동작 OK. 그렇다면 루프필터는? 예견하건데 변경 후 Varactor 동작전압(수 V~ 20V 정도에서 가변)만 충족시킬 수 있다면, Loop Filter 회로를 지역사양에 맞춰 그때 끄때 달리할 것 같지않다는 추정에… 동작에 별 문제 없을 것이다.

■ 아날로그 처리영역의 변경

디지털부는 그렇게 준비되었다치고… 아날로그 영역 수정은 꽤 어려운 주제. 최소한 Mixer 전 단계 즉, 세라믹 필터 통과 전 단계에서 프론트엔드 RF 취급 영역 내지 OSC 영역의 상수들이 변경되어야만 하고 꽤 섬세한 작업이 필요하다. 그러므로 만일, IF단 이후 특별한 필터, 특별한 회로들이 사용되었다면 상황은 많이 어려워질 것이고 결과도 좋지 않을 듯하니 재빨리 포기하는 게 합당하겠다.

아무튼… 평범한 4련 직교검파 튜너를 기준으로 상상할 수 있는 방안은 세 가지. 1) Varactor의 Min~Max 범위 즉, C값을 고정치로 간주할 때 코일(L)을 풀고 더 낮은 값으로 바꾸거나, 2) Varactor 스펙문서 참조, 아예 전체를 적당한 것으로 대체하거나 혹은 커패시터를 덧대든 직렬삽입 저항을 바꿔 Varactor 분압비를 달리하든… 어떻게든 가변용량 범위를 달리하거나. 3) 운이 좋으면 Varactor 설계마진(=동조 주파수 최대에서 Varactor 전압으로 확인)에 기대서 자연스럽게, 간단히 처리될 수도? (실제 그럴 가능성 있다고 판단된다. Who Know?)

Resonant Frequency = 1 / (2 × 3.14 × sqrt(L × C))

논리는 그러한데 현실에서 정말 가능한 일인지? 예를 들어 위 회로도 Varactor KV1320A는 도저히 인터넷에서 정보를 구할 수 없다. Min, Max 즉, 전압 대 용량곡선을 전혀 모른다. 이런 게 당연한 듯 코일 정보도 없다. L도 모르고 C도 모르고… 기타 L, C 변수들 이외의 동작정보까지 일체 모르는 상태에서 민감한 아날로그 영역의 주파수를 수정한다는 것은 그야말로 눈 감고 아웅하는 용감한 도전에, 완전 복불복이다.

그러나 여전히 우격다짐 마인드라면… One Source Multi Uses 글로벌 제품들의 설계 전략에 기대어 1차 TC-9147과 주변회로를 수정 → OSC 영역 수정 → 동작 확인 → 그럭저럭 가능하다 판단되면 RF영역 수정 → OSC 영역 보정 순으로 코일조정(간격 벌림 또는 일부 제거), 트리머 조정을 병행해 본다 → 정히 안되면 Varactor 변수들을 여하히 직접 수정한다. 이때 LSI 지역옵션에 따라 Varactor 전압이 설계마진 내에서라도, 일부라도 변경될 수 있다는 점 염두에 둔다. 프론트엔드 수정 이후 IF 파형 확인, 검파부 동작 확인, 왜율 확인, MPX 조정 후 De-emphasis 조정까지… 일련의 끙끙거림을 진행. 끔찍한 일이다.

이상에서, 호기심 궁리의 결론은 “일본 내수용 디지털 튜너의 국내용 변경은 가능하다”로. 다만, 여러모로 불확정성 높은 것 분명하므로… “숫자표시 범위가 바뀌면 감쪽같겠지만 굳이 뭣 하러?”라는 생각을 하게 된다.

개조 후 가치나 메리트가 적다는 뜻일까? 어딘가 있기는 하겠지만 디지털 튜너 개조사례를 접한 기억은 없다. 그에 반해 주파수 개조된 아날로그 튜너들은 간간히 유통되고 있던데… 국내방송 잘 수신된다고 해도 그 튜너가 최적상태에 있는지는 한번쯤 의심해 볼 만하다. 특히, 누가, 어떻게, 어떤 장비를 이용해 수정했지는 매우 중요한 판단변수. 진정 고수는 따로 계시겠지만 만일에 고가 전전자식 왜율계나 스펙트럼 애널라이저 없이 수정했다면 어찌해도 주먹구구인지라… 아무래 아마추어 세상, 그 누구도 제작사 연구실의 장비 파워를 능가할 수는 없을 것.

참고자료. 다음은 동일 기능을 수행하는 42핀 Pioneer PD2011B 컨트롤러 LSI. 어쩌면… 도시바 TC-9157 리마킹 납품 사례일지도 모른다. 자존심 쎈 파이오니어가 가끔 그렇게 행동했었으니까…