인켈 AX-7R 인티앰프 (7), 마이크로 컨트롤러와 셀렉터 보드 등

글쓴이 : SOONDORI

AX-7R은 이종 요소들 즉, 디지털과 아날로그가 섞인 일종의 하이브리드 앰프이다. 문제 현상을 “아날로그 오류가 마이크로 컨트롤러 입력 오류를 만들어 낸다”로 정의하고 찬찬히 그 이유를 찾아보고자 한다.

* 관련 글 : 인켈 AX-7R 인티앰프 (6), 마이크로 컨트롤러와 Protection Input

■ Micro-Controller Pins

우선, 마이크로 컨트롤러 핀 정의를 정리해보자면…

○ Selector Input : 전동 셀렉터 아날로그 신호 전달은 금속 접점편들에 의한다. 그러므로 이 단자들은 1) 셀렉터 각도, 2) End Point 확인을 위한 신호 조합용이다. 프로그램을 어설프게 짰다면 모종의 오류가 생길 수도 있다. 실제로 셀렉터 보드 분리 상태에서 전원 버튼을 누르면 1회만 반응하는데 그것은 예외사항을 제대로 처리하지 못하고 그냥 직전 상태만 기억해두고 모든 프로세스를 바로 끝내버린다는 뜻.
○ RMC Input : 리모컨 수광부 시리얼 신호가 전달되는 경로. 펄스 해석은 마이크로 컨트롤러 내부의 프로그램이 담당한다 → 오류 유발 가능성 매우 작음.

○ Power Switch : 문자열 위쪽에 Bar가 표기된 것은 Normal 또는 Default 상태에서 HIGH라는 의미. 그러므로 평소 핀 전위는 5V로 유지되고 택트(Tactile) 스위치가 GND에 붙고 그 전위가 0V가 되는 순간을 버튼 누름으로 해석한다.
○ Tapp2 Monitor Switch : Default High → 버튼 누름에 의한 Low가 인지되면 Tape2 Monitor LED/Relay 핀을 High로 변경한다. 이후 여차저차 셀렉터 보드 위 작은 릴레이가 붙으면서 TAPE2 입력으로 절체 됨 → 오류 유발할 가능성은 매우 작다.

○ Protection Input : 이미 이 핀에 연결된 아날로그 영역이 문제라고 판단하였고…

○ H.P.Swtich : 무슨 뜻인지? Head Phone? 회로를 보고 의미를 해석해야 한다. Default High → Low 변화가 H.P.Switch 핀 출력 Low를 High로 만든다.
○ X1/X2 : 크리스털 클럭 연결 핀으로 이미 파형을 확인하였다.
○ Reset : 기기 후면 Reset 스위치에 연결된 핀. 누르면 시스템 리셋이 걸리면서 마이크로 컨트롤러 프로그램 처리가 초기화된다. 디지털-프로그램 세상에서 예외사항 발생에 대처하는 물리적이고 보편적인 방법이다.

○ IRQ : Interrupt Request… 모종의 인터럽트 신호가 들어온다는 뜻인데… 어디에서? AX-7R 동작 중 아무 때나 외부 접속 기기들이 물리면 IRQ로 무엇인가 접속되었음을 감지하는 용도일 듯?
○ DiGi-Link : 시리얼 데이터 통신 경로. IRQ로 접속 기기의 존재를 인식하고 AX-7R이 Host, 상대방은 Client가 되어 각자 상대 속성을 파악하고 그것이 확인되면 이 핀을 통해 필요한 데이터를 주고받는 구조일 듯하다 → 오류 유발할 가능성은 매우 작음.

“저속 4비트 컴퓨터에 크게 기대할 것 없음”.

꽤 단순하다. 그러므로 Protection Input 등 아날로그에 관한 것들만 검토하면 될 것으로 판단된다.

■ R224 이후의 아날로그 회로들

○ Q126의 동작 : 현재 오류 상태로서 Power On 직후 0.7V. Off 되면서 0V로 내려간다. 트랜지스터 단품 정상이었고 분명한 반응이 있으니 회로 자체는 문제가 없다. 다만… 0.7V가 정상치인지 아니면 어떤 오류의 결과물인 지에 대해서는 잠시 판단 보류.

○ Q125의 동작 : 아래와 같다. 콜렉터를 포함하는 전원 라인 전압이 제로인 상태. Why?

(▲ 국부적인 작동 논리 추정 : 상온 80오움 써미스터 저항값이 발열에 의해 커지면 써미스터 전압 강하가 D116~D117 조합 제한 전압을 초과하고 Q125가 ON, 그에 따라 Q125 콜렉터 전류가 충분히 크게 흐르므로 Q126에 물린 R219 전압강하도 UP. Q126이 즉시 ON이 되고 High 신호를 인지한 마이크로 컨트롤러가 릴레이를 OFF 한다)

○ R220의 상태 : 위 회로도 8.2K 오움 저항의 써미스터 방향 전압은 0.17V. 매우 작은 값으로 언급된 ‘강제 통전 = 0V’에 상당한다.

○ 그다음… 오버-로드 회로 검사. 아래 R210과 R222가 만나는 지점(=이곳은 Q126의 베이스로 연결됨)의 전압은 25.65V. 이 조건에서… R220 써미스터 방향 전압이 0.17V. 아무래도 위 그림의 Q125 콜렉터 전압 0V는 단순한 착오로 간주하는 게 좋겠다. (착오가 아니라면 분명 레귤레이터쪽 문제인데 그럴 가능성 작음)

잠시 후… Q126 Vbe가 너무 낮은 상태 즉, 트랜지스터 OFF 상태이다. 그러므로 마이크로 컨트롤러 #51번 핀은 Low. 뜻밖에도 기기가 정상 통전되고 ON/OFF 동작에도 전혀 문제가 없다. 오호라? 어찌하여 갑자기 정상이 되었을까? 갑자기 왜?

짧은 순간, Before/After 상황들을 반추해보면… 잠시 전 셀렉터 보드 콘텍터에 WD-40 약간량 발라주었고 그러면서 콘넥터를 몇 번 탈/부착했다. 정말 셀렉터 보드 쪽에 원인이 있는 것일까?

○ 납득 안 되는 몇 가지를 기억해두고 잠시 셀렉터 보드로 시선을 돌리면… 대뜸 눈에 들어오는 것은 없다. 그래도 우격다짐 탐색. 아래 회로에서 전동 셀렉터 네 번째 절편 그러니까 2핀 나와 있던 절편 신호라인이 콘넥터를 거쳐 마이크로 컨트롤러 #23 (E.C.) 핀에 연결되는데…

만일 이쪽 콘넥터에 미세 접점 불량이 발생했다면? 그래서 #23핀이 High가 아니라 Low 또는 Low가 아니라 High 상태가 되고 그것이 다른 경로를 우회하여 #51을 High로 만든다면? 가능성 0.0001% 짜리 논리적 비약이다. 그 외 별 것 없으니 셀렉터 보드 쪽 오류 가능성은 없다고 본다.

(▲ MG=Main Ground, T2M Play=Tape2 선택, 5V는 그렇고… 1-2-3-E.C에서 E.C.는 전동 셀렉터 위치?, Up/Down=볼륨 조정, T1=관심 없음. 그래도 궁리해보니 Tape1. 요지는… Q126 Vbe를 0.7V로 만들 요소들이 아니다)

■ 써미스터 연결 그리고 소켓 핀

다시 반응이 이상했던 Q126 V_be(Base와 Emitter 전압)로 돌아가서…

직전 테스트에서 Vbe 0.7V 이었고 즉시 Power Off 오류 발생했으며 셀렉터 보드 건드린 직후 Vbe 0V 근접, 정상이 되었다. 처음에 써미스터 회로 단절 또는 관련 회로의 오작동을 의심했었는데… 뭔가를 건드릴 때마다 상태가 달라진다 함은 아무래도 그 의심에 걸맞은 반응이다. 방금 전 셀렉터 보드 오류 가능성을 배제했으니 다시 최초의 상황으로 돌아간 셈이고…

재 확인을 위해 써미스터를 잠시 분리하고 Q126 Vbe를 측정해보니 0.7V에서 오류 발생하고 Off 후 방전에 따라 서서히 전압 감소하면서 0V에 근접한다. 반응 패턴이 처음에 관찰했던 것과 같다. 써미스터 연결하면 정상 작동. 아하! 역시 물리적 힘의 전달에 의한, 뭔가에 의해 상태가 오락가락하고 있다. 뭘까?

삽입 시 누르는 힘, 분리할 때 당기는 힘, PCB의 변형 내지 진동의 전달, 멀리 떨어진 곳 접촉 상태의 변화…

이번에는 아예 써미스터 콘넥터를 완전 분리하고 암놈, 수놈 금속 접점부를 루페로 관찰해보았다. 암놈 소켓에 있는 두 개 금속 핀들 주위에 거뭇거뭇한 것들이 보인다. 미세하지만 분명히 존재하는 어떤 아주 작은 덩어리들 적당히 긁어내고 WD-40 묻힌 상태에서 전체를 재 조립. 누르고 누르고 또 누르고…모든 게 정상.

이쯤에서 머리 속 오류 시나리오를 정리해보자면…

○ CASE #1 : 써미스터 단품은 정상 → 콘넥터 금속 단자들에 아주 잠깐 미세한 접촉 불량 발생 → 1초를 마이크로 컨트롤러 클럭 5Mhz 로 나눈 0.00002초 × 내부 명령어 처리 스탭 몇 개 = 예를 들어 넉넉하게 0.0001초 동안 순간적으로 높거나 무한대인 저항값처럼 작용 (순간적인 접촉점 변화 그리고 그에 종속된 고 저항값 인지는 아날로그 멀티미터는 물론 일반 디지털 멀티미터로 감지될 수 없음) → 고열이 곧 저항값 증가와 같은 PTC형 써미스터를 취급하는 Q125 발열 감지/판단 회로 반응 → Q126 베이스-에미터에 연결된 R129에 일정한 전류 흐름을 만들어 냄 → R129 양 끝 전압이 0.7V을 넘어섬 → Vbe를 충족하므로 Q126은 ON 상태로 진입 → Q126 콜렉터~마이크로 컨트롤러 #51 핀 연결 라인은 즉시 High 상태가 되고 기기 전원이 강제 OFF된다.

○ CASE #2 : 써미스터 콘넥터 접촉 불안정 상태 → 셀렉터 보드 콘넥터 분리/삽입 시 가해지는 아주 작은 힘 또는 아주 작은 진동의 전파 → 멀리 떨어진 써미스터 콘넥터의 간헐적인 접촉 상태 개선 또는 악화.

○ CASE #3 : 지난 작업에서 써미스터 삽입 후 통전 상태 정상화  → 택배 중 진동에 콘넥터 면이 불안정한 상태로 → 접촉 면의 상태 개선 없는 통전 오류 지속.

이런 정도… 일부 무리한 듯 보이지만 과거 문제 상황들은 위 시나리오들에 딱 들어맞는다. 오류 재현을 위해 통전 중 써미스터를 분리하면 Q126 Vbe 전압은 즉시 0.7V로 돌변하고 곧바로 기기가 Power Off 된다. 참고로 A(과열) or B(오버로드) = C(파워 OFF) 로직에서 스피커 터미널에 물린 것 없으니 오버-로드 변수는 배제할 수 있다. 냉땜은 없다고 판단됨.

돌고 돌아서 결국 원인을 찾았다? 글쎄요. 세상 일 다 그렇듯 100 프로를 단정할 수 없으므로 조금 더 지켜봐야겠다. (최종 결과는 추후 이 글에 업데이트)

(테스트 중. 확실히, 많은 분들의 말씀처럼… 비교적 발열이 많은 앰프이다)

* 2020.07.13, 정상 작동 중이므로 사례 종료.

(내용 추가, 2020.07.01) 김정근 님과의 대화 과정에서 정리된 새로운 가설.

아래 IC103은 L-채널용 전원 공급을 전담함과 동시에 오버로드 및 과열 감지회로 동작용 그리고 그 두 신호들을 종합하는 Q126 용 동작 전원을 공급한다. 한편, D121과 D122 중심 전원 공급 회로는 Q125 용 전원을 공급한다.

이 조건에서, 전원 라인에 모종의 간헐적인 문제가 발생한 경우 기기 강제 Power Off 오류를 만들어 낼 수 있다. 참고로 마이크로 컨트롤러는 완전히 독립된 전원 부로부터 전력을 공급 받기 때문에 이 영역의 오류와 무관하게 동작하고 있을 것이다.

전원 부의 돌발적인 불량을 의심하게 만드는 단적인 예가 L-채널 프리앰프 부에 배치된 LED가 점등되지 않는 현상.

L-채널 동작 전원은 IC103 → R161 → LED 배치된 프리앰프 부 순으로 공급되는데 그 경로의 R161이 불량일 가능성은 매우 작다. 프리앰프 부에 문제가 없다는 가정에서 라면 나머지 영역에 해당하는 IC 103 또는 관련 부품의 불량을 의심할 수 있다. 논리적으로 꽤 타당하다. (진작 이 가능성을 고려하여 IC103 출력 전압을 점검하였으나 정상이었음)

(내용 추가, 2020.07.01) 누군가를 위한 특기 사항 하나 추가.

1) R-채널 스피커 출력 라인이 실수로 표기되지 않았음. 2) 저항 표기 중 ‘사각형 + 양 끝에 라인들’ 조합으로 표현된 것은 PCB에 통기 구멍을 뚫으라는 뜻. PCB의 공기 접촉 면을 키우고 대류에 의한 공기 유동 경로가 되므로 고 발열 1W 급 발열 메탈 필름 저항의 온도를 낮추는데 도움이 된다.

이런 세심한 설계에도 불구하고… 정작 디지털 기술의 아날로그 세상 개입이 다소 과했다는 생각이다.

(내용 추가, 2020.07.02) 인위적인 오류 현상 재현.

부품들 문제 없고 냉땜 없다는 전제에서, 오로지 콘넥터 핀들 접촉불량 가능성에 국한하여 생각해보면 프론트 패널 쪽 버튼/기능들을 죄다 끌어모아 마이크로 컨트롤러 전달하는 CNT901의 건전성이 문제가 될 수 있다.

이유는? 상시 대기 전원회로로 부터 마이크로 컨트로러 동작 전원이 공급되니까… 예를 들어 순간적인 전원 단절이 생기면 마이크로 컨트롤러 즉시 스톱 → 기기 파워 OFF. 다시 순간적으로 전원 연결되면 마이크로 컨트롤러가 곧바로 살아나고 기기 파워 ON. 이 발 빠른 반응은… “따다닥!” 오류에 부합되는 조건이다.

(메인보드 기준 핀 정의는… +6V, Reset, DG, DG, PWR DOWN, PWR RLY, RMC, PWR SW, T2M LED, T2M SW)

(내용 추가, 2020.07.02) 김정근 님 AX-7R 오류 현상에 대해 ‘함께 고민하기’ 정리. 

○ LED OFF 오류 : Power OFF 오류는 동일. 그런데 파워앰프 부 LED OFF가 목격됨 → R224 잠시 제거하고 어떤 작업을 한 다음 저항을 다시 연결 → LED 점등. 도대체 왜?

아래 회로 구성을 보면… 메인전원 들어가면 무조건 점등 되어야 한다고 판단되므로 양파 메인 전원 라인들 중 한쪽에 문제가 있는 듯하다. 오류를 만들어 낼 수 있는 것은 예를 들어 콘넥터. AC 전원 들어가고 나가면서 전기적인 충격에 의해 접점 면이 개선되었거나 반대로 나빠진다는 시나리오. 소켓 청소, 냉땜 확인하면 될까?

○ 오버로드 오류 : 출력 부 오버로드 검출 회로에 내재된 어떤 문제에 의해 반복적으로 Q126이 트리거 된다는 시나리오.

다이오드/저항/트랜지스터로 균형점이 부여된 감지회로(=녹색 마킹)가 있다고 하고…  0.5uH+10 오움 저항 두 개로 구성된 포인트의 양 끝 전압이 극단적으로 치솟는 경우 즉, 대 전류가 흐르면 오버로드 상태가 될 것이다. 균형점 깨지면 직후 Q123 콜렉터~에미터에 일정 강도 이상 전류가 흐름 → 그것은 곧 Q126 베이스에 물린 R129의 전류가 커진 것과 같음 → R129 양단 전압은 곧 Q126 Vbe. 그것이 0.7V로 급상승 → 디지털 High 신호에 상당하는 의미 → 마이크로 컨트롤러 반응 + 강제 Power OFF.

이 시나리오가 맞다고 하면 무엇이 문제일까? 수동 소자 불량 가능성이 적다고 보면… 다이오드, 트랜지스터의 부분 열화 또는 간헐적 불량?

(내용 추가, 2020.07.04) 다음은 김정근 님이 이메일로 보내주신 LED OFF + 전원버튼 동작 불량에 대한 작업 결과의 일부.

“양파 전원이니 역으로 LED -쪽을 아래로 찾아 내려가면서 C154(8200UF/50V) 의 -쪽을 테스터기로 찍어보니Q122L쪽으로 올라가는 점퍼선이 흔들거리는 것이 발견되어서 납땜을 하니 LED들어오면서 정상 동작을 하게 되었습니다. 지금 생각해보니 세척을 열심히?하면 동작되다가 어느 순간되면 퍽하고 꺼져버리는 게 이 양파 전원 한쪽에서 전원공급이 안 되다 보니 마이컴에서 강제 OFF시킨 것 같기도 합니다”

LED 미 점등 즉, 양파 전원  중 (-)라인의 문제로 증폭 회로가 무효가 되는 문제 외에… 나머지 (+) 전원 하나는 살아 있는 상태이므로 스피커 출력라인 중섬점 전압(≒DC Offset 관점의 DC) 달라지고 Q129L 등 회로에 의해 오버로드 상태로 오인되면서 예의 강제 파워 OFF 문제가 생길 수도 있겠다.

역시… 빈티지 기기들에 숨겨진 냉땜은 애호가들에게 영원한 숙적? 네. 산화 등에 의한 금속 표면상태 악화 현상도 숙적.