표준 MPX IC의 내부

글쓴이 : SOONDORI

윤*덕 님과의 개인적인 대화 중 언급되었던 페어 차일드社 UA758N MPX IC. 오로라! 마침 데이터 시트에 내부 회로가 공개되어 있다.

■ 동작 이해

1) Multiplex Input #1핀으로 ‘검파 후 신호(30~15Khz 음성신호 + 19Khz + 38Khz 부근 부채널 신호 + SCA 신호 등)’가 들어오면 <Input Buffer>블록을 통과하고 <Amplifier>블록에서 1차 증폭된다. 동시에 원시 IF 신호가 <Stereo Demodulator>블록에 그대로 공급되고 있음에 유의. 즉, 제어를 위한 라인과 정보를 전달하는 라인이 <Input Buffer> 불록에서 분기하고 있다.

2) <Amplifier>블록 출력은  #2~#12에 연결된 소용량 커패시터를 경유, 위상 진각 상태에서 <Pilot Phase Detector>블록과 <Pilot Amplitude Detector>블록에 동시 전달된다.

3) 먼저, <Pilot Phase Detector>블록 이후 처리에 대해서.

불럭을 빠져나온 신호는 <Loop Filter>로 표기된 Low Pass Filter를 거쳐 <76Khz VCO 블록>에 전달된다. 루프 필터는 <Pilot Phase Detector>블록 ~ <38Khz to 19Khz Quadrature Divider>블록의 환류 경로 즉, 피드백 Loop 안에서 타켓 신호인 19Khz 외 불요 신호(하모닉)를 제거하는 용도로 이해하고…

여기서 <76Khz to 38Khz Divider>블록이 a) 방송에 담긴 19Khz 파일럿 톤과 b) MPX IC가 스스로 생성한 76Khz를 만지작거린 다음, 어떤 기준 정보를 <Stereo Demodulator>블록에 전달한다는 게 중요하겠다. 가령 19Khz가 없는 모노 방송을 수신하고 있거나 우연히 MPX IC VCO가 틀어졌다면 순환 감지 동작이 불량해질 것이고 그에 따라 <Stereo Demodulator>블록의 제어점이 불량해질 것이며 결국은 스테레오 분리가 제대로 처리되지 않을 것.

4) 다음으로 <Pilot Amplitude Detector>블록에 대해서.

유사한 피드백 구조로 <Pilot Amplitude Detector>블록 ~ <38Khz to 19Khz In-Phase Divider>블록이 방송 채널에 일정 강도의 19Khz가 담겨 있는 지를 판단하고 <Stereo Switch>블록을 통해서 스테레오 램프와 스테레오 디코딩의 핵심인 <Stereo Demodulator>블록 동작을 제어한다.

5) <Stereo Demodulator>블록은 자체 생성한 38Khz 스위칭 신호, 원시 IF 신호를 가지고 고속 스위칭 연산(*)을 한다. 그리고는 <Out Buffer>블럭을 통해 분리된 L, R 신호를 출력. 그 사이에 디엠퍼시스 조절용 RC 회로가 배치된다.

* 스위칭 연산? 모던한 패키지 IC이기 때문에 그렇고 구형 MPX 회로는 Diode 등 조합하는 아날로그적 방법을 쓴다. 즉, 아날로그적 연산에 기대므로 ‘취급 주파수의 최소 2배’를 요구하는 Nyquist Frequency에 상당하는, 초 당 3만 8천 번(=38Khz)짜리 스위칭이 없고 논리적인 끊김도 없음.

(관련 글 : TRIO Model AD-2와 아나로그 스테레오 디코더의 동작원리)

이상의 단편적 관찰을 묶은 다음 <Stereo Demodulator>블록 입장에서 생각을 해보면, 방송 채널에 담긴 파일럿톤 19Khz와 스스로 생성한 19Khz 두 가지 잣대를 비교함과 동시에 감지된 19Khz가 적당한 강도인지를 확인하고 양자 AND 조건일 때 38Khz 부근 L-R 신호를 가미하고 연산하여 스테레오 분리를 처리하는 것이다.

예를 들어… 한참을 끙끙거리게 만들었던 럭스만 T-110U의 MPX IC 동작 오류는 그 일련의 처리를 할 수 없을 정도로 취약한 IF 신호가 전달되었던 탓이다. 밥 좀 먹으려는데 그릇에 익은 쌀 한 톨뿐이라면 그게 밥인가? 쌀인가?

* 관련 글 : Luxman T-110U 아날로그 튜너 (12), MPX IC와 스테레오 LED

몇몇 사례로 짐작해보건대 ‘가변저항 슬쩍 돌리면 그만일 MPX VCO 오류’를 제외하고는 대부분의 스테레오 처리 불량은 IF 신호 오류에 기인할 가능성 높겠다. 뭉뚱그려서 묘사하자면 “MPX IC는 매우 튼튼하니 일단 믿고 거르는 게 맞다”라는 주장. 대충 생각해봐도… IF 영역에 코일, 코어, 지긋지긋한 튜불러 커패시터, 주변 노화 등 이런 저런 반항아적 요소가 잔뜩이다.

■ 국부 회로 관찰

블록 조합만으로 이해하는 바는 그렇고… 내부 회로 구성은 어떠할까?

먼저, IC 제조에 있어서 커패시터 성분를 탑재하는 것은 전극 간극, 면적 등 물리적 필수 조건의 충족이 어렵기 때문에 트랜지스터, 저항 두 가지만 배치한다는 점에 유의한다. 그러니까 구형 IC는 대부분 “연결 핀을 배치할 테니까 커패시터는 당신이 알아서 하세요” 스타일.

살펴보니… 76Khz, 38Khz, 19Khz관련 분주는 기본적으로 바이브레이터 회로를 응용해서 처리한다.

나머지도 대충 그런가 보다 하고 넘어가면… 남은 것은 MPX의 핵심인 <Stereo Demodulator>블록. Pair 매칭된 4개 트랜지스터의 작용에 의해서 (19Khz 하단 L+R) + (38Khz 전/후 L-R) = 2L ≒ L 신호, (19Khz 하단 L+R) – (38Khz 전/후 L-R) = 2R ≒ R 신호가 나온다. 그리고… 글쎄요? 스위칭 동작을 한다는 점 제외하고는 단방향 Diode를 환상형으로 배치한 것 즉, Ring Diode 구조와 크게 다를 것이 없는 듯.

* 관련 글 : Fisher FM-1000 진공관 튜너의 MPX 회로, 동작 재검토

전체 회로는 다음과 같고 심심풀이로 개수를 세어보니 트랜지스터 80개 + 다이오드 6개로 꽤 많다. 이것을 단일 부품으로 구현하자면 일반 튜너 바닥을 꽉 채울 정도가 될 듯. 그리하여…

제 아무리 단순한 디지털 튜너일지라도 IF IC + MPX IC 트랜지스터 합은 100개를 훌쩍 넘어가고 200개에 근접한다는 이야기.

* 관련 글 : 표준 IF IC의 내부

* 관련 글 : 각종 디스크리트 스테레오 디코더와 MPX IC 정리