글쓴이 : SOONDORI
<길버트 셀>은, 미국 공학자 Berrie Gilbert가 1960년대에 집대성한 회로 이론.
아래 구조의 트랜지스터 또는 FET를 배치하고 두 개 입력에 두 종 주파수를 주입하면, 한 개 출력에 두 주파수의 곱셈에 해당하는 주파수가 출력된다.
■ 주파수를 곱한다고?
아날로그 곱셈은, 예를 들어 A 전압이 2V이고 B 전압이 1.5V일 때 출력 C 전압이 (A × B 개념에 맞는) 3V가 나오면 된다. 숫자 곱셈이라기보다는, 전압 인식의 패턴이 그렇다는 것. 길버트 셀의 최종 결과물이 F_if = k × V_in_1 × V_in_2이니까, 그런 아날로그 곱셈의 논리를 충족. 그리고 순간순간 전압이 그렇게 달라지는 것이니까, 순시 전압을 시계열로 나열하면 결국 연산 처리된 제3의 주파수가 되는 것.
그리고 그런 연산 과정에 매우 중요한 것이 하나 있는데, F_rf 주파수에 F_lo 주파수를 곱해서 나온 F_if 주파수가, F_rf보다 더 낮은 주파수가 된다는 사실이다. 그리고 그것을 조금 다르게 해석하면, 결과물 F_if가 입력물 F_rf의 정보를 그대로 담고 있다는 것이 된다.
그렇고… 이상은 두 가지 의미를 내포한다. 하나는 두 주파수를 혼합하는 믹서(Mixer)로서의 기능, 다른 하나는 심볼 모양 그대로인 곱셈기(Multiplier)로서의 기능. 그러므로,
믹서 = 곱셈기 = 동그라미 안의 X.
■ MPX IC의 내부
두 가지를 빈티지 FM 튜너에 투영해 보면,
보통 공개된 인터넷 데이터시트는 다음과 같은 단순한 블록도만 제시한다. (핀 결선만 제시하는 사례도 있으니, 감지덕지)
극소수 내부 결선을 보여주는 사례가 있고… <Stereo Demodulator 블록> 내부는 아래와 같은 모습. 그곳에 길버트-셀이 있다.
* 관련 글 : 표준 MPX IC의 내부
■ 그것이 그곳에 있는 이유
MPX 구현 방식은 여러 가지이다. 아래와 같은, 빈티지 튜너에서 표준처럼 자리잡은 구조/처리방식의 취급 주파수는, a) ~15Khz의 낮은 대역 주파수가 머금은 Mono 음성 정보, b) 파일럿-톤에 종 된, 그러면서 새롭게 생성된 38Khz 캐리어로 가져온 Side Band 음성 정보, 두 가지이다.
~15Khz는 맨 밑바닥의 기저부 정보이니 넘어가고… 사이드 밴드에 있는 (L-R)에 38Khz를 곱하면, 그것이 Side Band 음성 정보를 담은 채 ~15Khz가 있는 기저부 밴드로 내려온다.
내려온다고?
오실로스코프 FFT 모드의 화면 또는 스펙트럼 애널라이저 화면에서 X축의 오른쪽 그러니까 높은 주파수 쪽를 건물의 고층으로, 왼쪽은 저층으로 삼고,
앞선 그림에 정리된 공식대로… f_if = | f_lo – f_rf |이니까, f_if = | 38Khz – 53Khz | → f_if = 19Khz 즉, 건물 저층부에 해당하는 기저부 밴드의 것이 됨. 더 간단하게 상상하자면, (L+R)이 건물의 입구에서 기다리고 있고 8층에 있던 ± (L-R)이 엘리베이터를 타고 1층으로 내려오는 장면을 상상하고…
둘이 1층에서 만났으니 자연스럽게 연산된다는 논리. 그리고 또… (L+R) ± (L-R)의 처리의 ± 연산 부호는, 앞서 정리된 f_in_1 + f_in_2 또는 f_in_1 – f_in_2와 같다.
■ 프론트엔드에서는?
다음은 ROHM의 BA4412 프론트엔드 IC.
포터블 카세트나 카 스테레오에서는 체적 확보가 중요하니까 IC를 써야 했고, 그래서 Rohm 제품에 길버트 셀이 들어갔겠지만… 그런 걱정이 없는 일반 빈티지 튜너에서 그런 부류의 IC를 썼다면, 제작사가 딱히 성의가 없는 것. “스스로 만들어야쥐~!” 그렇게 생각한다.
[ 관련 글 ]
프론트엔드의 아날로그 곱셈
어쩌고 저쩌고 고품질 FM 스테레오 복조기
길버트 셀의 동작을 설명한 동영상. 좋아요 한 번 눌러주기.
