Kenwood L-01T 튜너의 19Khz와 38Khz 취급 방법 - 빈티지 오디오 콘텐츠와 판매, 오디오퍼브

글쓴이 : SOONDORI

“어떻게 38Khz 스위칭만으로 L과 R이 분리되는가?”

캔우드 튜너의 블록도와 회로도 그리고 기억하는 현물 동작 사이에 알 수 없었던 항목이 하나 있었다. 그것에 대한 궁리와 판단을 정리하는 글.

■ FM 시그널 송출

발음이 엇비슷해서 혼동하기 쉬운 ‘변조(變調)’와 ‘복조(復調)’ 중 방송국의 변조 처리는 아래 표준 블록도와 같다.

(▲ 방송국의 두 개 마이크 픽업 → 시스템이 L+R과 L-R 신호 가공 + 19Khz 준비 → RF 방사 전력을 아낄 요량으로, 38Khz를 제거한 유효 정보를 혼합하여 송출. 그래서 양 측파대억압 반송파 변조(DSBSC, Double Side Band Suppressed Carrier)라고 부른다)

※ 여기서, +/+/+가 표시된 사각형 n:1 멀티플렉서가 배치되었음에 유의.

■ 현물 반응 : PCD IC 입력과 출력 시그널

프론트엔드와 IF 처리는 그렇고… AN610 모듈레이션 IC에 의해서 주파수-펄스폭 변조 모드로 → (오실로스코프의 단순 파형 관찰에 있어서) 관측 파향이 좌우로 왔다 갔다 하며 규칙적인 리듬을 타는데… 그것이 곧 가변 중인 펄스폭 즉, 유효 신호이다. 이때의 기본 주파수가 1.96Mhz라는 것에 유의.

PCD IC인 TR4010A가 그것을 입력으로 받고, 아래와 같은 결과물을 출력. 파형 형태는 일반 튜너의 검파 회로 종단에서 볼 수 있는 것과 유사하다.

그러면, 일반 직교검파 튜너와 PCD 튜너의 취급 정보가 같을까? 다를까? 과연 어떤 속성의 신호가 들어있을까?

■ 현물 반응 : 스위칭 MPX 회로를 거친 직후

아래 회로도 R103과 R104가 만나는 포인트 즉, 복합 신호(Composite Signal = 검파 후 신호)가 일종의 전자 릴레이와 같은 IC14 TC4066BP#2/#4핀에 전달될 때, 그 파형은… 깨끗한 1Khz 싸인파. 그 조건에서, SSG L-Only, R-Only 모드 설정에 적절히 반응함.

재정리하자면, 위 <SEPP> 포인트에서 이미 <스테레오 디코딩 = MPX = 멀티플렉싱 처리>가 100프로 완료되었다는 뜻이다. 이후는 그저, 두 개 포스트 앰프가 L 채널과 R 채널 신호를 받아서 지지고 볶고 하면 그만.

■ SELF 질문과 답변 : 측파대 포인팅하던 38Khz는 어디로?

이상에서,

1) OP.AMP 반전 입력 핀에 19Khz 파일럿-톤 제거용 신호가 전달되면 방송국이 보낸 19Khz는, 논리상 완전히 제거되어 Zero 상태가 된다 → FM 세상의 중요한 원격 Control 명령인 Pilot 신호이지만, 그것이 잡신호로 작용할 수 있기 때문에 존재 여부를 확인한 즉시 Cancelling하는 것.

2) 일반 튜너의 <검파 후 신호>와 흡사한 어떤 신호가, [IC10 OP.AMP] + [출력이 상/하 스윙하는 트랜지스터 두개] + [IC14 스위칭 IC} 조합 경로를 통과하는 것만으로도 완벽하게 L/R 분리가 완료되었다.

3) 38Khz는 오로지 IC14 TC4066BP 구동용으로만 쓴다. 방형파 교반 펄스로서만.

이상의 팩트를 놓고 보면, L-01T 튜너는 일반 튜너에서 흔히 상정하는 처리 로직을 따르지 않는다는 이야기가 된다.

실제로 그러하다. 무엇이 다른지를 정리하기 이전에… 우선, 스위칭 소자인 TC4066BP IC를 살펴보면,

38Khz 교반형 구동 펄스에 의해 동작하고 검파 후 신호의 처리에는 직접적으로 개입하지 않음. 그러면, IC가 작동하기 이전이 이미… (L+R) ± (L-R) 처리가 완료되었다는 이야기가 됨. IC는 그저 어떤 타이밍에 맞게 2L 신호, 2R 신호를 지정된 포스트앰프의 지정 채널에 흘려주기만 한다는 것이며… 그러니까 단순 흐름 조절용.

이제는, (Gate 중심 회로일 것 같으나 인터넷에는 아무런 정보가 없는) TR4010A PCD IC에 주목.

비교용으로 KT-80의 것을 가져와 보면… AN610 + TR4010A 조합은 같다. 스테레오 분리는 전적으로 HA12016 MPX IC에 맡기고 있다. 그 말은, PCD IC의 출력이 남다를 게 없다는 뜻이다. 즉, <어떤 검파 후 신호>는 일반 튜너의 <검파 후 신호>와 같다.

4) 여기까지를 한 줄로 정리하면, L-01T 튜너가 일반 튜너의 것과 완전히 같은 <검파 후 신호>를 대상으로, 38Khz짜리 전자 릴레이로 스위칭하면 자연스럽게 L과 R을 분리되는… 어찌 보면, 매우 신기한 동작을 하고 있는 게 된다.

“어떻게 38Khz 작대기를 좌우 휘두르는 것만으로 스테레오 분리가 된다는 것일까?

다음은 KT-917 서비스 매뉴얼에서 가져운 문구.

“… KT-917에서 최소 왜곡을 제공하는 중간 주파수는 다음과 같이 얻습니다. 수신 신호가 IF 신호로 변환될 때 수신 신호는 더 높은 주파수 신호로 변조됩니다. 변조된 신호가 IF 필터를 통과할 때 발생하는 2차 고조파 왜곡은 FM 검출 후 검출됩니다. 검출된 왜곡 신호는 DC 전압으로 변환되어 국부 발진기에 인가되어 국부 발진 주파수를 제어하고, 최종적으로 중간 주파수를 제어하여 검출된 DC 전압이 0V를 유지하도록 합니다. 따라서 최소 왜곡을 제공하는 중간 주파수가 얻어집니다.

S/H MPX (샘플 앤 홀드 MPX)

(1) 이론
파일럿 톤을 갖는 스테레오 방송 신호를 L 및 R 채널 신호로 복조하기 위해, 복합 신호를 시분할 신호로 간주하여 38kHz의 부반송파와 동일한 주파수를 갖고 동기화된 신호를 생성하고, 복합 신호를 생성된 신호와 스위칭하는 복조 시스템을 사용합니다. PLL 회로에서 생성되고 입력 파일럿 신호와 동기화된 38kHz 신호는 대부분의 경우 스위칭 신호로 사용되며, 대부분 듀티 사이클이 50인 구형파입니다.

이 구형파 신호로 얻은 분리도는 누화 성분을 제거하는 회로를 사용하지 않을 경우 기껏해야 약 13dB입니다. 간단한 스위칭 회로를 사용하여 이러한 분리도를 개선하려면 스위칭 회로의 ON 시간을 줄여야 합니다. 그러나 부반송파의 평균값을 스위칭 출력으로 사용하는 이 방법 역시 분리도에 대한 고유한 한계를 갖습니다. 따라서 이러한 점에서 부반송파의 피크 지점을 샘플링하고 유지하는 샘플 앤 홀드 시스템을 사용하는 스위칭 회로가 지금까지 가장 유리한 접근 방식입니다.

합성 신호 파형을 살펴보면 부반송파의 피크 지점에 포함된 정보는 왼쪽 또는 오른쪽 채널의 정보만 포함하는 것으로 알려져 있습니다. 즉, 피크 지점에서의 분리도는 무한합니다.

(2) 실제 회로 구성
부반송파의 피크 지점을 확실하게 포착하려면 스위칭 신호와 부반송파 간의 상대적인 타이밍이 가장 중요한 요소입니다. 이를 위해 PLL IC를 사용하여 복합 신호와 완전히 동상인 38kHz 스위칭 신호를 생성합니다. 이 신호는 듀티가 50인 구형파입니다. 따라서 듀티 비가 더 작고 선행 및 후행 에지가 더 가파른 펄스 신호로 변환됩니다. 신호의 후행 에지는 부반송파 피크와 타이밍이 맞춰집니다. 이를 위해 PLL 회로에 결합될 19kHz 파일럿 신호의 위상을 미리 이동시켜야 합니다. 따라서 위의 절차를 통해 부반송파 피크를 검출할 수 있습니다.

피크 전압은 커패시터에 다른 피크 전압이 인가될 때까지 커패시터에 의해 유지됩니다. 커패시터에 걸리는 피크 전압을 오류 없이 유지하려면 회로가 짧은 샘플링 간격을 따라갈 수 있어야 합니다. 이를 위해 저임피던스 신호원에는 푸시풀 이미터 팔로워를 채택하고, 낮은 온 저항을 위해 스위칭 소자에는 상보형 FET를 사용합니다. 스위치의 OFF 상태에서 충전된 전압이 방전되는 것을 방지하기 위해 스위치는 높은 OFF 저항을 가지며, 또한 스위치에서 볼 때 매우 높은 부하 임피던스를 위해 다음 단에 Bi FET 연산 증폭기가 사용됩니다.

S/H MPX는 기존 스위칭 회로에 비해 변조 중에 발생하는 부반송파 누설이 훨씬 낮아 부반송파 제거를 위해 더 간단한 저역 통과 필터를 채택할 수 있으므로 분리 성능뿐만 아니라 음색 품질에도 유리합니다. 전류 측정 방법에서는 변조 중에 부반송파 누설을 측정합니다. 그러나 기존 스위칭 회로의 부반송파 누설은 변조 중에 훨씬 더 증가합니다. 이와 대조적으로 S/H MPX 회로는 복조 후 38kHz 성분의 진폭 변화가 적기 때문에 동적 부반송파 억제 비율이 더 높습니다…”

아하! 시분할!

방송국 송출 방식이자 일반 튜너의 처리 방식기이기도 한 <FDM, 주파수 분할 방식>을 무시하고, 일방적으로 <TDM, 시분할 방식>으로 처리한다는 것. 다 좋은데… 양자는 확실히 다른 개념인데, 어떻게?

답은, 방송국의 멀티플렉서 장치 안에 있음.

1) 고오~급스러운 방송국 시스템에서,

가) L+R 준비, L-R 준비 → RF + (L-R)하고 송출(*). 그다음, RF – (L-R)하고 송출(*). 그다음, RF + (L-R)하고 송출. 그다음, RF – (L-R)하고 송출… TDM 신호 포맷으로 RF 방사하지만, 38Khz 사이드-밴드 생성 재료인 (L-R)의 처리에 관해서는, ‘순차 교반형(*)’으로. n:1 멀티플렉서가 그러는 것.

* 디지털 세상에서 흔히 쓰는 기법, 시분할 처리의 기본 속성을 염두에 두고 그것에 캔우드 튜너의 교반 스위칭 동작을 대입하면, 이런 식으로밖에는 표현할 수 없음. 문과생적 이해가 그렇다.

나) 이 반복 동작에서 싸인파 19Khz 파형이, a) -전위일 때와, b) + 전위일 때, d) 그리고 0V점을 지날 때의 시간은 매우 정확하게 관리된다. 말씀인 즉, 모든 것의 기준점을 제공하는 파일럿-톤은 절대적으로 깨끗하고 절대적으로 정교하고 절대적으로 Timing이 완벽하다는 것. KBS가 비싼 시스템을 쓸 것이니 그렇다고 보고…

2) 자유 공간을 날아온 FM 전파는 꽤 불안정하다. 당연히, 그 안에 들어 있는 파일럿-톤 19Khz도 불안정할 것. 일단, 튜너가 FM 송/수신 체계의 핵심 컨트롤 명령인 파일럿 톤을 인식했다면, <방송국 표 19Khz>는 버리고 튜너가 자체 생성한, 그래서 충분히 믿을 만한 로컬 19Khz로 대체한다. 그런 다음, 19Khz로 38Khz 만드는 것은 쉬운 일. 그렇게 아주 확실한 두 가지 잣대를 쓰면, 튜너와 청자에게 좋은 여러 가지 이득이 있다고.

막연하게 상상해도 충분히 그럴 법하다. 그리고, 그런 것이 PLL MPX.

3) 이 조건에서,

가) 튜너 쪽에서 자체 생성하여 외모가 준수한 로컬 19Khz가, 희미하고 약골인 방송국 19Khz을 참조하고 있으니, 양자는 완벽하게 Time Sync. 되었다고 본다. 이후, 방송국의 +(L-R), -(L-R)… 순차 처리를 그대로 따라가면서 스위칭하는 것은 곧 변조 과정을 그대로 되돌리는 복조 연산을 하는 것이 된다.

“응? 이렇게 쉬운 것이었나?”

예를 들어, 자체 생성 19Khz 파형이 0V지점을 지날 때, 그것을 배수로 확대하여 38Khz를 만들고… 매 1/380,000초마다 +(L-R)이든 -(L-R)이든 38Khz 옆자리의 Side Band 정보를 규칙적이고 반복적으로 꺼내오기. 꺼내면 그것이 기저부 대역(0~15Khz) 위치로 낮아지니까, 그냥 L+R에 붙여주기가 된다. 그러면서… 오로지 타이밍 맞추기만으로 Stereo Decoding이 된다는 것.