글쓴이 : SOONDORI
미국 Audio Magazine 1969년 11월 호에서 가져오기. 이제는 낡은 또는 폐기된 기술이 당시에는 생소했다는 것이… 흥미롭다. (표제부 사진 출처 : https://www.ebay.com/itm/134994187590)
* URL : https://archive.org/details/am-1969-11./mode/2up?view=theater
ABZs of Stereo FM, LEONARD FELDMAN
A Modern Switching-Circuit Decoder
소위 “시분할” 또는 “스위칭” 스테레오 멀티플렉스 디코더의 작동 방식을 이전에 살펴보았으므로, 이러한 원리를 구현한 최신 회로를 자세히 살펴보는 것이 좋을 것입니다. 지난달에 설명한 기본 개념을 시작으로 많은 제조업체들이 회로를 너무 정교하게 다듬어서 디코딩 프로세스의 요소를 “간파”하기 어려울 때가 많습니다.
일반적으로 이러한 개선은 두 가지 매우 타당한 이유에서 이루어집니다. 첫째, 모든 주파수에서의 분리도, 복조 후 충분한 잔류 38kHz 및 19kHz 제거 등과 같은 성능 사양을 개선하기 위한 것이고, 둘째, 자동 모드 전환(모노포닉에서 스테레오 FM으로), 스테레오 표시등 등과 같은 편의 기능을 통합하기 위한 것입니다.
소니 STR-6120 수신기의 MPX 디코더 섹션에서 간단하고 깔끔한 설계를 찾을 수 있으며, 해당 회사의 허가를 받아 해당 설계의 요소를 사용하여 현재 시판 중인 실제 설계를 바탕으로 “디코딩” 프로세스를 설명하겠습니다. 이 특정 수신기는 상당히 고가의 범주에 속하지만, 설계자들은 현대 스테레오 FM 회로에서 찾을 수 있는 거의 모든 기능을 통합했기 때문에 이러한 설명 목적에 적합합니다.
그림 1은 회로의 블록 다이어그램을 보여줍니다. 비율 검출기의 출력에서 디엠퍼시스를 적용하지 않은 입력 신호는 먼저 복합 증폭기 단에서 증폭됩니다. 출력은 이 트랜지스터 증폭기의 컬렉터와 에미터에서 모두 가져옵니다. 컬렉터 뒤에는 19kHz(파일럿 신호 주파수)에서 공진하도록 조정된 튜닝 회로가 이어지고, 이 회로는 동일한 주파수로 튜닝된 변압기와 함께 원하는 19kHz를 제외한 합성 신호의 모든 것을 제거하고 이 신호를 19kHz 증폭기에 결합합니다. 이 단계의 컬렉터에서 발생한 19kHz 신호는 다이오드 쌍으로 구성된 전파 정류기에 변압기 결합됩니다. 회로의 이 부분은 그림 2에 개략적으로 표시되어 있습니다. 정류기 쌍에서 생성된 펄스는 필터링되지 않으므로 그림에서와 같이 19kHz의 각 사이클에 대해 이러한 펄스가 두 개 생성됩니다.
그림 1의 블록 다이어그램 왼쪽 하단에 표시된 모노-스테레오 모드 스위치를 트리거하는 데 사용되는 것은 바로 이러한 비정현파이지만 상당히 큰 진폭의 펄스입니다. 이 스위치에 대해서는 나중에 더 자세히 설명하겠습니다. 다음 단계(38kHz 증폭기)의 컬렉터 회로는 공진 탱크 회로를 통해 38kHz로 조정됩니다. 결과적으로 생성되는 38kHz 정현파 신호는 브리지형 복조기 회로에 변압기 결합되는데, 이는 그림 3에서 볼 수 있듯이 이전에 분석된 간단한 2다이오드 복조기와는 다릅니다.
그림 1의 복합 증폭기를 다시 살펴보면, 해당 단계의 이미터에서 파생된 신호는 복합 신호의 모든 주파수, 즉 50Hz에서 15,000Hz까지의 주 채널 주파수, 19kHz 파일럿 신호, 23kHz에서 53kHz 범위의 스테레오 측파대 신호, 그리고 SCA(배경 음악 가입자 서비스)가 전송되는 경우 주파수 변조된 67kHz 부반송파를 포함합니다. 전체 복합 신호는 먼저 19kHz 대역 제거 필터를 통과하여 해당 성분을 제거한 다음, 67kHz 필터를 통과하여 SCA 전송과 관련된 주파수를 제거합니다.
합성된 합성 신호는 그림 3에 나타낸 복조기 변압기의 2차 권선 중앙 탭에 인가됩니다. 평형 브리지 구성에 4개의 다이오드를 사용함으로써, 이 시스템은 더 단순한 2-다이오드 구성에서 존재할 수 있는 잔류 38kHz 성분의 대부분을 제거합니다. 2차 권선의 각 끝에 38kHz의 교대 극성이 인가됨에 따라, 상단 다이오드와 하단 다이오드의 교대 전도는 각각의 출력 라인에서 L 및 R 신호를 검출 또는 샘플링합니다. 그림 1의 블록 다이어그램에서 이러한 출력을 로 표시했으며, 구불구불한 기호는 “대략”을 의미하는 수학 용어입니다. 즉, 대략 L만, 대략 R만 의미합니다.
여러 가지 이유로, iF 시스템이나 주 채널 비율 검출기 출력에서부터 시작하여 주 채널 프로그램 콘텐츠와 하위 채널 사이드밴드 간의 “믹스”가 진폭과 위상 면에서 불균형을 이루었을 수 있습니다. 이 “믹스”가 정확한 비율이 아니면 L 라인에 R이, R 라인에 L이 각각 존재합니다. 소니가 이러한 “불순한” 분리 현상을 어떻게 보상하는지 곧 알려드리겠습니다.
지금까지 신호에 디엠퍼시스를 적용하지 않았다는 점을 기억하실 겁니다. 이전에 디엠퍼시스를 적용했다면 스테레오 복조 전 합성 신호의 일부인 필수 초가청 주파수가 거의 완전히 감쇠되거나 제거되었을 것입니다. 이 과정은 복조 후에 완료되며, 두 개의 서로 다른 신호가 존재하기 때문에 각 신호에 디엠퍼시스 네트워크가 필요합니다. 네트워크 자체는 고주파를 규정된 방식(모노포닉 FM과 마찬가지로 75마이크로초 시간 상수)으로 “롤오프”하는 일반적인 R-C 네트워크로만 구성됩니다.
이 회로에서 소니는 L 회로와 R 회로 사이에 연결된 소형 커패시터를 통해 고음역대의 오디오 주파수를 혼합하는 하이 블렌드 스위치를 도입했습니다.
이 스위치는 실제로 고주파수에서의 분리도를 떨어뜨리기 때문에, 왜 이러한 “부분 스테레오 무효화 스위치”가 도입되었는지 의문이 들 수 있습니다. 약한 신호가 있을 때 스테레오 FM과 관련된 고주파 잡음이 L 채널과 R 채널에서 반대 위상으로 나타나는 것을 확인할 수 있습니다. 따라서 이 스위치는 이러한 수신 불량 상황에서만 사용하도록 설계되었습니다. 스위치가 단락되면 한 채널의 고주파 잡음 일부가 반대 채널의 고주파 잡음을 상쇄하지만, 고주파 스테레오 분리도는 저하됩니다.
이 스위치의 핵심은 고주파 분리도가 좋지 않더라도 잡음 없는 스테레오를 즐기는 것이 최적의 분리도를 가진 잡음이 많은 스테레오를 듣는 것보다 낫다는 것입니다. 이러한 대부분의 편의 기능처럼, 이 스위치는 소비자가 직접 조작할 수 있도록 설계되었으므로 청취자는 여전히 선택권을 가질 수 있습니다.
다음 단계는 프리앰프라고 불리지만, 단순한 증폭보다 더 중요한 기능을 수행합니다. 이 회로 부분의 회로도는 그림 4에 나와 있습니다. L 채널과 R 채널의 이미터를 연결하는 저항-포텐셔미터 조합은 채널 간에 음의 피드백을 제공합니다. 이 시점까지 R 채널에는 약간의 L이, L 채널에는 약간의 R이 남아 있을 수 있다는 점을 기억하십시오.
설명을 위해 L 채널에는 0.9의 L과 0.1의 불필요한 R이 있고, R 채널에는 그 반대가 적용된다고 가정해 보겠습니다. 이제 음의 피드백의 양이 -0.1(0.9R + 0.1L)이 (0.9L + O.IR) 채널에 유입되는 경우(10% 피드백), “L” 라인에서 나오는 합성 신호는 (0.9L O.O.I.L + O.IR – 0.09R), 즉 (0.89L + O.O.IR)이 됩니다. 원하는 L 신호의 진폭을 0.9에서 0.89로 줄였지만, 동시에 원치 않는 R 함량을 0.1(10%)에서 .01(1%)로 줄였습니다. “dB” 단위로 보면 이는 분리도가 20dB에서 40dB로 향상된 것을 의미합니다.
이러한 모든 개선이 “L” 채널에서 일어나는 반면, 동일한 피드백 보정은 “R” 채널에서 대칭적으로 일어나고 있다는 것은 자명합니다. 적어도 이론적으로는 그림 4에서 전위차계를 적절히 조정하면 R의 원치 않는 L과 L의 원치 않는 R이 완전히 제거될 것입니다.
그러나 실제로는 진폭 차이뿐만 아니라 다양한 오디오 주파수에서의 위상 차이도 보상해야 합니다. 모든 주파수에서 이러한 위상 응답 차이를 해결할 수 있는 것은 신중한 초기 설계뿐이며, 실제 설계에서는 이러한 위상 응답 차이를 거의 달성하지 못합니다. 그러나 중간 주파수에서 40dB의 분리는 실현 가능하며 현재 시판되는 여러 고급 스테레오 수신기와 튜너에서 이러한 결과가 확인되었습니다. 흥미롭게도 FCC는 전송 과정에서 모든 주파수에서 약 30dB의 분리만 요구하는데, 대부분의 일반 포노 카트리지는 스테레오 디스크에서는 그 정도도 제대로 작동하지 않습니다(스테레오 테이프는 훨씬 더 나은 성능을 발휘할 수 있지만).
분리 조정 후, 두 신호는 한 쌍의 이미터 팔로워를 통해 공급되어 뒤따르는 저역 통과 필터에 낮은 소스 임피던스를 제공합니다. 이 필터는 남아 있을 수 있는 19kHz, 38kHz, 57kHz, 76kHz(후자 두 개는 처음 두 개의 고조파)의 잔여 주파수를 제거합니다. 이러한 주파수 중 하나 이상은 그 자체로는 들리지 않지만, “공중파” 스테레오 FM 녹음에 사용하는 테이프 레코더의 로컬 바이어스 발진기와 충돌하여 소중한 녹음물에 예상치 못한 휘파람 소리와 끽끽거리는 소리가 발생할 수 있습니다.
따라서 이 회로 설계자들은 이러한 원치 않는 주파수의 마지막 흔적을 제거하기 위해 추가 필터링을 적용했습니다. 마지막으로, 신호는 한 쌍의 기존 전압 증폭기를 통과하는데, 이 증폭기는 이 특정 수신기의 다른 신호 입력에 맞춰 신호 레벨을 높일 가능성이 매우 높습니다.
