금요일, 11월 16, 2018
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Toshiba TY-APR3 DSP 라디오와 선국 불안정성

글쓴이 : SOONDORI

“DSP 포켓 라디오는 성능이 좋지만 선국은 불안정하다”

이 멘트는 93.9Mhz, 94.5Mhz, 95.1Mhz 세 방송국을 선택할 때 딱 들어맞는다. 사는 곳 기준, 상대적으로 전계강도가 약한 94.5Mhz의 동조점이 자기 마음대로 부유하는 현상이 있고 이것은 DSP 라디오들에 있어서 공통적인 문제일 수 있겠다. Si4836 데이터-시트와 목격되는 몇 가지 증상들을 가지고 그 원인을 추론해 보자면 다음과 같다.

■ 동작전압, 관측전압의 불안정성

건전지 전압이 떨어지면서 최소 동작조건을 충족하지 못하는 경우. 아래 회로에서 Vdd로 표시된 단자를 통해 배터리 전압이 인가되면 칩 내부의 레귤레이터(LDO; Low Dropout Regulator*)가 Tune1으로 일정한 전압을 출력한다. Band 핀과 연결된 S1으로 표현된 구성(저항조합으로 FM, AM, 디엠퍼시스 등 변수 설정)을 기준으로 Tune2에 걸리는 전압을 인식하고 동조점을 달리한다.

이 모든 과정에 있어서 논리상 REG로 표현된 레귤레이터 전압의 변화는 동조점 또는 ADC의 변환에 오류를 만들어낼 수 있다. 여기서, ‘오류’라함은 회로 고장이 아니라 사용자 의도와 사뭇 달리 반응하는 것을 말함이다. 예를 들어 94.5Mhz에 상당하는 Knob의 절대 위치를 기준으로, LDO 오류에 의해 현재 동조점이 94.7Mhz나 94.3Mhz쪽으로 바뀔 수 있다는 것. 그런 다음 DSP 로직이 인근의 최적 주파수를 찾고 그러다가 더 이동을 하게 되면 갑자기 94.5Mhz는 사라지고 인접한 95.1Mhz가 들린다.

(SiliconLAB의 적정 전압범위는 2.0~3.6V. Si4836이 사용된 TY-APR3는 실제로 건전지 전압 2.1V 이하에서 유의미한 오작동을 한다)

(도시바 DSP 라디오 전체 구성도(추정) : AGC 제어를 받고 모든 RF 증폭 → Tunable Band Pass Filter로 선국  ← 이 선국행위를 내부 VCO가 제어 ← VCO는 외부 가변저항(VR)로 제어)

아나로그 라디오는 저전압으로 회로 동작의 균형이 깨지는 마지막 시점까지 최대한 동작한다. 왜 그럴까? Varicon의 절대 정전용량, C, R 등 변수는 배터리 전압변동 무관하게 정해진 값을 그대로 유지하기 때문. 참고로 파나소닉 RF-P50에 사용된 CXA1619 IC의 최저 동작전압은 제조사 권고치 2.0V이고 내부에 LDO가 없어서 저전압 동작 안정성은 DSP보다 유리하다. (*LDO 출력 = 입력전압 – 차감전압(~0.3V, 참조 글 : http://www.ti.com/lit/ml/slup239/slup239.pdf)

■ 전계강도의 급격한 변동과 지능적 대응

평소 ±200Khz 스탭으로 작동하다가 은밀히 ±400Khz Alternative Frequency(*) 스캔로직이 가동되었다면? 또는 잠시 후 선국 신호가 약해졌다면? 튜너 칩은 갈팡질팡하게 될 것이다.말하자면  DSP 튜너-칩에 약간의 자율성을 부여했기 때문에 생기는 혼란인데… 어쨌든 몇 가지 환경변수들이 조합되면 사람이 통제할 수 없는 일이 생긴다. LNA(Low Noise Amplifier) 및 AGC도 뭔가 극단의 동작을 할 것이고… 그래서 DSP는 Fading 신호까지 들어야 하는 수신기기에는 부적합. 거꾸로, 바리콘을 쓰는 순 아나로그 라디오는 딴엔 우직하고 매우 피동적이기 때문에 이런 지능적 널뛰기 점핑이 일어날 가능성은 작다. (* 자동차 오디오에 쓰이는 튜너 칩들이 가진 수신 주파수 자동 절환기능. 라디오용 칩들도 겸사겸사인 제품이다)

(전계강도, 선국주파수, 사용자의 조작 등 다양한 변수를 종합하는 알고리즘의 존재)

■ 가변저항 오류 등

가변저항을 이용한 분압회로가 있고 그것이 동조점을 결정하는 Vari-Cap(AM)/VCO(Voltage Controlled Oscillation, FM)를 일방 제어하는 구성인데 그것이 100프로 항성성이 있다면  또는 현재 동작 주파수를 사용자 설정 주파수와 비교하는 루틴(*)이 돌아간다면 별 문제가 생기기 않겠지만 현실에서는그럴 수가 없다. 특히 버튼식 DSP 라디오와 달리 이런 일방통행 제어식 라디오에서는 저항편 마모에 의한 미세 접촉불량, 저항편 마모가 문제의 요인이다. 바리-콘은 그렇지않은가? 싸구려 바리콘을 쓰면 불과 1~2년 만에 접점편 불량이나 유전체 마모에 의한 용량 부유 등을 원인으로 유사한 문제가 생긴다. 다만, 40~50년 끄떡없는 경우가 많은 만큼 제품 제조품질 그리고 동작 안정성이 대체적으로 저자거리 중국제 가변저항보다 좋은 편이다. 또한 DSP 라디오 가변저항은 일반 오디오 가변저항에 비해 1) 전 구간에 걸쳐, 2) 매우 빈도 높게 조작된다는 점 고려해야 한다. (* 칩 프로그래밍 가이드에서 별도 함수로 제공된다.)

(참고용 자료 : http://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/e98/papers/wep43c.pdf)

 

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