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Luxman T-110U 아날로그 튜너 (11), 검파코일과 MPX

글쓴이 : SOONDORI

이전 작업에서 1)  MPX가 동작 안 하고, 2) 웨이브 스펙트라 1Khz PEAK가 -10dB쯤 작고, 3) 파일럿-톤 19Khz의 미세한 잔류 흔적 없고, 4) 기타… ‘동조점 이탈 시 점멸 기능’이 잠잠한 문제 등을 확인한 바 있다.

* 관련 글 : Luxman T-110U 아날로그 튜너 (10), 비율검파 CAN 코일

안테나 단자에서 프론트엔드와 검파코일 직전까지는 정상. 그러므로 직후 포인트에서 RCA 출력단자까지, 그 일방적 흐름 어딘가에 부조화 포인트가 있는 것.

■ 현상의 정의 그리고 검사

FFT 파형으로 검파코일 수정에 문제가 없는 지를 확인해보았다. 현 상태 THD는 웨이브 스펙트라 0.4%, 왜율계 0.7% 수준. (가끔 양자가 엇박자. 대부분은 왜율계 내부 증폭기와 케이블의 부조화려니 한다) DC Balance는 1.**mV로 0.0V 간주. 알고 보니 1Khz Peak 이슈는 PC 마이크 입력 설정 탓이었다.

일단, 아래 RCA 출력 단자의 스펙트럼 캡처 자료를 탐색의 시작점으로 정의해두고…

○ 검파 직후에 있는 L202 또는 4채널 디코더 신호 출력 단자 : 1Khz와 19Khz가 존재하고 얼핏 보기에는 적당한 모습(=국부적인 톱니 패턴)으로 신호가 흐르고 있다.

(▲ 검파 직후 신호의 전압-시간 파형)

(▲ 그대로 FFT 변환한 후의 스펙트럼 = 전압-주파수 파형. 맨 왼쪽은 1Khz, 그 다음은 19Khz)

(▲ 위 FFT 파형을 국부 확대하였을 때. ▼ 그 상태에서 dB 단위 진폭으로 표현하였을 때)

○ 그다음, 검파코일 직후 ~ MPX IC 구간을 검토하였다. 기준 회로는 다음과 같다.

가) 1번~2번, Notch 필터 뒤에 놓인 Q223 베이스 : 필터 통과하면서 -5dB 정도 감쇄가 있다. 부품 수치만으로 노치(Notch)/트랩(Trap) 필터의 주파수는 Freq. = 1/(2 × Pi × R × C) = 33,863hz인데… 38Khz가 아니고? 알아서 잘 하셨겠지 하고 넘어감.

나. 3번, Q223 에미터 : 필터 + 버퍼 회로의 조합. 입력 대 출력 위상 동일, 고 임피던스 입력, 저 임피던스 출력, 증폭은 있으나 마나인 에미터 팔로워라서 그런지 대체로 높낮이 변화가 없음.

다. 4번, MPX IC #2 입력 핀 : 10uF 커플링 커패시터를 지나서… 그게 그거.

라. 5번, MPX IC #4와 #5 출력 핀 : 이건 목불인견이다. 원판이 작게 축소되었고 MPX 입력 패턴 그대로 나온다.즉, MPX IC는 하는 일이 없다. 테스트 핀에서 VCO 19.00Khz가 정확히 관측이 됨에도… 본래 잘 돌아갔던 것인데 왜?

먼 곳 손님이 문 앞까지 왔고 76Khz/19Khz 음식도 잘 준비되어 있는데 MPX IC가 주저하며 예전처럼 대접하지 않는 경우. 그럴 듯했던 손님의 모습이 영~ 못 마땅하거나 다른 게 준비가 안 된 탓이겠다.

(한참의 시간이 흐른 후)

■ MPX IC의 동작

데이터 시트는 구할 수 없음. 쪼가리 서비스 매뉴얼에 있는 아래 자료뿐이다.

메인 흐름을 따져보면,

1) #2핀에 검파 후 신호 전달 → Pre Amp. 증폭 후 #3핀 출력 → 외부 0.04uF 위상 진각(앞섬 동작) 커패시터 →  #13핀 Phase Detector 블럭 → #14핀, #15핀 + 외부 C/R 부품으로 구성된 Low Pass Filter (38Khz 중심 L-R 신호 추출용) → VCO 불럭 → 2단 분주 불럭 → #12핀.

#12핀에서 19Khz가  관측되니 경유 블럭은 제대로 작동하고 있다고 봐도 무방하겠다. 노파심에 측정한 CR 결합 VCO 원시 맥동 신호는 Timing-In 핀 기준 76.00Khz.

2) 다른 한쪽에서… #3핀 신호가 #10~#11핀의 LPF에 전달되고 적당한 필터링에 의해 #6핀 전위가, 모노 상태에서 동작 전압 레벨 10V이었다가 스테레오 상태 진입 시 Pull-Down 하여 0V에 근접하면 LED에 전류가 흐른다.

(시간 흐른 후)

○ 여건상 #3~#13을 연결하는 커패시터의 위상 변화를 확인하기는 어렵다. 일단 넘어가고… 참고로 #2핀 파형은 프리앰프 블럭을 거친 후 진폭이 커졌다가 #13핀에서 다시 작아진다. 아래는 #13핀 Phase Detector 입력의 FFT 파형 → 생각보다 많이 지저분해진 상태. 뭔가 문제가 있음?

○ 언급한 것처럼 #15~#14의 LPF는 38Kh 중심 L-R 신호를 추출하는 용도. 아래 #15핀의 FFT 파형은… 솔찍히 뭐가 뭔지 잘 모르겠다. 신호가 LPF로 들어가기 전 상태에서조차 뭔가 많이 흐리멍덩하다.

○ 내부 경로를 따라 프리앰프 Out인 #3핀으로부터 신호를 받는 #10, #11 LPF 쪽도… 역시 흐리멍덩함?

○ 아래는 1Khz 신호 주입 조건에서 살펴본 웨이브 스펙트라 파형과 38Khz L-R 영역 파형.

38Khz를 중심으로 38 – 27 = 11이고 38 + 11 = 49이다. 그럴듯한가? 다 좋다 치고… 11Mhz가 뜻하는 바는? 이것은 그냥 어떤 것의 하모닉이자 단순 잡음이며 Nothing!

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

(로데-슈발츠 분석기 화면. #1=19Khz, #2=이 사례에서, 트랩되지 않은 38kh(=19Khz 하모닉 해당), #3=RDS 신호 등. 출처 : https://cdn.rohde-schwarz.com/pws/powerslave/9255/25/import5b5838cbde478.png)

이쯤에서 ’38Khz 중심 L-R 신호 처리’에 문제가 있다는 잠정 결론을 내리고…

검증을 위해 MPX IC #2핀에서 SSG Sub Carrier Only, L-채널 Only 반응을 살펴보았다. 스테레오 모드 설정은 동일 → 19Khz 포함.

(▲ 1Khz OFF, Sub-Carrier Only,  Pilot ON → 38Khz ±1Khz인 쌍봉 그래프가 시현된다)

(▲ 1Khz ON → 틀은 그대로 유지됨. 다만, 1Khz가 튀는 순간 쌍봉 그래프의 높낮이가 약간 낮아진다. 한편 1Khz, 19Khz, 관념의 38Khz, 38Khz의 하측 1Khz인 37Khz, 38Khz의 상측 1Khz인 39Khz가 동시에 존재하고 있다, 그럼에도 LED는 여전히 점등되지 않음)

이상을 종합하면 다음과 같다.

1) 마치 SSG가 고장이라도 난 것처럼… Main 모드 즉 스테레오 모드로 1Khz 신호와 Pilot  Tone을 주입하였을 때, MPX 처리 과정에서 1) 테스트 신호 1Khz, 2) Pilot 19Khz는 적당히 재현되지만, 3) 정작 스테레오 연산에 필요한 ’38Khz 부근 L-R 신호’는 나타나지 않았다. 나타나지 않았다는… 실은 없는 게 아니고 어딘가에 낮게 묻혀 있는 상태이고 그것이 정상적인 ‘낮게’보다 ‘너무 낮게’ 일지도 모름.

2) 손님 모습이 부실하니까 #15~#14에 연결된 L-R 추출용 LPF도 무용.

3) 역시 못마땅하여 #10~#11 LPF도 무용?

각 항목에 공히 영향을 주는 것은 내부 프리앰프 블럭의 출력인 #3핀. 그곳에서 시작해서 검파코일 방향으로 가다보면 답을 얻게 될 것이다.

(시간 흐른 후)

■ MPX IC 입력 신호의 품질

내부 프리앰프 블럭을 단순 증폭기로 볼 때 그 입력인 #2핀 앞쪽은 어떨까? 수정된 검파코일에 문제가 없다고 판단하였으므로… 트랩 필터에 물린 Q223 베이스와 에미터의 파형을 비교해보았다.

(▲ Q223 Base 파형, ▼ Emiter 파형)

38Khz 트랩 필터 종단과 포인트의 Base 파형은 나름 깨끗하고 또 정확히 1Khz가 확인된다. 그에 반해 에미터 쪽은 지저분하고 오실로스코프가 트리거 점을 못 찾는 문제가 있다. (믿을 것은 못 되지만) 오실로스코프 감지 주파수도 열심히 널뛰기 중. 뭔가 이상하다.

이쯤에서 생각해본 오류 시나리오는,

1) 검파 후 신호에 38Khz L-R 신호 누락 내지 전체 신호의 이상 감쇄 → 이후로 LPF든 뭐든 처리 불능 → 스테레오 불량.
2) 검파는 제대로 했으나 모종의 사유로 트랩 필터 + 에미터 팔로워 Buffer가 오락가락 → MPX IC에 오락가락 신호 전달 → 스테레오 불량.
3) 현재 19Khz 주입되고 내부 19Khz 생성도 양호한 상태 → MPX IC 고장을 제외한 동작 환경의 문제 → 스테레오 불량.

MPX 오류의 원인은 셋 중 하나.

(시간 흐른 후)

○ 우선, 2항 시나리오에 대해서. 실물 Q223은 2SC1647. 스펙 문서는 없다. 카모덴 멀티미터로 hFE, Ico를 측정해 보았다. hFE = 200~500. 권고되는 대체품은 도시바 2SC1815Y(실측 hFE 120~320). 테스트 대체 후 반응이 비슷해서 원 위치.

별것 없는 회로이고 트랜지스터에 문제가 있는 것도 아닌데 왜 신호가 지저분해지는 것일까? 갑작스런 부품 불량? 아니면 냉땜? 다시 한 번 흩어보고… 별일 없음.

○ 다음으로 1항 시나리오는… 비율검파 코일이 10.7Mhz Band Pass Filter와 다름없다는 전제가 있다. 모종의 사유로 취급 폭이? 설마 그럴 수 있을까 싶지만 세상일은 모르니까… 검파 후 신호의 FFT 파형을 다시 관찰해 보았다. 어디를 기준으로? 깨끗하여 정상이라고 판단했던 Q223의 Base에서 → 전 대역에 걸친 반응이 분명히 존재한다. 말하자면 전자회로는 나름 정확하게 작동 중.

(▲ 펑션 제너레이터 → SSG Ext. 신호에 대하여 1) L+R 모노 구간은 적색처럼 Sweep, 2) 청색 구간에서도 Mirror 스타일로 Sweep. FM 원론에 맞게 동작하고 있다)

○ #3핀 ~ #13핀의 0.047uF에 이해 위상 진각이 일어나고 있는가? → 100uS 지연이라면 NO!

(▲ 상 : #3핀 파형, 하 : 0.047uF을 거친 #13핀 파형)

1Khz 사인파 한 주기는 1mS이고 90도는 그것의 1/4에 해당하므로 250uS가 제시되어야 90도가 진각되는 셈. 위와 같은 상황이면 Phase Detector가 신호를 처리할 수 없다. 왜 그럴까? 보다 근본적인 이유가 있을 것인데… 기억해 두고 잠시 Pass.

(시간 흐른 후)

■ 검파코일과 Damping 저항

과거 한참을 헤맸던 인켈 TK-600과 같은 상황인지? 즉, MPX IC가 검파 직후 신호의 품질이 마음에 안 든다는 것인지? 그래서… 고민 끝에 Damping 저항(*)과 주변 회로를 확인해보기로 했다.

* Band Pass FIlter 공진의 Q(Quality Factor) 변화. 저항이 낮으면 Q는 작아지고 Band 폭은 커진다. 왜 100K오움인지는… 럭스만이 그 엿장수.

○ 설마 THD가 0.08% 근접으로 뚝 떨어질까? 그런 막역한 기대 속에서… R235 100K 오움 → 500K 오움 트리머로  THD 변화 관찰 → 500K 근접에서 넉-다운. 극단의 테스트 반응이 그렇다는 것 뿐, 결론은 영향 없음.
○ 혹시 몰라서 검사해본 C*** 0.04uF 세라믹 커패시터 → 0.05**@100Khz 으로 읽힘 → 기왕 빼낸 것이니 노파심에 0.043uF 신품으로 대체.

(시간 흐른 후)

■ 강하고 약하고… 새로운 가설

거의 막다른 골목까지 왔는데… 예전 상황을 반추해보면 다시금 33pF와 66pF의 조합이 맞는 것인지가 궁금해진다.

예를 들어 다음 회로에서, 동조미터는 DC Balance를 간이 제시하는 목적으로 검파 부 출력라인에 물려 있다. 동조미터 반응 폭이 작다면 비율검파 회로의 +/- Offset 크기가 작은 것이다. +/- 오프셋 크기라는 게 곧 검파 후 신호의 높낮이(=강도, Amplitude)이므로…

“MPX가 원하는 것보다 작은 크기의 신호가 전달되고 있다”

신호가 작다 함은 1) 비율검파 처리는 되고 있으되 공진 Peak점에서 처리되지 않기 때문일 것이고, 2) 그것은 검파코일 1차와 2차가 최적화 매칭되지 않았기 때문이며, 3) 다른 시각으로 해석하자면 얼렁뚱땅 n차 고조파끼리 결합된 상태일 수 있다는 뜻.

이 추론은 앞서 적어 놓은 < MPX IC 입력 신호의 품질> 단락의 이런저런 시나리오, <MPX IC의 동작> 단락의 흐리멍덩한 파형과도 맥을 같이 한다.

자, 이제 pF를 어떻게 효과적으로 찾을 것인지?

1) 검파코일을 분리하고 만능기판에 임시 거치한 다음, Wavetek 1061 스위프 마커 펑션 제너레이터를 이용해서 최적 pF를 탐색하는 방법 : 부품 손상 가능성 때문에 심히 부담스럽다.

2) 1차 측 33pF를 떼어내고 100p 트리머를 붙여 테스트하는 방법 : 33pF 추정을 검증하기 위한 고육지책이다. 엇비슷하면 문제없는 것이고 그렇지 않다면… 1차 측은 물론 1:2 배율(33pF : 66pF)로 2차 측까지 수정. 참고로 CAN 안에 커패시터가 들어 있는 것, 밖에 나와 있는 것, 복합 형상의 트리머를 붙인 것은 다르다

(시간 흐른 후)

이런! 검파코일 1차 측과 2차 측을 정반대로 연결해 놓았다” 바보처럼.

휴~ 0.3% 대에서 만족하는 게 좋았을까? 0.08% 또는 근접 지점까지 가보려는 욕구 + 진드기 튜뷸러 커패시터에 대한 혐오증 조합이 이런 지난한 상황을 만들어냈다 싶고 매번 정보 부재 속 Try & Error라니… WaveTek 1061에 결합되는 커패시터 용량 결정용 JIG를 하나 만들어야겠다.

그나저나 스테레오 분리가 안 되는 현상은 여전함. 확실히 완판 신호가 나오지 않는 것이다. 즉, 여전히 ‘중심 주파수가 편이된 결합'(=신호 감쇄)에 머물고 있다.

(▲ 페라이트 코어 위치 실험. 1과 2를 제외하고 나머지 구간에서는 Mute 걸리고 도저히 신호 추출이 안 된다)

2차 측 코어 위치에 따른 감도 변화가 1차쪽보다 크다는 점 착안하여 상대적으로 둔감한 반응을 보이는 1차 측을 부조화 상태로 간주, 100pF 트리머를 붙여 최적 pF를 찾아봐야겠다. 다음 글에서…

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

 

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