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2015年2月19日木曜日

【部品】DBM Chip with NFB, MC-1451

【NFBの掛かったDBMチップ:MC-1451】

SSB復調用DBM-IC:MC-1451
 けして嫌いではないのだが、いわゆる『レアもの』を無理に探し出してまで使おうとは思わない。 珍品はネタとして人目を引くかも知れないが、珍しさだけでは直ちにユニークで意味のあるテーマとは思えないからだ。 だから、ただ単に珍しいものをBlogの題材にして・・・と言うは考えは持っていない。

 しかし、それが珍しいパーツであっても実際に目の前に置かれてしまうと、これは「何とか旨く使ってみたい」とか「では試してみよう!」と思ってしまう。 以下、少々珍しい部品を扱うが「レアものお奨めBlog」でないことは予めご理解頂きたい。 電子部品を扱うなら、できるだけ誰でも手に入る普遍的なものを主体にしたいと思っている。(笑)

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 写真のMC-1451と言うICはアナログ時代の通信関係機器に使われていた特定用途専用部品だ。MC-と付いているがMotorola Semiconductor社の製品ではない。 N社は混成集積回路(ハイブリッドIC)をMicrocircuitと呼び、MC-の型番を付けていたようだ。 写真・上側の黒いものが新型で下側の白い方は旧型だ。 このMC-1451はSSB波を復調するDBM部と低周波アンプ部が集積さている。 フィルタを通ったキャリヤ周波数128kHzのUSB波(Upper Side Band:上側帯波)が入力信号である。 それに128kHzのキャリヤ信号を加えてプロダクト検波を行なう。出力信号は低周波の音声帯域である。

 ギルバートセルを基本としたDBM部と、OPアンプ形式の低周波増幅部が内部で直結されており切り離して使うことはできない。 また電源電圧も21Vに最適化されていて融通が利かない。 要するに他の用途には使いにくいから何となく敬遠気味のICであった。 ところがたまたま等価回路を眺めていて、面白そうな回路構成だと感じたのであった。

                  −・・・−

 すでに過去のデバイスである。一般市販されたことも無いから入手の見込みはほぼ無いと思う。 従ってこれは自家用の情報として纏める意味からBlogで扱っている。 以下の評価はごくわずかのお方にはかなり有用かも知れないが、その他ほとんどのお方には無意味だろう。 ここらで深入りせずお帰りもお勧めだ。 まあ、お暇なら「世の中にはこういう石(デバイス)もあるんだ」と言うことで、お付き合い頂くのも宜しいかも知れない・・・。(笑) なお、このチップが搭載されたジャンクをHAMフェアで見かけたこともあったから、取り外し中古品として入手できる可能性も皆無とは言えない?

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MC-1451の中身
 電源電圧が固定されていて融通性が無い、あるいは使用回路も限定されているなど、面白味のないチップだと思って見過ごしてきた。 そのような特徴は見直したところで変わる訳でもないのだが、興味深いことに気付いた。

 左図は内部等価回路である。 MC-1451はハイブリッド構造のICである。 シリコンのチップ、すなわちシリコン小片上に作られたモノリシック(単結晶的な)なICを中核にしている。 さらに使用目的の回路に必要な周辺の部品をセラッミック基板上に搭載して集積したハイブリッド構造のICになっている。 近ごろではあまり見られない形式のICである。

 図中の1点鎖線で囲まれた範囲がシリコンのチップである。この中の回路がシリコンの小片の上に載っている。 その外側にある部品がセラミック基板に載った部品でいずれも印刷された抵抗器だ。 シリコンのチップは同じセラミック基板上に接着され、引出し配線はセラミック基板にワイヤボンディングされている。 現在なら完全モノリシック化も可能だと思う。 開発当時、精度の良い抵抗器は印刷抵抗を使ってトリミングする必要があったのだろう。そうした理由でハイブリッドIC化したものと思う。

 図の左側の部分がギルバートセルをコアにしたDBM回路である。 このDBMはもっぱらSSB信号を復調し音声を取り出すのが目的だ。 キャリヤ信号のレベルシフトやバイアス回路が付いており、さらにNFB(負帰還)を掛けるための回路も集積されているのでだいぶ複雑になっている。

 図の右側の部分はμPC157A(=LM301A)に類似のOPアンプ回路になっている。ただし差動入力・差動出力の完全平衡型になっているのが珍しい。 これは、出力負荷が低周波トランスなので差動出力にすると同じ電源電圧で2倍の振幅が取れて有利だからだ。 Push-Pull動作は歪みにも有利であろう。

 そして珍しいのはOPアンプの部分だけなくDBMの部分を含んだオーバーオールなNFBが掛かっている点だ。 周波数特性の平坦化、ゲインの均質化のほかに復調歪みの改善が目的だろう。 解析していて、この「NFBの掛かったSSB復調器」にたいへん興味を覚えたのである。 使いにくいし用途も限定されているので見過ごしていたICだったのだが、このNFBの掛かった・・・と言う部分に興味を惹かれてしまった。

MC-1451の評価回路
 図は評価回路であるとともに実用の際にも使用する回路である。 電源電圧は21Vであって少々特殊である。 オリジナルでは+接地の-21Vを電源とした回路で使われていたが、使いにくいのでマイナス接地の回路に改めている。

 キャリヤ(復調用搬送波)は-10dBm、0dBm、+7dBm(75Ω系)に切り替えて特性をとってみた。 キャリヤ及び信号の入力端子は50Ωや75Ωではないので不整合であるがDi-DBMとは違って整合していなくても支障はない。 ちなみに各端子のインピーダンスであるが、キャリヤ入力端子は10kΩ(差動で20kΩ)以上、信号入力端子は3.7kΩ(差動で7kΩ)くらいである。 信号出力のインピーダンスは75Ω(差動で150Ω)になっている。

 電源電圧は標準+21Vだが、下げて行ってどこまで正常動作するか調べてみた。 徐々に最大出力が小さくなるが、+18Vくらいまで正常に動作するようだ。 当たり前ではあるが総合的に見て+21Vで使うのがベストであった。従って評価も+21Vで行なう。

 IC内部にツェナーDiで電圧を作っている部分があって、その関係で最低電圧が決まるようだ。 せめて+12〜15Vで使えたら良かったのだがちょっと残念である。

テスト回路の様子
 例によってブレッド・ボードでテストした。
 このMC-1451は128kHzで使うことを前提にしているので、回路構成上あまり高い周波数は無理がある。 性能低下しない周波数として1MHzあたりを実用上限とすべきようだ。(周波数を変えて調べた)

 1MHzと言うこともあって、ブレッドボードでテストしている。特に支障ないようであった。 復調回路なので、キャリヤ漏れはあまり気にならないのでDBMのバランス調整は省略している。 必要に応じて付けようと思ったが、キャリヤ周波数が復調周波数とかけ離れているならなくて大丈夫だ。

 漏れてくるキャリヤと上側へ変換される信号の除去の為に、インダクタ:2.2mHとコンデンサ:1,000pFを使った簡単な低域フィルタ(LPF)を出力部に入れてある。(2.2mHは右上の青い筒状部品) このLPF部分は少々問題があるので本式に使うときには再設計のつもりだ。

MC-1451の様子
 最初の写真にあるように、MC-1451には新旧2つのタイプがある。 こちらが旧型のようである。 新型は樹脂でモールドされているのに対し、こちらはセラミック基板を覆うカバーが爪で止められているだけの構造だ。

 従って、簡単に中の様子をうかがうことができるのだが、殆どの場合、黒色の樹脂製カバーを外す際に爪が折れてしまう。 従って無理に中を見ようとしない方が良い。 なお内部回路は新旧どちらも同じのようである。 差し替えてみても差は感じられなかった。 文字の印刷面から見た時、1番ピンの位置が新旧では左右反対なので注意を。 この写真のものは左から「10,9,8,・・・2,1」の並びだ。右端の赤い丸印が1番ピンを示すマークである。黒い新型は逆の順になる。

復調波形
 キャリヤ信号fc:1,000kHz、0dBm/75Ωを与えている。 信号の方はfs:1,001kHz、-10dBm/50Ωである。 従って、復調出力はfs-fcであるから、1kHzと言うことになる。

 オシロスコープの波形からは奇麗な正弦波にしか見えないので、歪み特性を調べてみることにした。 同時に、キャリヤ信号の注入量をパラメーターとし、入出力電圧の関係も調べる。実際に使う時のためにキャリヤ信号の最適レベルを探っておこう。

 テストしていての感想だが、NFBが掛かっている為だろうか広い入力範囲で奇麗な正弦波が保たれるようであった。 過大入力で飽和傾向になっても・・・当然歪み率は悪くなって行くのだが・・・極端に波形が崩れないはその効果なのかも知れない。

MC-1451の復調特性
 最適なキャリヤ信号の大きさと言うものがあるように思えたので、-10dBm、0dBm、-7dBmの3種類で評価した。 いずれも75ΩのSGで整合終端はしていないので概ね開放端電圧に近いと思う。

 信号の方は、Pin4の手前で50Ωに終端して信号を加えている。 周波数は1,001kHzである。 999kHzでも同じだったので上側と下側の違いはないようである。 なお、実際に使われていた時も信号はUSB側であった。

 キャリヤレベルが-10dBmのとき、復調歪みが最も少なかった。(青い塗りつぶしドットのライン) ただし、復調のゲインが低下して同じ入力に対する出力電圧は小さくなる。 また飽和傾向が早くから現れるのでこの歪み特性を見ただけで-10dBmが良いとは結論できない。 +7dBm(黒の塗りつぶしドット)にしても0dBmと比べ変化の度合いは少ない。概ね-5〜0dBmあたりのキャリヤを与えるのが良さそうだ。

 通信機においては1%未満の歪み率と言うのはなかなか良好だと思う。単純なアンプ回路ならまだしも、非線形な動作を伴う復調回路なのだから良い性能と言えそうだ。 なお、455kHzではどうか調べてみたが、概ね同様であったので1MHzの例で代表する。

 グラフで信号レベルが下がると歪み率が悪化するのはノイズの影響が出てくるからだ。アンプを必要な帯域幅に絞り回路も良くシールドすればだいぶ改善される。 信号の歪みが大きくなってくる訳ではないようだ。 加える信号は最大でも0dBmを超えぬ程度に留めておけば音の良いSSB復調(受信)ができるのではないだろうか。

復調周波数特性
 DBM回路そのものは高周波回路のミキサーにも使える性能を持っている。原理的に周波数特性は良好で広帯域である。 従って復調回路に使った時も復調出力は広帯域にわたり平坦である。(DBM部に続くアンプ部分が周波数上限を制限している)

 ここでは簡易なテストの意味から漏れてくるRF(=キャリヤの漏れと和の周波数の信号)をカットできれば良いとして簡単なLCのLPFで済ませてしまった。そのために、数10kHzのところに盛り上がりができてしまった。

 本格的に使う時は、インピーダンスを考え、整合したLPFを入れれば良い。そうすれば盛り上がりのない平坦な周波数特性が得られるから、そのつもりでご覧頂ければと思う。 MC-1451の復調周波数特性ではなく外付けLPFの周波数特性が見えてしまっている訳だ。

 以上、MC-1451の復調特性を評価してみた。 実用にするための情報が得られた。

                  ☆

 電源電圧が21Vと言うことから用途は限定されてしまうかも知れない。 AC電源の受信機(RX)なら電源整流回路を少し工夫して21Vを作るのは難しくない。 12V電源の機械の場合、DC/DCコンバータで昇圧する手もあるが、そこまでして使う価値はないだろう。

 早速思いつく用途としてはR-390AやR-392と言った455kHz:IF出力を持ったRXの外付けSSB受信アダプタがある。これらRXはSSB向きの検波器を内蔵しておらず、いま一つ復調音が悪い。 RF/IFゲインを絞って受信すれば何とかなるのだが、今風RXのようにSSB受信でもばっちりAGCを効かせて受信したいものだ。 前々から外付けで『良い音』のSSBアプタが欲しいと思っていた。 有力な活用候補としておこう。 消費電流は10mA未満なので他の真空管機に内蔵するのも良さそうだ。 ただし復調回路そのものがゲインを持つので信号レベルを見直す必要があるだろう。 最初からMC-1451を使う前提で半導体式の受信機を設計するのも面白そうだ。

 いろいろ妄想が膨らんできたところでおしまいにする。 もしもこのICをお持ちなら面白い受信機なりアダプタが作れそうだからぜひとも活用を。 20世紀に置いてきた技術遺産にも優れモノがあったことを実感できるだろう。 de JA9TTT/1

#ブラジルのネットショップでMC-1451Eを見つけた。システムの補修用に輸出されたパーツの流出品だろうか。ポルトガル語なので良くわからなかったが未使用品が手に入る可能性はある?

#次は私なりにソ連製のDBMでも扱おうかな? それってレアものだなあ・・・(爆)

(おわり)

10 件のコメント:

T.Takahashi JE6LVE/JP3AEL さんのコメント...

加藤さん、こんにちは。

MC-XXXXと言う型番なのにNEC製なんですね^^
さすがにレアすぎるのか検索してもほとんど情報がヒットしません。

音が良い、ひずみ率が1%以下などと書くと、Hifi SSB好きな方が探し回って高額で取引されそうな予感がします。HiHi

TTT/hiro さんのコメント...

JE6LVE/JP3AEL 高橋さん、こんばんは。 北関東の今日はずいぶん暖かになりました。

早速のコメント有り難うございます。
> MC-XXXXと言う型番なのにNEC製なんですね^^
昔々の話になりますが、MC-4080という角箱に入ったオーディオ用ハイブリッドICが出回ったことがありました。 裏返すとトランジスタの載った基板が見えると言うインチキ?な代物でしたが、結構流行ったように思います。おなじNEC製でしたねえ。(笑)

> 検索してもほとんど情報がヒットしません。
気になったので私も事前にサーチしたのですがブラジルの件が一件見つかっただけでした。 非常にたくさん・・数10万個?も・・・使われていたのですが、すべてが処分されたんでしょうね。 いっぱいメッキしてあったので金の回収に回ったのではないかと想像します。(笑)

> 高額で取引されそうな予感が・・・
たくさんあればお宝かもしれませんが自分の実験用しか持ってないので高くなっても意味なしです。(笑) MC1496に工夫して同じようなことができないか考えています。

復調波形を見るとFBですから流石に『プロ用の検波器』だなあって感心しながら測定しました。でもレベル配分とかRX全体を見直さないと本領を発揮させにくいので使い難いんですよねえ・・・(笑)

JH9JBI/1 やまもと さんのコメント...

こんばんは
micro circuitの略でしょうかHi

ebayでアメリカで20個ほど売りに出ていて「プロの検波器」に惹かれて買ってみようかなとしてしまいそうになりましたが送料が代金以上になるのでとどまりました。

お宝系DBMというと家にNJM2203とAN612があります。2203はソ連DBMのような発振可能なDBMとアンプが込みになったもの、AN612は型番からNE612のセカンドソースと思いきや全然違うDBMですね。まだ試行ぐらいしかしていませんが・・・

いろいろ集めてみましたが送信に使うのが楽そうなDBMというのはなかなかないですね。常用できそうな出力が-20dbmだと1Wまでキャリアを拾わずに綺麗に上げるのは結構しんどいです。
かといってパッシブDBMは大きなキャリアがいるのでやっぱり原発振を拾わないようにする工夫が要りそうです。

TTT/hiro さんのコメント...

JH9JBI/1 山本さん、こんばんは。 今日は暖かでしたね。

コメント有り難うございます。
> micro circuitの略でしょうかHi
N社は語を詰めてMicrocircuitとしていたようですが、その頭の文字を取ったのでしょうね。hi

> 「プロの検波器」に惹かれて・・・
ebayに出ていましたか。 どういう流出ルートなのでしょうね。hi hi  プロとして通話料を頂く訳ですから復調音声の品質にも拘っているのでしょう。 歪みについての国際規格もありますから準拠している筈です。

> NJM2203とAN612があります。
どちらも珍しいですね。 AN612はTA7320P等のDBM-ICと同じようにCBが流行った時代のICだったと思います。RJXシリーズに使ってあったような。

> 送信に使うのが楽そうなDBM・・・
PSNは別としてバラモジの後はSSBフィルタでしょう。バラモジから出たDSBがあまりハイレベルだとフィルタで歪みます。 フィルタ式のジェネレータならローレベルの方が都合が良いでしょう。

PSN式でしたら直接強力なSSBを作る例が真空管時代にあったと思います。 いきなりSSBで数Wも得ていたと思います。 半導体式でも不可能ではないと思いますが・・・。(笑)

> 原発振を拾わないようにする工夫が・・・
そうですね。 ばっちり「シールドする」と言うのが正道ではないかと思われます。(面倒ですけど・笑)

早めに周波数変換してしまうのもキャリヤの回り込みを少なくする旨い手ですね。 ステージ数を減らすにはゲインのある周波数変換が良いです。

JG6DFK さんのコメント...

こんばんは。暖かくなるのはいいものの、花粉の飛散が心配です。

以前の記事でも取り上げられた石ですね。ハイブリッド構成といい、メーカーが提示した使用例の抵抗値がE系列ではなさそうなあたりに時代を感じますが、それでも「西洋ガンバコ」と呼ばれるほどICの歩留まりが悪かった時代よりは後のことでしょう。

有線電話用とお見受けしますので、DC24Vが供給されることを想定したのだろうと推察します。有線電話用ならDC48Vを意識してもよさそうですが、耐圧がもたなかった!?

一般的なデバイスではなさそうなので、今回の記事はオーバーオールNFBのご提案と理解しました。オーバーオールNFBといえば、アナログ時代のAM放送機で行われていたと聞きますし、拙宅でホコリをかぶっているONKYO Integra T-429R FMチューナでもFM検波出力を局発にフィードバックしています。

このデバイスは話の種に数個あってもよさそうですが、私自身はさすがに大枚はたいてまで入手しようという気になりません。

以下は蛇足ですが、先日の懇親会で宣戦布告(?)された手前、ロシア製ゲルトラだけで中波ラジオを作ってみました。中国の工場がしばらく休みなこともあり、久しぶりに基板を手作りしましたが、虫食いだらけで見られたものではありません(苦笑)。

細かい詰めは必要ですが、そこそこ動作しているようです。生意気にSメーターも付けました(爆)。

昇天した給湯器の交換費用分を稼がないといけないというのに、一体何をやっているのだか… 結局、ケミコンを全交換した浴室リモコンの延命処置はあまり意味がなかったようです。

それはさておき、ロシア製レトロデバイスは一山いくらで売られているようですから、懐古趣味に走りたい人は入手して遊んでみるものも一興かと(爆)。

TTT/hiro さんのコメント...

JG6DFK/1 児玉さん、おはようございます。 今日は昨日以上に春らしくなるようですね。 花粉も飛びそう。w

コメント有り難うございます。
> ・・・悪かった時代よりは後のことでしょう。
1970年代半ばの開発だと思います。 ICの性能も安定してきた時代の物でしょう。

> DC24Vが供給されることを・・・
このユニットそのものは-21Vの供給になっています。 安定化してから供給していたものと思います。安定している電源が前提の設計でしょうね。

> オーバーオールNFBのご提案と理解・・・
効果的な技術なのか?と言う興味ですね。非常に効果的なら上手に取り入れたいですから。

> さすがに大枚はたいてまで入手・・・
あれば遊んでみる程度のデバイスであって、無理に入手するような代物ではないと思われます。hi hi

> ロシア製ゲルトラだけで中波ラジオを・・・
旨くできたようですね。 手作り基板のようでFBです。 Sメータ付きとはFBですね。 短波付きに改造しましょう。(笑)

> 給湯器の交換費用分を稼がないといけない・・・
給湯器は交換費用も掛かるのでたいへんですね。 頑張って稼いで下さい。

> ロシア製レトロデバイスは一山いくらで・・・
たまに良い物もあるようなんですが、殆どのものは・・・(笑) 出所によって放射能を帯びていたりすると困りますし。ww

JG6DFK さんのコメント...

こんばんは。今日は外回りの人には特にありがたい気候ではなかったかと思います。

ロシア製ゲルトラ使用の中波ラジオですが、パターン自体は他バンド改造に配慮してあり、コイルを2つ交換すると短波ラジオに化けます。ただ、BFOや微調機構がないので、中波帯以外での実用性はあまりないかもしれません。ちなみに、初期段階ではそのままでも高調波ミキシングで隣国の短波放送が賑やかに入感していました(爆)。

そういえば、放射性物質の飛散が騒がれた頃に買った線量計はすっかりホコリをかぶっています。ロシア製ゲルトラでも測ってみましょうか(笑)。

TTT/hiro さんのコメント...

JG6DFK/1 児玉さん、こんばんは。 すっかり春の陽気になりましたね。 東京/神奈川は夕方雨だったようですね。

再度のコメント有り難うございます。
> 他バンド改造に配慮してあり・・・・
児玉さんですから考慮してあると思ってましたよ。hi

> BFOや微調機構がないので・・・
微同調はバリキャップを使ってDC的にやれば何とかなりませんか? 周波数読み取りの方が問題かもしれませんね。 BFOは、まあセラロックか何かを発振させてIFアンプの近くまで持って行けば何とか・・。(笑)

> 高調波ミキシングで隣国の短波放送が・・・
アンテナ同調回路を付けないとLocal-OSCの高調波でいっぱい聞こえますね。hi hi

> 騒がれた頃に買った線量計は・・・
今だってそれほど大きく状況は変わっていないと思いますが、すっかり忘れられましたね。のど元過ぎれば何とやら・・・今年は原発も再稼働ですから。w

チェルノブイリのあたりは工業地帯でもあったようですから、危険な物品が入ってきている可能性も皆無とは言えないでしょうね。 目で見てわからないだけに心配は有りそうです。

福島の事故以前から生活協同組合が本格的な線量計を複数持っていたのはEu方面からの輸入食品を監視するためだったそうです。かなり怪しいものがあったのでしょう。

JG6DFK さんのコメント...

 加藤さん、改めてこんばんは。確かに天候が不安定だったようです。木曜日あたりからまた寒くなるようですが、寒いのはもう結構です(笑)。

> 微同調はバリキャップを使ってDC的にやれば何とかなりませんか?

 今回は限られたデバイスだけを使う前提だったので、必要最小限の構成にしました。

 実は、その前にもっと本格的な2バンド受信機の設計が終わっていて、それにはセラロックBFOやバリキャップ(正確にはトランジスタの電極間容量を流用)による微調回路を搭載しています。さらには周波数カウンタ用I/Fも(笑)。

 が、飯の種を優先させたのと、30石近いトランジスタを使った回路なのでパターン設計が面倒でずっと棚上げしています(笑)。両面基板も面倒ですが、今回久しぶりに片面基板を設計してみて、すっかりそれができない体になってしまっていることを実感しました。

 今回作ったものは8石で、いろいろなパッケージのトランジスタが実装できるようにもしてあるので、基板を増産してバリエーションを楽しむのも一興かと(笑)。とはいえ、手持ちの石に合わせたのですが、それ以外でTO-66-5パッケージのAFパワトラを探すのはきっと至難の業でしょう(爆)。

> アンテナ同調回路を付けないとLocal-OSCの高調波でいっぱい聞こえますね。hi hi

 バーアンテナがあってもそんな具合でした(爆)。感度は下がりますが、自励コンバータの動作電流を減らすことで4MHz以上の応答はかなり抑えられました。それでも3次高調波までの影響は抑えきれないようです。もしかしたらバーアンテナの実効Qが低すぎるのかもしれません。

> のど元過ぎれば何とやら・・・

 日本人は本当にそうですね。それにしても、原発事故のおかげで輸入食品を監視する目的で導入した線量計が、自国で生産する食品の安全性を証明するために使われることになるとはまったく皮肉な話です。

TTT/hiro さんのコメント...

JG6DFK/1 児玉さん。こんにちは。

再々のコメント有り難うございます。
> 必要最小限の構成にしました。
もともとJBI山本さん提供のトランジスタの活用がテーマでしたね。hi hi

> 30石近いトランジスタを使った回路・・・
それは力作です。 何時か出来上がったら見せて下さい。 アナログ回路で30石近く使う設計と言うのもたいへんだったでしょう。

> 自励コンバータの動作電流を減らすことで・・・
自励コンバータはトレードオフになる部分が多くて厄介な回路です。 最適設計値は概ね決まってるんですけど。hi

> まったく皮肉な話です。
絶対に起こる筈は無いと言うことが現実に起こった訳ですから・・・・ネ。もっとも科学者は可能性ゼロとは言ってなかったので、そう言ってたのは政治家だけですけど・・・。また言っていますネ。(苦笑)