【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ですが、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いません。　珍品はネタとして人目を引くかも知れませんが、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です。　ですから、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ません。

　ですが、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！」と思ってしまいます。　以下、少々珍しい部品を扱いますが「レアものお奨めBlog」でないことは予めご理解ください。　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テーマにしたいと思っています。（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です。MC-と付いていますがMotorola Semiconductor社の製品ではありません。 N社は混成集積回路（ハイブリッドIC）をMicrocircuitと呼び、MC-の型番を付けていました。　写真・上側の黒いものが新型で下側の白い方は旧型です。　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ます。　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）が入力信号です。　そこに128kHzのキャリヤ信号を加えてプロダクト検波を行ないます。出力信号は低周波の音声帯域です。

　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いて切り離して使うことはできません。　また電源電圧も21Vに最適化されていて融通が利きません。　要するに他の用途には使いにくいので何となく敬遠気味のICでした。　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す。

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　すでに過去のデバイスです。一般市販されたことも無いので入手の見込みはほぼ無いでしょう。　従ってこれは自家用の情報として纏める意味からBlogで扱っています。　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ませんが、その他ほとんどのお方には無意味でしょう。　ここらで深入りせずお帰りもお勧めです。　まあ、お暇でしたら「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りますから、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ました。　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ですが、興味深いことに気付きました。

　左図は内部等価回路です。　MC-1451はハイブリッド構造のICです。　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を中核にしています。　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です。　近ごろではあまり見られない形式のICです。

　図中の1点鎖線で囲まれた範囲がシリコンのチップです。この中の回路がシリコンの小片の上に載っています。　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です。　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ます。　現在なら完全モノリシック化も可能だと思います。　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でしょう。そうした理由でハイブリッドIC化したものと思います。

　図の左側の部分がギルバートセルをコアにしたDBM回路です。　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です。　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ます。

　図の右側の部分はμPC157A(=LM301A)に類似のOPアンプのような回路になっています。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です。　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です。　Push-Pull動作は歪みにも有利でしょう。

　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が掛かっている点です。　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でしょう。　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す。　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でしたが、このNFBの掛かった・・・と言う部分に興味を惹かれてしまいました。

【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使用する回路でもあります。　電源電圧は21Vであって少々特殊です。　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ましたが、使いにくいのでマイナス接地の回路に改めています。

　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ました。　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すがDi-DBMとは違って整合していなくても支障ありません。　ちなみに各端子のインピーダンスですが、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）くらいです。　信号出力のインピーダンスは75Ω（差動で150Ω）になっています。

　電源電圧は標準+21Vですが、下げて行ってどこまで正常動作するか調べてみました。　徐々に最大出力が小さくなりますが、+18Vくらいまで正常に動作します。　当たり前ですが総合的に見て+21Vで使うのがベストでした。従って評価も+21Vで行ないます。

　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です。　せめて+12〜15Vで使えたら良かったのですがちょっと残念です。

【テスト回路の様子】
　例によってブレッド・ボードでテストします。
　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ります。　性能低下しない周波数として1MHzあたりが実用上限と考えられます。（周波数を変えて調べました）

　1MHzと言うこともあって、ブレッドボードでテストしています。特に支障ないようでした。　復調回路なので、キャリヤ漏れはあまり気になりませんからDBMのバランス調整は省略しています。　必要に応じて付けようと思いましたが、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です。

　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ります。（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です。

【MC-1451の様子】
　最初の写真にあるように、MC-1451には新旧2つのタイプがあります。　こちらが旧型のようです。　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です。

　従って、簡単に中の様子をうかがうことができるのですが、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います。　従って無理に中を見ようとしない方が良いでしょう。　なお内部回路は新旧どちらも同じのようです。　差し替えてみても差は感じられません。　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します。　この写真のものでは左から「10,9,8,・・・2,1」の並びです。右端の赤い丸印が1番ピンを示すマークです。黒い新型は型番印刷面から見ると逆の順です。

【復調波形】
　キャリヤ信号fc：1,000kHz、0dBm/75Ωを与えています。　信号の方はfs：1,001kHz、-10dBm/50Ωです。　従って、復調出力はfs-fcですから、1kHzです。

　オシロスコープの波形からは奇麗な正弦波にしか見えませんので、歪み特性を調べてみることにしました。　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ました。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きます。

　テストしていての感想ですが、NFBが掛かっている為でしょうか広い入力範囲で奇麗な正弦波が保たれるようでした。　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ですが・・・極端に波形が崩れないはその効果かも知れません。

【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種類で評価しました。　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います。

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

　キャリヤレベルが-10dBmのとき、復調歪みは最少でした。（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ります。　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ません。　+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ようです。概ね-5〜0dBmあたりのキャリヤを与えるのが良さそうです。

　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います。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ですから良い性能と言えそうです。　なお、455kHzではどうか調べてみましたが、概ね同様だったので1MHzの例で代表します。

　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です。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ます。　信号の歪みが大きくなってくる訳ではありません。　加える信号を最大でも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でしょうか。

【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ます。原理的に周波数特性は良好で広帯域です。　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す。（DBM部に続くアンプ部分が周波数上限を制限しています）

　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で済ませました。そのために、数10kHzのところに盛り上がりができました。

　本格的に使う時は、インピーダンスを考え、整合したLPFを入れれば良いでしょう。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ますから、そのつもりでご覧頂ければと思います。　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です。

　以上、MC-1451の復調特性を評価してみました。実用するための情報が得られました。

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　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ません。　AC電源の受信機(RX)なら電源整流回路を少し工夫して21Vを作るのは難しくありません。　12V電源の機械の場合、DC/DCコンバータで昇圧する手もありますが、そこまでして使う価値はないでしょう。

　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受信アダプタがあります。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のです。　RF/IFゲインを絞って受信すれば何とかなるのですが、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です。　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ました。有望な活用候補にしておきます。　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です。　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でしょう。　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です。

　いろいろ妄想が膨らんできたところでおしまいにします。　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ですからぜひともお試しを。　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でしょう。 de JA9TTT/1

＃ブラジルのネットショップでMC-1451Eを見つけました。システムの補修用に輸出されたパーツの流出品でしょうか。ポルトガル語なので良くわかりませんが未使用品が手に入る可能性もある？

＃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）