ＥＳ9018ＳでＤＳＤシフトパラは実現するか？の巻き PART2　2012.4.30

前編はこちら

すこし、今回のＤＡＣのＨ／Ｗ構成をまとめてみることにしました。ブロック図は下記のとおりです。

　入力はSPDIF（4ch)、PCM、DSDの３系統。
　SPDIFは一旦CS8416で受けます。ただしCS8416でデコードした信号で活用するのはBCKのみで、
ES9018にはSPDIF信号をそのまま受け渡します。これはSPDIFでもBCKの逓倍のシステムクロックが
つかえるようにするためです。
　SPDIF、PCM,DSDのデータについてはデータセレクタの74245を介してES9018Sに送られます。
DSD信号についてはシフトパラ信号をつくるため、シフトレジスタの74164を通してデータセレクターに
送られます。
　BCKからシステムクロックを生成するために逓倍器のＩＣＳ５７０とジッタクリーナのＳＩ5317を用います。
この逓倍クロックを使用するか、あるいは100MHzの水晶をつかうかは切り替えられるようにしています。

ＤＡＣの構成図

さて、ソフトの構成は

FFDAC9018Sとサブルーチンを共有してつかっているところが多いので、よく似た構成になっています。

No	表示例	設定項目
0	Front pageにあたります。入力（SPDIF０〜３、PCM,DSD、S-DSD、 電子ボリューム減衰量、入力周波数そしてロック状態を示します。 LOCK-AL(LOCK ALL)となればES9018とジッタクリーナ(Si5317)すべて ロックしています。	入力信号切替え SPDIF1 SPDIF2 SPDIF3 SPDIF4 PCM-IN DSD-IN S-DSD (*) (*)Shifted Para. DSD
1	ES9018の左チャンネルDPLLレジスターの表示(16進）です。 ＬＬ＊＊はES9018のロックとMUTE状態、ＬＳはジッタクリーナのロックと シグナル有無を示しています。 これらはＤＡＣのステータス（状態）を示します。
2	ES9018の右チャンネルDPLLレジスターの表示(16進）です。
3	DPLLのバンド幅設定です。	Best No Lowest Low Med-Low Medium Med-High High Highest
4	逓倍器の使用の有無を設定します。ALL　OFFにすれば100MHzの水晶発信器 のみをつかいます。SPDIFへの適用あるいはPCM,DSDへの適用、あるいはすべてへ 逓倍クロックを適用するかを選択することができます。 通常はALL ONにすればいいでしょう。	ALL OFF SPDIF PCM,DSD ALL ON
5	ジッタクリーナ（Si5317)のバンド幅を設定します。ＬＯＷＥＳＴに設定するともっとも 周期が長くなり、もっとも安定した出力を得ることができます。	LOWEST LOW MID MID-HIGH HIGH
6	ディジタルフィルータ応答を切り替えます。	Fast Roll-off Sharp Roll-off
7	シリアルデータ入力（PCM)時のデータ長を指定します。	16 20 24 32　(BITS)
8	PCM入力時のデータフォーマットです	I2S Right Justified Left Justified
9	出力の極性を設定します。In-phaseにすると正相、Anti-Phaseにすると 逆相になります。	In-Phase Anti-Phase
10	差動出力の極性を設定します。Anti-Phaseにすると差動出力。　In-Phase にすると同相出力になります。 同相出力にすると１６パラのシングルエンドDACとして使うことも可能です。	In-Phase Anti-Phase
11	IIRフィルターの設定です。	Normal 50k 60k 70k
12	Over Sampling Filterの設定です。	Use Direct from I2S

ここまで組んだらプログラム容量が８２％になってしまいました。あわせてシンプルファンクションモードも組み込みたいけど
入るかな〜？？？


ソフト作成中です。

ソフト完成！2012.5.2

ほぼデバッグも完了です（と思うけど・・・）。フルファンクションモードに加えて液晶表示の不要なシンプルファンクションモードも
ひとつのPICに入れ込みました。途中でＰＩＣの容量が１００％近くなったので、プログラムを見直して重複しているところを整理した
りしたら、８５％まで回復したので、さらにフルファンクションモードで機能を追加しました。
最終的な容量は９１％になりました。

追加した機能はＦＩＲフィルターに関して 28 coefficeients in length と　27 coefficeients in lengthの切り替え、
さらにES9018内部のジッタリダクションの有無の設定ができるようにしました。

coefficeients in lengthの切り替えって、どう違うのか波形で調べてみるとかなり変形します。
デフォルトの 28がいいでしょうけど、音はどう変わるのか楽しみです。

	28 coefficeients in length	27 coefficeients in length
表示
波形応答	インパルス応答（Slow rolloff) 1kHz正弦波	インパルス応答（Slow rolloff) 1kHz正弦波

いきなり試聴！

動くことが確認できたので、やっぱり試聴したくてむずむずしてきます。
ということでシンプルＩＶ(DUAL OPA版）を接続して試聴です。

試聴時の接続の様子

DSDももちろんつなげるようにしています。ちなみに表示はこんな感じです。
　
　DSD64入力時の場合　　　　　　　　　　　　　DSD128入力時の場合

ソフト的にはDSD256の入力も対応していますが、残念ながらソースがないので確認できていません。

こんなものもあります。

同一演奏でDSDとＷＡＶの聴き比べようにとファイルをいただきました。これらもも併せて聴いていきましょう

ＤＳＤとＷＡＶファイルがはいっています。

恥ずかしい・・・・

表示の綴りが間違っているとご指摘いただきました。入力信号が既定の周波数から
はずれるとUNKNOWNと表示するつもりが、ＵＮＫＯＷＮになっていました。


修正前（恥ずかしい・・・）　　　　　　　　　　　修正後

今回のＤＡＣでは既定の周波数は下記の１５種類を設定しています。
それぞれの周波数と動作状況をまとめてみました。
　SPDIF入力では32kHz未満の周波数で動作しませんでした。どうやらES9018自体がSPDIFの
低周波数領域では対応していないみたいです。またCS8416自体も16kHzでは動作しないようです。
PCM（I2S等）では16kHzから問題なく動作しました。
　いづれにしても192kHzを超える領域では、それだけ高周波数ｆｓで送り出す
機器がないので動作は確認していません。おそらく大丈夫だとおもいますが、機会があれば
動作させてみたいところです。

既定周波数と動作範囲範囲をまとめてみました。

○：動作確認済み　×：動作しません。　−：未確認

本格試聴！

ＳＰＤＩＦ入力
　ES9018でのSPDIF入力はすでに経験していますが、やはりモノラル使用だとなんとなく
音の厚みが増しているような気がします。これもシステムクロックをBCK逓倍＋ジッタクリーナ
としているのが効いているのかもしれません。

ＰＣＭ（Ｉ２Ｓ）入力
　これも安定感のある音がで手くる感じです。とくにＥＳ９０１８をＬＯＷＥＳＴ設定、ジッタクリーナも
ＬＯＷＥＳＴ設定にすると、ずんと重心が下がる気がします。ＳＰＤＩＦもいいですが、ＰＣＭ入力は
１６ｋＨｚから動くので、その分の安定性もあるのかもしれません。

ＤＳＤ入力
　これもＤＳＤ専用の音源でfour playを聴いてみましたが、滑らかな再生です。ビット臭さが消えるのかな（笑）。
でも、ビット臭さも好きだけど（爆）。もうこなったらプラシーボ全開です！

Ｓ−ＤＳＤ入力
　シフトＤＳＤになると、ＤＳＤの滑らかさがさらに増した感じもします。感じだけかな？

いづれにしても、なかなかいいＤＡＣに仕上がりました。
難点は少し基板サイズが大きいのと、部品点数が多いところでしょうか。
老眼が進むなかでの作業は、だんだん大変になってきますが、半田付けの点数が多くなると
俄然楽しくなってくるのも趣味ならではですね。

お出かけ用の写真をパチリ

いろいろいじって汚くなる前にお出かけ用の写真をとりました。

お出かけ用の写真を撮っておきました。

さらに局部的なアップも撮っておきました。

SPDIFのアンプ部にはCS8416をつかっています。またBCK抽出に使っています。


ＰＣＭ、ＤＳＤ入力部分です。バッファーアンプとコントロールロジックです。



ＩＯエクスパンダが写っていますが、このＩＣだけ向きが違うので実装には注意が必要です。
シルクを確認しながら実装します。


４つの74245はSPDIF、PCM、DSD、S-DSDの信号切り替え器です。
左右チャンネルにあります。


この基板の１つの肝ともいえるシステムクロック生成用の水晶(100MHz)と
クロック逓倍器(ICS570)＋ジッタクリーナ(Si5317)です。
制御ＩＯが多いのでＩＯエキスパンダを直近に配置しています。


でも主役はこれ。ＥＳ９０１８です。

機能追加してみました。　2012.5.９

こんなメールいたしました。

追加はそれほど難しくありませんが、プログラムの容量が心配ですがなんとか押し込めました。


追加した機能です。

消費電流は・・・・

これについては実測はしているのですが４４．１ｋＨｚのときだったので192kHｚの入力時にどうなるか調べてみました。
なんとＥＳ９０１８が電圧出力時でも６９０ｍＡ（アナログ約１０５ｍＡ、ディジタル５８５ｍＡ）も消費します。
ということは電流出力になると約８０ｍＡ増えると考えればよいので、
ディジタルは６００ｍＡ以上、アナログ部は２００ｍＡ以上用意する必要がありそうです。
余裕をみればディジタル８００ｍＡ、アナログ部３００ｍＡでしょうか。
かなり電源はしっかりと作る必要があります。

こんなリクエストも



なるほど。CS8416の周りにはDATA、LRCK、BCKを取り出すランドがあるので、そこからPCM入力(CN2)に
接続すればいいですね。そういった入力モードも作ってみましょう。

CS8416周辺のデータの取り出しパッドです。

取り出しパッドからＰＣＭ入力（ＣＮ２）へ配線です。

表示は

こんな感じです。ＳＰＤＩＦ１ＰのＰがポイントです。CS8416の入力を切り替えつつ、
実際のデータはPCM(CN2)にしています。

表示はこんな感じ。ＳＰＤＩＦ１の後のＰがポイントです。

このため入力は
ＳＰＤＩＦ１
ＳＰＤＩＦ２
ＳＰＤＩＦ３
ＳＰＤＩＦ４
ＰＣＭ−ＩＮ
ＤＳＤ−ＩＮ
Ｓ−ＤＳＤ
ＳＰＤＩＦ１Ｐ
ＳＰＤＩＦ２Ｐ
ＳＰＤＩＦ３Ｐ
ＳＰＤＩＦ４Ｐ
のなかからセレクトすることになります。少し多くなってしまいましたが、まあ自作ならではですね。
ちなみに、この入力パターンはフルファンクションモードのみサポートです。

さて、ここまで機能を増やしたらプログラム容量も９７％になりました。
もう無理です。さて、このＰＩＣプログラムバージョンでリリースしていきましょう。

といっても週末は合宿なので、作業が出来るのは日曜日の夜になりそうです。

電源をどうしよう　2012.5.15

このDACはとても電流を必要としてます。３．３Vで約８００ｍAです。
RA40-144トランスの容量は十分ですが、リニアレギュレータで構成すると大きな放熱板が必要です。
８Ｖ（ＡＣ）出力を使用した場合、整流後の電圧は約１１Ｖです。それを３．３Ｖ８００ｍＡを流すまでドロップさせると
（11-3.3）*0.8=6.16Ｗの熱損失があります。この電力は小型の放熱板で補えるものではありません。
ということで、すこし電源を考えないといけないです。

ひとつの案は

3.3Vラインはアナログとディジタル部にわかれます。ディジタルは約６００ｍＡ、アナログは約２００ｍＡ（100mA×２）です。
アナログ部はでリニアレギュレータとして左右分離すれば、片チャンネルあたりの熱損失は（11-3.3)*0.1＝0.77Wであり、
これは小型の放熱板でも大丈夫でしょう。問題はディジタルです。そこでディジタル部はスイッチングレギュレータとリニアレギュレータの
ハイブリッドを考えてみましょう。スイッチングレギュレータで５Vまで降圧し、そこから３．３Vまでリニアレギュレータで落とします。
そうすれば、効率と電圧リップルの低減の両立をはかることができます。電力損失は（5-3.3）＊0.6＝1.02Wですから小型の放熱板
でも大丈夫でしょう。

こんなスイッチングICを買ってみました。
５V固定電圧出力ですが3Aの容量のあるＩＣを買ってみました。
これをつかって特性を調べていきましょう。

AP1506です。

回路はこんな感じでしょう。５→３．３Ｖのリニアレギュレータは３端子レギュレータでもよいのですが、
もうすこし性能を出したいこともありＯＰＡによる制御回路を採用してみましょう。基準電圧は
シャンとレギュレータのＴＬ431（ＩＣ２）を使います。誤差増幅のOPAはまずは安価なLM358あたりを
使ってみましょう。

試作してみる回路はこんな感じ。

ユニバーサルでつくってみましょう。2012.5.20

まずは５Ｖのスイッチングレギュレータ部をつくりました。部品は手元にあるものだけでです。
コンデンサは1000uF/50Vのものです。これはデジットで安かったので大量に買いましたが、
いつになったら消費できるのって感じです。

まずはスイッチングレギュレータ部のみをつくりました。

無負荷時の電圧を測定してみると５．１３Vと少し高めです。でも３％程度ですから問題はありません。

無負荷時の電圧です。

負荷には１A程度をかけようと思います。手元に１０Ωの抵抗があったので、それを２つ並列にして
５Ωとしてちょうど１Aが流れるように設定しました。

５Ωの負荷抵抗を接続しました。

負荷を接続すると少し電圧がさがりました。4.95Vなので−１％です。このくらいがちょうどいいでしょう。

負荷時（１A)の出力電圧。

ついでに出力電圧のリップルの様子を観測です。振幅で１０ｍV程度のリップルがあります。
周期は約７ｕＳですから140ｋＨｚとスイッチングレギュレータの素子のスペックに合致します。
リップルの低減のために、電解コンデンサに並列にＯＳコンデンサをいれたところ約半分に減りました。
このところにつかうコンデンサはＥＳＲの小さいものがいいですね。

リップルは１０ｍＶ程度です。

３．３Ｖのリニアレギュレータをくみたてる。
さて、次は５Ｖから３．３Ｖに降圧するためレギュレータ部を組み立てます。
放熱板は秋月で売っている＠５０円のものをつかいました。これは１１℃／Ｗありますから、
１Ｗ程度の消費電力でつかうには十分です。

仕様した放熱板

完成！
各種の部品を載せて完成です。レイアウトがあまりよくありませんが・・・・。

まずは完成しました。

負荷には３Ωの抵抗を接続しました。電流にすれば約１．１Ａになります。およそＤＡＣ９０１８Ｄで必要とする
ディジタル部の電流の２倍の負荷になります。

負荷抵抗を接続

気になるリップルをみて見ましょう。鋭いひげもありますが、およそ振幅で５ｍＶ程度かな。
少しへっていますが、この回路での高周波数リップル除去の限界でしょうか。
ＤＡＣ基板の動作上は問題のないリップルですが、やはりスイッチングレギュレータではなく
すべてリニアレギュレータにするべきかな？ちょっと悩んでしまいます。

振幅で５ｍＶ程度のリップルが残留しています。

もう少し、回路をいじってみましょう。

測定方法でずいぶん変わるな〜

オシロのプローブを動かすと、かなり波形がかわります。どうやらオシロのプローブのループ部で
誘導が起こっているようです。ということで、できるだけループ面積が小さくなるように取り付けました。
　
オシロプローブのループができるだけ小さくなるようにして接続です。　　　　　　　　　だいぶ段差が小さくなった

つぎに出力にＥＳＲの小さいＯＳコンデンサをはさんで見ました。
リード線をもっと短くしたいところですが、あとで再利用することも考えてそのままの長さで我慢です。
ＯＳコンをはさむとさらに改善しますね。

ＯＳコンをはさんでみると、さらにリップルが小さくなりました。

つぎにＯＳコンを取り外して、出力に100uHのインダクターを接続してみました。
こんぼ場合でも改善が見られます。

インダクターをとりつけても改善が見られます。

では、インダクタとコンデンサを両方とりつけてみましょう。
いわゆるＬＰＦを構成することになります。やはりこの場合の効果は大きいです。
ほぼリップルは見られなくなりました。
ただし、高周波数そスパイクは若干残っています。これらはもっとインダクターの容量をあげると抑制できるかな？

インダクターとコンデンサの両方を取り付けて試してみました。リップルはほぼなくなりました。

やっぱり電源はシリーズレギュレータかな。　2012.5.27

スイッチング電源は効率はいいのですが、どうしても高周波数のスイッチングノイズが発生しています。
可聴域をはるかに超えていますが、やはり心理的なハードルがでてしまいます。
ということでは、やっぱり電源はシリーズレギュレータにしましょう。

ＤＡＣ９０１８Ｄ専用電源はどうかな？

最初、DAC9018Dの基板サイズですべて収まるかな？と思ったりしましたが、放熱板がたくさんいるので
かなり無理そうです。ということで、DAC9018DとＩＶ基板が搭載可能なまで基板サイズを拡張して
すべての電源がまかなえるＤＡＣ９０１８Ｄの電源を考えてみることにしました。

サイズ的にはＲＡ40トランスと一緒にタカチ電機の２３ｍｍ幅で奥行き３７ｃｍのケースに収める都合上、
電源基板の長さは２００ｍｍ前後になります。
搭載したときのイメージはこんな感じです。

ＤＡＣ９０１８Ｄの専用電源のイメージ

色々とパターンを考えてみるも・・・・　2012.6.1

いろいろとパターンを考えてみるも、それにしても基板がでかい！
必要なのは
　アナログ電源　正負１５V（２００ｍＡくらい）×１
　ＤＡＣアナログ電源　正３．３Ｖ（１５０ｍＡ）×２
　ＤＡＣディジタル電源　正３．３Ｖ（１Ａくらい）×１
　液晶用補助電源　　　正５Ｖ（５０ｍＡくらい)×１
なんだけど、かなりの部分がTYPE-D,TYPE-E電源と重なります。

　
色々と考えてみるも定まりません。

本当に必要なのは、 　
　ＤＡＣディジタル電源　正３．３Ｖ（１Ａくらい）×１
　液晶用補助電源　　　正５Ｖ（５０ｍＡくらい)×１
の部分があればいいので、この部分だけ小型の基板をつくってもいいのかな〜という気もしています。

TYPE-G基板にしてみました。

出力は３．３V（１A）と５V（100ｍA)を想定しています。
３．３Ｖはディスクリートでの誤差増幅アンプを搭載しています。５Ｖは簡単に３端子レギュレータです。

３．３Vの出力電流は外付けのトランジスタ容量に依存です。
２段ダーリントンですから、初段が150、２段目が60で10000倍の電流増幅率が見込めます。
初段のベース電流0.1mAで１Ａ程度なら安定して動作するでしょう。もっと電流が必要なら３段以上にしたほうが
いいかもしれません。そのときは２段目をダーリントンタイプにすればいいでしょう。


ＴＹＰＥ−Ｇ基板なるものを描いてみました。


リモコン化計画？　2012.6.16

リモコン化計画は別ページに移転しました。（2012.7.1）

TYPE-G基板到着！　2012.7.4

ようやく基板が到着しました。さて、一気に組み立ててみましょう。

電源基板ＴＹＰＥ−Ｇ基板です。

部品箱を探しているとこんなダイオードが見つかりました。おまけでもらったものですが、
何のおまけか忘れてしまいました。ダイオードの容量は２Ａあるのでこれで十分でしょう。

おまけでもらった整流ダイオード。音響用って何がちがうのかな？

部品点数も少ないのであっという間に完成です。
まずはお出かけ用の写真をパチリです。

完成しました。

動作テストのために、外付けのトランジスタをとりつけます。今回は汎用のＴＩＰ３２ＣＴＩＰ31Ｃをつけています。
Ｉｃ＝３Ａの普通のパワートラです。放熱板にとりつけていますが、本来はケース底面に取り付けるようなことを想定します。

まずは動作確認用に外付けパワトラを取り付けました。

動作確認！
まずは通電して無事動くことを確認しました。部品点数も少ないので、間違うことはあまりないでしょう。
でも、この規模で動かなかったら、ちょっとショックで寝込んでしまうかもしれません（笑）。

動作することがわかれば、ＶＲを調整して出力電圧を３．３Ｖにあわせてました。

出力電圧の調整です。

つぎは負荷テストです。負荷には４Ωの抵抗をつなげました。２Ω×２個の構成です。
３．３Ｖで４Ωの負荷ですから電流は約８００ｍＡ強流れます。ほんとうはもっと流したかったのですが、
元電源の容量の都合からこの値にしました。


負荷抵抗をつないでチェックです。

負荷を接続すると若干ですが電圧が落ちましたが、この程度ならレギュレーションも優秀です。

負荷時の電圧です。約６ｍＶ低下ですが、出力抵抗0.01Ω以下ですから優秀です。

さて、この電源基板もマニュアルを作成してリリースしたいとおもいます。

シンプルＩＶ＆Diff,amp V2です。

基本はＶ１基板と同じですが、入力部に若干回路を追加しました。


Ｖ２基板です。

追加の部分は下記のような回路です。とくに意識しなければ従来のＶ１基板と同じように使うことができます。


Ｖ１基板とＶ２基板の違い。ＪＰ１は既定値が接続なので、Ｖ１基板と同じように取り扱えます。

変更点はここにまとめました。→　simpleIV-v2.pdf

すこしソフトを改造　2014.5.29

こんな投稿をいただきました。

ということで＃２５レジスターの×１２８モードを設定できるようなソフトを組んでみました。
ROM容量に余裕がないので、FIR　LENGTHの項目を入れ替えました。
まだ自分では試していません。元にもどせるようにオリジナルのバイナリーもアップしました。

（つづく、かな？）