ASRCリニューアル？の巻き。 2010.4.3

ASRCは在庫切れになった状態が続いていますが、リクエストも多くできるなら再び
リリースしたいとは思っていますが、最大の課題はキーパーツが手に入りません。
いや、入手しようと思えば手に入りそうなのですが、購入価格がかなり高くなっています。
ここでいうキーパーツは次の通り。
１．ＤＡＩ：ＤＩＲ９００１
　これについてはDIGIKEYで手に入りそう。でも、在庫が心許ない状態。
　たぶん、次に在庫切れになったらリードタイム２０週くらいで、いつ
　はいるかわからない状態になるでしょう。
　　リニューアルするとなるとCS8416に切り替えたほうが良さそうです。
　それにCS8416に変えると、入力回路がかなり省略できるのと192kHzまで
　対応できるメリットがあります。

２．ＳＲＣ：ＳＲＣ４１９０／４１９２
　これがないと始まりません。ＡＳＲＣの心臓部です。DIGIKEYをみるとSRC4190
はなさそうですが、SRC4192は少しだけあります。でも在庫がいつまであるか心配。
ＡＤ社のAD1895/96に切り替えたほうがいいか〜とも浮気心。これは基本的にSRC4190と
AD1895はほぼピンコンパチになっているようです。でも、微妙に機能が違っています。
これって、どちらかがOEMなんだろうか？それともひょっとして同じ人が設計したのかな？

３．ＤＩＴ：ＤＩＴ４１９２
　これはトランスミッターですが、DIGIKEYには在庫ありませんが、BBSで教えてもらった
ところに在庫がありそうです。

４．ＰＬＬ：ＰＬＬ１７０７
　これが最大の課題です。DIGIKEYにはありません。若松通商にはありますが＠９００円と
ちょっと高めです。ちなみにDIGIKEYで買うことができれば＠３００円くらいです。まあ、６００円の
差なのですが３倍を払うことに対して、ものすごい抵抗感を感じてしまいます。
こうなったらＰＬＬを使わないでいこうかと思いますが、周波数を３２〜１９２ｋＨｚで７段階で切り替える
ことを考えると水晶が２つ必要です。それにSRC4192用のマスタークロック用にさらに１個。
やはりＰＬＬの威力は絶大です。

キーパーツ入手に目処？
いろいろと探していると見つかるものです。まだ実物は手にしていませんが、なんとか
手に入りそうな感じです。ということもあり、このページを立ち上げています。
そのため前作とはすこし構成が変わってしまいますが、新しいASRCを設計したいと
思います。まずは、仕様というかコンセプトを列挙していきましょう。

コンセプト＆仕様
１．入力
　CS8416をDAIにつかうことを考えて４ch入力。うち2chは光コネクタがつけやすいように
電源端子も出力しておきましょう。入力の切り替えは、２線あれば4ch切り替えできるけど、
こうすると切り替えのロータリースイッチに２回路４接点のものが必要になるので、
一度74139あたりでうけたほうが便利かもしれません。これなら１回路４接点のロータリー
スイッチで足りますし、配線も簡単になるでしょう。

２．出力
　(a)デジタル出力は前作と同様にパルストランスを介した出力と、TTLレベルの出力の
　　　２系統としましょう。あとはDAC1794-5などとも接続しやすいように、制御線(BC,WC,DT)
　　の出力も10Pのコネクターで出すようにしておきましょう。

３．周波数切り替え
　これは32〜192kHzそしてＴＨＲ（なにも変換しない）という出力切り替えとしましょう。

４．基板サイズ
　これは前作より一サイズ小さくして、DAC1794-5や電源基板等と同じサイズにします。
　これで２階建てが可能になります。

５．電源入力
　前回はACトランス接続にしていましたが、基板サイズを小さくすることもあり
　平滑回路を搭載するのは難しそうです。ということで、５Ｖの外部電源供給にしましょう。
　3.3Vについては内部で生成することにします。

さて、仕様がかたまったところですが、
今回は前作とは一部違った石をつかうので（DIR9001→CS8416,PLL1707→PLL1705)、
どのような設定にするのか再度確認しておきましょう。

各ICの設定

１．ＳＲＣ４１９２の設定


ＳＲＣ４１９２設定

2.DIT4192の設定


ＤＩＴ４１９２設定

３.PLL1705の設定

PLL1705のSR,FS1,FS2設定

アートワークにかかろうかな。

まずは基板サイズに必要な部品がどの程度の密度感で実装できそうかを確認。
結構密なような粗なような・・・・・
プルアップ抵抗は集合抵抗にした方がいいかな？

まずは必要になりそうな部品を載せてみる。

ザッと配線をしながら、部品配置をトリミング。
なんとか、配線はできそうです。

まずは、仮配線。

デバッグ用に回路図を作成しましょう。これは、また今度。


回路図を書く前に、もう少しパターンを見直し。これで回路図をおこしましょう！


回路図はこんな感じ。(図をクリックするとPDFファイルが立ち上がります）


パターンこんな感じ。(図をクリックするとPDFファイルが立ち上がります）

あとはもう２回ほど回路図とパターンを見直しておきましょう。

久し振りに作業再開。内蔵介さんから「９６ｋＨｚもプルアップしたほうがよい」とのご指摘もあり
若干パターンを修正しました。これが最終版かな？

少し見直し(図をクリックするとPDFファイルが立ち上がります）

こちらもリニューアル？

パターンこんな感じ。(図をクリックするとPDFファイルが立ち上がります）

PLLは必須じゃないな〜と思い、PLLレスでのパターンに変更。

パターンこんな感じ。(図をクリックするとPDFファイルが立ち上がります）

これはADC（アナログーデジタルコンバータ）です。何につかうかといえば、ＦＭの出力を
ディジタルに変換しておけば、DACで切り替えられるので便利ということで、以前作りました。
そのときはＰＣＭ１８０４をつかいましたが、さらに性能の高いＰＣＭ４２０２が出たので
それを使ってみようという企みです。

ちなみに、ＰＣＭ４２０２のマニュアルを見ると

という文字が最初のページに見えます。置き換えできるのなら、以前の基板が使えるかな？
とも思いましたが、DIT4192のディジタル出力がややひ弱なところがあって、パルストランスを
うまく駆動仕切れなかったので、出力をバッファリングする回路を入れることにしました。
しかし、マニュアルを最後まで読んでいくと、なにやら単純に以前の回路をそのまま踏襲する
には問題の有りそうなところもでてきました。



微妙に違うようです。
まず、PCM1804に対してPCM4202は入力が6Vppと1Vppアップしています。これがダイナミックレンジがPCM4202が118dBと
高い理由にもなっているのでしょう（PCM1804は112dB)。
次は、PCM1804はロジックレベルは５Ｖでも良かったのですが、PCM4202は3.3Vにする必要があるようです。以前の回路では
DIT4192を5V動作させていたので、これは問題ありです。
次はリセットピンがPCM4202ではプルアップに変更（PCM1804ではプルダウン）。

というところでしょうか。しかし、これだけ変更されるとピンコンパチじゃないのでは？と思ったりします。
それと、マニュアルを眺めても各種のロジック入力PINがプルアップされているのかプルダウンされているかの
記述がありません。ということは、明確にＶｃｃあるいはＧＮＤに接続しないと、動作が不安定になるということですから
ここも、PCM4202をつかうには注意のいるところかもしれません。

とりあえず基板は試作に！

今回は２回ほど回路とパターンを見直しましたが、見直すたびに間違いがみつかって、
こりゃできあがってもなにかありそうです（汗）。でも、試作に出すには思いっきりも大切（笑）。

これで試作にだしましょう！(図をクリックするとPDFファイルが立ち上がります）

回路図はこんな感じ。

PLL1705の在庫がない〜〜！！

試作用のPLL1705は入手したものの、追加で購入しようとしたら在庫検索すらひっかからない。
取り扱いやめたのかな〜？
しかたがないのでＲＳコンポーネンツで注文。納期は未定だけど、先日回答がありました。

こりゃ、気長に待つしかないようです。お盆休みの工作ですね。

試作基板到着！　2010.4.28

まずはASRCから。
基板自体はさほど大きくありませんが、部品点数も少な目なのでなんとなくゆったり・・
かな？

基板到着しました。

最初はひたすら表面実装部品を半田付け。SSOPが３個あるけど、、もう慣れました。
反対にSOPの大きさだと、面白くありませんので（笑）。こうゆう油断が危ないのですよね。

表面実装部品の取り付け完了。

そして残りの部品を取り付けて完成です。ほんとに部品点数少な目なので
早くできあがりました。

完成！まずはお出かけ用の写真をパチリ

動作確認！　2010.4.29
実験用電源に接続して動作確認です。動作のためには５Ｖ電源が必要です。
すべての配線を行って、あとはスイッチを入れるだけですが、この瞬間っていつも緊張します。

動作確認の様子！動くかな？

出力の確認はまずは、デジタル出力（ＳＰＤＩＦ）にオシロをあてて行います。波形が出てきているのが確認できました。
また周波数を切り替えると出力周波数も変わります。でも、ディジタル出力では、本当に正確な周波数で
出力出来ているかわかりにくいです。
　
デジタル出力の波形（４８ｋＨｚ変換時）　　　　　　　　　　デジタル出力の波形（１９２ｋＨｚ変換時）

ということで、オシロプローブをワードクロック（ＬＲクロック）に切り替えて、すべての周波数について確認して
みました。無事出ているようです。やっぱりPLLは便利ですね。
　　
　　　　　　３２ｋＨｚ変換　　　　　　　　　　　　　　４４．１ｋＨｚ変換　　　　　　　　　　　　　４８ｋＨｚ変換　

　　
　　　　　８８．２ｋＨｚ変換　　　　　　　　　　　　　　９６ｋＨｚ変換　　　　　　　　　　　　　１７６．４ｋＨｚ変換　


　　　　１９２ｋＨｚ変換

j実際にDACに接続しての動作確認をおこないました。接続したのはＤＡＣ１７９４−３．５ディジタル＋IV変換差動増幅基板です。
接続は普通に同軸ケーブルでおこないます。
　
DACに接続して動作確認。問題なく波形出力が確認できました。

出力は問題ないことはわかりましたが、ディジタルフィルター付きのDACに接続してしまうと、実際の周波数変換
の様子がわかりにくいこともあり、ディジタルフィルターの無いDACに接続してみましょう。
ということで、久し振りにR-2RＤＡＣの登場です。久しく、本棚に置いていたこともあり、ホコリをかぶっていましたが、
すこし吹き飛ばしてやって、接続しました。電源は１０Ｐケーブルを通してASRCから供給しています。


R-2RDACとASRCを接続して動作確認

さっそくオシロにつないで波形を確認してみましょう。
変換周波数が高くなるにつれて、波形がなめらかになって来ている様子がよくわかります。
これについては以前のASRCでも同様の実験をしたことを思い出しました。
　　
３２ｋＨｚ変換　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４８ｋＨｚ変換


１９２ｋＨｚ変換

最後の動作確認としてDAC1794-5に接続してみました。


ASRCを搭載する前のDAC1794-5


ASRCを子亀のごとくDAC1794-5の上に搭載。コネクタの位置は揃えています。

出力も無事確認できました。


ＤＡＣ１７９４−５の出力を確認。

さて、これでASRCは完成です。あとはケースに入れるだけですが、ＧＷの楽しみです。
まずはケースを買いだしにいかないといけません。いつ行こうかな？

引き続きADC4202にとりかかろう！　2010.4.29

できあがった基板はこれ。アナログ部は余裕の配置。デジタル部は少し窮屈な感じです。

ADC4202基板

部品点数はそれなりにありますが、あらかじめ部品を揃えておけば１時間程度で完成です。

完成したADC4202基板

さて、このADC基板はどうやって動作確認しようかな？
いずれにしても今日は遅いのでお休みしましょう。これもＧＷのお楽しみ。
明日は残念ながら出社日・・・・・

まずはジャンパーの設定　
　ADCをどの周波数で動作させるかを決めるためにジャンパーの設定をします。
ジャンパーはいくつかありますが、諸々の動作モードを決めるのはJP1とJP2です。


　ＪＰ１とＪＰ２が機能を決めるジャンパー


それぞれの機能を一度整理しておきましょう。整理しておけば、あとあと見返したときに
便利です。

JP1の設定

JP2の設定(DIT4192)

変換周波数は用いる水晶振動子の周波数とJP1のFR0〜2とJP2CK0,1の組み合わせで決定します。下表はその組み合わせの一例です。

今回の設定では48kHz(512fs/Single)に設定しています。
　　
ＪＰ１の設定　　　　　　　　　　　　　　ＪＰ２の設定

いよいよ動作確認！
次は全体が動いているかどうか、すなわちアナログ入力を入れて
ディジタル出力に変換されているかどうかの確認を最優先で行いましょう。
ということで、まずはADCの入力に発振器の出力を接続し、ADCの出力に
DACを接続することにします。そして、波形を見比べて見ましょう。
見比べる前に動かないといけないのだけど・・・・

無事動きました。
結線は
発振器→ADC４２０２→DAC（DAC1794-3.5)
としています。
入力信号に対して、DACから出てくるときにはトータルで２ｍＳの遅れが
でている様子がわかります。

上：ADＣへの入力信号　下：DACからの出力信号　2msの遅れ。


上：ADＣへの入力信号　下：DACからの出力信号
一致しているようだが、実際には2ms遅れている。

話はASRCに戻り・・・・

ケースに収める！　2010.5.1

今回用いたケースはタカチ電機のＹＭ−２００（２００×４０×150mm)という小さいケース。
ＡＳＲＣはアクセサリーの類だから、できるだけ小さくまとめたくこういったケースを調達しました。
電源も小さいトランスで適当なモノがみつから無かったので今回はACアダプターを使用することにしました。
５Ｖ出力のアダプターを使えば、電源基板も不必要になりますが、手持ちに１５Ｖのアダプターがあったので
これがつかえるように電源基板も搭載します。電源基板には整流用のダイオードも実装しましょうｌ。
そうすれば、ACアダプターの極性が間違っても問題なく動作するので、リスクが小さくなります。
ＡＳＲＣ基板にはパルストランスがのっているので、そのままディジタル出力もできますが、
現在検討中の空芯タイプのPOWERED ISOLATERも搭載することにしました。

配線前のASRC

POWERED ISOLATERは74AHCU04を２パラのプッシュプルで計４個使っています。

74AHCU04を４個搭載したPowered Isolater

電源基板の部品も実装し終わって全体を配線していきましょう。配線数も多くはないので
案外短時間で完成しました。


まずは後ろからパチリ！


次は前からパチリ！　テプラで銘板もいれておきましょう。


表パネルの様子。テプラが少し傾いて貼ってあるのはご愛敬（笑）。

ロータリースイッチに４接点のものが手持ちにあったので、これをつかいました。そのため周波数の切り替えは
４４．１ｋＨｚ、４８ｋＨｚ、９６ｋＨｚ、１９２ｋＨｚの４種類のみですが、とくに問題はないでしょう。

さて、DACに接続して動作を確認したので、ＡＳＲＣは完成です。ちゃんちゃん！

話はAＤCに戻り・・・・

ADCについては、単純にオシロで動作を確認するだけでなく実際に試聴してＳ／Ｎなどの確認が重要です。
ということで、
PC（トランスポート）→DAC（DAC1794-3.5)→ADC→DAC（DAC1794woDAI)
という組み合わせで試聴です。


ＤＡＣの出力をADCに入れて、その出力をDACへ。ややこしいですね。

ノイズ感もなく、ＡＤCを通している感じはまったくありません。これはPCM4202になって
性能がアップしたというよりも、パターンの作成技術が以前に比べて向上したからかな（笑）。
まあ、いずれにしても性能的には満足な結果が得られました。

どこまで変換できるのかな？

AＤＣの設定は48kHz変換にしていますが、このときどの帯域まで変換できるのかちょっと
試して見ましょう。
構成は
発振器→ADC→DAC
です。ＤＡＣの出力を観測しますので、ＡＤＣでの変換限界か、DAC側での変換限界かは
区別がつきませんが、トータルとしての変換周波数の観測です。

１．現状の４８ｋＨｚ変換時
　１／２ｆｓまでは問題なく変換できているようですが、1/2fsを越えると当たり前ですが、
出力ゼロになってしまいます。
　
　　f=9.94kHz　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　f=22.06kHz

　
ｆ＝２４．５ｋＨｚ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　f=25.57kHz

２．９６ｋＨｚ変換時
９６ＫＨｚも同じように、１／２ｆｓで限界です。
　
ｆ＝４４．５ｋＨｚ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　f=５１．１７kHz

３．１９２ｋＨｚ変換時
１９２ＫＨｚも同じように、１／２ｆｓで限界です。また９１ｋＨｚでも振幅が落ちていますが、これはアナログ回路の
フィルターの都合によるものでしょう。
　
ｆ＝５２．８６ｋＨｚ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　f=９１．２７kHz

　
ｆ＝１１１ｋＨｚ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　f=１２９．４kHz

この実験で192kHzまでの変換が行えることが確認できたのと、ディジタルオーディオでは１／２ｆｓが再生の
限界になっていることがよく認識できました。

さて,ADCの話題もこのあたりでお開きかな？あとは、どのようにケースに収めようか考えていきましょう。

ケースに収める。　2010.5.3

ケースとトランスを買いだしに日本橋へ。ＧＷ真っ最中ということもあり、車が混んでいるかとおもいきや、
いつもの土日よりも空いている感じ。いつもはいっぱいの堺筋の路上パーキングスペースも所々空いていた。
さて、デジットに入りどんなケースにしようかと迷いながらも、色々といじれそうな
弁当箱ケースにすることにしました（というか、これが一番安かった）。
ちょうど、電源基板と２枚並べて入れられることができます。
トランスは０−１５−１６−１７V、0.3Aの小型のものです。正負電源が必要なので、半波整流でつかうことにします。
EIなのでハムが出なければいいのですが、それだけがちょっと気がかり。
トランスとの距離も離れているし大丈夫だとは思うのですが・・・
ちなみに漏洩磁束の影響を受けにくくするためにもトランスは４５度に傾けて取り付けます。

ADC4202はお弁当箱に入れましょう。

折角なので、ロータリースイッチを取り付けて変換周波数が変えられるようにと
３接点４回路のスイッチをとりあえず確保。
切り替える周波数は48,96,192kHzの３パターンでいいでしょう。
でも、家に帰って確かめたら３接点４回路だった・・・・、良く確認しなかったからな〜。

切り替えるために必要な箇所を洗い出すと、ＪＰ１のＦＲ２，ＦＲ１、ＪＰ２のＣＫ１，ＣＫ０の
４カ所・・・。やっぱり４回路３接点のスイッチでないといけないような感じ、どうしよう？
ちょっと一晩考えましょう。

部品箱捜索！　　発見！

ロジックを組んで対処しようかと思ったけど、面倒そうです。やっぱり３回路４接点のスイッチがあると便利だな〜
ということで、部品箱を大捜索！こういうモノはどこかに潜んでいるものです。
そして、発見。いつ買ったかわからない（１０年以上前？）だけど、賞味期限が有るわけではないので
使えるでしょう。でも、表面はだいぶ酸化しているので、少しだけ掃除してやりました。

左：今回発見　　右：先日買ってきたＲＳＷ
（色が違うのは変色ではなく、ベークライトの種類が違う？）

さて、ロータリースイッチが見つかったのはいいのだけど、どのように切り替えるかを少し検討。
というのも、制御しようとしている端子がIC内部であらかじめプルアップされているのか、
プルダウンされているのかを把握しておかなければいけません。マニュアルには何も書いてなかった
ので、フリーの可能性もあります。
　もし、内部でプルアップされているのに、外部でプルダウンでもしようものなら、設定電圧が中途半端
になってしまいかねません。

どの方式にするかを検討。一番右は絶対駄目なパターン（理由は、って？考えてね）

　ということで、制御端子のジャンパーを一度はずした状態で通電して電圧を測定してみました。
０．２〜０．３Ｖあたりでふらふらしています。どうやらプルアップもプルダウンされていないようです。
ということで、４７ｋΩの抵抗でプルアップして、ＧＮＤに落とすか落とさないかで電圧設定をすることに
しました。

　　
ジャンパーをはずして電圧を確認。　　　　　　　　　　　　　　プルアップ方式にしましょう。

さて、設定方式も決まったことだから、ケース加工にはいります。弁当箱は1mmアルミなので加工も簡単！
加工が終われば、おもむろに配線をしていきますが、ADC基板がロータリースイッチの下に入り込むかたちに
なってしまったので、ちょっとだけ配線が面倒です。

ケース加工も完了し、配線スタート！

サンプル周波数の切り替え線はラッピング用の細い単線で配線しました。これで十分！
あとは、レンジオーバの確認用のLEDもとりつけています。これは基板端子から750Ωの
抵抗を直列につなげて赤色LEDにとりつけました。

ＡＤＣ基板回りの配線を済ませました。左上はレンジオーバ表示のLED。

ADC完成！
ADC回りの配線が終われば、最後に電源回りの配線を済ませて完了です。
完了と同時に、通電して動作の確認を済ませました。

完成したADC4202！

最後にテプラでパネルに機能表記して完成です。これをしておかないと、時間が経つと何がなんだか
わからなくなってしまうんですよね。それに、テプラでもいいので、機能表記すると、なにがしら締まってみえます（笑）。

表面の機能表記


裏面の機能表記

さて、これで完成です。
ＧＷの工作の宿題にASRCとADCを作りました。

今度は何をつくろうかな？

（つづく？）