MUSES72323をつかった電子ボリュームは実現するか？　2021.2.13

電子ボリュームはいままでに何度か使ったりしました。電子ボリュームをつかうようになった理由はいくつかありますが、
最大の理由は可変抵抗器のギャンギングエラーを回避するためです。高価な可変抵抗器や、抵抗＋ロータリースイッチを
つかえばギャンギングエラーは気にすることはないのですが、どうしても普及価格帯の汎用品だとギャンギングエラーが
気になります。ちなみにギャンギングエラーとは左右との音量差のことで、可変抵抗だと音が小さいときに顕在化しやすくなります.
　その他、電子ボリュームのいいところとしては基板の実装位置が自由に選べますので、入力の近いところに配置できます。
また、減衰カーブを自分で弄れますのでよく聞く音量でのボリューム位置を12時にもってきたりということもできます。
　もっとも欠点もあるわけで回路が複雑であったり、プログラムが必要であったり、CPUのクロックノイズが気になったり、
余分な半導体素子を通るために音に影響があるのではとの懸念があったりです。
　まあ、このあたりは個人の好き嫌いもあるのでどちらが良い悪いかは結論がでるようなものではないでしょう。

どんなものをつかった？
いままで基板化までおこなった電子ボリュームをすこしピックアップしてみました.

　PGA2310・・・電子ボリュームとしてはかなり有名です.
　　　　　　　　　　これはDDS発振器での出力制御につかいました。お値段は１０００円以上と結構お高い。
　　　　　　　　　　パッケージもDIPもあればSOPもあります.
　　　　　　　　　　DDS（ダイレクト・デジタル・シンセサイザー）で発振器を作る！　　　　　　　　　　

　NJM1159・・・秋月で150円と安く、お気楽につかえました。いまは在庫ないようです。
　　　　　　　　　　ちょっと小粋に（電子ボリュームの巻き）
　　　　　　　　　　 ５０（前）の手習い。ＰＩＣを勉強する（電子ボリュームは実現するか？）の巻き
　
　LM1972・・・・秋月で300円と安く、これもお気楽につかえます。、色々なところに使いました。
　　　　　　　　　　マルチボリュームコントローラの巻き
　　　　　　　　　　ＴＰＡ6120でアンプでヘッドホンアンプをつくってみようかな？の巻き　
　　　　　　　　　　電子ボリューム版ヘッドホンアンプ２種の巻き。
　　　　　　　　　　ちょっと小粋に（電子ボリュームの巻き）
　　　　　　　　　　 ５０（前）の手習い。ＰＩＣを勉強する（電子ボリュームは実現するか？）の巻き

　MUSES72320・・・日本無線のハイエンドな電子ボリュームです。１個2500円もするので、使うには気合が必要です。
　　　　　　　　　　マルチボリュームコントローラの巻き！EVC72320編
　　　　　　　　　　マルチボリュームコントローラの巻き
　　　　　　　　　　電子ボリューム版ヘッドホンアンプ２種の巻き。
　　　　　　　　　　 ５０（前）の手習い。ＰＩＣを勉強する（電子ボリュームは実現するか？）の巻き

　CS3318・・・シーラスロジックの6ch内蔵の電子ボリューム.マルチアンプなどに便利です.(2021.2.19追記）
　　　　　　　　　　いろいろと遊んでみましょう！　
　　　　　　　　　　　いろいろと遊んでみましょう！（ＰＡＲＴ２）

　ディスククリート電子ボリューム・・・マ-クレビンソンのアンプをベンチマークして製作しました.結構苦労した覚えがあります.
　　　　　　　　　　　(2021.2.19追記）
　　　　　　　　　　　電子ボリュームの巻き
　　　　　　　　　　　電子ボリューム（その２）　
　　　　　　　　　　電子ボリューム（その３）　
　　　　　　　　　　　電子ボリューム（その4）
　　　　　　　　　　　電子ボリューム（その５）　
　　　　　　　　　　　電子ボリューム（その６）

MUSES72323　ｖｓ　MUSES72320

ところでMUSES72323なるものはMUSES72320より高性能になっているようですが、
でもどこがどう違うのでしょう？一応、スペック表から主要な違いを整理してみました。

性能面で、大きく改善したのはSNRなんでしょうね。MUSES72323では6dB改善しています.それにあわせて全高調波ひずみも改善しています.
使い方の面からでは、減衰量の設定が0.25dBステップと細かくなりました.でも、これはオーバスペックのような気がしないでもありません.
実用的には0.5〜1dBステップでも十分な気がします.

残念なことに値段は上がってしまいました.といっても、MUSES72320との違いは300円なので買うとなったらMUSES72323を選ぶでしょうね.

残念なのは

MUSES72320もMUSES72323も同じパッケージにするなら、ピンコンパチにしてほしかったな〜.
そうすれば、現在の基板ですぐにでも試せたのですが…………　メーカの嫌がらせ？

とりあえず、素子を入手してみましょう.

具体的に考えていきましょう　2021.2.21

基板パターンを書く前に大まかな仕様を検討です。

１）MUSES72323は最大２個使用
　基本的には１個使用のシングルエンドのステレオ構成ですが、
　バランス入出力での使用も考えて、２個まで使用できるようにしましょう。
　また２個つかう場合は２ＷＡＹマルチでの使用もできるようにしましょう。

２）操作方法は色々と
　基本はVRによる音量調整となりますが、ロータリーエンコーダや赤外線リモコンもつかえるように
　しておきましょう。

３）表示はシンプルに
　基本は表示器なしでもいいのですが、ロータリーエンコーダや赤外線リモコンをつかうことを考えると
　２桁程度のＬＥＤ表示は必要です。さらに、２ＣＨマルチアンプでの使用とかも考えているので、本来は
　ＬＣＤをつけたいところですが、あくまでもシンプルなアンプという位置づけにしたいので表示は２桁ＬＥＤのみ
　にしたいところです。そのため２桁ＬＥＤには色々な表示ができるように改造もしていきましょう。

４）入力切替基板との連携もしましょう
　この基板から入力切替基板を制御できるようにしておきます。そのためこの基板に接続うる２桁LEDは
ボリューム表示だけでなく、入力チャンネルも表示できるように考えます。

５）電源はセパレートも可能に
　極力アナログ回路にＣＰＵのノイズが入らないようにするために、制御回路の電源と電子ボリュームとの電源（ＧＮＤ）
　は分離できるようにしましょう。そのためＣＰＵからＭＵＳＥＳへのアクセスはフォトカプラを介します。
　必要な電源は最小構成がアナログ用ぼ正負１５Vです。制御系を別にする場合は、さらに１２〜１５V程度の電源を用意します。

６）バッファーはシングルOPアンプを使用
　OPアンプはシングルにするかDUALにするか悩みどころですが、シングルの方が高性能なもののラインアップが多いので
　シングルにしましょう。またOPアンプもFET入力とバイポーラ入力のどちらにも対応できるパターンにしておきましょう。

回路構成は
　上記の仕様を考えて、回路図を書いてみました、まだ部品番号はうっていませんが、配置を考えながらナンバリングです。
　基板の配置はすこし余裕を持たせたいので、WIDEサイズになるでしょう。

こんな回路図（超ドラフト）になりそうです。

パターンを書いてみましょう！ 2021.2.23

まずは必要な部品を載せて、パターンを描いてみました。


まずはラフに描いてみました。

パターンを作成していると、色々と気づくもので電源監視の機能も追加しました。
電源投入時のMUTEだけでなく、電源が低下した場合にも素早くMUTEをかけることも必要ですからね。

あと、フォトカプラを使用せずにPICとMUSES72323を直結した場合にでも
動くようにフォトカプラの駆動方法を変更です。当初の回路図の方法だと、PICの出力がHレベルとのきに
フォトカプラの出力がLレベルと反対になってしまいます。フォトカプラなんか勿体なくて使わない！という場合に
は省略可能にしました。まあ、フォトカプラ自体は２０円／個程度なので４個で８０円ですが・・・・・


当初はこの回路に使用と思いましたが、PICの出力とカプラのOUTPUTのレベルは反転してしまいます。


こちらの駆動方法に変更です。こうすればPICの出力とカプラのOUTPUTレベルは対応するのでカプラの省略も可能です。

アートワーク完成！

すこし見直して、最終的にベタ面を塗って完成です。


基板パターン描きが完了です。

すこし回路図の変更もおこなったので修正しておきましょう。

アクセサリも作ってみましょう　2021.3.2

アンプを作るときは入力セレクターも必要な場合も多いので、アクセサリとしてつくってみましょう。
すでに、リレー切替基板があるのですが少しサイズが大きいので、コンパクトにつくってみました。
リレーは下のミニチュアリレーを使います。


これをつかった小型の入力切替基板をつくてみましょう。

このリレーですが、動作電圧が5V28mAなので、PICにダイレクトに接続してつかえそうです。
PICのI/O端子のシンク電流の最大値は25mAなので、すこしスペックオーバとなりますが10%程度なので大丈夫でしょう。
一応、スペックに収まるように抵抗も直列に入れられるようにしています。
　電源電圧は5V単一ですが、高目の電圧もつかえるようにレギュレータも搭載しています。


こんなリレー切替基板を描いてみました。

この基板の機能だと、18PinのPICでちょうどI/Oが足りることになります。
でも、余裕はまったくありません。
途中で、機能を追加するためにモード変更も可能なようにしたいとはどうしよう・・・・・
基板のサイズとしては余裕があるので、28PinのPICにした方がいいかな？

使用するPICを変更

PICを28Pinタイプに変更です.

PICを28Pinタイプに変更しました.これでモードセッティングのジャンパー４個と予備入出力２個が確保できました.

回路図を清書して最終チェック！　2021.3.12

アートワークの最終チェックとあわせて回路図も清書しておきましょう。

フォトカプラ―の遅延時間はどのくらい？

今回の基板ではディジタル部分とアナログ（電子ボリューム）部分とはGNDを分離するためにフォトカプラを使う予定です。
そのため、電子ボリュームの素子の制御クロックはフォトカプラでの遅延時間に律則されてしまいます。MUSES72323では
制御信号クロックも1usに高速化（MUSES72320では4us)されていることもあり、フォトカプラもできるだけ早いものを使いたい
ところです。
　そこで、手持ちでは秋月の福袋に入っていたTLP817がたくさんあるのですが、少しでも早いものを使おうということで
下記のフォトカプラ―を買ってみました。

少しでも早いものがいいので、これを買ってみました。

では、実際の駆動回路でどの程度の速度がでるかを調べてみました。
テストのドライブ回路は下図のようにしています.

結果はちょっと予想外.　遅いTLP817の方が応答がいいようです.
フォトトランジスタの応答速度は負荷抵抗によって大きく変化するので、
もっと低い抵抗値ならTLP785の方が勝っているのでしょう.

TLP817	TLP785

でもあまり負荷抵抗を下げると、５Vラインの電流が増えてしまうので、できるだけ抵抗値は
大きくしたいところです.500Ωが限界でしょう.この場合、トランジスタには１個あたり最大で10mA程度
の電流が流れます.これが４個同時に動くと最大で40mAです.レギュレータに78L05(100-150mA)をつかうので
あまり大きくすることはできません.

それにしても　L→H　になる時間が大きいな〜.余裕をみて30uSとすると１ビットのデータを送るのに60usかかります.
MUSES72323は音量データは16ビットで、さらに左右データ分で32ビット.　ロードクロックも含めると約36ビット分は必要です.
1ビット60usなので、音量変更は36*60=2160usです.約2msの時間がかかることになります.　2chバランスで使うとその倍で4msです.
とはいいつつ、赤外線リモコンでのリピート間隔はSONYの場合でも50msですから、まあ気にする時間でもないでしょう.
ただ、ロータリーエンコーダをつかう場合で超速で回したら、取りこぼしてしまうかもしれません.まあ、そんな無茶な操作はしない前提
にしましょう.

基板をつくってみましょう

　週末にもう一度、パターンを見直して週明けにでも製作にだしてみましょう.
　あわせてパターンだけ描いてそのままになっている、無帰還アンプも同時につくりましょう.
　無帰還アンプのデータはどこだったかなあ〜？？もう半年前のことなので忘れてしまいました（笑.

とりあえず発注！　2021.3.16
　とりあえず基板発注。いつもは納期１週間程度なのだが、私の注文は精度が必要（金メッキと70um銅箔厚）なようで
追加オプション費用がなければ納期１〜１．５か月かかるという連絡がありました。この基板の他にもDACなどの細かい基板も
一緒に面付けしてますからね〜。で追加オプションあっても10日程度かかるということなのです、どうしようかと悩みましたが
さすがに１か月は待てないな〜と思って、追加オプションに応じることにしました。10日といっても営業日で考えると、3月末までは
には入るかな〜という感じです。

リレーもいろいろあるな〜

リレー（電磁リレー）といえば、下記のように電磁石で鉄片を吸い寄せてスイッチをON/OFFするもの
で、大なり小なり同じような構造と思っていました.すなわち、コイルに流す電流の向きはどちらでも同じように鉄片
を吸着させてくれるはず。　でも違うリレーがあることを今回初めて知りました.

リレーといればこういう構造を想像していました.
引用：第49回「エアーポンプと磁石」の巻｜じしゃく忍法帳｜TDK Techno Magazine

リレーには極性のあるものがある

リレーで、やっかいなのが電磁石で、電流を切ったときにコイルに大きな逆起電力を発生します.
下手をすると駆動回路を過電圧で壊す恐れが生じます.また素手でコイル電極を触っていようものなら
感電したりします（ビリっときます）.

コイルによる逆起電力を逃がすために、通常はリレーのコイルにダイオードを付加します.
こうすることで、駆動用のトランジスタに過電圧がかからないようにしています.
　リレーの中にはこのダイオードを内蔵したものもあり、この場合コイルに流す電流の向き（極性）が指定されます.
今回購入した秋月のリレーも極性の表示があるので、てっきりダイオード内蔵のものかと思っていました.

リレー駆動には逆電圧防止ダイオードが必要です　（引用　リレードライブ回路 - indexPro　）


秋月で購入した表面実装型の５V小型リレーです。


このリレーには極性指定があります。最初はダイオード内蔵かと思いましたが、
そうではないようです。

あれれ？ダイオードがはいっていない？
　　手元に届いたリレーを動かしてみようとして、実験用電源を５Vにセットして電流を流してみます.
電源のスイッチをONにしたら、「カチ」という音がするはずなのですが、音がしません.　よく見ると、
コイルに流す電圧の向きを間違えていました.
　「こりゃ、ダイオードを飛ばしたかもしれないな〜」
とちょっと不安になりましたが、正常な極性に直して再度電流をONにしたら問題なく「カチ」という
小気味よい音がして動作しました.でも、不思議なのはダイオードに過電流が流れたのなら、実験用
電源がCV（定電圧モード）からCC（定電流モード）に変わるはずなので、そのインジケータで分かる
はずなのですが、CVモードから動いた様子はありません.
　そこで、再度コイルに電圧を逆に繋いでみましたが電流は正常値（25mＡ程度）ですが、リレーは動作しません．
テスターのダイオードモードで調べてみますが、テスト棒の赤黒を入れ替えて測定しても同じ値になるので、
どうやらダイオードは入っていない様子です.
これは一体どういう構造のリレーなんだろう？
　ものすごく興味が沸いてきました．

永久磁石内蔵のリレーなのでしょう
　　ＷＥＢで色々と調べるとリレーには無極性タイプと有極性タイプがあり、有極性タイプにはダイオードを内蔵したものと
永久磁石を内蔵したものの２種類があるようです．今回のリレーはダイオードが入っていないので、どうやら永久磁石を
つかったもののようです．てっきり有極性なのでダイオードが入っているものと思い込んでいました.
　しかし、いったいどういった構造なんだろう？

そこから、永久磁石をつかったリレーを調べていると下記の図が見つかりました．

なるほどね〜．

うまく作ったものです．これなら、逆に電流を流しても動かないわけだ．

	電流が流れていない場合 フランジが左側に傾きやすいようになっていて、 一度、左側のコアに接触すると永久磁石の磁路 が形成されるので、容易には接点が外れることはありません． こうすることで、フランジにあらかじめ加える力は小さいもので済みます． この状態でコイルに逆の電流を流しても吸着力が増えるだけで、リレーは動作しません。
	電流を流すと コイルに電流を流すと、コアに左側方向に磁束が発生します. すると左側のコアの磁束は相殺され、反対に右側のコアの磁束が増大します. そのためフランジが右側に傾きます.
	一定の電流を超えると 電流を増やして一定値を超えると、フランジが右側のコアと接触します. そうなると、今度は右側半分で永久磁石による磁路が形成されるので、 電流値を小さくしてもリレーはON状態を保つことができます. 実際に手元のリレーで試してみると、ONするときの電圧は3.1Vで、そこから徐々に 電圧を落としてOFFになる電圧は１．９Ｖでした．

永久磁石を併用したリレーの構造例（引用：　1998-125203号 電磁リレー - astamuse）

このような構造にするメリットはおそらくリレーの構造が簡単になり、また高感度で動作できるということなのでしょう（わかりませんが)．

電磁リレー１つとっても、色々な構造があるのですね．
てっきり有極性のリレーってダイオードが入っているだけだと思い込んでいましたが、構造的にも有極性になるものがあるのですね.
そのため、有極性のリレーといっても、外付けのダイオードは必要となるということになります．
いまさらながら、一つ勉強になりました．

ようやく基板ができました.　2021.3.31

関連する３種類の基板ができあがりました.


本体の電子ボリューム基板です.


リレーによる入力切替基板です.


２色４桁LED用の基板です.３枚綴りなのでルータをつかって切断しましょう.


一つはこんな感じです.

さて、どれから組み立てるかな？

まずは簡単なところから(mini-RELAY6)

久しぶりに基板の半田付けということもあり、リハビリがてら簡単なところから製作です。
まずはmini-REALY6からです。これは部品点数も少ないので短時間に出来上がります。

部品は背の低いものから取り付けるのがセオリーですが、今回はリレーの実装の見栄えを
優先して、もっとも背の高いリレーからとりつけます。というのも、リレーの位置合わせに
周囲の部品があれば邪魔になる可能性があるからです。

リレーを基板の上に載せてから、定規等を当てて揃えてから半田付けです。
半田をつけるときに、リレーが動く場合もあるので、その時は都度修正です。


単にリレーを置いただけでは、ガタガタです。


定規などを当てて、揃えます。

完成！
　完成しました。PICにはあらかじめラベルも張っておきましょう。まだ、中身は空ですが・・・・。


完成しました。まずはお出かけ用の写真をパチリです。


回路図をこんなところです。

まずは、ハードの確認

ソフトの作成は時間がかかりますが、夜中のいつでも（呑みながらでも？）できるので、まずはハードの動作だけ確認しておきます。
そのために、ＬＥＤなどを取り付けておきましょう。
　端子に直接LEDを取り付けるときはSMDのLEDが便利です。砲弾タイプのLEDは小さいものでも直径3mmありますから、
端子ピッチ2.54mmに配置するとどうしても千鳥になってしまいます。その点、SMDタイプ(2012）であれば、隣とも干渉しません。
この場合、LEDは使い捨てになってしまいますが、1個1円弱なのでこういった使い方もありでしょう。

まずは簡単にCH1からCH６までリレーとLEDを順次ONするプログラムを組んで動作確認しました.


砲弾LEDではなくチップLEDをとりつけるとスマートです。


簡単なプログラムを組んでI/Oが動作することを確認です.

さて、これからが作業の本番です.

作業再開！　2021.4.8

パワーアンプ基板（PA-A2,PA-A2N,　P3886P）が一段落したので、こちらもかかって行きましょう.
ROHMのDACも手がついてないですが、まずは電子ボリュウームのハードの動作見込みをたてて、
あとはソフトだけという状態に早くもっていきたいです.でないと、机の上がいつまで経っても
散かったままです.

さて、次はインターフェイス用の基板である４桁２色LEDをくみたてましょう.
概要はTeaTimeにあげています.

とくに部品点数は多くありませんが、1608サイズのチップ部品を1608専用のパターンに半田付けするのが
細かい作業になります.ほんと、老眼が進んでいるな〜.


まずは基板の切り出しです.３枚綴りにしていますがミシン穴がないのでルータで切り出しです.

この基板は部品の実装順番が大切です.ICソケットを取り付けてからLEDを取り付けます.
そうしないと、ICソケットが取り付けられません.なお、ICソケットは中の連結部のプラスチップを
切り飛ばしておきます.でないと半田コテがはいりません.


PIC側の状態です.


LED側です.

動作確認はまた、明日にでもやろ〜っと！

ちょっと長くなってきたので後編に移ります。

（後編につづく）