2012年05月18日

192kHz対応 オーディオ用D/Aコンバータを作ろう!


   デジタルオーディオ独立基板製作記事   
    192kHz対応D/Aコンバータの製作    

(WM8805+PCM1792DAC)



【概要】
CDやDVD、ポータブルメディア,PC,GAME機器等からのデジタルオーディオ出力(光/同軸)からのS/PDIF信号を高音質のアナログ信号に変換出力します。
デジタルオーディオインターフェイス部(DAI)には192kHz 24bit対応の低ジッタで定評のあるウォルフソン・マイクロエレクトロニクス社(Wolfson Microelectronics)のWM8805を使用したデジタルオーディオ・トランシーバ独立実験基板キット「WM8805_G Rev.2」と、オーディオ・デジタル/アナログコンバータ部(DAC)には192k 24bit対応の高音質でフラッグシップICであるテキサス・インスツルメンツ(Texas Instruments)社のPCM1792Aを使用したデジタルオーディオDAC独立実験基板キット「DAC1792_B」を使用しています。

★ブロック図(クリックするとPDFでご覧いただけます。)
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▼製作記事および独立実験基板の配線図はPDFでもご覧いただけます
192kHz対応 オーディオ用D/Aコンバータ製作記事(PDF
192kHz対応 オーディオ用D/Aコンバータ配線図(PDF




【デジタルオーディオインターフェイス部(DAI)】
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各種音源ソース機器からオーディオシリアル信号(Audio PCM信号)への変換は,WM8805とバッファ回路を実装したWM8805_G Rev.2基板と、1:1同軸パルストランスを実装したPT_F基板使用します。
 設定はハードモードで行います。 サンプリング周波数(fs)は32kHz~192kHz(但しハードモードでは176.4kHzは非対応)


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●RCAジャックからS/PDIF信号入力をPT_F基板のCN2Fに接続します。
R1F:0Ω R2F:0Ω R3F:75Ω C1F:0.1μF


●WM8805_G Rev.2基板の設定していきます。
●S/PDIF信号のバッファの設定を有りに設定します。
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WM8805_G Rev.2基板の中央左JP1Gの1番,2番,3番をショートプラグで設定します。
JP1Gの1番と2番にショートプラグをセットします。

●ハード/ソフトの設定をハードモードに設定します。
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WM8805_G Rev.2基板の左下のSW/_HWの3番,2番,1番をショートプラグで設定します。
SW/_HWの2番-3番間にショートプラグをセットします。

●マスタ・スレーブの設定をマスタに設定します。
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WM8805_G Rev.2基板の左下のM/Sの3番,2番,1番をショートプラグで設定します。
M/Sの2番-1番間にショートプラグをセットします。
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// オーディオシリアル信号伝送でのマスタとスレーブに関して マスタはLRクロックとビットクロックが出力になり、スレーブはLRクロックとビットクロックが入力になります。 オーディオデータが入力でも出力でもマスタ/スレーブ設定に関しては関係はありません。 マスタ/スレーブの関係も重要な関係になりますので注意して設定して下さい。 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

●オーディオシリアル信号出力データフォーマットの設定を
[24bit / I2S]に設定します。
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WM8805_G Rev.2基板の左下のFMT0の3番,2番,1番 FMT1の3番,2番,1番をショートプラグで設定します。
FMT0の2番-1番間、FMT1の3番-2番間にショートプラグをセットします。

WM8805_G Rev.2基板をトランスミッタ(S/PDIF信号出力)で使用時の入力選択を
RX0に設定します。
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WM8805_G Rev.2基板の左下のTXSRCの3番,2番,1番をショートプラグで設定します。
TXSRCの2番と3番にショートプラグをセットします。
今回はレシーバとしてのみ使用しますのでS/PDIF信号(RX0)/オーディオシリアル信号(CN9G) どちらを選択しても問題ありません。

●信号線の接続をしていきます。
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WM8805_G Rev.2基板のCN1GにPT_F基板のCN2FからのS/PDIF信号(32kHz~192kHz 16~24bit)を入力接続します。

dai9WM8805_G Rev.2基板のオーディオシリアル信号(~192kHz 24bit I2S)とシステムクロック(MCLK)の出力箇所は基板右側の5ピンヘッダピンCN10Gです。システムクロック(MCLK)はS/PDIF信号のサンプリング周波数の256倍(256fs)です。fs=192kHz時は24.576MHzです。
●電源はDC3.3Vです。


《ハードモードでの設定更新はリセットまたはパワーオンリセットで行ってください。》

以上でDAI部は終了です。



【オーディオ・デジタルアナログコンバータ部(DAC)】
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オーディオシリアル信号を高音質のアナログ信号に変換します。
オーディオシリアル信号を高音質のアナログ信号に変換します。
 T.I.社PCM1792Aを実装したDAC_1792_B基板と、オーディオ用オペアンプOPA2134PA(B.B.)を使用した平衡-平衡反転アンプ基板キット「OPAMP_B」<<IV変換用>>、INA2134PA(B.B.)を使用した平衡-不平衡変換アンプ基板キット(ゲイン1倍タイプ)「BALUN_2134」を使用します。

 デジタル/アナログ(DAC_1792_B) ⇒ 電流/電圧(
OPAMP_B) ⇒ 平衡/不平衡変換(BALUN_2134 となります。
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平衡-平衡反転アンプ基板キット「OPAMP_B」をIV変換用として使用する場合は、一部パーツの追加・変更が必要です。(詳細は後述)
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●DAC_1792_Bの設定していきます。
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●制御通信フォーマットの設定をSPIに設定します。
DAC_1792_B基板の左上のMSELの1番,2番をショートプラグで設定します。
MSELの1番と2番にショートプラグをセットします。
今回はハードモード(全てデフォルト設定)で使用しますので ソフトモードでの制御通信フォーマットの設定はI2S/SPIどちらを選択しても問題ありません。 デフォルト設定はフォーマット(24bit I2S) 音量(最大) デエンファシス(無し) ステレオモードです。 DAC_1792_B基板左下のCN3Bに制御通信用端子が有ります。 AVRやPIC等のマイコンを使用してI2SやSPIで通信する事でソフトモードの使用が可能になります。 ソフトモードの使用でさらに高音質のモノラルモードや内部アッテネータなど PCM1792Aを最大限に使用する事が出来るようになりますのでぜひ試してみてください。


●信号線の接続をしていきます。

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●DAC_1792_B基板のCN2B(CN1B)にWM8805_G Rev.2基板のCN10Gからの
オーディオシリアル信号(~192kHz 24bit I2S)とシステムクロック(MCLK)を入力接続します。

dac4●DAC_1792_B基板のアナログオーディオ信号(平衡、電流出力)の出力箇所は
基板右側の3ピンヘッダピンCN6B(CN5B)の1番,2番,3番(Lch)とCN8B(CN7B)1番,2番,3番(Rch)です。

●電源はDC3.3V,DC5.0Vです。




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●OPAMP_B基板<<要I/V変更>>の設定していきます。
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《変更・追加パーツ》
OPAMP_B基板のR1B,R3B,R5B,R7Bを0Ωx4に変更
R2B,R4B,R6B,R8Bを820Ωx4に変更
C1B,C2B,C5B,C6Bにフイルムコンデンサ2200pFx4を追加
OPAMP_Bは平衡入力,平衡出力の反転増幅(GAIN=1倍)キットです。
上記部品の変更追加で電流/電圧変換基板として使用できます。


●信号線の接続をしていきます。
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OPAMP_B基板左下のCN1Bの1番,2番,3番にDAC_1792_B基板のCN6B(CN5B)の1番,2番,3番(Lch)とOPAMP_B基板右下のCN2Bの1番,2番,3番にDAC_1792_B基板のCN8B(CN7B)の1番,2番,3番(Rch)を接続します。

●OPAMP_B基板(I/V)のアナログオーディオ信号(平衡、電圧出力)の出力箇所は基板左上の3ピンヘッダピンCN3Bの1番,2番,3番(Lch)とCN4Bの1番,2番,3番(Rch)です。
opamp3






●電源は±12V~±15Vです。

●BALUN_2134基板に信号線の接続をしていきます。

opamp4





BALUN_2134基板左下のCN1Dの3番,2番,1番にOPAMP_B基板のCN1Bの1番,2番,3番(Lch)と、BALUN_2134基板右下のCN2Dの1番,2番,3番にOPAMP_B基板のCN2Bの1番,2番,3番(Rch)を接続します。

●BALUN_2134基板のアナログオーディオ信号(不平衡、電圧出力)の出力箇所は基板左上の2ピンヘッダピンCN3Dの1番,2番(Lch)と基板右上CN4Dの1番,2番(Rch)です。
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INA2134のGAINは1倍です。

●電源は±12V~±15Vです。







BALUN_2134基板からの信号をRCAジャックに接続して終了です。
最終の出力レベルは約4.5Vrmsです。
出力のレベル調整用にBカーブ10kΩのVRを付けておけば便利です。
 
PCM1792AのICはTI社のDACの中でもハイエンドタイプで高音質でオススメ
です。


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●今回は電源の製作に関しては省きます
(デジタルオーディオ向け電源を近日発売予定です)

●簡単な分配用基板をサブ基板として製作しました。
今回の製作では無しでも可能です。

●配線は色々差し替えて実験が可能な用に
ヘッダピンとヘッダピン用コネクタ(QIコネクタ)を使用しました。
参考記事>>電子工作でよく使う『QIコネクタ』の圧着方法

配線部分を半田付けする際はヘッダピンを取り付けず
直接基板に半田付けして下さい。

●設定用ジャンパピンは便宜上カラージャンパを使用しました。
キット付属は黒色になります。

●各基板の部品,回路図,解説等は別途KITの説明書を確認して下さい。

●KIT用資料と製作記事では設定等一部違う部分が有りますが予めご了承ください。

●デジタルオーディオ独立実験基板のその他の参考製作例は、
こちらのBlog記事にてPDFでご覧いただけます。

●作ってみたいけどうまく作れるか不安・・・という方は
デジット主催のオーディオキット製作体験会に参加して作ってみませんか?





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