新デバイスは楽しみですね〜!! 2019.5.22

ハイエンドDACといえば、旭化成マイクロではAK4497、EES社ではES9038PROがあり、それぞれ2年ほど前につくりましたが
そろそろ、また新しいDACがでそうな感じです。ちなみにTI社のハイエンドDACといえれば何になるのかな?32Bitでいえば
PCM1795あたりになりますが、ひょっとしてPCM1794あたりがハイエンドになるのかもしれないですね。でも、TI社は近頃
ハイエンドDACがでてないようなのですがやめたのかな?

旭化成マイクロ(AKM)はAK4499

こちらは去年の冬にアナウンスがあったようです。今年にはサンプルが入手できるようです。それにしても型番のつけかたですが、
AK4490→AK4493→AK4495→AK4497→AK4499 とつづいたけど、AK4499の先はどうつけるのだろう?
ひょっとしてAK44101とかなったりするのだろうか、と余計な心配です(笑)。


 最初のアナウンスは去年の冬ごろ。


 今年の夏にサンプル出荷の様子。一般ユーザには冬ごろかな?もうちょっと先だな〜。



引用:https://www.phileweb.com/news/audio/201905/21/20867.html
でかいICです。4chなので仕方ないかな。リファレンスモデルは手作り感満載ですね。

ROHMからはBD37806?

ROHMからもハイエンドDACがそろそろ出そうな雰囲気です。個人的には関西である京都に本社のあるROHMのDACも応援したいですね。


引用:https://www.phileweb.com/news/audio/201805/13/19731.html


MOUSERからはフライング気味にページが作られたとのことです。

ESS社からはまだなしかな?

ESS社からはES9038PROの次のDACのアナウンスはまだ無いようです。まだしばらくES9038PROがフラッグシップの位置づけになるのでしょう。

その代わりに・・・・

ESS社からでているDACでES9218Pなるものがすこし気になっています。どうやらモバイル用のDACなのですが、ヘッドホン用のアンプも内蔵しています。
SABRE DAC Technologyをつかっているので、中身としてはES9038PROとかなり類似しているのかもしれません。


ESS社のES9218Pも気になるDACだったりします。

ES9218Pを使用したプレイヤもいろいろとありそうです
すでにES9218Pを搭載した音楽プレイヤーはいろいろとでているようです。

こんなプレイヤーなどがでています。


ES9218Pの中身です。電源電圧として3.3Vと1.8Vの両方が必要なのがちょっと面倒そう。

まあ、ES9218Pは小さいし、ヘッドホン出力もあるようなのでRasPiをくみあわせて使うのもおもしろそうだな〜と思っていたら、
すでに出ていますね。大阪のデジットのHPにありました。結構、いい値段してますね。ES9218P自体の値段は1600円くらいなので、
もっと安く作れそうな気もしますが、開発費や組み立て費を考えるとこのくらいになっちゃいますね。
 ふと、ES9218Pを2個つかって、バランス形のヘッドホンにも対応できるようにしたらおもしかな〜とおもったりです。


RasPi用のES9218Pを用いたDACのようです。

もうすこしES9218Pを調べてみましょう

そのためにもES9218Pのデータシートが必要です。データシートは一般には公開されておらず、ESS社とNDA(守秘契約)を結ばないともらえません。
以前にESS社とはNDAを結んでいるので、今回もES9218Pのデータシートを商社を介して送ってもらいました。
それにしても、データシートの真ん中に斜めに名前が書いてあるのでコピーすらできないようになっています。


データシートです。真ん中に朱記でConfidential・・・とあります。

さて、しばらくデータシートを眺めて勉強してみましょう。

ようやく到着! 2019.7.20

ESS社から商社経由でようやくチップが届きました。
で、早速動かしてみようとおもいましたが、変換基板が・・・・
てっきりQFN44かとおもっていたらQFN40でした。
すぐにAMAZONで発注しましたが、盆前くらいまでかかりそうです。


ようやくチップが届きましたが、変換基板を調達ミスです・・・

まあ、お盆休みのお楽しみにしいましょう。
そのころにはAK4499も到着することでしょう。
あ、こちらも変換基板を探しておかなくっちゃ!

変換基板受難?
QFN40の変換基板はAMAZONで簡単に見つけれられました。下記が送料も無料で安いです。ただ、納期がかかります。
QFN40の変換基板はこれがつかえそうです。

問題はAK4499用の0.4mmピッチの128PinのQFNです。

まずはaitendoさんをさがしたところ、128Pで下記がありました。あったあったと喜んでいたのですが、
よくみると0.5mmピッチなんですよね。これでははまりません。


これが良さそうでしたが、ピッチがあいません。

で、色々と情報をいただきました。
まずは0..4mmの128Pin-QFNのソケットがあるようです。でも、かなりお高い・・・・ICより高いです。
で、もう一つはこんな基板があるようで、4枚組みあわせるという案です。

これを4枚つかって変換コネクタを作ることは可能かな?

しかし、これはこれでかなりハードルが高そう・・・・

どうしようか考えてものです。
いっそのこと試運転なしに基板をつくろうかと考え中です。
それにしても0.4mmピッチのICは初めての経験になります。
※そういえば0.4mmピッチはCS43198もありましたが、変換基板までつくったけど手付かずです・・・・(反省

0.4mmの128P-QFNはDigikeyで調達できそうです・・・2019.7.25

Digikeyからも調達できますよ〜との情報をいただきました。

さすがDIGIKEYです。こんな変換基板も手にはいります。

サーマルパッドがないのは基板に穴をあければ対応できるでしょう。
さて、さてどうしようかな〜。1枚1754円です。

ICが手元に来てから考えるモードに突入かな〜(笑。

忘れた頃に・・・ 2019.8.5

AMAZONから届きました。QFN32とQFN40のリバースパターンなっています。
これでES9218Pのテストができそうです。
しかし、こんなにたくさんいらないのだけどな〜。


一杯届きました。使うのは1,2個なんだけど・・・・


表裏面で違うパターンを描いているのは、いいアイデアですね。

それにしても・・・・

AK4499の出荷が遅れているようです。ひょっとして、最近話題のなんとか管理とかで
製造ができていないのかな?


まあ、急ぐ旅でもないのでのんびり待ちましょう。

ようやく到着! 2019.9.2

いや〜すっかり忘れてしまっていました。

PREMIUM DACとあります。


2個ゲットです。

どんな構成で作るかな?

AK4499はいままで使ったDACと違って4ch分(ステレオ×2)のDAC素子を内蔵しています。
それらをまとめてしまってステレオで使ってもいいし、全部まとめてモノラルでつかってもいいし、
折角4chあるので、DIV5142とつなげてマルチシステム用にしてもいいかな〜。
 あと、DAIについても同居させるか、外付けにするか?
 組み合わせとしては色々とあって、なかなか考えがまとまらないっす(笑。

ちょっと絵にしてみて、もうちょっと悩んでみましょう。

1.シンプル
  AK4499を1個だけ使用。基板上にはDAIもIVも搭載して1枚で完結できるタイプです。
 もっともシンプルな構成です。でも、ちょっと面白みに欠けるかな〜。それと、WIDEサイズの
 基板でも1枚に収まるかちょっと心配です。

 シンプルな構成の場合


2.ちょっと贅沢にモノラルで
 DAC4497やDAC4497-2.1などと同様にAK4497をモノラルで使うパターンです。
IVも載せればすぐに音だしもできます。でもIVに結構な電流が流れるので、規模が大きくなるので
収まるかな〜?

ちょっと贅沢にモノラルで


3.モノラルでIVも外付けに
 IVは外だしすれば自由度が増します。反面面倒ですが・・・・・
 でも、これが一番すっきりするかな?

モノラルでIVも外付けに

4.4chもつかえるように
 折角AK4499が4chのDACであることも考えると、マルチ入力にできるようにするといいかもです。
ちょうどDIV5142と接続するのに好適です。


4chもつかえるように

さてさて、どうしよう?
基本的には4.の構成ができるようにして、3もつかえるような構成がいいかな?
IVとDAIは、外付けにしたほうが、なにかと工夫ができそうです。

悩んじゃいますね〜。こうなったら、アイデア募集です(笑。

ぼちぼち、それにしても細かいな〜 2019.9.15

MUSES72320をつかった電子ボリュームもできたことだし、次のアイテムのAK4499にとりかかりましょう。
おもむろに基板CADに0.4mmピッチのQFN128を描いてみましたが・・・・・細かい・・・・。


左から0.8mmピッチの128PIN、AK4499、そして一番左端が1.27mmピッチのSO-14

いままで扱ったICの中では0.5mmピッチが一番狭かったですが、それより20%小さくなります。
まあ、半田付けができないほどではないですが、ちょっとデザインルールの見直しが必要です。

いままでは10mil(0.254mm)が最低ライン・・・

個人的にプリント基板の設計には個人的なデザインルールがあって、通常は

最小線幅:10mil(0.254mm)、
最小線間隔:10mil(0.254mm)


としていました。流石にメモリーバッファの場合だと、これではきついので

最小線幅:8mil(0.2032mm)、
最小線間隔:8mil(0.2032mm)


まだ狭くしていました。メーカの製造ルールでは0.15mm(約6mil)が最小値となっているので、余裕はあるのですが
それでもメーカとしては断線しない程度のぎりぎりの値のようなので、それを狙うのも怖いところです。
それに、いつも銅箔厚さは70umを用いているので、エッジのダレも大きくなってしまいます(深くエッチングしないと
いけないので、どうしても線幅が設計値より狭くなってしまう)。

そのようなところでピッチ0.4mmなのでどうするか?ここは製造メーカの保証値を信頼して

最小線幅:8mil(0.2032mm)、
最小線間隔:7mil(0.1778mm)


で行きたいと思います。ということで、ICのランドパタンとしては線幅8mil(0.2032mm)で
ピン間隔が0.1968mm
になります。

大まかな構成は 2019.9.20

構成としては、シンプルにDACのみを搭載しましょう。これが一番汎用的です。
AK4499には電圧が5Vのアナログに加えて、3.3Vと.1.8Vが必要ですが、
これらはADM7154で生成しようかと思っています。なぜADM7154を使うかですが、
外付け部品に電圧調整用の抵抗が不要なので、部品点数が減るかな〜と思っています。
 PICは、今回は液晶とかはなしにしてシンプルにボード上のジャンパーで設定できるようにと
考えています。ただし、ちょっと悪戯ができるようには腹案がありますが、いまは内緒。


DAC側の基板の構成案です。

IV回路については、あまり考えていませんが、チャンネル数も多いので一つあるといいかもです。
すでに、何枚もIV回路基板はあるので、それをつかう手もありますが、ちょっと改造が必要だったりもします。


IV側の基板の構成案です。

IV回路で気になるのが、OPアンプの選定です。データシートにはOPA1612が用いてあります。
このOPA1612ですが秋月でも販売されていますが、かなりの高性能品です。1個630円と結構なお値段もします。
それに、このICってDIPパッケージのものがないんですよね〜。


AK4499のデータシートで使われているOPアンプです。秋月でも取り扱いがあります。


このOPアンプのすごいところは出力電流です。なんと、+55/-62mAもながせたりします。
このパッケージでそれだけ流したら発熱が〜と心配してしまいそうです。



大きな出力電流が流せるのも特徴です。


で、私のお気に入りのOPA2134をみてみると、35mAのようです。これは一般的なOPアンプの値ですね。


OPA2134の電気的特性です。出力電流は35mA流すことができます。

気になるのは・・・・

AK4499の出力電流が高いので、IVアンプのOPアンプは何がつかえるか?というのが気になります。
AK4499のカタログでは、出力電流は36.4mAppです。電流が大きいとS/Nが稼ぎやすいのはわかりますが、
えらい大きな値です。いままでの中で出力電流の大きかったPCM1794ですら、7.8mAppです。
その5倍ですから、「流しすぎちゃうの?AKさん!」という気もしてきました。
 ここで、気になるのはPCM1794の7.8mAppですが、あくまで振れ幅fが7.8mAですが、中点電流(オフセット)が6.2mAありますので
実際にOPアンプに流れる最大電流は6.2+7.8/2=10.1mAとなります。これならば、普通のOPアンプでも流せれます。

でAK4499の場合はどうか?36.4mAppの電流がOPアンプの正側あるいは負側のみにかかるとすれば
最低でも36.4mAの電流が流れます。オフセットがあればさらにプラスアルファになります。
となると、もはや普通のOPアンプではつかえません。OPA1612を使わざるを得なくなります。
しかしOPA1612を使うとなるとSO-8パッケージしかありません。DIPタイプで基板をつくっても取り付けられません(変換基板が必要です)。
かといってSO-8でパターンを描いても汎用性がないしなあ〜ブツブツ・・・・。

ん・・・・いっそのことIVアンプはディスクリートにしてしまおうか?
しかし、どのくらいの電流がOPアンプに流れるが、もう少し調べておく必要がありそうです。

AK4499のIV回路は特徴的?

AK4499のIV回路は、いままでのDACのIV回路にはない接続があります。
従来の、例えばPCM1794Aだと下図のように、IOUT出力が1つあるだけで、
それがOPアンプの回路に接続されていて、とてもシンプルです。


PCM1794AのIC回路。IOUTがあるだけのシンプルなものです。

それに対して、AKK4499ではIOUTの他に、OPIN(OPアンプの−入力端子に接続)なるものがあります。
この役割がいまいちわかりません。というのも、この端子の電圧は結局のところ、Voffの電圧と同じであり、
またIOUT端子の電圧と同じになるはずでは?と思うからです。

AK4499のIV回路。OPINL1Nがなぜあるのか?

なお、データシートについてのIV回路の記述をみてみると、短い文章だけですがこんなことが書いてあります。
ポイントは
 ・電流振幅は36.4mApp。中点電位は2.5V
 ・出力インピーダンスは110Ω
 ・IV抵抗に360Ωを持ちいれば4.6Vrmsの出力(360Ω×36.4mA/2=6.55V=4.6Vrms)
 ・Voffを1.9Vにすればコモン電圧は0V

といったところです。

AK4497のデータシート抜粋。

等価回路は
 下図のようになっているのかな?と想像します。IOUTとOPINの間には何かしらの抵抗があって、おそらくその両端の
電圧をみて流す電流の制御をおこなっているのかもしれませんが、ここではわからないのでとりあえず0Ωにしておきます。
出力源(V4)は中点電位2.5Vでおよそ2V振幅(4Vpp)としておきます。

おそらく等価回路はこんな感じ?

このときの、シミュレーション結果は下図のように、出力電圧は0Vを中心にして約6.5Vの振幅で振れていて、
また電流値も-24mAから+12mA流れていて、36mAppになっています。この結果からわかるように、OPアンプは最大で
-24mAの電流を流せる必要があります。ちょっと非力なOPアンプだったら、ちょっときびしいかもです。初期の741などの
OPアンプだったら無理な値です。


シミュレーション結果。Voff=1.9V。出力電圧は0Vを中心にして約6.5V振幅。電流値も-24mAから+12mA。

さて、データシートではVoffは2.5Vになっています。これは、ちょうどアナログ電源(5V)の中点をとった場合になります。
この場合の結果は下図の通り。
 Voff=2..5Vにすると電流は-18mA、+18mAと正負対称になりますね。ただし出力電圧は2.5Vせり上がりますので
最大出力電圧は約9Vになります。15V電源のOPアンプならまだ余裕ですが、かなり高くなってきます。

シミュレーション結果。Voff=2.5V。出力電圧は2.5Vが中心になる。

横着して
 OPアンプの正側にVoffを加えずに、PCM1794AのときのIV回路のように、GND電位に接続したらどうなるか?
早い話がVoffの生成回路を横着して、なくしてしまおうという算段です。これができれば、抵抗とコンデンサの数が
すこし減ります。
 で、計算してみると想像通りなのですが、OPアンプの負側でクリップしました。まだ、OPアンプに流れる電流も
負側に偏り大きな電流が流れていて、一般のOPアンプのドライブ能力を越えてきます。

横着してOPアンプの+入力をGNDにしてみました。


シミュレーション結果は負側の出力がクリップしてしまいました。

やっぱりVoffのための分割回路は必要だなあ〜。ちなみに、IV抵抗値の360Ωをすこし減らせばなんとかなるかもしれません。
ということでIV抵抗値を半分にしてみました。360Ωから180Ωに変更です。電圧は減るけど、電流が・・・という予想です。
 計算結果は予想どおりですが、出力電圧はIV抵抗値を下げたために電圧も半分程度に下がりますが、電流の負側への偏り
があり、OPアンプのドライブ能力をオーバしています。ここではLT1028Aを用いていますが、40mAでリミットがかかっているようです。
OPアンプにもっとドライブ能力の高いOPA1612をつかえば、大丈夫そうですが、前述したようにパッケージがSO-8しかないという
問題に直面してしまいます。


IV抵抗値の値を360Ωから180Ωに変更してみました。


IV抵抗値を180Ωにした場合。電圧は低くなるが、電流過多で出力がクリップ。

IV回路についてまとめると

 @一般のOPアンプを用いる場合はVoffは必須。
 AVoffを省略(OPアンプの+入力はGND)する場合、IV抵抗値を下げて、ドライブ能力の高いOPアンプが必要。

ということになりそうです。まあ、シミュレーションの前提が間違っているかもしれませんが、そうなると結論も間違ってきますが・・・・。

悩むなあ〜というほどでもありませんが・・・・

 採用するなら@でしょうね。すこし部品点数が増えますがVoffのための分圧回路を付け加えて、OPアンプでIV回路を構成です。
 AはOPアンプの選択肢が限られてきます。電流を稼ぐためにディスクリアンプにすると、さすがに4ch分だと部品点数が過大になります。
 悩むこともなく@だろうな〜。そういえば、最近のIV基板についてはVoffの入力端子を設けているものが多いのでそれも使えるかな?

まだまだ悩むな〜 2019.9.30

AK4497をつかったDACの基板サイズについては悩みます。
もともとはモノラルで2個つかってステレオと考えていましたが、WIDEサイズの基板で納まるかどうかが不安です。
STD基板をDACを1個だけ搭載して、モノ構成の場合は2枚つかうというのもいいかもしれません。この場合は1枚がマスターで
他がスレーブになりますが、スレーブ基板側には結構無駄なスペースが生じてしていまいます。

色々と考えてみますが、ここは悩むより必要になりそうな部品をのせて、密度感をしらべましょう。

まずはWIDE基板に2個並べてみた場合です。ほとんど余分スペースがないです。
というか、無理かな?

WIDEサイズでも2個搭載はかなりきついです。


つぎはSTDサイズの基板に1個のみ搭載です。

STDサイズだと、まだ余裕ができそうです。

STDサイズ基板の方が、やはり余裕ができそうです。こちらにするかな・・・・。

本来はDACの周りはコンデンサ程度しか必要な部品がないのですが、今回はデータシートに
指定してある2200uFのデカイコンデンサを搭載できるようにしてみました(本当に必要かどうかは?ですが)。

端子のレイアウト
 ケースに実装するとなると、基板を並べて配置するとかなりケースの面積を必要とするので、
どうしても2階建て、3階建てになります。EVC72320を作った場合でも、普通は2階建てで、一部3階建てです。
そのため、IV基板と連携することを考えて端子配置を考える必要があります。

平面配置の場合


2階建て配置の場合

平面配置で2階建てと、2階建て配置で2戸配置のどちにも対応できるようにするためには、
DACの出力端子とIVの入力端子は点対称配置にする必要があります。これは意識しておく必要があります。
あと、IV基板についてはOPアンプをつかえば1枚で足りますが、ディスクリート構成にすると部品が増えるので
2枚になります。それに対応できるようにした端子配置も頭の片隅においておくかな〜


こんな配置も可能なように端子は考えておきましょう。

STDサイズ基板で描いていきましょう!

描きながら色々と変更です。最初は基板の短辺側にDAC出力のコネクターを配置しようと思いましたが、
50Pのコネクタにするとサイズ的にぎりぎりで、ひょっとして基板をささえる支柱に干渉しそうなので、長辺側に移設です。
そのため、基板の向きも90°変更となりました。

ざっと配線をしてみるとこんな感じです。やはりSTDサイズだと小さいので、色々なIO端子を設けるのがきついです。


ざっと配線をしてみました。結構キチキチです。


DACの出力側になります。

IV回路も描いてみましょう。 2019.10.1

OPアンプをつかったIV基板も描いてみました。
基本は4ch出力ですが、ジャンパーにより2chステレオや1chモノに変更できるようにしています。

あと、DAC側とは別にOPアンプ用のVoffを設定できるようにしてみました。これの目的はVoffを1.9Vに
設定するとちょうどIVアンプの出力がゼロ出力になるので、バランス出力を得たい場合に都合がいいかと
思っています。


IV回路も描いてみました。

それにしてもDAC回路に比べて、IV回路は配線も太くかけますし、
また空間に余裕があるのでるので精神的に楽だったりします(笑。

ディスクリートによるIV回路 2019.10.2

すこし前にディスクリートによるIV回路案ももらいました。
差動型のIVアンプなので、正負個別にIV回路を設けるより回路が簡素になりそうです。


こんな提案もいただきました。

差動アンプについては、メーカからのアプリケーションノートが有る旨の情報もいただきました。


アプリケーションノートにある差動アンプの等価回路と、先に提案いただいた差動型のIVアンプを比較しながら
みれば、その構造がよくわかると思います。

http://www.tij.co.jp/jp/lit/an/jaja122/jaja122.pdf

SPICEをうごかしてみましょう!

差動型のアンプのSPICEデータをいただいたので、それを実際に動かしてみました。
動作の条件としてはAK4499に類似するように下記のように設定しています。

 ・DACのオフセット電圧は2.5Vで、出力インピーダンスは110Ω
 ・IVアンプのIV抵抗値はデータシートにあわせて360Ω

です。



まずは頂いたデータをもとにシンプルにこんな形でSPICEをかけています。

結果としては出力はゼロを基準に振幅で約6.6Vで振れています(4.6Vrms)。

出力信号です。上記の回路のCの位置です。

このときの、IVアンプの入力点の電圧をみてみるとおよそ1.9Vになります。データシートからオフセット電圧を1.9Vにすれば
出力はゼロを中心にして振れるとあるので、その電位に落ち着いていますね。


IVアンプの入力ポイントの電位は約1.9Vです。

Voffを2.5Vに設定するには

AK4499を最大限の低歪みで動作させるためにはIV回路のオフセット電位をAK4499の中点電位の2.5Vにあわせる必要があります。
そのためにはDCオフセットキャンセラの回路の基準電位を2.5Vに設定する必要があります。
 ということでSPICEの回路の中に2.5Vの電圧をキャンセル回路に組み込みました。


IV回路の動作点を2.5Vにするための変更です。

これで計算すると、IV回路は2.5Vを中点として動くことになります。


IV回路(A点)の電位は2.5Vになりました。

ただし、IV回路の出力には2.5Vの電圧が乗っています。まあ、これは仕方ないですね。
でも、この状態でIV回路に流れる電流は正負16mAとなるので、極めてバランスの取れた状態になります。


中点電位を2.5Vに設定すると、出力には2.5Vのバイアスが発生します。

具体的なIV回路は・・・・・

ディスクリートで組むとなると、回路が簡素にしたとしてもOPアンプのようにはいきません。
ここでは、2chステレオ分のみを搭載しました。検討の段階では4ch分を搭載してみましたが、
流石にキチキチで納めようとすればなんとかなりましたが、配線の変更などの余裕を持たせるために
2chにしました。これが、表面実装部品のみで構成すれば、4chも可能なのですが、チップ部品はまだまだ
入手に手間がかかりますからね。


ディスクリートで組んだIV回路です。まだ仮配線です。
ステレオ2ch分のみなので4chにするには2枚必要です。


このパターンではIV回路の動作点を2.5Vや1.9Vに変更できるように調整回路を追加しています。
単に分圧回路を搭載しているだけですが・・・。バランス出力も得られるようにしているので、その場合は
出力はゼロ基準の方が気持ちいいでしょう。

(つづく)