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2021年5月12日 (水)

新 North Fox Digi の動作確認

前回の記事のとき信号の位相切換を追加したということは書いたのですが、実現はどうやっているのか?

回路部分は何も触れませんでした。

74hc86_xor

ロジック回路を勉強したことがある人はご存知のXORです。3.3V系なので74LVC86を使っています。

Aに入力、Yに出力とした場合、BをLにするとそのまま出力、BをHにすると反転出力。です。 簡単ですね。 AとBを入れ換えても同様。

 

論理としてはOKでも、ICを噛ますことで信号が遅れてセットアップタイム、ホールドタイムが確保できているのかって部分は、しっかりと検証が必要です。

セットアップタイム、ホールドタイムの詳細についてはこちらのwebサイトを参考にしてもらうと良いと思います。規定違反の場合データ化けが発生します。

 

 

実際のセットアップタイムとホールドタイムは受信側のDACに依存するため、厳密な時間で表現するのは難しいのですが、波形を見ることで余裕の有無は見てとれます。

 

 

I2S信号はBCLKの立ち上がりエッジを基準にしています。fs=192kHzの波形で確認しました。これよりも遅いサンプリング周波数の時はもっと余裕があります。

XOR反転を入れたのはこちらの理由から「LRCK」と「DATA」のみです。独立しておらず1本の制御線で2つとも反転します。

 

 

まずは、BCKLに対するLRCK

Xor_lrck

BCLKの立下りでLRCKが変化しているのが判ります。ご覧の通り殆ど遅れは出ていません。XORを噛ましても全く問題ないですね。

 

 

次に、BCLKに対するDATAです。

Xor_data

DATAは、刻々と変化するため、TriggerをDATAにかけるとこのように見えます。 よく見るとBCLKの立下りに対して少し遅れていますね。

 

時間軸を拡大して詳しく見てみましょう。

Xor_data_time

BCLKの立ち下がりから8.6ns遅れています。 使用したSN74LVC86Aのディレイは25℃で2.5nsなのですが、もっと遅れているようにみえますね。

 

実は、ラズパイのI2Sで外部マスターモードでは、I2SのLRCK、BCLKを入力として、DATAをそれらクロックに合わせて出力しています。

つまり、HAT基板上のクロックに合わせてDATAを出してくるんです。そのため僅かに遅れが生じています。

 

とは言っても、セットアップタイム、ホールドタイムには余裕があるように見えます。192kHzくらいではまだまだ大丈夫といえそうです。

DATAやLRCKにXORを1段くらいかましたところで、全然平気ということが分りました。これで一安心です。

 

 

 

ちなみに、

生基板が5枚ほど余るので欲しい方にプレゼントいたします。コメント欄にコメントをください。早い者勝ち。

5/15 募集は終了いたしました。ありがとうございます。

 

 

部品は一切つきません。部品の入手も半田付けも全て自前で行っていただくようになります。回路図と部品表はお送りいたします。

 

Northfox_51

 < HDMI端子の半田は少々難易度が高い >

 

Northfox_50

 < 発振器は裏面端子なので意外と難しい >

 

 

これまでに声を上げてくれていました「kkumax」さんの分は上記5枚とは別に1枚確保済み。

「AYOR」さんには試作North Fox Digi をお送りしていますので、他の方がいらっしゃらなかったらということでお願いいたします。(違いは位相切換機能と光コネクタのミス解消のみ)

 

 

ではでは、よろしくお願いします。

 

 

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NorthFoxDigi」カテゴリの記事

コメント

TAKAZINE様

いつも楽しく記事を拝見しています。
North Fox Digi 基板希望します。

お願いしたいです
ak4490dacも楽しみにしてます!

お願いいたしますm(_ _)m

お願いいたします。

たかじん さま
North Fox Digi 基板希望します。
よろしくお願いいたします。

たかじんさま

基板希望します。
よろしくお願い致します。

改版おわちゃいましたね
ゲートが2つ余るのでMCLKとBCLKも無駄に通しておいたほうがタイミング差が少なくなるとコメントしなくちゃと思ってて忘れてました、まぁ やったところでも程んど違いは出ないと思います・・・

North Fox Digi 基板希望します。
とはいえもう5人超えてますね。
だめかな。

基板プレゼントへの応募ありがとうございます。

以下の5名+α名の方は、大変お手数ですがnew_western_electric@yahoo.co.jp まで発送先の情報をメールお願いいたします。

husky さん
ヨシダさん
kkumax さん
z8874 さん
kuutan さん
kode さん
knkn59 さん

よろしくお願いします。


HILO@町田さん

私も思ったのですよ。でも、電源ラインも含めて配線の引き回しがちょっと厳しくなるため見送りました。

そもそもDATA信号はラズパイの仕様で74ロジックの遅延よりずっと遅れるのと、クロックをロジックICに通すことによるジッター悪化も心配でした。
今回、実際の遅延をオシロで確認できて問題なしと判断しました。

たかじんさんの測定結果を拝見してデーターの取り込みには十分なマージンがあったので敢えてBCLKを遅延させなくても何ら問題はないと思ってました。
もしMCLKのジッタ特性が劣化してしまったら元も子もないですからね、懸命な判断だと思いました。

発送先の情報をメール連絡させていただきました。
よろしくお願いします。

自分は中華製DACに合わせたI2S出力ピン配置のサウンドカードを
持っていてHDMIコネクタ-オスを2個組み合わせて
変換アダプターを作って使用していた事があり
今回の基板の切り替え機構に興味がありました。
たかじんさんの説明と基板の画像から...考えると

XORゲート2個とGPIOの組み合わせで
説明されている機能を満足するには?
LRCKとDATAの信号をXORゲートのB側にそれぞれ入力しておいて
それぞれもう片方のA入力をノーマル時は「L」にしておいて
反転が必要な時にGPIO出力を「H」にすればこの機能が実現出来そうですね。

HILO@町田さん

fs=192kHzは余裕がありますね。 おそらく2倍の384kHzあたりで厳しくなってくるんじゃないかと思いますが、WM8804は192kどまりなのでシビアそうなところまで行かないため、逆に安心です。

ジッターに関しては、レーザーを当ててディスクを回していたときは数100psくらいのジッターは普通でしたので、ネットワークオーディオ系のジッターの少なさは異常ですよね。
あまり神経質になり過ぎないようにした方が精神衛生上も良いのかもしれません。


kkumaxさん

メールありがとうございます。近日中に発送いたします。
HDMI-I2SのLRCK、DATA位相は、DAC側で切り替えられるものがあるらしいですね。ToppingのD90にはPhase切換え機能があるそうです。

基板プレゼントありがとうございました。

本日完成し、光/同軸で動作確認(pi3+volumio)できました。
音もすばらしいです。B4-DACのデジタル出力がとても気に入っていましたが、匹敵する音だと思います。
(B4-DACはアナログ出力も最高です。私はESSシリーズより気に入っています)

AK4490-DACも楽しみにしています。

ヨシダさん

ご連絡ありがとうございます。 B4-DACをお持ちなのですね。 あれはレア商品になってしまいました。

バーブランは透明感の高い音で、尚且つ、録音のあまり良くないソースもうまく鳴らす傾向がありますね。
ESSは録音の差をそのまま出してしまうところと、スレーブ動作時の独特の音とで結構好みが分かれると思います。

AK4490は電源部分の改造で、かなり面白い音が出てくるようになりました。

確かに私はちょっと古い音楽ばかり聴いています。

AK4490dac期待が膨らみますね。
DACチップは持っているので、基板だけの販売もあると嬉しいです。

ヨシダさん

AK4490は現在入手困難なのでDAC-IC無しバージョンも考えています。よろしくお願いします。

お世話にbなります。
このたび Norht Fox Digi をSwitch Science から買い接続をしたのですが、 I2S からどうしても音がでません。 同軸端子や光端子からは音が出るのですが、なにが設定などがあるのでしょうか。
私の装置はSymphonic mpdを使い音を出しています。
ドライバーはAllo digioneに設定しました。
大変お忙しことと思いますがよろしくお願いします。

こうたんさん

同軸やCOAXから出ているときはHDMI-I2Sは出ていると思います。
ラズパイからのI2SをSPDIFに変換しているからです。また、出荷時に全数テストを行っているので、初期不良品も取り除いております。

接続先の機器は何になりますでしょうか?

このI2S信号は、HDMI端子を使っているものの、ビデオ信号を通す一般のHDMIとは異なり、LVDS信号に変換したI2Sをそのまま出すというPS Audio社が始めた独自のものになっています。(AVアンプが搭載している正規のHDMIとは互換性がありません)

また、このHDMI-I2Sも中華製DACなどで位相が違っていたりすることがありますので接続先の機器の仕様を確認する必要があります。

よろしくお願いいたします。

おはようございます。早々ご連絡ありがとうございます。やなさん製9038proです。
今まで使っていたIAN CANADA FIFOPI Q2では普通に音がでていたのでさっぱりわからず申し訳ございませんが、メールさせていただきました。やなさん製はI2S出力はPS Audioです。
もう少し音が出せるようがんばってみたいと思います。SB32+PRO, DACDCArroowも使用させていだだいておりますが、どちらも素晴らしいですね。これがらも良い商品を開発されますことをお祈りいたします。ありがとうございました。

たかじん様

こうたんさん

いろいろ基板のご購入ありがとうございます。

なるほど。やなさんのDACの回路を把握しておりませんが、HDMI-I2S入力の検出に18pinに電圧を印加してあげなければいけないシステムの場合はJ2をショートしてください。

18pinに5V電源を供給できます。

もし3,3Vが必要でしたら、J6の3V3と書いたピンから配線をJ2の18と書いてあるところへ飛ばしてください。

5Vにしても3.3Vにしても大きな電流は流せないのでご注意ください。 せいぜい50mAくらいが限度と思います。

よろしくお願いいたします。

あれから知り合い(North Fox Digiを使用)の家に送り確かめてもらったところ使用できたとのことでこちらの環境が原因だと思いますのでがんばってみたいと思います。いろいろと御世話になりありがとうございました。

こうたんさん

やなさんのHDMI-I2Sレシーバーの資料を見たのですが、18pinに5V供給、もしくは3.3V供給が必要そうです。

http://yanasoft.jp/yana/HDMI_Receiver3_2_0.pdf

やなさん資料にはHDMI端子のピン番号が振ってないため、ちょっと分かりにくいですね。

レシーバーの組立でレシーバー基板のJ1をショートして3.3Vを使っているなら、18pinに3.3Vを供給してあげてください。(18pinは通常は5Vの端子です)

たかじん様

わざわざお調べいただき感謝いたします。
私の知識ではとても解らないことでした。
早速やってみたいと思います。
本当に感謝いたします。
ありがとうございました。 

たかじん様

教えていただいたように18pinに5V供給してみたところ無事i2sより音がでました。
いろいろとご迷惑をおかけしました。
大変感謝いたしております。
この度は御世話になりました。

こうたんさん

無事に動作したようで良かったです。

やなさんの回路図にHDMIの端子番号が振られていないのが最もキモでしたね。。。

御世話になりました。
I2S端子と同軸端子の音を聞き比べましたら、同軸は柔らかいですが、少し曇り気味に聞こえI2Sはくっきりして生々しく聞こえました。このように聞きくらべができるので楽しむことが出来て喜んでいます。大変御世話になりありがとうございました。

こうたんさん

そうそう、聴き比べるとけっこう違いがあるのが分かりますよね。 音源にも依存することがあるとは思いますが、I2Sの方がより曖昧なところがなくストレートな音になると私も感じています。

たかじん様

こんばんは。お世話になっております。
North Fox Digiの同軸spdifから、RCA-BNCケーブル>BNC-XLRインピーダンス変換器(カナレ)を介して、下流の機器のAES/EBU(XLR)入力へと出力しています。

North Fox Digiから直接AES/EBU出力できるならば、XLRデジタルケーブルだけの接続にすることで接点を減らせないかと考えています。

基板のRCAジャックを外して、リンク先にあるような回路※を追加・経由して
XLRコネクタにはんだ付けすれば、「AES/EBU出力」したことになるのでしょうか。

※リンク先の項目、AES/EBU入力の対応について、にある180Ωの抵抗を用いた回路図の箇所になります。
https://ause-audio.com/?p=2313

ご教示いただけますと幸いです。

iwa3 さん

North Fox Digiの同軸出力は以下の回路図のとおりフローティング出力にしてあります。
https://nw-electric.way-nifty.com//blog/files/northfoxdigi_schematic01.pdf

ですので、そのままNorth Fox DigiのSPDIF端子の2極をXLRの2-3pinに繋げて、XLRの1pinのGNDは別途North Fox DigiのGND部へつなげてあげればOKです。(分圧抵抗なしでOK) 完全なバランス接続ができます。

GNDはHDMIの枠の部分が分かりやすいと思います。


厳密にはAES/EBUのXLR端子はインピーダンス110Ω、信号レベル2~7Vとなっていますが、多少のインピーダンスの違いや信号レベルの差は、受信側のSPDIFレシーバーICがカバーしてくれると思います。

XLRの配線長を100mなどに伸ばしたいときはR10の120Ωを270Ωに交換してください。インピーダンスが約115Ω、出力レベルが1.0Vになり、AES/EBU仕様に近づきます。

SPDIF同軸は75Ω、0.5V という仕様です。

たかじん様

詳しく説明してくださりありがとうございます。
作業内容を理解できました。
不器用なので失敗しないように頑張ります。

ありがとうございました。

iwa3 さん

ご理解いただけたようで良かったです。 XLRの方が長い距離を引き回すときに有利になるかと思います。

信号レベルをUPさせると、SPDIF信号自体のS/Nがあがって、結果、ジッターが減るというメリットが出てくるハズです。

たかじんさん

R10を270Ωに交換するのに苦戦しています。
はんだ付けの後、R10の両端をテスタで計ると0.1Ωが表示されます。
取り外して計ると270Ωだったので、熱で壊したわけでもないと思います。

手を加えていない隣のR4を同じテスタで計ると回路図どおり200Ωでした。
テスタの使い方の問題でもないと考えています。

ルーペで見ても判らないのですが、はんだブリッジを疑っています。
かれこれ5回ほど、これを繰り返しています。

糸はんだは0.6φを、小手先温度は320度でやっていましたが、300度位に下げたり、フラックスを塗ったりしましたが0.1Ωから抜け出せません。
小手先の温度が高すぎるでしょうか。
何か間違っていないか、アドバイスを頂けますか。

iwa3 さん

R10と並列にコイルが付いているためDC抵抗値は非常に小さくなります。
ですので、半田がちゃんと付いていれば大丈夫だと思います。

たかじんさん

ご返信ありがとうございます。
north fox digiのXLRデジタル出力に成功しました。

私が電子回路の基本を理解していないためにお手数をお掛けしてすみませんでした。

AES/EBUとSPDIFについて、たかじんさんのこちらの記事を拝見しました。
https://nw-electric.way-nifty.com/blog/2013/10/spdif-ff2e.html
最初のアドバイス、換装後の出力がAES/EBUの仕様に近いことがよく分かりました。

1608サイズの抵抗のはんだ付けは、ツノはんだになったり、過熱でくすんだりと何度もやり直しましたが、こうして音楽を聴いていると挑戦(成功)して良かったと思います。本当にありがとうございました。

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