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2021年11月 7日 (日)

BlueSnowDACにSPDIF入力を付ける方法(WM8805編)

1日半で売り切れてしまったBlueSnowDACですが、ようやく半田付けオプションの作業も終わって一段落しました。

今日は、ご質問を頂いていたS/PDIF->I2S変換基板を繋げてSPDIF入力機能をつける方法を紹介いたします。

Sbdac_i2s_in

I2S入力端子は10ピンのピンヘッダになっています。しかも2系統あります。

 

Bsdac_i2s_input

ピンアサインはご覧のようにしてあります。9pin、10pinを使わないアサインはNorth Fox Digiと同一です。

 

さて、このピンアサインぴったりの基板がお気楽オーディオさんのところにありました。

Simple DAI for DIR9001Simple DAI for WM8805

ということで、この2枚を購入しようとしましたらDIR9001の方は在庫なしとのことでWM8805の方だけ入手できました。

 

早速、組み立てて繋げたところ普通に再生は出来たのですが、問題点が一つありました。

SPDIF信号を入れていないフリーランニングのとき「ポツポツ」とノイズが出てしまうのです。

 

お気楽さんの回路は入力部に74U04バッファが入っています。

 

Sbdac_i2s_in2
 < Simple DAI for WM8805の回路図抜粋 >

 

WM8805のデータシートを読むと0.1uFのカップリングコンデンサでDCをカットするだけでOKなようです。

Sbdac_i2s_in3
   < WM8805 データシート抜粋 >

 

なぜ、バッファを入れているのか?
推測ではありますが「信号レベルが小さい送り出しにも対応するため」なんじゃないでしょうか。余計なバッファ回路を入れることでジッタも悪化するので、信号レベルが十分でしたらダイレクト接続の方が良いと思います。

https://www.mi-take.biz/system72/DAC_2/WolfsonWM88x/WM8805_softMode_2.html

こちらに、ヒントが書いてありました。どうもICのバラツキで入力感度(内蔵ポストアンプ)が悪いものが存在しているようです。

僅かにレベル不足という場合は、75Ω受けを100Ωや120Ωなど高い抵抗にすることで信号レベルを高くするという手段もアリかもしれません。SPDIF規格ではインピーダンス75Ωで0.5Vppの信号です。受け側インピーダンスを高くすることで信号レベルがちょっとだけアップします。0.5Vppというレベルの低さはEMI(不要輻射)を減らす目的があるのですが、アナログテレビがなくなったのでTV画面にシマシマが出るなどの不都合も殆ど無いと思います。

ちなみにインピーダンス整合が崩れるため長い配線は使わない方が良いです。

 

 

 

基板をちょっと改造して、入力部の74U04部分をバイパスしてみました。

Sbdac_i2s_in3_20211107171401
  < C3,C4は裏面に22pFセラコンを付けています >

入力のC1の足を浮かせて、ダイレクトにWM8805へ入力するようにします。 お気楽さんの回路図にはない「Cx」というランドがあり、そこに接続することで簡単に入力できるようになっていました。Cxをバイパスするパターンをカットして74U04からの出力を切る必要があります。

 

これで、入力信号を入れていない時の「ポツポツ」というノイズは入らなくなりました。

めでたしめでたし。

 

 

 

動作確認して初めて気が付いたのですが、WM8805ってHardwareモードだとサンプリング周波数176.4kHzを受信できないみたいです。

Sbdac_i2s_in4

44.1kHz、48kHz、88.2kHz、96kHz、192kHzはOKでした。32kHzは未検証。

データシートを読むと192kHzも設定しなければイケないようなのですが何故か再生できています。もしかすると何かおかしなことになっている可能性もありますのでお気を付けください。

 

 

また、Hardwareモードで使用しているとSPDIF入力のPLL Lock LEDを付けることができます。

Sbdac_i2s_in5

こんなアサインにするとPLL Lock したときに点灯、UnLock時に消灯にします。

BlueSnowDACのOLED表示のサンプリング周波数表示がUnLockにならないのは、WM8805がUnLockになってもその直前の入力のサンプリング周波数でI2Sを出し続ける仕様だからです。

参考まで。

 

 


BlueSnowDACの部品表を更新しました。

そうそう、大切なお知らせを忘れるところでした。 こちらからどうぞ。

千石電商で売り切れているチップ抵抗など、代替品のリストを加えています。秋月の電解コンデンサは11月中旬に納品予定らしいので、待つ方が良いかもしれません。

RSのトランスは、もう待つしか手段がないですね。突然在庫が復活することもありますので時々チェックすると良いと思います。

半導体以外でも電子部品が在庫切れしていることが多くなっていますので、電子工作にはちょっと冬の到来って感じです。

ここは腰を据えて、辛抱強く、焦らずに待つのが良いですね。

 

 

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BlueSnowDAC」カテゴリの記事

コメント

何系統かの切り替え入力が必要であれば
お気楽オーディオさんのDIRonSRC4137も良いと思います。
これだとSPDIF 同軸2系統 光出力2系統 PCM2系統 が
切り替え可能になります。

参考URL http://www.easyaudiokit.com/bekkan/manual/DIRonSRC4137Manual.pdf

kkumaxさん

情報ありがとうございます。 沢山切換えたいときは、そういう基板も良いですね。 

WM8805も、RX0~RX7の8系統ものSPDIF入力ができるのですが、そんな使い方をする人はまずいないので、お気楽さんがシンプルに1系統に絞った設計した基板が上のやつです。

BlueSnowDACがI2S入力を2系統設けているのは、違ったチップのSPDIF入力をするためと考えていました。 お気楽さんの「DIR9001」も入手できれば、ばっちりだったのですけども。

秋月電子のSPDIF->I2S変換基板も入手していますので、続報をお待ちください。

>秋月の電解コンデンサは11月中旬に納品予定らしい

本日すでに復活(ウェブ)しているようです。

onajinnさん

情報ありがとうございます。意外と早い納品だったみたいですね。 残るはやはりトランスです。

簡単なはずのこの基盤に翻弄されてます。
部品表を見ながら組み立てたんですが、音が出ません。調べてゆくと、
部品表と回路図の定数が違ってるんです。致命的だったのはC2が47μFとなってる事でした。回路図では0.1μFなのに。他にもR4が5.1KΩだったんで回路図通り2KΩに付け替えて音が出るようになりました。上でご指摘通りの改造を施しましてみましたものの、音楽を聴いている時もフリーランニングの時もボツボツという雑音が出ます。改造前のオリジナルにすると、豪雨のような雨音になってしまいます。別のDACに信号を入力してみるとボツ音は出ません。RCA入力から基盤までは同軸シールド線(15cmほど)にしたのですが、それが悪かったのかもしれません。
丁度頼んでいた中華DAI、QCC5125が届いたので、それを実装してみると簡単に動きました。BLUETOOTHなので44Kしかでませんが。ということで本基盤は諦めモードです。

MOSAKU さん

確かに、回路図と部品表が異なっていますね。 R4とC2とでリセットしている部分ですので、回路図の2Kと0.1uFが良いと思われます。

ボツボツ音は、PLLロックが外れたときのものだと思います。
https://www.mi-take.biz/system72/DAC_2/WolfsonWM88x/WM8805_softMode_2.html

ここに少し情報がありました。 どうやらICのバラツキがあるらしいです。 私のテストした個体はたまたま平気なものだった可能性がありますね。

やはりそうですか。
各種やり尽くして、WM8805に原因があるとしか思えなくなり、8805のdatasheet を眺めてました。こんな事は本家に聞けばいいんでしょうが、何処に書き込んでいいのかわからないもので。
WM8805の起動時の設定でハードモードとマスターモードの設定はいいとして、I2S モードの設定、つまり基板上のCF1,CF0,GP7の設定です。本家の解説ではCF1とCF0でジャンパで設定とあり、GP7はジャンパをするな、とのこと。
で、WM8805 datasheet の Table 6 及び Table 16 を参照すると I2S mode 設定はGPO0とSDOUTの2ビットで設定するようにと。ピン番号で言うと、それぞれ5pinと8pinです。
5pinを基板上で辿るとCF1のジャンパへ、8pinを辿るとGP7のジャンパへ。
つまり、I2S mode の設定は、CF1とGP7でやれって言ってるようなのです。CF0はジャンパするなと。
でも実際のところ本家の設定で動作しちゃうというのが不思議で。それとも単なるオイラの勘違いなのか。WM8805を張替えるにしても、コレが疑問で先が見えません。

MOSAKU さん

> つまり基板上のCF1,CF0,GP7の設定です

ホントですね。気が付いていませんでした。私のところでも音は出ていたのですが、16bitモードか24bitモードが不安定になる可能性がありますね。 お気楽さんの基板は、ある程度は回路ができて、自分で好きなように使いこなすことができる人向けなんだと思います。

上の記事の方、すこし追記しました。 75Ωの部分の抵抗値を変更することで信号レベルをUPしてPLLロックしやすくすることが出来ると思います。 これでダメなら、あまり深追いしない方が良いかもしれませんね。

WM8805を貼り替えてみました。以前の背記号が
WM8805GED
22ACMDX
で、今回の記号が
62AAMDX
前の方の数字が大きくなっていたので期待したんですが、雑音は止むことがありませんでした。
ただ、かなり低頻度になりました。以前なら音楽を聴いている間中、パリパリしてたんですが、
この度は曲が切り替わった初めての方に主としてパリパリするだけです。フリーランニングの時の雑音は9割減です。
こうなったらインピーダンスも変えてみないといけません。
75Ω—>150Ωにしてみました。えー、パリパリ音が酷くなった。という事で
150Ω—>33Ωにしてみました。おお、雑音が減った。
こんなしょーもない事にこだわっているのは、WM8805の音、結構気に入ってるからなんです。
書き忘れてましたけど、雑音は192kだけだとおもいます。最初のチップも今回のチップも96kでは雑音でません。192kで、あと気になると言えばフリーランニングの10分間に一度くらい短時間パリパリ音がでます。これもロックが外れているのだと言っていいのだろうか。
いずれしろ、かなり我慢できるようになりました。
たかじんさんのような引きの強さ、うらやましい。

しつこくやってます。
例の75Ωのインピーダンス抵抗ですが、これ元の75Ωに戻しちゃいました。長く聴いてると雑音に大した変化があったような気がしなくなったもので。
それよりCF1のジャンパなんですが、これ10kΩの抵抗を介してグランドに落としてますけど、いっそのこと直接グランドに落としたら、これ結構効果ありました。まだ少し雑音残ってますけどね。

MOSAKU さん

なるほど、192kだけノイズが出るのですか。 私のところでは192kのコンテンツが少ないこともあって、あまり気にしていませんでした。


オシロのような波形観測ができる機器があれば、波高値が足りているかどうか判断できるのですけど、、、受け側抵抗を高くしても変化がないというのであれば、75Ωでインピーダンス整合をしている方が良いと思います。
アンテナ用の5C2Vなどはインピーダンス75Ωでしっかり規定されていますが、信号が減衰しない訳ではなく、信号の反射がないというだけですのでケーブル長も長くない方が良いです。


送り出し機器は何でしょうか? WM8805のPLLロックレンジが狭くて、送り出し側の揺れに追従できていない可能性の方が高そうです。

モード設定の端子は、おそらくハイインピーダンスなので10k介しても直GNDでも十分にH/L固定できていると思うのですが、ここで差が出るということは、電源系かGNDに何かありそうですね。
私は上の写真のように3.3V入力にしていますが、5Vを入力して、この基板のローカルレギュレータで3.3Vを生成するというのもありかもしれません。

それと、12MHzの水晶ですね。 これを基準にPLLを動かしているため無関係ではなさそうです。

たかじんさん お返事有難うございます。
申し忘れてましたが、GF0をジャンパしないよりも何故だかVCC側にジャンパした方が雑音が小さくなってました。で、後、障害は一つくらいじゃないのかと想像してました。
その想像の矢先にあったのが水晶でした。でも、送料を思うと実行に移せないでいました。
コレが第一、第二は送り出し機器です。実は同軸の送り出し機器を持ってません。なのでcomputerのtoslink出力から中華製のtoslink—>同軸変換装置を介してWM8805基板へ入力してました。その変換装置も怪しいので、取り敢えず別のDACに入力してみて雑音がでないことだけは調べてましたが、あんまりあてにゃならんです。
いっそこの機会に子供の頃から欲しかったオシロでもと考えてます。よろしければ、上は見ないで、今回程度の問題を調べるにはどの程度の製品がいいのでしょうかね。本末転倒転倒な話ですけれど。

MOSAKU さん

なるほど。 送り出し側にも要因があるかもしれないですね。

PLLのジッター耐性はPLLのレンジ幅に依存するところがあります。低ジッターを謳うDAIはレンジ幅が狭く、入力信号にジッターが沢山乗っているとPLLロックが外れてしまうことが多いのです。

電子工作を今後も楽しんでいくのでしたらオシロは1台あっても良いかと思います。昔は高嶺の花というイメージがありましたが、近年は格安の中華オシロで十分な性能があります。私も中華オシロを愛用しています。

ただ、1万円以下のおもちゃでは、本当に見たい波形が撮れてない可能性がありますので注意が必要です。

最重要スペックとして「サンプリング周波数」が挙げられます。 192kHzのSPDIFの信号を見るなら帯域が50MHzクラスで、サンプリング周波数は1Gspsは欲しいです。

あとは2chと4chとで価格が結構違ってきます。I2Sや3線シリアル信号を「解析」するのでしたら3ch必要ですが、信号が来ているかどうかを「見るだけ」なら2chで十分です。

オシロの件、情報有難うございます。こういった方面はかつて一度として教育を受けた事が無いのでよくわからなかったのです。帯域は、やっぱり50MHz必要ですか。
そりゃそうと、WM8805基板の方ですが、
水晶を交換しました。でも駄目でした。
次に、電源ですが、基板に3端子レギュレータを乗せて、電池4.5V—>3.3V駆動させてみました。これも駄目でした。これは別件の問題対策に有用そうなので採用。注1
もう一つ検討していた項目は回路がうまく動作しないので中止。
次に同軸入力からの筐体内シールドの長さを10cmくらいまで短くしてみました。これは効果有り。
でも雑音を消すには、同軸入力RCAとWM8805基板を直結するしか無さそうです。
同軸入力できる装置を家中探し廻りましたが、ありません。
でも希望は見えてきました。
注1: BlueSnowDacの二つのI2Sをそれぞれ、
WM8805と
AE-DIR8416を同時に電源供給してSW切り替え使っていますと、
AEの方を使っている時、稀に暴走というのか、急にリレーがカチンカチンと断続的に鳴り始め、アッテネーターの色が青から白色になります。でWM8805の電源を断ちますと、この症状は出ません。

MOSAKU さん

オシロは、帯域幅よりも「サンプリング周波数」を見てください。

等価サンプリングという手法で低いサンプリング周波数で高い帯域を実現しているモノ(例えば、サンプリング周波数100Mspsで30MHz帯域幅など)もあるのですが、正弦波のように連続で同じ波形が出るものしか観測できません。

SPDIFのように常時変化するシリアルデータはその帯域幅で見ることはできません。

10MHzのシリアルデータを見るなら、その10倍~20倍のサンプリング周波数が必要です。 ジッターのように時間軸の揺れをも観測したいなら50倍は欲しいところです。なので、1Gspsのオシロ(2ch表示させると半分の500Mspsになる)が欲しいわけです。


さて、BlueSnowDacの方ですが、LEDが白くなってRelayが切れるのは電圧ドロップ検出が働いている状態です。 SPDIF基板2枚は、ちょっと負荷が重かったかもしれないですね。
D7のツェナーダイオードを5.6Vから5.1Vに変更すると、ドロップ検出を緩くすることができます。 U9、U13のレギュレータの発熱を確認してください。それらの温度に余裕がありましたら D7を5.1Vに変更しても大丈夫かと思います。

> 次に同軸入力からの筐体内シールドの長さを10cmくらいまで短くしてみました。これは効果有り。

もしかして、光->同軸のコンバータの出力部にRFトランスが入っていないタイプでしょうか?

本来、同軸のSPDIF信号はRFトランスにより「絶縁」することが必須です。 これが無ければ、GNDループによりハムノイズを誘発して信号が不安定になる可能性があります。 光->同軸コンバータの電源を電池駆動などで試してみるのもアリかもしれません。

例えば、こんなオシロはダメです。

https://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-01985/
https://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-01987/

帯域幅60MHzだけど、サンプリング周波数が250Msps。
おそらく2ch表示させると半分の125Mspsになる。

オシロは昨日、発注済みです。RIGOL 50MHz. 4チャンネルという製品にしました。

リレーがカチカチ鳴るのは、原因がハッキリしましたので、もちょっと様子をみます。

前回、上手く動作しなかった回路というのは、WM8805基板の空きスペースにtoslink受信回路を製作していました。簡単な回路なのに何か勘違いが、、、数日かかって左右を間違えているんじゃ何かかと、OUTにVCCを接続していたのでは、と思い当たりまして作り直しました。
これでWM8805基板に直接光入力できます、で、電源オン。
でも雑音あり。やっぱりWM8805チップが悪いのかと、ガッカリ。当分の間、呆けてました。
これは192kだけの話で96kや44kは雑音ありません。その時気がつきましたけれど、toslink—>同軸変換装置を介していると音が大変に聴きづらいものになってたのです。
さて、それでもとtoslinkのOUTの電圧を測ってみました。370mV.
これって低いのじゃないのか、とすると回路を作り直した時にコテを長く当て過ぎて壊してしまったのだろうと思ってました。たかじんさんの記事、AE-DIR8416の中で書いてた入力電圧不足によく似ていると、でもあれは電圧が高いので分圧していたんです。今回は電圧が低いので雑音がでてるのかもしれません。でも電圧を上げる方法がわかりません。
丸一日程して、フト気がつきました。解決策は目の前にあったんです。たかじんさんの入力部の改造記事、あれは増幅回路をバイパスさせるものでしたんで、それを元の回路に戻せばいいのではないかと。で、オリジナルの回路に戻してみました。
雑音が消えました。フリーランニングの時も音楽再生時も。

ちなみに同軸の方から基板までシールド線10cm引っ張って入力再生してみましたら、雑音だらけ。
オシロが届く前に解決しちゃいました。いやー今回は大変に楽しかったです。

MOSAKU さん

解決おめでとうございます。そういえばTOSLINKの受信部品ってFs=96kHzまでの物が多いので、192kHz時に信号レベルが下がってしまうかもしれないですね。

オシロも注文したとのことで、実際の信号を見てみると良いかと思います。

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