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2021年11月15日 (月)

BlueSnowDACにSPDIF入力を付ける方法(秋月電子 AE-DIR8416編)

BlueSnowDACのSPDIFレシーバー基板としての真打登場です。

秋月電子 AE-DIR8416は、殆どの部品が実装済みで、お手軽なSPDIF->I2S基板です。

でも、DAC内蔵ヘッドホンアンプのオプション基板的な扱いになっているので、いまひとつ使い方が分かりにくいという部分が難点ですね。

Ae8416a

私もこの基板、どうやってSPDIFレシーバーとして使うんだろうと疑問に思っていました。

 

結果から書くと、TOS-LINKの受信部を半田付けしたら、あとは配線だけで済みます。

結構お手軽です。 まあ、最後に回路定数ミスが発覚するんですけどね。

 

Ae8416b

とりあえず、こんな感じのキットになっていて、本来のDAC内蔵ヘッドホンアンプに使うピンソケットやRCA端子なども付録されています。今回はこれら付録品のなかで使うのは光入力端子のみです。

Aki_8416_w

このようにいくつか配線ジャンプすることでI2S信号が取り出せます。

取説のJP2の説明が分かりにくいのですが基板の裏側のシルクの指示が的確でした。結果、上のようにしました。

あとはI2S出力をBlueSnowDACに接続して、5V電源もBlueSnowDACから供給してあげればOKです。3.3Vは使用しません。

I2S配線、5V配線は10cm以下が望ましいです。

 

 

 

 

 

サンプリング周波数 96kHz以下で使うならそのままでもOKです。

それ以上のサンプリング周波数も受信したいなら「改造」が必要になります。

 

44.1kHzから192kHzまで全て受信できれば完璧だったのですが、残念ながら秋月電子の設計がよろしくなくて192kHzはノイズが混じったり音が止まったりします。

 

仕方ないのでオシロを使って調査しました。

Ae8416d

  < 44.kHz(左) と192kHz(右)のSPDIF信号波形 >

黄色い方がSPDIFレシーバーの出力端子の波形で、水色は抵抗分圧の後の波形です。

光レシーバーは約5Vの電源を入れているので信号レベルは約4Vppを出力しています。そのままレシーバICへ入力すると過電圧で壊れてしまうため抵抗分圧で0.5~1Vpp程度に落とさなければいけません。ところが192kHz時には0.3v程度まで落ちていて(しかも鈍っている)電圧が低すぎて正しく受信できません。

 

秋月電子基板の抵抗定数がなんと24kΩの抵抗を使っているのです。抵抗値が高すぎると高周波特性が落ちてきて波形が鈍ってしまいますし、振幅レベルも下がってしまいます。

どう考えても一桁おおきいですね。

そこで、2.2kΩ(R6)と1kΩ(R7)に入れ替えました。

Ae8416e

  < fs=44.kHz とfs=192kHzのSPDIF信号波形 >

どうですか?

192kHzでも波形鈍りが少なく振幅が1Vくらいあります。192kHzもばっちり再生できるようになりました。

 

振幅は0.5Vpp以上あればOKなので、もう少し減衰させてあげても良いため2.7kと1kあたりが適切かもしれないですね。

 

Ae8416f

こんな感じです。

元々ついているチップ抵抗は1005サイズですが手持ちの抵抗は1608サイズなので、半田付けはちょっと難しかったです。

Ae8416h

回路図で書くとこんな感じですね。

もし同軸で入力するなら光レシーバーを付けず青線の追記のようにR7を75Ωにします。R6の方は24kのまま放置して構いません。 光レシーバーを付けちゃったあと、同軸にしたいときはR6を外して上のように同軸から接続すればOKです。

 

 

古くからオーディオ好きな方はよくご存じだと思いますが、クリスタルセミコンダクター社のSPDIFレシーバーIC(DAIとも言います)は、かつての高級DACに使われる定番でした。CS8412とNPCのデジタルフィルタ(SM5842あたり)は黄金の組み合わせでしたね。

クリスタルセミコンダクターのDAIは何故か音がしっかりしていて、高級DACはこれを使わないと成り立たないくらいの物で他社製品を寄せ付けない強さがあったと思います。 個人的な自作では、秋月電子で売っていた東芝のDAIを使ったことがあったのですが、PLLのループフィルタ定数がシビアなのと再生音が全然だめでした。

 

クリスタルセミコンダクター社はシーラスロジックに買収されたけどCSシリーズは健在で、このCS8416も太くしっかりした低音が表現できるのでいい感じです。

先日のWM8805を使った基板は、高域のキレときめ細かい音が出るのですが、選曲した瞬間に「パチっ」とポップノイズが乗ることがあります。CS8416は一切そういうノイズを出しません。シンクデータ(プリアンブル)が欠落した瞬間にきっちりミュートを入れるんだと思います。

ボリュームを上げたままで選曲を気兼ねなくできるのは安心感につながりますね。

 

WM8805との音の違いは「同軸」と「光」接続の違いの可能性もありますので、もう少し厳密な評価が必要かもしれません。

 

ということで、ちょっと改造が必要ではありますが、半完成品ですし44.1kHzから192kHzまでばっちり受信できるようになるので、万人にお薦めできるSPDIFレシーバー基板と思います。

 

 

 

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BlueSnowDAC」カテゴリの記事

コメント

これを待ってました。オイラ、1年程前にAE-DIR8416を購入したもののなんとなく組み上げ無いまま、放置していました。そこにBlueSnowDac(BSD)でしょう。まあそういった動機だったもので、BSDは電源テスト直前なのですが、筐体にどういった孔を開けたものかAE-DIR8416の設計がわからん限りちょっと無理だと感じてました。チップ部品の交換はやりがいありますね。WM8805も完成しましたし、これで筐体(タカチUC32-8-24DD)の孔開けに取りかかれます。

AE-DIR8416のチップ部品R6とR7の張替え終えました。
手持ちの部品なので1608サイズを使いました。1005サイズチップのハンダ付け経験が無かったせいもあるでしょうが、目視でハンダが付いてるのやら付いて無いのやら確認できん。コリャ下手するとランドを剥がしてしまうかもしれん。最終的にテスターで張替えの確認がとれたんですけどね。

MOSAKU さん

1年も前から準備されていたとは、さすがですね。
AE-DIR8416で192kHzを受信するひとが少ないのか、設計ミスがこれまで放置されてきたのはどうかと思いました。
1005のランドに1608は結構たいへんです。私も苦労しました。 1005チップをわざわざ買うのも面倒ですし。。。

WM8805とAE-DIR8416 とで切換えて、それぞれの音を比較するのも良いと思います。

AmaneroとAE-DIR8416経由のI2Sで音がでました。
個人的には後者の方が中高音の伸びと透明感が秀でてるようで好きです。
0.5mmピッチの半田付けオプションがあったので安心して組立出来ました。
あ、そういえば、Amaneroで音楽を聴いてると、曲が変わるごとにリレーの音がするんですが、
AE-の方ではそんな音はしません。
そんなものなんでしょうねぇ。

MOSAKU さん

CS8416は曲間なども含めて信号の処理の仕方が上手いですね。 さすが高級DACに採用され続けてきただけのことはあると思いました。 こういう所はデータシートを読んでも分からない素晴らしい部分です。

AK4490は、入ってきたデータそのままDACで変換してしまうため連続性がないI2Sが入るとポップノイズが出てしまいます。 とくにPCMとDSDの切換え時は盛大なポップノイズを出していました。そのためCombo384のミュート信号を見て即座にリレーを撥ねています。

ちなみにHDMI-I2Sの方はミュート信号もないため、入ってきたデータそのまま変換されます。 曲中に選曲をすると信号の連続性がないので「パチ」というポップノイズが出ることがあります。

CS8416ですか。
メインシステムのDAC作った時に2個買ったのを思い出しまして、部品箱をあさったらTSSOPが一個出てきましたんで、これでDAI基板作っておこうかな。

天 婦羅夫さん

CS8416を既にご使用になっていたとはさすがです。 私も部品箱にCS8412が眠っているハズです。95~96年くらいなので、もう四半世紀です。。。

恐縮です。 お薦めになってたのでそのまま購入しただけでして。
こんな高品質な物だとは思いもよりませんでした(笑)

たかじんさん、みなさま

たかじんさんのおすすめもあり、お気楽さんのキットはオクに出すことにして、こちらを2つ手に入れました。 2つとも同軸で使用予定です。

>元々ついているチップ抵抗は1005サイズですが手持ちの抵抗は1608サイズなので、半田付けはちょっと難しかったです。

見た瞬間に、「だめだこりゃ(死語)」 と思いました。 1608の75Ω買っておいたのですが、1005 を買い直します。

掲示板の情報から、こちら2つの電源を BlueSnow DAC本体からとるのは難しそうなので、ユニバーサル基板で電源を組みます。  トランスどうしよう。 容量が小さい Nuvotem Talema かなぁ・・・。


天 婦羅夫さん

ジッターのスペックだけなら他社が上手なんですけどね。曲の頭、曲の最後、サンプリングレート変更の瞬間などで真価を発揮します。


n'Guin さん

75ΩはGND側に落とすところなので、リード品でも大丈夫だと思います。
CS8416は、8ch入力切換があるので、ホントは複数枚なくても切換できるようになるんですけどね。
基板上でうまくICのピンを持ち上げできれば、入力チャンネル数を増やせるかもしれません。

CS8416はまだあるのかと見てみましたが、単体は在庫ゼロですね。
ふと思いついてTPA3255はどうかと見ましたが、これもゼロでした。
なんかこう、いろいろないですねぇ…

たかじんさん

> 75ΩはGND側に落とすところなので、リード品でも大丈夫だと思います。
言われてみて、気がつきました。 お恥ずかしい限りです。
RCA端子のところにつけても大丈夫なわけで・・・・

だいぶ気が楽になりました。

n'Guin さん

そうなのです。
本当ならば、入力部でも絶縁トランスを使って受けるのが望ましいのですが、近年のデジタルオーディオ機器では省略されていることが多いです。
出力側で絶縁していることを前提にしたSPDIF入力となっています。(データシートも)

ところが、いい加減なSPDIF出力機器(DDコンバーター等)もあって、ちゃんと動作するかは、もはや運任せです。

たかじんさん
すみません、ここにつけてしまいました。

Bluesnow DAC完成はしましたが、動作がおかしいようです。
掲示板に概要を記入しましたので、お時間がある時にご一読くださるようお願いします。

天 婦羅夫さん

返信遅くなりましてすみません。
マイコンが怪しいようでしたら、もう一度書き込んでお送りいたしますので、メールにてご連絡ください。予備のマイコンは沢山ありますのでご安心ください。

たかじんさん
ありがとうございます。
まずは点検してみます。

天 婦羅夫 さん

I2C通信周りが怪しそうです。 

たかじんさん

I2Cを電源オンからデコードしてみました。結果のデータは掲示板に書きましたが、
OLEDはACKを返すものの、U2が返さないのでマイコンは同じデータを再送し続けているようです。
長く録れなかったのでU1に矛先を変えるかわかりませんが、きっとやらないんですよね。
U2のハンダがまずいのか、U2が壊れたかでしょう…

天 婦羅夫さん

I2C通信まわりっぽいですね。R10、R11の3.3V供給もご確認ください。AK4490に3.3Vロジック電源が供給されていないと動作しません。

あとはルーペで見てもはっきりしない部分の再ハンダですかね。 近年のICは、温度調整つき半田コテで適切な温度に設定していれば、簡単に壊れるということは無いと思います。

たかじんさん
R10、R11の両側共に3.3Vを確認しました。

ハンダですかね。一度溶かし直してみます。
使ってるコテは温調で340度くらいにしてました。

天 婦羅夫さん

見えにくい箇所に半田ショートがあったりするのかもしれません。 周囲に背の高い部品があると、半田コテが入りにくいところも出てきますので慎重に行ってください。
フラックスを再度塗ってからコテで当たるとよいかもしれませんね。

半田コテの温度は、370℃近辺(共晶はんだ)で使うことが多いです。 低くし過ぎると半田が粘ってブリッジしやすくなります。
ただ、熱をかけすぎないように、連続3秒以上は当てないようにしています。

たかじんさん
わかりました。 U1のハンダ不良で接触が保持されてないようです。
U1を押し付けて電源を入れたらLEDが各色に変わって、Vol表示(?)まで行きました。

さて…電解コンデンサとか取り外すかな。

天 婦羅夫 さん

原因がはっきりして良かったですね。
DAC ICの不良ではないことも判明していますから、完成までもう少しですね。
掲示板に自分の場合を書きましたが、けっこう悩みました。
ぜひ慎重に作業してください。完成報告を待ってます。

n'Guin さん、ありがとうございます。
ご心配をおかけしました。
ハンダ付けの時に上から押さえてなかったですね。
もしかしたらハンダクラックができたのかもしれません。

最初の一度だけ動作したので、すぐにここに着目すぺきでした。
鈍ったなー(笑)

天 婦羅夫 さん
原因が判明されたようで本当に良かったですね。
これで完成されることを祈ってます。

天 婦羅夫さん

おお。ICを手で押さえるという技があるとは。。。
とりあえず、ダメそうな場所が特定できてよかったです。


n'Guinさんの

完成したと見せかけて、吹っ飛ばして、そのあと復旧させるテクニックは素晴らしいです。

たかじんさん、皆さん
ありがとうございます。

手で押さえるのは仕事で時々やってました。
OSが立ち上がるまでDiMMソケット押さえてたとか、チップセット押さえてたとか(笑)

トランスの重みで持ち上げたり置いたりしたときに基板がたわんで、ハンダにクラックが入って浮いたんでは?と思い、ちょっと押さえて見ました。
表面実装ものはハンダが薄いんで槍勝ちだったのを忘れてました。

吹っ飛ばして復旧は自信ないです。

天 婦羅夫さん

IC押さえつけテクニック、よく使われていたのですね。 

私も、回路がうまく動いていないとき、トランジスタの頭を指先でちょんちょんと触って熱いトランジスタが無いか確認したりってのはやってました。 やけどしそうなくらい熱いのがあったり(笑)

0.5mmピッチくらいのICだと、ルーペで見てもついているようにしか見えないってこともありますしね。 半田コテで再度溶かし込みで行けそうな感じですね。 手前の電解コンデンサが邪魔なので、一度とった方が作業はしやすいかもしれません。

たかじんさん
なんか情けない話ですが、基板が薄いとBGAとかヒビがはいることがありますね。
熱いのは仕事場だと急冷剤使ったりしますが。

Blue Snowのオーディオ出力は、アンバランスなら+RとGND、+LとGNDでいいんですか?

天 婦羅夫さん

不具合で熱くなっているトランジスタを探す手法です。手で触ると動作が不安定な回路も見つけられたりしますね。

薄い基板でBGA は良く不具合出さないで動いていますよね。携帯機器あたり。感心します。

アンバランスの出力はその通りです。

たかじんさん
ありがとうございます。

combo384で音出しまでいきました。 これはいいですね。
ケース考えないと、裸で移動させるとまたハンダクラックしそうで。

天 婦羅夫さん、音出しできたようで良かったですね。
私も音出し成功してからは今まで聴けなかった音域でのストリーミングの世界が拡がり、殆どこのBlue Snow DACを通して聴いています。トランスが入荷しないので我が機は未だ裸状態ですが、ケースに組み込まれましたらまたご紹介ください。よろしくお願いします。

天 婦羅夫さん

基板完成、おめでとうございます。  
トラブルシューティングが、素晴らしいです。 問題点がわかるまで、手を出さない。 ぺるけさんのトラブルシューティングの本にも、ベテランの直し方だとあります。 

# 私は単なるチェンジニアで、よく正常部品を交換するなど、無駄なことをしています。

バラック動作時に、フロント基板にご注意を。 フロント基板が AC 入力近くにあるのを気にしないでいて、スパークして,一回吹っ飛ばしてしまいました。

エムタクさん、n'Guinさん、
ありがとうございます。

金属加工は苦手でして、思ったようなものがなかなかできないのが悩みどころです。

ぺるけさんの本は知りませんが、自分で目撃した状態から妄想するだけです(^^;
基板を四隅だけで支えてたので、トランスを2個乗せるとたわんでしまうのでちょっと危惧してましたが、やっぱりって感じです。厚いから大丈夫かと思ったんですが…

最後にやってた仕事がトラブルシュートなんで職業病なんでしょう(笑)
基本わたしもチェンジニア出身なんで誘惑はありますが、根性が足りないんであまり交換する気にならなくなりました。
フロント基板は電極を絶縁してトランスの上に貼っておきます。

木村哲さんはWEBの毒を吐く部屋で
「不具合のほとんどは半田付けの不良だから部品のせいにしてはいけない」旨の文章を書かれていますね。
つい、ニヤッとしてしまいました。(文章も軽妙で読みやすいし)

半田付けについての雑感を少々。

私の電子工作は中学1年の頃から始めた全くの遊びですが、始めた頃は根拠のない自信を根拠に部品を変えてしまいがちでした。ラグ版で組んでいたので部品交換がとても簡単だったという面もあったように思います。

1970年代は、アマチュアが入手できる部品には不良品が混ざっていることもあったとは思いますが、私の工作の不具合の99%位は、結線の誤り、定数違い部品の付け間違い、イモ半田(鬆入り)だったと反省しています。
特にイモ半田は初心者にとっては天敵のようなもので、半田ごての温度はすぐに適温を越えて高温化するし、半田の状態の変化は掴みにくいし、長時間半田ごてを当てていれば解決するかと思いきや、半田は粘り気が出てきて表面張力が増えるからなのかイモに変化するし。
何度も失敗をしていましたが、ある日偶然に半田の表面状態の微妙な変化に気付くことが出来たあたりから失敗は減ってきたように感じています。

今はセラミックヒータ式でこて先が替えられ、温度調節機能が搭載された便利な半田ごてがあるので大分ハードルは下がったものの、Pbフリー半田の濡れ性の低さと再凝固後の硬さは厄介ですね。イモ半田にならなくても鬆入りになりやすいな、と感じています。
対策として、端子ピッチが狭いICの半田付けでは、Pb-Sn共晶半田を採用し、半田付け後に温度設定を1段上げて短時間のこて当て、をルーチンにしています。感覚的ではありますが鬆の排除が出来ているのではないか、と思っています。

全くの余談ですが、
会社で40代のマネージャが実験装置の配線作業で「半田付けは不確実で強度不足になるからカシメ留めしろ」と指導しているのをみてのけぞったことがあります。
イモ半田しかできない人が最善状態を知らず、改善の可能性すら発想できないのか!?と思った次第。
職場は研究開発部門だったので製品に直接関わらないのですが、指導層の認識がおかしくなってきているのでは?と感じた1件でした。

天 婦羅夫さん

トラブルシューティングのプロでしたか。さすがです。 自分の設計したものではないモノは、なかなか厄介です。私はあまりセンスがないので野生の勘が頼りです(笑)

BlueSunowDACは四隅のビスだけではたわみます。なのでトランス周辺の5本は必須と思います。


エムタク さん

BlueSunowDACを堪能されていらっしゃるようで嬉しいです。私もケースに入れておらず、そろそろ何か考えようかと思っています。


n'Guinさん

AC部にOLED基板を接触させてスパークを飛ばした事件からの復帰は、本当にしびれました。事件そのものも、ちゃんと復旧させるところも。

何かに失敗すると心が折れて諦めてしまう人が多いと思うのですが、皆さんの粘り強さには本当に感動します。


sawanoriichi さん

確かに、昔の「やに入りハンダ」と「ニクロム線のヒーターのコテ」は難しかったですね。
あれに比べると今のPbフリー半田とセラミックヒーターのコテの方が簡単と思うくらいです。 

自宅では共晶はんだを使っていますが、会社では先輩方が色々検証したなかで使いやすいPbフリー半田を選定して使っています。
ホーザンのHS-312 というものです。 殆ど共晶はんだと同じような使い心地です。Sn-3Ag-0.5Cu なので銀が多めなタイプです。フラックス成分も良いんだと思われます。

> 会社で40代のマネージャが実験装置の配線作業で「半田付けは不確実で強度不足になるからカシメ留めしろ」と指導しているのをみてのけぞったことがあります。

「素人ハンダ」よりは「素人カシメ」の方が安心感があるといった感じでしょうか。 配電盤の類は、配線をミスったり、機能変更で入れ替えたりするので、端子台と丸端子を使う事が多いかもしれません。でも理由はハンダの強度うんぬんではないですよね。

たかじんさん
いやいや、ナンチャッテですよ。
運だけでやってましたので大口2件ふっ飛ばしました(^^;

たかじんさん、上記の件ではお世話になりました。

一つ質問がありまして、ここに繋がせていただきます。
MUSES8920以降の2SC2655と2SA1020で組まれた部分ですが、トランジスタは無作為に選んでいいでしょうか。
ダイヤモンド・バッファとはちょっと違うようで、ベース同士が繋がっているわけではありませんが。

すいません。
ベース同士~のところは間違えて書きました。
「いずれかのトランジスタ同士の熱結合は必要でしょうか」とします。
失礼しました。

天 婦羅夫さん

出力バッファ部分はトランスリニアバイアスです。
hfeで選別してもおそらく効果は少ないので無選別でOKと思います。 熱結合はした方が正確なバイアスが発生すると思います。
私は向かい合ったトランジスタ同士を密着するくらいで、銅箔テープで包むようなしっかりした熱結合はしてません。

たかじんさん
ありがとうございます。
実はQ17が熱暴走しがちみたいで、時折かなり熱くなり、出力端子のPとG間で25mVくらい出ることがあります。 PRT01があると保護が働いてしまいます。

Q5とQ18とくっつけると落ち着くかと思いましたが…

天 婦羅夫 さん

Q17の熱ですか。 暴走するほどの発熱はないハズなのですが50~60℃くらいまでは上昇します。

また、殆どオフセット電圧はでないハズです。もし、熱結合してもQ17が熱いとか、DCが発生しているというときはこの部分のトランジスタ6個全て交換してみた方が良いかもしれません。ちょっとおかしなモノが混じっている可能性もあります。

Q17だけ熱くなったり冷めたりですね。
温度計がないんで度数は不明ですが。
コンデンサ入ってるんで電圧は出ないはずですが、その熱い時だけ出てるようで…
Q17だけ変えようかと思ってましたが、このバンク全体を替えた方がいいようですね。

天 婦羅夫さん

なるほど。もしかしたら発振しているかもしれないですね。
このトランジスタは全般的にhfe 低めで発振しにくいのですが、高めなものがたまたま混じってしまったのかも。
ちなみにダイオード接続してあるトランジスタのhfe は全く関係なくVbe電圧のみ関与します。
なので一個づつ交換する時は、前段->後段の上下という順番が良いと思います。

たかじんさん
度々、ありがとうございます。

Q5、Q6、Q17、Q20を替えました。が、ダメでした。
どうやら周辺のハンダがまたもあやしいのかもしれません。
電圧を見るためにトランス側を下にしてPCBを立てたら発生頻度が下がりました。
ちょっと調べてみます。

天 婦羅夫さん

基板を縦て運用するしかないっすね(笑)

冗談はさておき、どこかに半田不良がありそうな気配です。 やはりAK4490周りでしょうか。

たかじんさん
縦はさすがに邪魔過ぎっす(笑)

C24を換えて一時間半は無事に動きました。 Q24が曲がってるのに気付くまでは。
直そうと動かした途端にPRT-01がトリップしまして、その後3回発生。
明日はまたハンダ作業です…

たかじんさん

Q24にハンダ追加してアルミ板にネジ穴開けてPCBを固定しました。
初めの頃にやっときゃよかった。
2時間運転しましたが、上記の問題は出ていません。
色々お騒がせしました。

天 婦羅夫 さん

良かったです。うまく起動しないところから始まって完全動作までの長い道のり、ご苦労さまでした。
あとはゆっくり音楽を楽しんでください。

たかじんさん
ありがとうございます。
結局のところ、PCBの扱いが悪くて歪ませてしまったのが原因で色々出てたようです。

天 婦羅夫さん

たしかに基板サイズが大きいので、基板をベースに固定しておかないと事故が起きますね。AC100Vもきていますし。

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