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定電圧電源3台を用意して、早速USB-DACキットに繋いで、動作確認を行った。キットに必要な電源は3.3Vが2つ(それぞれアナログ回路とデジタル回路用。アナログ回路とデジタル回路はGNDがフローティングしていて、共通電源は使えないようだ。)、±6V(オペアンプ用。自分の考えでは15V以上)が1つ。

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しかし、通電したらいきなり発振していることがわかった。オペアンプ用電源は30mA以上の電流を流したから。そのことは当初の±20Vだけでなく、±6Vでも同様だった。オシロを出力に繋いで確認したら、約400kHzの正弦波が観測された。

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とても単純な回路なので、問題は出力に設けられたフィルタにあると判断した。つまり、フィルタは出力とGNDとの間に0.022uFのコンデンサで構成されていて、昨日の半田付け作業では、オペアンプ出力用LC(R13, C21, R15, C22)を省いたので、コンデンサ0.022uFが直接オペアンプ出力に繋いでいることになった。それがオペアンプの発振を引き起こしたわけだ。

省いたR13, R15 (=100Ω) を付け直したら発振が収まった。そのRとフィルタがLPFを構成していることになり、カットオフが約70kHz。

USBケーブルをPCに繋いだら、問題なく認識された。その歳、各電源の流す電流は以下のとおり。デジタル用電源3.3Vは約17mA、アナログ用電源3.3Vは約7mA、オペアンプ用電源±20Vは約10mA。自前の電源はその倍以上の容量にすればいいだろう。

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PC上、ソフトWaveGeneで矩形波を出して、オシロで波形を確認したところ、以下のものが得られた。秋月キットとほぼ同等かな。

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これで一件落着のようだが、アンプに繋いで聴いたら、それほど満足できる音質ではなかった。なんというか、声がこもっている。じっくり聴いたわけではないが、出力部のRとフィルタがおかしくしていると疑っている。フィルタはあくまでもおまけであって、LPF的な使い方は不思議。

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今回選んだのは共立のUSB Audio DACキット。PCM2704を使っていて、基本的には秋月キットと同様だが、出力段にオペアンプOPA2604が付いていたり、デジタル電源をアナログ電源と分離していたり、音質には期待できそう。なによりもIC以外にはチップ抵抗やチップコンデンサがなく、パーツの交換はより自由になる。

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半田付けは数時間で終了。いくつかの変更をその間施した。

①出力コンデンサC21, C22 (=1uF)を省略。自作アンプはすべて入力段にカップリングコンデンサが入れてあるので、不要と判断。ついでに、ショート保護用抵抗R13, R15 (=100Ω)も省略。オペアンプ自体に保護抵抗が内蔵されているし、入れるのであれば、オペアンプの出力ピン1, 7の直後に入れるべきだと思うから。

②PCM2704のDCオフセットをカットするコンデンサ C10, C11, C26, C27 (=0.1uF) を1uFにした。R10, R12 (=100kΩ)とHPFを形成しているが、カットオフ周波数をもっと下げたいので、①で省いたコンデンサをここに入れる。

③バイパスコンデンサC23, C24 (=47uF/25V) を100uF/35Vにした。オペアンプOPA2604の供給電圧は±6Vにしてあるが、恐らく良い音質にするには、電圧は15V以上、できれば、限界の24Vにしたほうがいいと思う。そのために、耐圧25Vではギリギリで、ワンランク上の35Vが必要。

④オペアンプのゲインを決める抵抗R17, R18, R14, R16を小さくした。51kと100kが使われているが、自分の感覚では抵抗値が大きすぎる。そこで、R17, R18を10k、R14, R16を20kにした。なお、発振防止コンデンサC1, C2 (=22pF) については容量がそのままだが、温度補償セラミックではなく、ふつうの積層セラミックにした。

明日に取り敢えず3.3V電源x2、±20V(オペアンプ用)を用意して、鳴らしてみる。キット専用電源はこれからつくる。

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立て続けにパワーアンプをつくったので、暫くは休む。音の評価に時間がかかるし、これっといった作るべく回路が見当たらない。それよりも音源の問題を先に解決したい。CDで聴いているが、FMや他の音楽ソースはPCにあるので、USB-DACは必要。秋月キットはデジタルアンプに組み込んだし、超小型サイズだけに、そのキット自体はそれほど弄れる箇所が少ないので、新たに他のUSB-DACキットを物色する。

USB-DACキットならあっという間に出来上がるが、横幅430mmのケースにしまうには、それだけでは寂しすぎる。ということで、ヘッドホンアンプをおまけとして付けることにしたい。ヘッドホンで音楽を聴くことはほとんどしないが、音源を評価する意味であったほうが便利。

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朝からUSB-DACをチェックしている。PCから テスト信号発生ソフトWaveGene により、正弦波や矩形波を発生させ、オシロでDACの出力波形を確認するという手法。

電源5Vおよび3.3Vをまず確認したところ、約6mVのノイズが乗っかてる。ケミコン2000uFをつけてもノイズの低減に貢献しないことから、DAC ICの内部から発生したものと推測した。

矩形波の応答は極めて悪い。1kHzに対してはまあまあだが、5kHzでは既に破綻しはじめ、10kHzに至っては話にならない。低価格なので、その辺は限界かもしれない。

ということで、今回の2704は決して満足のできるDACではない。模索の旅は続く。

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秋月DACキットには、Ti/BB社のPCM2704というICを使っている。そのデータシートを読まないと話が始まらないので、勉強しているところ。

<PCM2704(一部は代表値)>
 USB1.1とコンパチブル
 バスパワー or セルフパワー(キットではバスパワー)
 サンプリングレート:32, 44.1, 48kHz
 16ビットΔ-ΣステレオDAC
 THD+N:0.006%(RL > 10kΩ、セルフパワー)、0.025%(RL=32Ω)
 ダイナミックレンジ:98dB
 S/N比:98dB
 チャネルセパレーション:70dB
 オーディオ出力電圧:0.5xVccp = 0.5×3.3 = 1.65V
 負荷インピーダンス:(ライン)10kΩ、(イヤホン)32Ω
 消費電力 12mW(RL=32Ω)

高調波歪みの低減には、セルフパワーや、負荷の軽減が有効策のようだ。

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手軽だし、パーツを自分で取り替えることがある程度可能な USB-DAC として、取り敢えず秋月電子のキットを選んだ。予想はしていたが、実物をみたらやはりサイズが小さいと落胆。

使い捨てならいいかもしれないが、パーツを取替えたり、機能モジュールを追加したり、個人が楽しむには、このサイズじゃ相当厳しい。

ハンダ付けする部分は少ないが、数時間をかけて完成した。

ケミコンC11, C14, C17をOSコンに、C16を10uF積セラに変えた。スペースがなく、これ以上の変更は自分には厳しい。キット付属のC3, C4は質の問題もあり、不採用にした。また、カップリングコンデンサのC5, C6も不採用。デジアンに同じ役割のコンデンサが入力段についているから。RCAジャックは金メッキではなく、躊躇していたが、いいやという気持ちでつけた(手持ちがないし、再注文も面倒)。

キット付属品から使ったのは、金属皮膜抵抗4本、クリスタル発振子、およびRCAジャック。

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PCとUSBケーブルで繋ぎ、デジアンとRCAケーブルで繋いだら、PCにドライバが自動的に追加され、再生デバイスUSB Audio DACとして難なく認識された。PCの音量をほぼ最小に絞っても結構大きな音がスピーカから流れてくる。細かな調整は週末にやろう。