こんにちは。tsuboです。
ここ何十年かの音楽リスニング環境における再生機器の変化ってすごいですよね。改めて書くことでもないですが。
すでに、我が家にはレコードプレイヤーもカセットプレイヤーもCDプレイヤーもDVDプレイヤーもないです。うん。無いな。
最近、音楽はPCやスマホで再生してBluetoothやらDACやらを通して再生してます。
というわけで、以前ブレッドボードで組んでいたCM6631A＋PCM5102AのPC用Hi-Res DACをちゃんと組み立ててみました。
回路図などの詳細は書きませんので興味のある方は記事をキーワードに検索してみてください。
2022-09-23 追記：android(pixel 6a)でも認識しました。
ブレッドボードのDAC
以前 ラズパイ用に購入した PCM5102Aがあり、これをPC用のDACに転用しようと思って2019年6月頃にCM6631AのDDCを購入しました。
接続はこんな感じ。
[PC]-(USB)→[CM6631A] -(I2S)→[PCM5102A]→アンプ
でPCM5102AとLPFをブレッドボードで組んで、チョコレートの空き箱（プラ）に入れて利用しておりましたが、それから早1年以上が経ち....
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| CM6631AとPCM5102AのバラックDAC |
ちょいちょい接触不良があったりで、そろそろちゃんとした箱に入れんとなぁと思っておりました。
※以下に書いてあることが正しいという保証はありませんので悪しからず。
※参考にする場合は自己責任でお願いします。
PC用DAC主要部品
CM6631A(DDC)
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| CM6631A DDCボード |
CM6631AのDDCボードはアマゾンで購入しました。3000円くらいだったかと。
USB 2.0規格で動作し、このボードにピンヘッダを付けるだけ（写真はすでにつけた状態）でS/PDIFとI2Sが取り出せます。
I2Sは16/24/32bit 192k/176.4k/96k/88.2k/48k/44.1kHzをサポートしており、Windows10であれば特にドライバを入れなくても認識してくれます。
USBがTYPE-Bなのでちょっとでデカいです。
PCM5102A(DAC)
いつ購入したか定かではありませんが、 秋月電子通商のPCM5102A DIP化キット[AE-PCM5102A]です。現在の価格で500円です。
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| PCM5102A（ピンぼけ） |
32bit 384KHzまで対応しています。
少ない外部部品で動作するので取り扱いが楽です。また、2.1VRMSの出力でLPFをつければそのまま使えます。
ケースと基板
ケースですが、だいぶ前に「ヘッドホンアンプでも作ってみるか」とそれ用に買ってみたもの箪笥の肥やしになっていたタカチのMXシリーズのこちらを使います。
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| タカチ MXシリーズのケース |
基板についても手持ちにあった、サンハヤトのICB-288Uを使います。
この基板の幅が72mmでケースの基板差込溝にキレイに収まるサイズだったので。
当然ですが、シンデレラフィット！
設計と部品配置
DDC部
PCからの入力部分となるDDC部ですが、設計と言ってもCM6631Aはボードになっているので特になにもしません。
ただ、USBはType-Bで今回のケースだとちょっと大きいです。もう少し小さいものにしましょう。
マイクロUSBのコネクタにしようと思ったのですが、ストックには電源供給用専用のMINI USBしかありませんでした。他にないかと物色していたところ、なぜか秋月の「USB Type-CコネクタDIP化キット（シンプル版）」[AE-USB2.0-TYPE-C]が転がってたのでこれを使うことにします。
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| USB Type-CコネクタDIP化キット（シンプル版） |
DAC部
PCM5102Aの部分については、
TI社のデータシート通りです。
出力以外は 10.Applications and Implementation に載っている通りにしてます。
電源
アナログ用、チャージポンプ用とディジタル用で3.3Vを用意する必要があるのですが、データシートを見ると32mA、最大45mA位のようなので、とりあえずCM6631A上のAM1117から引っ張ってきます。（悪い例。本当は別で用意したほうがよいですね）
CM6631AボードからそのままI2Sを突っ込みます。
出力
470Ωと2.2ｎFのCR LPFが回路図に書いてあります。
カットオフ15KHzくらいのようです。これを今回もぺるけさんの
こちらのページを参考に変更し、RLC型のLPFとしました。
大川電子設計さんの
フィルタ計算ツールで計算するとこんな感じです。
カットオフ周波数 40.41[KHz]
Q 0.796
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| 周波数解析
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RACジャックも基板用の物しか持ってなかったのでそれを使うことにします。
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| 一応分類してあるつもりですが、ごちゃごちゃ
探しても欲しいものはなかなか出てこず |
複雑な回路ではないですが、手書きでメモも作ります（あとで配線チェックに使う）。
メモをもとに基板に載せるとこんな感じです。LPFのインダクタはお互いの場所を極力離してレイアウトします。
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| 実装イメージと製作メモ |
製作
はんだづけ
DAC部をユニバーサル基板にはんだ付けします。
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| はんだ付け（この後電源とLEDなどの端子を付けてます） |
はんだ付けが終わったら、手書きのメモ、データシートをもとに配線チェックをします。
配線漏れ・誤りを見つけたら修正します。
配線をチェック＆修正したら、ケースに入れる前に動作確認。
写真は撮り忘れましたが、問題なく動作しました！
ブレッドボードで鳴らしていた時より音がイイ！気がします。
気がするだけ？ LPF変えたからかな？
ケース加工
今回は加工部分がプラなのでラクラクです。
基板をケースのスリットに差し込み、現物合わせでマジックなどで印をつけ、タケノコドリルでエイっ！
USBの横穴もドリルで横に穴を３つあけて、間に彫刻刀でガスっ！っと繋げます。
あぁ、適当。
フロント側は3mmLED用の穴を２つ（USB通電および、DDC通電確認用）あけます。
出来上がり。
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| 適当なケース加工
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組み立て
動作確認が終わったら、ケースに、作った基板、DDCボードを配置します。DDCのボードは片側はケースの基板用スリットに、もう片側には足を付けます。
そのあと、グルーガン(ホットボンド）で固定します。
本当は底面に穴開けて皿ネジ使って固定した方がよいです。
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| 組み立て
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上記写真にはありませんが、この後USBのCC1,CC2に忘れてたプルダウン抵抗を付けたりしています。
出来上がりました。
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| 出来上がり（背面） |
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| 出来上がり（前面） |
動作確認と簡単な測定
とりあえず出来上がって動作も確認できたところで、一旦ケースをばらして測定してみます。
サンプリングレート
foobar2000で、48KHz、96KHz、192KHzを再生して、LRCLKを見てみます。
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| サンプリングレート確認
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ちゃんと動いているようです。ヨシヨシ。
周波数特性
１KHz, 10KHz, 20KHz, 22KHz, 40KHz, 80KHzを出力してみます。
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| 出力波形（横軸のスケールが違います） |
出力は、２Vrmsで、20KHz,22KHzで若干落ちてますがおおむねフラット。40KHzで-3db、80KHzで-9.3dbとなりました。大体設計通りです。
完成
とりあえずこれで完成です。
今後改良するとすれば、まずは電源でしょうか。
暫くはこれを使って音楽を聴くことにします。
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