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DAC51X2 基板 DAC51X2 for High Resolution Audio DAC with

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<編集日:R2 2014.11.1>
DAC51X2 基板
DAC51X2 for High Resolution Audio DAC with DUAL PCM51X2
製作マニュアル
<注意>
本キットをつかって生じた感電、火災等の一切のトラブルについては、当方は責任を負いませんのでご了承
ください。また、基板、回路図、マニュアル等の著作権は放棄していませんので、その一部あるいは全体を
無断で第3者に対して使用することはできません。
1.はじめに
本基板は TI 社の PCM5102 を使用したハイレゾリューション再生を可能にしたオーディオ用 DAC です。
多くの高性能 DAC、たとえば PCM1794 や ES9018S などが差動出力構成としているのに対して PCM5102 では
シングルのステレオ出力となっています。差動出力とすることのメリットは素子内でのコモンモードの出力
変動やノイズが外部の差動アンプによりキャンセルが可能となり、S/N 向上への寄与が期待できます。そこ
で、本基板では PCM5102 をモノラル駆動とし差動出力構成とするため、入力データをあらかじめ変換して DAC
素子に送り込んでいる点に最大の特徴をもっています。
また出力に差動アンプを設けることは高出力インピーダンスである PCM5102 自体の出力負荷を下げる効果
もあるのと同時に、オペアンプによる低インピーダンス出力は外来ノイズに対する耐性も向上します。
この DAC においては PCM5102 の特長である MCK(マスタークロック)が不要である点から、Raspberry Pi(以
下 RP)との接続も容易です。そのため、RP の出力と接続しやすいピン配置のコネクタも設けています。 本
基板でハイレゾリューション出力を持つ DAC が容易に構成できると思います。
完成例
差動構成のイメージ
2.機能&仕様
主使用素子
機能
入力
出力
必要電源
基板
表 主な仕様
PCM5102(PCM5101,5100 も使用可能)。
※パタンレイアウトから PCM512n、PCM514n も搭載可能(n=0,1,2。動作未確認))
。
ハイレゾ再生可能なステレオ DAC
PCM 入力(I2S フォーマット)。入力コネクタ×2
アナログ出力(ステレオ)
+3.3V 150mA 以上 、±8~15V 50mA 以上
FR4、70μm 銅箔厚、金フラッシュ、寸法 81.28mm×119.38mm
3.基板端子
3-1.基板端子
下表に基板端子の機能を示します。
No
P1
P2
P3
P4
P5
P6
P7
P8
P9
P10
P11
P12
機能
VGND
V+
LOUT
GND
GND
ROUT
Vdd1
GND
Vdd2
SEL
GND
表 基板端子機能
説明
備考
OP アンプ用負電源
OP アンプ用アナログ電源(±8~15V 程度)
電源 GND
OP アンプ用正電源
左 Ch 出力
オーディオ音声出力
信号 GND
信号 GND
右 Ch 出力
3.3V 電源(DAC 側)
ディジタル部電源入力
電源 GND
3.3V 電源(変換ディジタル回路側)
入力選択
P11 を開放
:CN2 を選択(PCM-IN)
GND
P11 を P12 に接続:CN1 を選択(RaspberryPi-IN)
3-2. コネクタ機能
(1)CN1
CN1 は PCM 信号入力コネクタの1つです。とくに Raspberry Pi TYPE B の P6 とストレートに接続可能なピ
ン配置となっています。下表にコネクタ配置を示します。
PIN
1
3
5
7
機能
NC
LRCLK
DATA
GND
表 CN1 コネクタ配置
PIN 機能
2
NC
ワードクロック入力
4
BCK
データ入力
6
NC
GND:信号リターン
8
GND
説明
説明
ビットクロック入力
GND:信号リターン
Raspberry Pi の P6 については、部品面にピンを配置した場合の並びを想定しており、Pin1 が「3.3V」にな
ります。下図の並びと CN1 の配置が一致するようにコネクタの向きを設定ください。
3.3V
LRCK
BCK
DATA
GND
GND
図 Raspberry Pi の P6 の機能配置
(2)CN2
CN1 は PCM 信号入力コネクタの1つです。標準的な PCM 信号の入力配置(DATA、LRCK、BCK、SCK)になって
います。
表 CN2 コネクタ配置(PCM 入力)
PIN
機能
説明
PIN 機能
説明
1
DATA
データ入力
2
GND
GND:信号リターン
3
LRCLK
ワードクロック入力
4
GND
GND:信号リターン
5
BCLK
ビットクロック入力
6
GND
GND:信号リターン
7
SCLK
システムクロック入力(MCK)
8
GND
GND:信号リターン
9
N.C
(*1)
10
N.C
(*1)
(*1)コネクタの Pin9,10 は 3.3V 電源の共有化に使用します。共有使用する場合は CN2 の直近の「Vdd」と記
されたランドからジャンパー線を接続します。
(3)CN3,4
CN3,4 は PCM5102 へのデータ入力チェック用のコネクタになり、通常は使用しません。本基板のパターン
から分かるように、たとえばディジタル回路部の出力のみを使用したい場合や、あるいはディジタル回路部
を使用せずシンプルに PCM5102 のみを使用したい場合などに使います。なおこれらの場合には不要な線の切
断が必要になりますので回路図ならびにパターン図を参照して、作業してください。
表 CN3,4 端子機能(PCM 入出力)
PIN
機能
説明
PIN 機能
説明
1
DATA
データ入出力
2
GND
GND:信号リターン
3
LRCLK
ワードクロック入出力
4
GND
GND:信号リターン
5
BCLK
ビットクロック入出力
6
GND
GND:信号リターン
7
SCLK
システムクロック入出力(MCK)
8
GND
GND:信号リターン
9
N.C
(*1)
10
N.C
(*1)
(*1)コネクタの Pin9,10 は 3.3V 電源の共有化に使用します。共有使用する場合は CN2 の直近の「Vdd」と記
されたランドからジャンパー線を接続します。
3-3.ジャンパー線
(1)SCK-L,SCK-R
これは通常は使用しません。PCM5102 の MCK(SCK)入力を強制的に GND に接続したい場合に使用します。
4.部品表
次表に部品表例を示します。
表
品名
抵抗
コンデンサ
IC
番号
R1
R2-5
R6-9
R10,11
Ra
C1-9
C10-13
Cb
Cp
IC1,2
IC3
IC4-12
IC13
IC14
IC15,16
規格
炭素皮膜 1/4W
金属皮膜 1/4W
金属皮膜 1/4W
金属皮膜 1/4W
チップ抵抗
電解コンデンサ
フィルムコンデンサ
チップコンデンサ
チップコンデンサ
ロジック
ロジック
ロジック
ロジック
ロジック
DAC
IC17,18
シングル OP アンプ
ハッチング部は基板キットに付属。
部品表(例)
仕様
47kΩ
4.7kΩ
2.4kΩ
100Ω
51Ω
47uF/25V
220pF
1uF
0.1uF
74245
7404
74594
7404
74125
PCM5102
OPA134A など
個数
1
4
4
2
15
9
4
8
26
2
1
9
1
1
2
3216 サイズ
2012 サイズ
LVC タイプなど
LVC タイプなど
AHC タイプなど
LVC タイプなど
LVC タイプなど
PCM5122,PCM5142 なども可(た
だし未確認)
2
5.接続例
(1)電源および出力の接続
次図を参照にして接続します。3.3V 電源は変換ディジタル回路側と DAC 側を共通接続としていますが、分離
しても構いません。OP アンプ用の電源は 8~15V 程度で供給します。電源は定電圧化された品質のよいもの
を使用してください。
DIGITAL/DAC
POWER
3.3V
OP-AMP
POWER
GND
-15V
GND
+15V
+
RIGHT
LEFT
-
AUDIO OUTPUT
+
図 電源および出力の接続例
(2)Raspberry Pi(TYPE B)との接続
下図を参照に接続します。Raspberry Pi から 8P フラットケーブルなどを使用して P6 コネクタより本基板の CN1
に接続します。CN1 を選択するために P11,P12 を接続させます。なお Raspberry Pi から本基板に 3.3V 電源
を供給することも可能とは思われますが、Raspberry Pi 側の電圧レギュレータの過加熱の心配もあるので、
避けたほうがいいでしょう。
8‐10Pケーブル
P6コネクタ( 右下がPin1)
CN1
選択
図 Raspberry Pi との接続
(2)DAI との接続
本基板は Raspberry Pi 以外にも PCM 出力を持った DAI(Renew FFASRC, Simple DAI for CS8416 等々)と
接続することができます。出力フォーマットは IS2 を選択してください。
下図は Simple DAI for CS8416 との接続例を示しています。
CN2選択
時は開放
10Pケーブル
IS2,256fsに設定(すべて開放)
図 Simple DAI for CS8416 との接続
6.基板パターン
(1)シルク
(2)部品面パターン
(3)半田面面パターン
7.編集履歴
R1 2014.10.31
R2 2014.11.1 部品表修正(Cb 追加)
8.付録(動作説明)
本基板の変換ディジタル回路は2つの DAC 素子(PCM5102)のそれぞれに L チャンネルのみのデータあるいは
R チャンネルのみのデータを分配して供給する機能をもっています。この回路の動作原理は下図に示すよう
に、データを 32BCK 分あるいは 64BCK 分だけシフトしたデータ列を作成し、それらから必要なデータのみを
抜き出して DAC 素子に供給しています。また DAC 素子の出力は差動出力となるように、片側のフレームのデ
ータは反転させています。たとえば L チャンネルでは LRCK が LOW レベルのきに L チャンネルデータをそのま
ま送出し、LRCK が HIGH レベルのときに L チャンネルを反転(INV)させて送出しています。R チャンネルにつ
いても同様です。
図 本基板でのディジタル回路のタイミングチャート
9.回路図(巻末)
©OKIRAKU AUDIO
14
Qh'
5
3
74125
2
4
9
IC14
10
P3
P6
P5
P8
P7
P10 P9
CN1
IDC10
Ra 51
3
Ra 51
5
7
9
9
8
7
6
5
4
3
2
A8
A7
A6
A5
A4
A3
A2
A1
B8
B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
11
12
13
14
15
16
17
18
10
Qh'
BCK
74594A
IC1
74245
PI-IN
13
12
CN1
5
5V
BCK
2
4
6
GND
8
10
P2
P1
P4
P3
P6
P5
P8
P7
P10 P9
1
3
5
7
SRCLR
3.3V
LRCK
DATA
GND
11
10
Qa
RCLR Qb
Qc
RCLK Qd
Qe
SRCK Qf
Qg
SRCLR Qh
Qh'
11
10
SER
Qh'
C
8
10
P9 P10
P8
P7
9
P6
P5
7
P4
Ra 51
Cp
13
12
11
10
RCLR
RCLK
SRCK
SRCLR
9
Qa
Qb
Qc
Qd
Qe
Qf
Qg
Qh
13
12
11
10
9
Qa
RCLR Qb
Qc
RCLK Qd
Qe
SRCK Qf
Qg
SRCLR Qh
Qh'
9
16
P10 P9
7
P7
P5
CN4
IDC10
3
15
1
2
3
4
5
6
7
17
SCK-L
18
19
GND
SCK
20
9
21
22
15
1
2
3
4
5
6
7
24
25
26
Cp
Cp
9
MAST
DOUT
ATT0
MODE1
ATT1
MODE2
ATT2
FLT
DEMP
SCK
AGND
BCK
AVDD
DIN
OUTR
LRCK
OUTL
FMT
VNEG
XSMT
CAPM
LDOO
CPGND
DGND
CAPP
DVDD
CPVDD
14
13
R-DATA
12
C12
220p
11
10
C5
47u
9
R8 2.2k
8
R5 4.7k
7
2
6
1
3
R4 4.7k
5
R11 100
ROUT
IC18
4
3
2
1u
1u
1u
1u
Cb
Cb
Cb
Cb
OPA134
C13 R9
220p
2
GND
2.2k
1
27
28
MAST
DOUT
ATT0
MODE1
ATT1
MODE2
ATT2
FLT
DEMP
SCK
AGND
BCK
AVDD
DIN
OUTR
LRCK
OUTL
FMT
VNEG
XSMT
CAPM
LDOO
CPGND
DGND
CAPP
DVDD
CPVDD
14
3
13
L-DATA
12
C10
220p
11
10
C4
47u
9
R6 2.2k
8
R3 4.7k
7
2
6
Vdd2
C2
47u
1
3
R2 4.7k
5
IC17
OPA134
4
3
2
1u
1u
1u
1u
Cb
Cb
Cb
Cb
R10 100
LOUT
GND
C11 R7
220p
4
2.2k
1
DAC 3.3V
Vdd2
C1
47u
PCM51XX
AGNS
DIGITAL 3.3V
15
1
2
3
4
5
6
7
OPA POWER
Vdd1
Vdd1
V+
C3
47u
GND
GND
V+
C8
47u
C6
47u
C9
47u
C7
47u
GND
5
9
V-
DAC51X2 for High Resolution Audio DAC
with MONAURAL USE PCM5102
74594A IC12
D
AGNS
IC15
74594A IC11
15
1
2
3
4
5
6
7
28
23
Qh'
IC7
27
PCM51XX
Ra 51
SCLK
74594A IC10
15
1
2
3
4
5
6
7
J
Ra 51
SCLK
B
P2
Ra 51
BCK
IDC10
A
26
Cp
15
Qa
RCLR Qb
Qc
RCLK Qd
Qe
SRCK Qf
Qg
SRCLR Qh
9
74594A IC8
9
25
14
8
10
P4
1
SRCK
8
P8
12
14
6
P1
RCLK
24
P6
13
14
4
P2
11
RCLR
SER
2
Ra 51
Qa
Qb
Qc
Qd
Qe
Qf
Qg
Qh
SER
13
12
ATOB
G
IC14
1
15
1
2
3
4
5
6
7
74594A IC6
1
19
4
23
10
14
Qh'
IC3
7404
GND
Qa
RCLR Qb
Qc
RCLK Qd
Qe
SRCK Qf
Qg
SRCLR Qh
2
22
10
11
11
8
12
R1 47k
9
9
21
P3
IDC10
1
Qh'
74594A IC9
2
74125
20
P1
13
IC2 74245
SEL
9
74594A IC5
7404
74125
IC14
P4
9
10
19
GND
2
P10 P9
Ra 51
7
Qh'
BCK
11
18
Ra 51
3
DATA+64BCK
P7
Ra 51
5
10
11
12
13
14
15
16
17
18
15
1
2
3
4
5
6
7
SCK-R
14
P8
Ra 51
3
B8
B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
12
Qa
RCLR Qb
Qc
RCLK Qd
Qe
SRCK Qf
Qg
SRCLR Qh
SER
10
P5
A8
A7
A6
A5
A4
A3
A2
A1
13
17
14
3
P3
P6
11
ATOB
G
9
8
7
6
5
4
3
2
15
1
2
3
4
5
6
7
SER
8
P4
1
19
Ra 51
1
IC13
1
SER
6
P1
16
Ra 51
12
14
4
PCM-IN
P2
12
SER
CN2
2
8
P3
4
DATA+32BCK
14
9
Qa
RCLR Qb
Qc
RCLK Qd
Qe
SRCK Qf
Qg
SRCLR Qh
SER
13
15
Ra 51
IC13 7404
I
1
IC16
CN3
IDC10
Ra 51
74594A IC4
7404
7404
6
2
IC3
P1
12
IC13
P2
10
IC13
DATA
74125
IC14
4
11
15
1
2
3
4
5
6
7
8
1
12
Qa
RCLR Qb
Qc
RCLK Qd
Qe
SRCK Qf
Qg
SRCLR Qh
SER
13
7404
9
1
13
LRCK(LJ)
3
LRCK
H
13
1
G
6
F
4
E
5
D
2
C
5
B
6
A
E
F
G
H
I
V-
J
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