AK4495 DACの設計と製作 (3) DIR9001 DAI基板

AK4495 DACシリーズ第3回、今回はDIR9001を使ったS/PDIF→I2S変換です。前回はこちら→AK4495 DACの設計と製作 (2) DAC基板
さっそく回路図です。

基板は秋月のC基板と同じサイズ（47×72mm）で作りました。ケース内の配置の関係上、低背にすることを心がけてみました（って、元々そんなに背が高くなる要素はありませんが）。ハンダ付けがやりやすいようにDIR9001用のパッドを少し長くしたら、長すぎてブリッジを起こしやすくなってしまい逆に難しかったです。過猶不及…

・S/PDIF入力

DIR9001はS/PDIF入力を1つしか持たず不便なので、4回路3ステートバッファの74VHC125を使った切替回路を付けて4入力を受けられるようにしました。

同軸ケーブルで送られてきたS/PDIF信号は、パルストランスで絶縁されたRCA IN端子（回路図左上）に入力されます。同軸ケーブルの特性インピーダンスに合わせて、トランスの2次側は75Ωで終端されています。この信号は0.5Vppしかないため、そのまま74VHC125に入力しても反応してくれません。しかし、わざわざ別のICを付けて増幅するのは面倒なので、図中のRV1とR2を使って適当な直流バイアスをかけてやり、74VHC125のスレッショルド付近まで信号を持ち上げることにしました。少々強引ですが、これで74VHC125がちゃんと信号に反応しバッファとして働いてくれるようになります。

RCA INの下のOPT INには光ケーブルで送られてきたS/PDIF信号を入力します。今回使った光受信モジュール（PLR135/T10）はきっちり電源電圧いっぱいの信号を出力してくれるので、バイアスをかけるような小細工なしに切替回路にぶちこめます。やったぜ。

・DIR9001まわり

DIR9001にS/PDIFを入力すれば、あとはほぼ何も考えなくてもI2Sが出てくる…というのは言い過ぎでしょうか。

DIR9001は出力フォーマットとMCLKの周波数をそれぞれ4通りの中から選択できます。全てピンヘッダとジャンパーピンで設定できるように基板を設計しました。

PLLのフィルタ部分（回路図のC2, C4, R3）には多少気をつかっており、チップフィルムコンデンサ（ECHU）と薄膜抵抗を使っています。また、データシートの指示通り、この部分のGNDは他の部品のGNDと混ざらないよう直接DIR9001のAGNDピンに戻しています。

24.576MHzの水晶が付いていますが、この水晶の発振を元に出力信号のクロックを生成するわけではないので、精度やジッタに気をつかう必要はありません。適当な安物でじゅうぶんです。

リセット端子（DIR9001のpin21）をプルアップする抵抗がないことに気付いた読者の方がいるかもしれません。この端子はDIR9001内部でプルアップされているので、これで問題ありません。

・電源

全て3.3Vです。DIR9001とそれ以外に分けて、NJM2863F33を2個使用しています。DAC基板と同様、チップフェライトビーズ（BLM18RK102SN1D）も多用しました。

・AK4495との組み合わせ

AK4495のデータシートにこんな記述があります。

「MCLK= 256fs/384fsのとき、Auto Setting Modeは32kHz~96kHzのサンプリングレートまで対応します。32kHz~48kHzのサンプリングレートでは、MCLK= 256fs/384fsでのDR, S/Nは、MCLK=512fs/768fsの時に比べて3dB程度劣化します。」

この情報は見逃せません。しかも、DIR9001のMCLKを512fsか768fsに設定すればいいだけの話ではないのです。というのも、下の表のとおり…

AK4495は、fs=88.2kHz以上ではMCLK=512fs/768fsに対応していないのです。

つまり、

fs=44.1kHz or 48kHzではMCLK=512fs

fs>48kHzではMCLK=256fs

と切り替えるのが良さそうです。これをDIR9001側で実現するのは、実は簡単です。

この回路を後付けするだけです。

fs=44.1kHz or 48kHzのときだけLになるFSOUT1をトランジスタで反転させ、DIR9001の内部でプルダウンされているPSCK1に接続します。PSCK0はHに固定しておきます。

こうすれば、上に挙げたように

fs=44.1kHz or 48kHzではMCLK=512fs

fs>48kHzではMCLK=256fs

が実現できます。

ただし、実はこの方法だとfs=32kHzのときにもMCLK=256fsになってしまうのですが、そもそもサンプリング周波数32kHzの音源など聞かないので無視していいでしょう（動作しないわけではありませんし…）。

ユニバーサル基板とSMDでコンパクトに実装してみました。

動作もバッチリです。

次回はDAC基板とDAI基板、さらに電源等を合わせてケースに組み込みます。
次回→AK4495 DACの設計と製作 (4) ケース組み込み・測定