エレクトロアートのデジタルオーディオ実験室

最終的な仕様をまとめておきたいと思います。

構成としては、オリジナルのSDRAM_DAI機能に、デジタルフィルタ付きの差動出力モードと、I2SのNOS出力モードを追加し、どちらかを排他的に使用できるようにしたものです。概念図はここです。

差動モードでは自動的にデジタルフィルタを通過します。図ではデジタル・フィルタが１つのみで、メモリー通過モードとバイパスモードで共有するようになっていますが、実際の回路ではメモリー通過モードとバイパスモードのそれぞれに同仕様のデジタル・フィルタを積んでいます（細かい制御回路は異なっています）。

メモリー通過モードではジッタのない水晶発振器クロックでデジタル・フィルタを含む回路を駆動しますが、メモリーバイパスモードとデジタルフィルタを共有しようとすると、メモリー通過モードにおける回路パスが余計な経路を通過することになり、クロック品質を下げる原因になるためで、FPGA内部の専用グローバルクロックラインをできるだけ最短経路で通過できるように考慮したためです。

デジタル・フィルタ差動モードとNOSモードは、ボード上のジャンパで切り替えます。ある抵抗のランドをハンダでショートするかオープンにするかといったものです。ちなみに、スタンダード右詰め出力は選択できません。

出荷時にR19をハンダショートして発送します。そのままショートでお使いの場合はNOSモードになります。

デジタル・フィルタ差動モードでお使いの場合はハンダ・ブリッジをコテ先でオープンにして下さい。

作業は手早く行ってください。不必要に熱を加えすぎるとパターンがはがれる恐れがあります。

それぞれのモードの違いについては、タイミング仕様をご覧ください。モード別、入力信号のfs別に出力信号の仕様を記載しています。

こちらのSDRAM_DAI基板 for TDA1541A は、定番にはしませんので、時期がきましたら本blog上で受注を開始させて頂く予定です。

頒布価格ですが、FPGAのグレードupと、追加の設計対価を若干見て頂くということで、従来版のSDRAM_DAI基板プラスαで1枚22,000円でお願いしたいと考えています。何卒、ご理解をお願いします。

なお、過去に配布させて頂いたTDA1541A Dual差動基板用に、I2Sを左右同時モードに変換するCPLDを作る予定でいましたが、申し訳ありません。計画を撤回させていただきます。もしも同基板でご使用を予定されている方がいらっしゃる場合には、DAC基板の改造でご対処をお願いしたいと思います(1541チップ毎にパターンカットと半田ブリッジ、およびリード線付けを1箇所ずつ)。SDRAM_DAI基板とDAC基板の間にCPLDを挟むよりもリード線の引き回しも少なくなり、ジッタ性能にはプラスになるはずですので、どうかご了承ください。

改造法に関してはこちらの画像をご覧ください。要点としてましては、TDA1541Aデータシート5ページのTable 1において、入力モードをsimultaneous から time MUX TWC に変更頂くことになります。

 

デジタルフィルター付き差動モードでメモリーバイパス/通過の各モードにおける動作を、そしてデジタルフィルタなし非差動モードでメモリーバイパス/通過の各モードにおける動作をチェックし、一通りバグ出し・修正を行いました。

動作チェック中の試聴ディスクには、クラシック以外には写真のCDを使いました。

 

おそらくこれで設計Fixとしますので、予定通り11月にリリースさせて頂く予定です。

10日頃に、DSD2S/PDIFデシメーション・フィルタ基板を、20日頃にSDRAM_DAI 基板 for TDA1541Aをリリースすることになると思います。

 さて、SDRAM_DAI基板のバリエーションについては、もう１つ考えていたりするのですが、最近疲れ気味なので、少し先のお楽しみ（私には、です・・・）としておきたいと思います。

昨年作ったTDA1541AのI2S版差動基板と接続し、音楽を聴いています。同じく昨年作った44.1kHz専用のメモリーDAI基板の代わりに、TDA1541A版のSDRAM_DAIを繋ぎ、PS3でfs=44.1kHz/88.2kHz/176kHzを切り替えながら、メモリー通過モード、スルーモード双方でおかしな動作をしないかどうか確認してゆく作業なのですが、いわゆるバグ出しをしながら、気がつくと音楽に浸っています。

 

やはりCDだけを聴くならば「TDA1541Aで決まり！」のようなところはいまだに健在ですね。

今日は諸作業をしながらこのディスクを聴いていました。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ベルリンフィルの第１コンサートマスター、安永徹さんと奥さまの市野あゆみさんのデュオ・コンサートです。ヴァイオリンとピアノのためのソナタ集になっています。1989年、カザルスホールでの録音です。週末に生演奏を聴いて来たばかりですが、今シーズン限りで約30年在籍したベルリンフィルを退団して帰国されるということを知り、無性に氏の演奏が聴きたくなりました。本日はブラームスのソナタ第１番を中心に視聴していました。

 

SDRAM_DAI for TDA1541Aですが、なんとか一通りの機能を実装し終え、ざっと動作チェックをしたところ、予定通り動作していそうです。

最大の難関として、メモリーバイパスモードでデジタルフィルタを使えるかどうかという壁が立ちふさがっていましたが、どうやら何とかなりそうです。開発サイドの話ですので詳細は述べませんが、フィルタ設計の問題といった話ではなく、搭載するFPGAの使いこなしに関係する問題です。

デジタルフィルタ自身も、よりシャープなロールオフ特性に変更し、SAA7220P/Bに気持ち近づけるようにしました。

 

 インパルス応答 

 

 

20kHz正弦波 ( 入力信号の fs=44.1kHz )

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20kHz直近の折り返し成分を前回のタイプの-60dBから-100dBへと大きく減少させました。トレードオフになるのですが、その先の2つの折り返し成分も-100dB程度の阻止特性としています(前回は-150dB程度)。

このように、前回設計よりも急峻な特性に変更し、そういう意味でSA7220P/Bには近いものとなっています。ただ、SAA7220P/Bは阻止帯域全体として-5, 60dB程度の性能にとどまっており、当時のデバイス性能の限界が見て取れます。

以上はx4オーバー・サンプリング時の話です。

入力信号のfsが88.2kHzや96kHzの場合はx2オーバー・サンプリングのフィルタ処理となりますが、こちらの特性はよりスロー・ロールオフ特性に変更しました。これは、88.2kHzや96kHzの入力信号がすでにアップサンプリングされていたり、何らかのデシメーション処理が施された信号であることが多いだろうと考え、できるだけ緩やかな処理を目指したものです。

40kHz正弦波 ( 入力信号の fs=88.2kHz )

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40kHzで-3.8dB減衰。直近の折り返し成分は-14dB程度しか落としていません。

実際問題として、倍速(88.2k/96k)の入力信号に40kHzの成分などほとんど存在しませんから、事実上問題ないと考えて良いと思います。

 20kHz正弦波 ( 入力信号の fs=88.2kHz )

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約68kHzに出るはずの折り返し成分は-110dB以上に減衰しています。グラフから、デジタル・フィルタのDCオフセットは-90dB程度。16bitのうち2LSBのオフセットが存在することになります。D/A変換後の信号が6Vp-pとして、オフセットは6,000 x (2/65536)=0.2mVくらいでしょうか。

ちなみに、以前調べた時に、SAA7220P/BのDCオフセットは32LSBだったと思います。

リリース時期ですが、なんとか11月中にはリリースしたいと考えています。ただ、TDA1541A自体が入手できませんので、DAC基板を新規に起こして頒布する予定はありません。基本的にはチップや過去に流通していた基板類をすでに所有する方を対象としています。

もしかすると、動作確認用にOPアンプを使った基本的な差動基板 ( PCM1794のデータシートにあるような回路 ) を数枚作るかもしれませんので、そのときに実費プラスアルファでお分けすることがあるかもしれませんが・・・。

印象として、TDA1541A使いの方には、アナログ系に一家言をお持ちの方が多いように感じていますので、DACはユニバーサル基板に実装し、お好きなアナログ回路でお楽しみ頂きたいと考えています。

 

ずいぶん前に基本動作が出来上がったSDRAM_DAI for TDA1541Aですが、現在苦戦しております。別件の仕事があってあまり進んでいなかったのですが、メモリー・バイパスモードでもデジタル・フィルタを動作させるために非常に苦戦しております。

また、デジタルフィルタの特性もSAA7220Pのように、より急峻なシャープ・ロールオフ特性のものにするべく、弄りだしては止まらなくなっています(^^;

ということで、もう少しお時間を頂くことになりそうです。