たまごの電子工作メモ

2010年6月1日火曜日

ヘッドホンアンプ： AVRが焦げた！？

AVRのファームテスト中、オシロのプローブが滑ってICのピン間をショート。どうやら12VがAVRに加わったらしく、何やら嫌な臭いが・・・。気がつくと、AVR ISPmkIIのオレンジランプが点滅したり、AVRが異常加熱しています。

壊れた？AVR

やっぱりダメだとわかった図

仕方がないので代品を手配しようとするも、ATMEGA8L-8AUはすでにディスコン。Digi-Keyでは在庫なし、RSでは来年1月納品予定との返事が来ました。万事休す。こんなことなら、現行品で作れば良かった。困った・・・。

納期 7ヶ月！

2010年5月28日金曜日

ヘッドホンアンプ：電子ボリュームPGA2311の変化特性カーブ

電子ボリュームの利得・可変範囲など

予備検討の結果を列挙してみます

手持ちのヘッドホン（ソニーMDR-CD900）を妥当な音量で鳴らせるレベルは0.2Vrms
このとき、電子ボリュームの利得は -8dB (下記ブロック図より、0.2V/0.5V)
このときのボリューム位置は、10時付近の方向にする
10時付近とは、ボリュームの全回転角度300度のうち、30%つまみを回転させた位置
ボリューム最大としたときの利得は、22dB高くする

また、利得可変範囲は業務用アッテネータ（東京光音電波）の製品仕様を参考にすると、60dB以上あれば申し分ないようです。

これらの内容をまとめると、電子ボリュームの必要要件は次の通りです。

全回転角度の30%の位置で、利得 -8dB
最大利得 +14dB
最大・最小利得の差は60dB以上

電子ボリューム近辺のブロック図

利得変化特性カーブ
カーブは対数カーブとしました。ボリュームのAカーブと同じだと思いますが、はじめはどのような関数なのかわからず、画像処理で使われるガンマ補正の関数を使うなど試行錯誤しました。特にボリュームを絞り込んだときの変化が急峻で違和感があったので考え込んでいたところ、東京光音電波のデータシートに『logカーブの減衰特性』と書いてあるのを見てようやく気付きました。

電子ボリュームの利得変化特性カーブ

Excelで係数を検討

ボリュームつまみの量子化ビット数
アナログライクな操作性にするため、ボリュームの出力電圧をA/D変換し、所定の特性カーブを書き込んだルックアップテーブルを参照して電子ボリュームに係数を与えます。ルックアップテーブルの深さは８ビットにしました。７ビットでもOKですが、ボリュームをかなり絞り込んだときにわずかに音量が段階的に変化するのがわかります。８ビットでは、ほとんどわかりません。
AVR内蔵のA/Dコンバータは10ビットですので、上位8ビットのみを使っています。

2010年5月25日火曜日

ヘッドホンアンプ：動作確認・CS8416光入力が無いときのノイズ

ヘッドホンアンプの動作確認

LM4562が暖かいです。データシートによると、静止時の消費電流は10mA。電源電圧は±12Vなので、消費電力は10mA×24V=240mW。DIPパッケージの熱抵抗（θJA；ジャンクション～周辺温度）は102℃/Wなので、ジャンクション温度は240mW×102℃/W=24℃の温度上昇が見込まれます。パッケージの温度はそこまでではないものの、それなりに発熱するのが正解みたいです。小信号オペアンプは暖かくならないものと思い込んでいたので意外でした。

D/Aコンバータ基板から音が出ません。入力には、デジタルオーディオインターフェース信号が来ています。CS8416のLRCK出力をオシロで当たると、2.7kHzと変な周波数の矩形波が出てきていますが入力信号の有無に影響を受けません。そこで入力系の配線チェックを行うと、自分で書いた回路図が間違っていることに気がつきました。とりあえずCS8416の入力セレクトスイッチの設定を変更して対応しました。

とりあえず適当にAVRのファームを書いて、音を出してみます。入力セレクタスイッチを切り替えると、ノイズレベルが変わります。それと切替時のポップノイズも。やれやれ。

CS8416光入力が無いときのノイズ

光入力がないと、ノイズが出ます。どうせ光インターフェースTORX147の出力がばたついているんだろうと、デジタル入力インターフェース基板の出力波形を確認します。

TORX147出力波形（光入力なし）

TORX147出力波形（光入力あり）

PCM2704出力波形（参考）

光入力がないときの波形は、160mVp-pほどのノイズが乗っているものの、出力がばたついているわけではありません。どうやらCS8416の入力アンプの感度が150mVp-pなので、ノイズを入力信号と認識して、SDOUTからもっともらしい出力が出ていたのが原因のようです。

光入力無信号時のCS8416 SDOUT波形

D/Aコンバータ基板出力（光入力なし）

D/Aコンバータ基板出力（光入力あり・無音）

D/Aコンバータ基板出力（光入力あり・0dBFS）

このノイズは、CS8416のNV/RERR端子とFN1242のMUTE端子を接続してミュートをかける方法で対応しようと思っています。（安易な対策ですが）
ところで、FN1242のデータシートに記載された出力レベルは差動での規定なんですね。実測して、やっと自分の勘違いに気がつきました。

2010年5月22日土曜日

ヘッドホンアンプ：ケース加工・組み上げ

ケース加工は、これまでのルビジウム発振器やFPGA FMチューナと同じ作業ですので割愛します。
今回は、キレイに作ることも目標のひとつ。丁寧に仕上げてみます。

リアパネルの配線

結線バンドで配線を整理

デジタルインターフェース基板を取り付け

リアパネル完成

フロントパネル完成

ここでフォーンジャックのピンアサインを書き留めておきます。
※括弧内は、NEUTRIKのコネクタNJ3FP6Cの表記。

チップ(TIP)：左チャンネル
リング(RI)：右チャンネル
スリーブ(GR)：アース

仮組みテスト

一通り組み上がったら通電テスト。ところが電源投入したらいきなりヒューズが飛びました。やっちまった～って感じです。
さっそく各所を調べてみますが焦げたり熱くなったりしている部品はありません。それにショートしているわけでもないようです。違うとは思うけどひょっとして突入電流のこと？と調べていくと、トランスのメーカWebページに突入電流が大きいという欠点があるので、ヒューズには遅延型を使えと書いてあります。手持ちにはそんなのありませんから、とりあえず0.5Aから3Aに交換して再チャレンジ。

今度は正負電源の出力を確認できました。無負荷で+11.991V/-12.059V。
しかし、正電源基板出力のLEDが点灯しません。・・・説明書にあった追加ジャンパ配線を忘れてました。さっそく配線を追加すると、無事動作してLEDも点灯してくれました。電圧は+5.049V。

つづいてAVRのファームを作成します。
写真は、 AVRのISPライタを接続しているところです。

2010年5月15日土曜日

ヘッドホンアンプ：基板の組み立て

まずは基板を組み立て

セレクタ・ヘッドホンアンプ・コントローラ基板その１

セレクタ・ヘッドホンアンプ・コントローラ基板その２

デジタル入力インターフェース基板その１

デジタル入力インターフェース基板その２

銅箔面の酸化防止のため無洗浄タイプのフラックスを塗りたくっています。見栄えが良くないですね。汚れは、感光材が少し残っていたからみたい。気付いたときは、時既に遅し、仕方ないのではんだ付け作業続行です。

D/Aコンバータ基板

正負電源基板

この電源基板で使用されるFETとして、2SK117が指定されていますがシルク印刷が逆のようです。私は、代替品として例示された2SK30Aを使いましたが、2SK117とピンアサインが異なるのにシルク印刷通りでした。製作されるときは、ご注意ください。これは、正負電源基板、正電源基板ともに同じです。