USB Audio

　USB Audio I/F 基板

以前の基板紹介はこちらから　　　　.

USB - Mk3 基板完成

TDA1543を使った USB DAC基板は　こちら　.
USB アイソレータ基板は　こちら　
Xtalの取付方法については　こちら　.
Self - Bus power 切換について　　こちら　.
PCM2704C Cバージョンについては　こちら　.
アナログ出力をRCA端子につなぐ-実体配線は　こちら　.

　最新Ver の基板（V4.2) です。
パルストランスが、アラミド FT50-75 手巻きから
Murata DA102MC に変わりました。

パルストランス変更以外は、ほぼ同等ですので
詳細は、これまでの基板での紹介となります。

TCXO搭載バージョンです

PCM2704 USB Audio基板は、結構音がよいと好評 頂いておりますが使用している12.000MHz発振器を、もっとグレードの高いものが積めないかとのご要望を頂いております。　現在使用しているものは TEW製（東京電波）です。　

　　　　・ノーマルタイプに搭載のXtalは、 TEW製(右）の在庫が
　　　　　　無くなりますと ECS製(左）となります。

素性のはっきりした手頃な TCXO（温度補償型）高精度 12MHz発振器を捜していたのですが、ようやく 2.5ppmクラスのTCXOが手に入ったので USB本体基板の改版と合わせマウント用の基板を作って載せてみました。　動作電圧が3.3Vなので他の回路の影響を少なくするためにも、発振器専用に3.3Vポイントレギュレータをサブ基板内に搭載しています。　10ｘ10の発振器とサイズとピン配置を互換にしているので従来品とどちらでも使用可能です　

　TCXO品番：FOX924B　

　　Spec.

USB基板の改版内容 ( V.2 => V.3 ) は下記の通りです。
1. 12.000MHz発振器多品種対応。　例：TCXO/サブ基板対応、Enable端子付き発振器対応、水晶振動子対応　等
2. PCM2704の動作モードを BusPower か SelfPower を選べるよう 3.3VのポイントレギュレータをUSB基板に搭載。
　　　切換は、ジャンパーパッドでの半田ショートで選択します。　下図基板見取り図参照ください
3. SPDIFのバッファ出力は、光端子の対応も可能　（販売中の SPDIF単品基板用と共用）
4. ケース組込対応。　USBコネクタ位置を、半田付け前なら挿入場所を選ぶことによって、6.4mmほど
　　基板単面より前に出せるように配慮。　さらに、外付けも出来るよう RF-4コネクタも付けました。
5. PCM2704 HID端子接続用ランド準備。　何に使えるかは　こちら
　6.　（またミス。前回の基板と同様SPDIF回路の入力パターンがありません。ジャンパ半田付対応します）

使用部品については、USB BusPowerのパスコンを　Muse-KZ から OSコンに変更しました。
その他は、同等です。

早速ランニングも含め、PCとつないで試聴

あまり変わりないか、と思いつつも音楽を流しっぱなしにしていたのだが、木住野佳子のアルバムが流れ出した時思わず聞き耳を立てた。ピアノの音がいつもと違って聞こえたのだ・・・・・ベーゼンドルファー！？締まった良い音で鳴っている。　

高精度発振器が良いのか、SelfPower効果なのか

( 補足： Self Powerモードはデジタル出力の動作/性能には影響ありません）
( デジタル出力のクロックは搭載クロックに左右されますのでTCXOが有利です）

　新基板。　USBコネクタ位置が 2重になっていますので
お好みの位置に挿入・半田付けします

1.2000MHz発振器がノーマルのタイプです
USBコネクタは、使う前に好みの位置に半田付け

USBコネクタを外付けにして、光出力端子（オプション）を接続し動作。
　　・USBコネクタは、他の基板半田付けしてケーブルで接続
　　・光出力端子は、SPDIFバッファ基板用と共通です

USB基板の黄色LEDの点灯で、リンク(動作OK）が確認できます

USBソケットの外付けについて
USBソケットは、基板内で位置を選択して半田付けすることが可能ですがそれでも都合が悪いという場合は、CN110をご利用下さい。
USBソケットを写真の用に、4Pケーブルで引き出し外付けとすることが可能です。　

パターンは、上から見た場合 USBコネクタと同じ配列です。　コネクタのケースアースに相当するpinはありません。
基板の上から見たイメージ（パターン図）です。　青が部品面/黄色が半田面のパターンです。

参考： V.4の回路図

基板の接続端子です。　（USBコネクタは半田付けが必要です）　　　　　　　　　　　　　

アナログ出力端子にRCA端子をつなぐには？　

というご質問がありましたので実体配線図的な接続例です。

CN102の ①がLch　④がRch、真ん中の ②③がグランド

写真を参考に接続願います。

外部より電源を供給する　
セルフパワーモード
の設定について　（V40基板）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　*)　2013.9.19.　J.91説明修正

* ジャンパーの詳細は取扱説明書を参照願います。　　　　　　　.
* SelfPowerモードはデジタル出力の性能には無関係と思われます .

説明書の内容、及びホームページ記載内容にて改造内容が理解できない場合は
改造はお控え下さい。

HID端子の利用について　(HID:Human Interface Device)
　PCM2704の　PinNo.22、23、24はそれぞれ「mute」「VolumeUp」「VolumeDn」の機能が割り当てられています。
　これらの端子は、IC内部でプルダウン（Low）されておりHi(+3.3V)にon-offさせてやると、ミューティングやボリューム調整ができる。
　具体的には　こんな回路（一部抜粋）になります。タクトSWを押すたびに変化します。

　　

　この変化量は、PCにも送られ　スピーカ調整パネルの値も連動して調整されます。
　従って、調整後の値はPCに保存され次回開始時の値はこのパネル値が基板に送られるようです。
　USBの認識エラー等が発生した場合はリセットされて、デフォルト位置にもどります。（VRはほぼセンター位置）

　　HIDの引き出しパターンは　「無いよりまし」　程度の 0.5Φ径の極小ランドですが利用は可能です。　
　　　　　　　　　　　　　　　

　

　(重要）と思われるので補足しますが　上記 HIDの調整内容はアナログ出力のみに影響します。
　　　　　　デジタル出力に対しては影響しません。　無関係です。

クリスタル発振器の取付について

クリスタル発振器は、ハーフサイズの発振器とTCXOを取り付けたモジュール基板を使用可能としているが基板の出荷時はどちらかを半田付けした状態で出荷しています。　これは、ソケットを使うと接触状態の変化等により　ジッターが悪化するのでは？　という憶測に基づいています。
なにせppmオーダーの安定度ですから・・・・・。　　しかし、USB基板側には、実は8Pソケットに対応できるよう孔が準備されています。

　　　　

~~8Pソケット付きをご希望の場合は、ご連絡頂ければ対応可能です。~~
~~（動作確認のため、ソケットは半田付けされますのでご了承下さい）~~
(ソケット対応サービスは終了いたしました）

V3.EOF.

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ちょっと前までの USB Audio 基板の紹介記事

毎日PCとつきあっていると、バックグランドで流す音楽の質をもう少し良くしたいと思ったりします。

バックグランドミュージックで Internet Radioを流す時使ってます。　お勧めは　( JazzRadio.com ) です　

メーカー製の拡張ボードやUSBオーディオ製品もたくさんあったりしますがなかなか心が動くものがありません。
専用のICも入手できますので、これは良いと思えるものを作ってみます。　アナログ出力は0.6V程度と他のデジタル系機器の
出力とレベルが合いません。　SPDIFで外部DAC接続すれば全てレベルが合います。　デジタル出力重視でアナログはオマケ
程度で考えました。　アナログ出力のフィルターは、-6dB/oct のパッシブ型　1段のみです。

手軽に使えるデジタル出力重視版 USBオーディオユニットということで、設計・作製しました。

<主な使用部品>
　　・USB Audio I/F IC： PCM2704　BurrBrown製　Audio DAC Whit USB I/F
　　　　=>USBに接続し、PCソフトで再生した音楽をアナログ出力とデジタル出力(SPDIF)で取り出す。　BusPower方式。
　　・USB電源パスコン：ニチコン Museシリーズ(KZ)シリーズ　50V22uF 　( 1200uF低ESRから変更）
　　　=>BusPowerで使うので、Audioグレードの低インピーダンス品でノイズをカット。
　　・クリスタル発振器： 12.000MHｚ　CK4100A　TEW製（東京電波）
　　　　=>USBクロック用、PCM2704の内部発振器は使わず発振器から供給。
　　・バッファアンプ： 74HCU04　Texas Instruments製　HEX INVERTER 14-DIP
　　　　=>デジタル出力の増幅・整形・パルストランス駆動を行う。
　　・パルストランス： FT50-75　amidon製　外形12.7　内径7.1　厚み4.8　μ5000　0.2-15MHz
　　　　=>種々のパルストランスを検討した結果行き着いたコアがこれ。μが高く巻数は少なくてすむ。　PCとのグランドループを絶つ。

<主な仕様>

　　・電源方式　　　　　：　Bus Power (USBケーブルから供給される電源で駆動）
　　・ USBデバイスタイプ：　汎用USBオーディオデバイス　(windowsXP or later）　自動認識
　　・信号出力端子(1)　：　アナログ　ヘッダーピン　4Pタイプ　 1KHz 0dB出力レベル/約0.6V/47KΩ
　　・信号出力端子(2)　：　デジタルSPDIF(PCM2704ダイレクト)　ヘッダーピン　2Pタイプ　出力レベル/約0.6Vpp/75Ω
　　・信号出力端子(3)　：　デジタルSPDIF(74HCU04 Buffered)　ヘッダーピン　2Pタイプ　　出力レベル/約2.0Vpp/75Ω
　　・信号出力端子(4)　：　デジタルSPDIF(74HCU04+PulsTrans)　ヘッダーピン　2Pタイプ　出力レベル/約0.7Vpp/75Ω
　　・基板サイズ　　　　：　外形/72㎜×47㎜　取付孔/各辺から-3㎜の位置（ユニバーサル基板同サイズ）
　　・基板材質　　　　　：ガラスエポキシ　FR-4材　両面スルホール

USB　Audio基板です。
USB I/F IC、クリスタル、74HCU04、パルストランス等が搭載されています。

出力端子は、4種類用意されています。

ポイントは、このコア。　Amidon　FT-50-75
外形12.7　内径7.1　厚み4.8　μ5000　0.2-15MHz

下の写真が販売用基板成品です。

コンデンサの一部には日コンのオーディオ用 KZ/FG シリーズが使用されます。
パルストランスの巻数は、9T:2Tとなっています。

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　　参考　開発ノート

USBオーディオ I/F

BurrBrown　PCM2906編
BurrBrown　PCM2704編
発売するのは　PCM2704版　です。

手軽な音源としての PCのオーディオを、少し自分なりにアレンジして使ってみましょう。
まずはそのための基礎実験も含めた　USBオーディオ用チップの検討履歴をまとめました。

PCM2906 編

素材は、BurrBrownのUSB Audio ICのシリーズから、何でもありの上位モデル　PCM2906を使います。
このICは、　Audio 出力がアナログとデジタル(SPDIF)、入力もアナログとデジタル(SPDIF)が得られます。

1.　設計のポイン
　・　電源は、高性能を狙い3.6Vの定電圧回路付き　（USBの5V電源を安定化）
　・　.アナログ出力は、シンプルな　-6dB/octフィルター　(Fc=22.5KHz)
　・　デジタル出力は、PCM2906直接以外に、TTLｂｕｆと、パルストランス出力の2系統のバッファ付き

　　　　< 回路図 >
　　

2.　基板の設計
　・　動作検討用で手作り、片面基板で設計。　
　・　PCM2906は28Pin SSOP形状なので変換基板を使用しDIP28pinに変換。
　・　アナログ出力は、CD-ROMドライブ等のaudioケーブルが使えるよう　4Pのピンヘッダ-。
　　　　=>アナログ入力もそうすべきだった
　　
　　
　　

　　　3.　できた基板
　　

　　　
　　　　　USBコネクタのパターンが逆で、修正ワイヤーが飛んでます。

4.　PCの接続と設定

　・　USBケーブルで接続したらあっさりと認識。　いと簡単。
　　

　　

5. 特性の確認

　・SPDIFの波形確

　　　　　　　　　　TTL出力（74HCU04)　

　　　　74HCU04x4 + パルストランス出力

　　　　　

　どうも、パルストランスに使ったトロイダルコアの周波数特性が帯域に合ってないようで、立ち上がりがなまってしまっている。
　　　

　DACに繋いで確認したところ、動作としては問題ないのだが、なまり過ぎなのでコアをアミドンFT50-75に変える予定。
　（波形は、TTLはグランド基準で 2Vp-p、パルストランス出力は、グランドセンターで 2Vp-p）

　・周波数特性
　　アナログ出力には、Fc=22.5KHｚの-6dB/octのローパスフィルターが入っているのでその効果確認。
　　F特としては16KHｚで-0.8ｄB程度で狙い通り。　　(　信号源は　「WaveGen.exe　V1.40」　　0ｄB出力時　）
　　

・ノイズの確認
　ノイズの出力波形である。　信号源には、WaveGen.exeを使い　-120dBに絞った状態で測定

LPF 前

LPF 後

ノイズは、1/10程度減っているのが確認できるのだが、測定環境はPC周辺で行うため条件が悪く周辺ノイズをかなり拾う。　　
LPFとしては、もっと急峻なハイカットフィルターとしたいところだが音質的には不利になることが多いのでこのままとする。　
この測定系でのS/N比は、LPF後で46.1ｄBであるが、あまり信頼性は高くないと思われるが、PCを使う場合はこんなモンだろう。

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PCM2704 編

なんでもありチップの　PCM2906を使ってみたのだが入力系はあまり用途がないようだ。　当初、PCオシロ等の入力に
使えれば面白いかな等と考えていたのだが、PC環境での S/Nはあまり芳しくないようなので当面見送ることとし
シンプルな機能の PCM2704で再設計した。

< 設計のポイント >
1. PCオーディオを外部に取り出すことに専念するものとし、基板サイズは　Sysyrem72系でまとめる。
2. 電源は、Busパワー安定化電源無しとして　デカップリングにニチコン製オーディオ用Muse 22uFを採用。
3. アナログ出力は、PCM2906で実用性が確認できた 22.5KHz/-6dB oct. の LPFタイプとする。
4. デジタル出力は 3系統の出力端子を持たせ好みと TPOで選べるように。
　　(1)PC系とのグランドループを断てるパルストランスつきデジタル出力端子。
　　(2)TTLバッファ経由のデジタル出力端子。
　　(3)PCM2704直接出力のデジタル出力端子。

< 回路図 >

< 基板 >

buff入力部にジャンパー（パターンミス)


PCM2704 D端子出力	アナログ出力 Lch　　　　　Rch	パルストランス出力	TTL buff 出力
青矢印がグランド側赤矢印がジャンパー

< PC との接続 >

USBケーブルで接続すると、汎用USBオーディオとして認識された。

< 測定 >

< SBDIF波形確認 >
Amidon FT50-75 コアを使って、出力波形を測定。
なお、PCM2906でのヒアリング時に無音時（CDストップ時など）に　「シャリシャリ」というような
ノイズが入る時があり、SPDIF buffのゲインが高すぎる（2.0Vp-p）ようなので、パルストランスの
巻数比を調整し、一般の出力レベルと同じレベルの　0.5-0.7Vp-pとなるような巻数にする検討も
行った。　

パルストランスの巻数は最終的に 9.75T：2.75T となった。

（巻数が中途半端なのは、巻始めと終わりの位置が一致しないため。　敢えて小数で示す）

	アミドンFT50-75コア primary 9T secondary 9T 1.66Vp-p
	アミドンFT50-75コア primary 9T secondary 7T 1.56Vp-p
	アミドンFT50-75コア primary 9T secondary 5T 1.34Vp-p
	アミドンFT50-75コア primary 9T secondary 3T 1.04Vp-p
	最終的に採用した巻数がこれ。巻数 2Tといっても厳密には　2.75Tである。アミドンFT50-75コア primary 9T secondary 2T 0.78Vp-p
	参考デジタルシグナルジェネレータ DG2432A 75Ωターミネート両端　 0.63Vp-p 注) このデータのみ Yスケール200mV
	参考 TTL buff アウトプット 75Ωターミネート両端　 2.04Vp-p
	参考 PCM2704　デジタルアウトプット 75Ωターミネート両端　 0.64Vp-p ノイズが乗っている（他より多い）のが気になる。

PCに接続して動作中

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