Hi-RES な DAC

以前から手に入れていたもの
ＵＳＢ−Ｉ２Ｓ コンバータ　ＣＭ６６３１Ａボード
２４ビット９６ＫＨｚコーデック　ＰＣＭ３０６０

というわけで、ＤＡコンバータを作る気になって実験をはじめた。

まずは電源。小型のトロイダルトランス（電圧は高め）に少なめの平滑コンデンサ、３端子レギュレータを使ったプラスマイナス８Ｖの電源。
世の中には３端子レギュレータを馬鹿にする人は少なくないが、これほど安定した性能のレギュレータＩＣはほとんどない。ましてや負電源用のＩＣはない、と断言してもいいぐらいだ。
事実、仕事では超ローノイズ、高性能を要求されるアナログ回路にも普通に３端子レギュレータ電源を使っている。ようは使い方をまちがえなければ必要十分な電源となる。

ＵＳＢ−Ｉ２Ｓコンバータボードは中国から輸入した基板で、ＣＭ６６３１Ａが搭載されている。実はこのＩＣ、単体でも手には入ったのだが、マニュアルが手に入らず、使えないというマヌケなことになっている。ボードとして売られているものにはフラッシュメモリなども搭載されていて、これがなんらかの役割を果たしているらしい。
Ｗｉｎｄｏｗｓからは普通に認識され、デバイスドライバも自動でインストールされた。
信号としてはＭＣＬＫ、ＢＣＫ、ＬＲＣＫ、ＤＡＴＡの４本だが、グラウンド、そしてＵＳＢからの電源も引き出した。

ＰＣＭ３０６０はＣＯＤＥＣであり、ＡＤＣ／ＤＡＣ両方がひとめとめにされたＩＣだ。今回はコンバータボードが出力しかサポートしていないので、ＤＡＣとしてのみ使う。
もちろん、ＰＣからＵＳＢを通してグラウンドを振り回されてはたまらない。２４ビットどころか１２ビット分解能も怪しくなる。というわけで、アイソレータＩＣを間に入れた。ＵＳＢアイソレータといえばＡＤＵＭ４１６０が有名だが、今回はＩ２Ｓで絶縁をしてみた。なんといってもアイソレータＩＣが安く、絶縁もしっかりしている。

ＰＣＭ３０６０からの出力は差動出力で、外部バッファでシングルエンドにした。
電源はかなりけったいなことをしている。この手のＣＯＤＥＣは「電源電圧が基準電圧」なので、電源の品質がそのまま音質につながる。
そのため、高品質な電源回路は必須だ。デジタル側の電源はひとまずロームのＢＡ０３３で普通に作った（あとで検証するつもり）。アナログ側の電源は＋５Ｖなのだが、ここで３端子レギュレータや下手な電圧リファレンスＩＣを使うわけにはいかない。というのも、ＤＡＣの基準電源に１／ｆ雑音をはじめ、やっかいなノイズを送り込むことになるからだ。普通の計測器では電源のノイズを測定するのはかなり困難で、せいぜい数マイクロボルトまでしか見えず、ノイズのもつ成分を観測することはできない。
そこで職権乱用して、高性能なＦＦＴアナライザを使ってノイズ成分を見たのだが・・・ツェナーダイオードはもちろん、レギュレータＩＣ、基準電圧ＩＣなどのノイズがけっこう大きい（といっても数マイクロボルトではある）のに気づく。
ところが２４ビットＤＡＣともなると、最大出力が５Ｖだとしても、ＬＳＢは約０．３マイクロボルトになる。電源電圧が基準であるなら、数マイクロボルトのノイズは看過できない。
そんなわけで、ハイパワーで高速なオペアンプを使ってＰＣＭ３０６０の電源ピンを駆動してやった。かなり無茶ではあるが、バイパスコンデンサは最小限になっている。

ＰＣＭ３０６０はローコストＣＯＤＥＣでもあるので、ＤＡＣはΔΣ型である。高価なレジスタストリングや実現の難しい抵抗ラダーではない。当然、出力には高周波ノイズ成分が現れるので、フィルタは必須である。
ここで、甘く見ていたのを白状しよう。普通に高性能オペアンプで差動入力をやったのだが・・・ノイズがかなり大きい。なんじゃこりゃと思ってオシロスコープで観測するとＳ／Ｎ比が２０〜３０ｄＢしかない有様。ＤＡＣの出す高周波ノイズをそのまま通していたんだから当然である。
簡単なフィルタを通してみたがあまり改善せず、勢いあまってＬＣフィルタまでやってみたが完璧にはノイズが取り除けない。
原因のひとつがΔΣＤＡＣで差動出力をすると正負それぞれの出力端子に出てくるノイズ成分は逆相だということ。つまり差動アンプではまったく取り除けない。
まだまだ対策は必要のようだ。

とりあえず、音は出ているので鳴らしてみているが、２４ビット・９６ＫＨｚ（音源は４８ＫＨｚしか手元にない）の恩恵はまだまだ感じないなぁ、というのが正直なところ。

もっと詰めていって、まともな音が出るところまで持って行かないとな・・・