PCM3060 Hi-Res ＤＡコンバータ続き

基本構成は
ＰＣのＵＳＢポート→ＣＭ６６３１Ａ・ＵＳＢ／Ｉ２Ｓ返還→アイソレータ→ＣＰＭ３０６０・２４ビットＣＯＤＥＣ→ＯＰＡ２１３４・バッファ→出力、おまけとしてＮＪＭ４５８０ヘッドフォンアンプ
電源は小型トロイダルトランス＋３端子レギュレータによる±８Ｖ。
ＰＣＭ３０６０はＣＯＤＥＣだけど、ＤＡＣとしてのみ使用。

まず、問題となったのはＰＣＭ３０６０の出力。せっかく差動出力になっているのだが、ＤＡＣがΔΣコンバータであり、ノイズシェーピングはされているといえ、かなり高いレベルの高周波ノイズが出てくる。差動出力に対して逆相で出てくるから、高性能オペアンプをバッファにするとノイズが素通りして、ヘタをすれば、その混変調成分が耳に聞こえる周波数となってしまう。
　いろいろやってみたのだが、ＬＣフィルタはインピーダンスがまともに定まらない低周波領域ではあまりいい成績とならない。結局、２段ＣＲフィルタで高周波成分を落とすことになった。カットオフ周波数は１００ＫＨｚ程度（使用するメインのサンプリングレートは９６ＫＳＰＳなので、いわゆるナイキスト周波数の倍）。

さて、ＰＣＭ３０６０のもうひとつの弱点は「基準電圧が電源端子」だということ。つまり電源がタコだと音質はタコ以下になるので、電源の安定度、低インピーダンス化、低雑音化は必須となる。普通のボルテージリファレンスなどは安定度は高くてもノイズが多かったりする。そこで、今回は「普通じゃないリファレンス」を使った超低雑音・低インピーダンス電源でデジタル電源・アナログ電源両方を駆動した。高速ハイパワーオペアンプによる電源駆動なので電源としてソースだけでなく、シンクもできるため、大変低インピーダンスにできる。

もうひとつの雑音源が「アイソレータ」だった。ＵＳＢアイソレータだとアナログデバイセスのＡＤＵＭ４１６０以外に選択肢がほとんどない。もちろん優秀なＩＣなのだが、今回はこれを使っていない。信号がＩ２Ｓになったあとで、シリコンラボのアイソレータを使ってみたのだが、これが問題になった。アイソレータとしては大変優秀で、信号の遅れもスキューも少なく、絶縁も完璧だったのだが・・・落とし穴があった。
　絶縁されたＵＳＢ・Ｉ２Ｓコンバータ側は「グラウンドが浮いている」ためにＰＣ側のグラウンドノイズで「振り回される」ことになる。さらにＩ２Ｓ信号は平衡伝送ではないので、配線がアンテナになり、発生した高周波成分が回路全体を振り回してくれたのだ。
　これは平衡伝送にしてシールド内に放り込んでやらねば、抜本的な対策はできないので、またこんど。

　途中ではあるが、ノイズ計測のためにアナログ出力を超高感度の計測器（ＦＦＴアナライザ・とても高い機械だが、ナノボルト級の雑音までスペクトル観測できる）に入れてみた。
　ケースに入れていないので６０Ｈｚなどのハム成分が３０マイクロボルト程度見られた。ヘッドフォンアンプを通して聞いても何のノイズも聞こえない。それ以外の周波数の雑音は１マイクロボルト以下。
これでようやく、１６ビット相当のＳＮ比に到達した（−９０ｄＢ・１ＫＨｚなどの信号をＰＣから送ると聞き取ることが可能なので、だいたい合ってる）。

　次はちょっと横道にそれて、サンプリングレート・ビット数などの情報をＩ２Ｓ信号から得ることができるかどうか、やってみようと考えている。