マルチチャネルDAC製作記

2013年5月9日木曜日

MatrixSW FPGA　I2Cコントローラの実装

FPGAのI2Cコントローラは昨年作りこみまでは行なっていましたが、動作確認を行わずに保留にしていましたが、Si5326のセットアップをする前に立ち上げを行いました。

　まず、I2Cの制御系は下図の様にFPGAにQsysによりJtag Avalon Master BridgeによりPCからSystemConsoleで制御出来るようにしています。
　I2Cコントローラは４つのポートからアクセスするポートを選択し、そのうちの２つはMatrixSwitchのMasterClock部のSi5326に接続、残りの２つは4 チャネル I2C マルチプレクサ　PCA9546Aにより４つに分岐させ、その１つずつをHDMI-I2Sケーブル経由で各DACのSi5326およびDACチップに接続します。
　各ラインはI2Cアイソレータ ADuM1250によりFPGAとの絶縁させます。

MultiDAC I2Cコントローラーブロック構成

　デバッグ用にI2C制御用のSystemConsole画面を作成し、動作確認を行いました。

　当面は、SystemConsoleからの制御でしのぐつもりですが、そのうちNiosIIを搭載して、BluetoothかなにかでPCから制御できるようにしたいと考えています。

I2Cデバッグ用SystemConsole画面

この他デバッグには、SiglalTapIIとロジック・アナライザ　ZELOPLUS　LAP-C を使いました。
　今回ZELOPLUSのI2Cプロトコル機能を初めて使いましたが、データをパケットとして表示してくれるため、楽にI2Cデータの解析を行うことができました。
　

　まず、動作確認のリファレンスとするためにBuffaloIIを接続し、I2Cのアクセス波形を採取しました。

BuffaloII 初期設定キャプチャ

　上記は初期設定のアクセスのキャプチャ、下記は１秒周期に周期的に0x0E番地をアクセスしている時のキャプチャです。

BuffaloII 周期ポーリングキャプチャ

　いくつかのバグを修正して、１バイトライトアクセスと1バイトリードアクセスが問題なくできるようになりました。続いてSi5326のデバッグに入る予定です。

MatrixSW I2Cコントローラ　1バイトリードアクセス　キャプチャ

MatrixSW I2Cコントローラ　1バイトライトアクセス　キャプチャ

2013年5月6日月曜日

MatrixSW Si5326基板およびCXO基板組立て

残りのSi5326基板とCXO基板を組立てました。

A面上型の3つのコネクタ（CON7,CON9,CON11)でHDMI-I2S基板の片方と接続し、B面上側の3つのコネクタ（CON8,CON10,CON12)でHDMI-I2S基板のもう片方と接続します。
同じようにA面下側の２つのコネクタ（CON3、CON5）でCXOボードの１つと接続し、B面下側の２つのコネクタ（CON4、CON6）でCXOボードのもう１つと接続します。

　組み上げて思ったこととして、チップコンデンサと抵抗のPadがチップサイズよりかなり大きめにとってあります。これは手付けの場合は半田付けし易さを考慮するとこの程度が良いのだと思いますが、リフローを適用するならもっと小さくして、特にパスコンの場合もっとICとの距離を近くかつ高密度にしたほうが良いかと思いました。　
　

MatrixSW Si5326　ボード　A面

MatrixSW Si5326　ボード　B面

　TPS7A47L基板Ver2と同様電源コネクタのスルーホール径が小さいですが、なんとか入ります。

MatrixSW CXO　ボード　A面

MatrixSW CXO　ボード　B面

MatrixSW MasterClockおよびHDMI-I2S部基板結合（約半分のみ）

　各基板を結合した状態です。基板を小刻みに分けたためコネクタだらけなのが閉口です。
　まだ片側（CXOボードは４つ中１つだけ）のみで、これと同じ構成を上下反転した状態で結合するのが完成形です。

2013年5月4日土曜日

MatrixSW HDMI-I2S Tx基板組立て

HDMI-I2S Txボードを1組分組立てました。

I2SのData/LRCKとI2CおよびTPS7A47　LDOレギュレータを１ライン分収容するHDMI-I2S　Tx I2S　Dataボード　２層基板　B面側はほとんどGNDベタ
表面実装部品はリフローで付けました。

HDMI-I2S Tx I2S Dataボード　A面

HDMI-I2S Tx I2S Dataボード　B面

　
I2SのBCLK　４ライン分とFPGA用クロックラインを収容するHDMI-I2S Tx I2S CLKボード　２層基板
真ん中のチップがSi53301。A面側はほとんどGNDベタ
こちらも表面実装部品はリフローで付けました。

HDMI-I2S Tx I2S Clkボード　B面

HDMI-I2S Tx I2S Clkボード　A面

　

　３枚並べたところが下の写真、HDMIコネクタのピンと下側のスルーホールで固定して合わせて４層基板となります。下の基板のHDMIコネクタはBCLKの2本のみを接続します。
　まだ仮付けですが、スルーホールにはポリミイドテープで絶縁する予定。

HDMI-I2S Tx ボード結合（あと１枚）

４枚並べて完成形

HDMI-I2S Tx ボード結合　A面

HDMI-I2S Tx ボード結合　HDMIコネクタ面から

2013年5月3日金曜日

MatrixSW のMaster ClockとHDMI-I2S Tx部のブロック図

現在製作を進めているMatirxSWのMasterクロック生成およびHDMI-I2S Tx機能を持つ基板群のブロック構成図です。

　Masterクロックの４つのクロックソースと８つのHDMI-I2S Txコネクタを装備するために、CXOボード4枚、SI5326ボード2枚、HDMI-I2Sボード2枚（1枚はHDMI-I2S CLK基板と4枚のHDMI-I2S I２S data基板で構成）および5枚のTPS47ALボードと6枚のTPS7A47Mボード、２枚のFPGA IOボード（設計未着手）で構成されます。

　電源は鉛バッテリー６Vを予定しており、TPS7A47Lボードで4.0V（FPGA系のみ5.0V)に変換、TPS7A47Mボード等2段階で3.3Vに変換する予定。

MatrixSW 　Master ClockおよびHDMI-I2S Tx部ブロック図

　文字が潰れてしまうので下半分の拡大図です。ほぼ同じ構成でFPGAへのクロック供給ルートは下側のみに実装となることと、CXOが下側はCCHD-957　22.5792MHz 　および22.5792MHz　上側は10MHzOCXOとSPDIF受信等から抽出したクロックとなる点のみが異なります。

MatrixSW 　Master ClockおよびHDMI-I2S Tx部ブロック図一部拡大

2013年5月2日木曜日

Matrix SW 基板第二弾到着

カメラが故障してアップしていませんでしたが、残りの基板も到着しました。
各一組は組立開始しています。

　

MatrixSW HDMI-I2S 　I2S CLK基板　下A面　上B面

MatirxSW　HDMI-I2S　 Si5326基板　右A面　左B面

RMEのMADI新製品

　シンタックスジャパンのサイトにRMEのMADIソリューションの新製品群が載っています。
　PCとはUSBインタフェースで接続するMADIのAudioインタフェースとMADIとADATやAES3インタフェース間のルーティングあるいはコンバーター等のラインナップがあります。

　気になるのは、MADIface USB、MADIface XT、ADAT Converter、ADAT Router

　MADIface USB

MADIface USB

MADI入出力１系統（オプティカルおよびコアキシャル）による64チャンネル入力／出力

TotalMix

USBバス・パワー駆動（別途電源不要）

　MADIface XT

MADIface XT

世界で初めてUSB3に完全対応するオーディオ・インターフェイス

MADI入出力（オプティカル）２系統、（BNC同軸）１系統による196チャンネル入力／出力

アナログ入力（マイク／ライン）２系統（XLR＋Phoneコンボジャック）

アナログ出力４系統（XLR２系統＋ステレオ・フォーン）

AES/EBU入出力１系統（ブレイクアウト・ケーブル）

RME Advanced Remote Control(option)

PCI Expressポート装備、外部PCI Expressカードへ接続可能

Word Clock

ADAT Converter

ADAT Converter

ADAT Routerからルーティング機能を省き、MADI TP（ツイスト・ペア端子）から電源を取得することにより、電源ケーブルさえ不要のシンプルな構成ながら完璧な拡張性を提供

８系統のADAT入力/出力（48kHz時に64チャンネル）

２つのMADIポート（ツイスト・ペア×２）

ツイスト・ペア端子からの電源供給

Word Clock入出力

設定ゼロで64チャンネルの入出力

ADAT Router

ADATとMADIとの間で信号を伝送するためのゲートウェイ。

すべてのオーディオ・チャンネルはまったく自由にADATとMADIの間でルーティング可能。

８系統のADAT入力/出力（48kHz時に64チャンネル）

４つのMADIポート（オプティカル×１、コアキシャル×１、ツイスト・ペア×２）

ツイスト・ペア端子からの電源供給

MADIおよびADATの個々のチャンネル間のルーティングを本体ディスプレイで調整可能

MIDI入出力

Word Clock入出力（またはAESシンク）

二重化電源

USB端子（ファームウェアアップデートおよびプリセット格納用）

　現在REM RayDATを使用していますが、ADAT入出力4ポートです。またPCIexpressカード2枚構成のため8ポートに拡張するには搭載するPCのPCIeを4スロット必要とします。

　MADIface USBとADAT Converterの組み合わせであればPCIe拡張スロットを持たないPCでも8ポートのADATを構成することができるようになるはずなので価格がリーズナブルであれば切り替えることも考えたいと思います。

　ADATでPCの影響は完全に分離できると思いますのでMADIは必ずしもオプティカルである必要はありません。クロック同期をADATのどれか1ポートから出来るかどうかが明記されておらずこの点は今後確認が必要です。

　多分私の使い方であればMADIface XT、ADAT Routerまでは必要ないと思われます。あまり価格差が無いのであればもちろんこちらのほうが拡張性があるため欲しい所ではありますが...

　PCでマルチチャネルを扱いたい方はADATでは普通困ると思いますが、その場合はMADIface USBとAES3 Routerの組み合わせが良いと思います。AES3 ConverterはコアキシャルのMADIポートしかないためPCとの電気的接続を完全分離するにはAES3 Routerが必要となるためです。