きょぼ太郎
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往年の機器に自作HTPCと自作のUSB-DACとを組合せ、音楽、映画を楽しんでます。 スピーカー:Infinity Kappa 6.2i CDプレーヤ:SONY CDP-XA7ES

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USBオーディオ(5)廉価中華オシロを活用、クロックのJitterを眺める(訂正・再掲)

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2018年12月23日

前の記事(削除済)が全面的に間違えてましたので、書き直しました。

デジタルオーディオのJitterのことが気になり、我が家の廉価中華オシロ(秋月電子で買ったHantek6254BD)で測定を試行錯誤してます。
事の発端はMi-Take基板(PCM1792)で自作DACを組んで、USB-I2S-DDCをCOMBO384基板からCM6631A基板に差し替えたところ、嘘だろ?と言うぐらい出音が激変したのがキッカケでした。
SPDIF入力のDACと違い、 アシンクロナスUSB-I2S-DDCなら何使ってもあまり大差無いよね・・・という先入観が崩れ、オーディオにはオカルトがまだ潜んでいる・・・と身を以って感じた次第です。
PCM1792はスレーブモードしか使えないので おそらくクロックの質にセンシティブ?なんだろう・・・と漠然と考えてます。

我が家の廉価中華オシロでいろいろ試してますが、
(1)FFTスペアナ機能は殆ど使い物にならず・・・ MCLKを観測したところです。 まずRBWの設定が出来ません。


(2)次にPass/Failという機能を使った試した例・・・5nsec./div時のミニマムの0.04/div設定 5ns.×0.04 のMASK(枠)を作り、何発入り、何発外れるか?という例(前回は四則演算を間違えており、誠にお恥ずかしい次第・・・) 5nsec/div. の場合 200ps相当枠が最小でした。分解能が荒いです。


備忘の為、このデジタルオシロの特徴を確認しておくと、垂直解像度8bitで、縦軸を1V/divで設定すると1LSBは8V[フルスケール]/256 = 31.25mVとなるハズ。。
水平の解像度はよくわかりませんが、このオシロのデータをCSVで保存すると、4,096に刻まれて吐き出されるので、横軸を5nsec./div.で設定すると50nsec.=50,000ps./4,096  
12.20703125ps.[分解能] となるのでしょうか?  (→ 測定器に詳しい方、ご教示いただけると幸いです。何卒・・・)

実買¥3万のオシロなので機能は限られており、多くを望んでは駄目なんでしょうが、次のチャレンジとして、

(3)ストレージ機能を使い、一旦CSVファイルに落とし、エクセルと組合せグラフ化、Jitterを可視化してみました。 

波形取得時にまずオシロ側でaverage128設定にて平均値の波形を取得、CSVファイル化。1/2VCC値をCSVファイルから拾い、Periodの平均値を把握、
その後、average取得をOFFにして8回ほど波形を無差別に抽出、CSVファイル化して補正を入れグラフをトレースしました。 
この手法で1)CM6631A NJM改、2)WM8804 の各 I2S MCLK出力と、3)74HCU04で適当に自作したVCXOを測定してみました。

1)【CM6631A NJM改 I2S MCLK出力 縦軸:電圧/横軸:ピコ秒 VCC3.3V】 Z0プローブ Period Mini 40.23ns. Average.40.73ns. Max.41.05ns. 


2)【WM8804 I2S MCLK出力 (SPDIF注入)縦軸:電圧/横軸:ピコ秒 VCC5V】 Z0プローブ Period Mini 40.29ns. Average.40.73ns. Max.41.13ns. 


3)【74HCU04で適当に自作したVCXO出力 [unlock] 縦軸:電圧/横軸:ピコ秒 VCC5V】 Z0プローブ Period Mini 40.71ns. Average.40.75ns. Max.40.77ns.


オシロ側のクロックのJitterも結構載っているハズなので、何を観ているか判らないかも?とも思いましたが、大まかなJitterの差異は確認できそうです。
お手軽とは行かないもの、ご家庭でもJitterを可視化しながら観測できる時代到来・・・か!?有難い時代です。

<まとめ>
1)中華廉価デジタルオシロからCSVデータを吐き出し、エクセルと組み合わせる手法でPeriod-Jitterの傾向性(10psオーダ迄)が確認できる様です。(流石にFemtオーダは無理)
2)74HCU04で適当に自作したVCXOはCA6631A USB-DDCのI2S MCLKよりもJitter性能が良かったです。
 CM6631A NJM版は電源ICを追加したり、外部給電等の改造も報われずJitterは改善できず。
 HW資料を見る限り 「XO ⇒ PLL Clock-Generator(多分切替のみ?) ⇒ USB Core Logic ⇒ PDMA(2CH) ⇒ FIFO ⇒ I2S OUT 」 と回路が複雑な分、
 各ステージでJitterが乗ってしまうのでは? CIRY-AUDIO版も同じ傾向でした。(NJM版で外部給電し、PCから一旦切り離しても24.576MHzのJitterは変わらず。) 
3)WM8804は50ps rms DPLLですが、当たり前ですが素のXOには敵わないようです。
4)昔から言われてましたが、DACの近くに素性の良いクロックを置く策が音質向上には最良かも知れません。

次のステップとして、昔ながらのインテジャーN型PLLと自作VCXOとを試作し、無謀ながらDAC直下にクロックを置く検討を進めてみたいと思います。
今回は波形は載せてませんが、アイソレータのISO7640を通すと残念なことに更にJitterは増えてしまう様です・・
引き続き模索(迷走?)を続けます。

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