커스텀 자작 DAC 제작 진행 일지 - 3

 
 안녕하세요? 루리입니다. 
  
 요 근래 몇달간 귀신에 홀린듯 다른 일에 집중하게 되어 커스텀 DAC 제작을 드랍했다가,
  
 최근에 들어서야 "아.. 이것도 해야지" 불현듯 생각이 나서 부랴부랴 작업해 본 기록을 올립니다.  
   
 https://www.0db.co.kr/FREE/2224750 - 일지 1 
 https://www.0db.co.kr/FREE/2249340 - 일지 2
  
  PCB를 수령한건 2월 즈음으로 코로나 시국에도 큰 문제없이 도착하였습니다. 

 
  
 보라색 솔더마스크는 처음 사용해보았는데 정말 이쁘더군요. 
 

 
  
 이전에 제작했던 DC어댑터 전용 커스텀 O2 PCB와 한컷. 
  
 사진의 PCB는 테스트를 위해 메인 LDO전원부와 MCU등을 실장하여  
  
 컨트롤러 쪽만 테스트를 진행한 모습입니다. 
  

 
  
 일단 보드의 작동을 보기 위해서 익숙한 MCU 파트를 먼저 작업했습니다만,
  
 실질적으로 Audio를 담당하는 부분은 ES9038Q2M을 비롯한 I/V Stage + SE AMP Stage 이기 때문에
  
 많이 해본 MCU파트 말고 비교적 낮선 파트들의 연계를 먼저 테스트를 했어야 했는데...
  
 생각보다 설계에 문제가 많았고, 그로 인해서 진행이 잘 안되다 보니 의욕이 저하되고.. 
  
 여러 문제점이 겹치다 보니 상당 기간동안 DAC 커스텀 프로젝트를 드랍했던것 같습니다. 
  

 
  
 작업의 어려움은 QFN 패키지도 한 몫 했습니다. 
   

  
 기껏 주위 회로 다 구성해놨는데 QFN 땜이 잘 안되서 보드를 두어개 버리고,
  
 ES9038Q2M 칩셋도 세개정도 태워먹고 나니 아무리 취미라지만 너무 하기 싫어지더라구요. 
  
 DAC 칩이 한두푼 하는게 아닌지라 허탈감만.. 허허..
 
 그렇게 의욕을 모두 잃고 여기까지 진행했다가 몇달간을 드랍하게 되었습니다.   
  
 

  
 그렇게 시간이 지나 7월이 되어서야 머리가 좀 식으면서 다시 이 프로젝트를 손에 잡게 되었습니다.
 
 머리가 식고나서 각잡고 다시 잡으니 의외로(?) 작업이 술술 진행 되었습니다.  
  

 
  
 위의 사진은 외부 DAC 칩에서 I/V Stage + SE AMP Stage를 구동해서  
  
 오디오 신호가 제대로 출력되는지 확인해보는 작업입니다. 
  
 가장 왼쪽에 보이는 Bravo DDI를 통해 USB신호가 I2S로 변환이 되고, 
  
 I2S 신호를 ES9018K2M에서 D/A 컨버전하여 L/R Differential 신호로 자작보드로 넘겨주게 됩니다. 
  
 해당 L/R 신호를 받아 I/V Stage -> SE AMP Stage를 거쳐 싱글엔드 신호로 나오게 됩니다.
 

 
  
 I/V Stage + SE AMP Stage는 +12V ~ -12V로 구동되기때문에(순전히 개인 취향입니다) 
  
 +12V to -12V Negative SMPS를 적용하였습니다. 
 

 
  
 위의 파형은 가장 저렴한 Audio OPAMP인 RC4580을 이용하여 I/V Stage + SE AMP Stage를 
  
 구동한 모습입니다. 아무 유튜브나 틀어서 들어보니 소리가 잘 나는것을 확인하였습니다. 
 

  
 1Khz Tone Test 파형을 입력하여 FFT로 확인하는 과정입니다.  
  
 Oscilloscope의 기본 노이즈 플로어가 상당한 수준이라 정확한 수치는 아니나  
  
 1Khz가 잘 나온다는 것은 확인할 수 있습니다.
 

 
  
 I/V Stage와 SE AMP Stage의 기능을 확인하였으므로 가장 중요한 DAC인 ES9038Q2M의 작동을 
  
 확인할 차례입니다. 구성은 위의 사진과 같습니다. 
  
 PC로부터 USB Input을 받아 Amanero DDI가 I2S로 변환하고, 이 신호를 ES9038Q2M이 받아 
  
 I/V + SE로 넘겨주는 구성으로 되어 있습니다. ES9038Q2M의 제어는 외부에서  
  
 I2C로 진행하게 됩니다.  ES9038Q2M은 고정밀 100Mhz MEMS에서 클럭을 받아 사용하게 됩니다. 
 
  
 ESS 칩셋을 제어하면서 가장 많이 제어할 Address는 다음과 같습니다.
 

 
  
 ADDR : 0x01 -> Input Selection 입력을 선택 
  

 
 ADDR : 0x0B -> SPDIF Select DATA1, DATA2에 Coax, Optical과 같은 단자를 물려 선택할 수 있음

 
  
 ADDR : 0x0F / 0x10 -> Left/Right Volume Control 볼륨을 컨트롤 할 수 있습니다. 
  
 여기서 한가지 간과한것이. -단위기 때문에 0xFF면 -127.5dB(최저볼륨)이고 0x00이면 -0dB(최대볼륨) 
  
 여기에 낚여서 DAC이 왜 작동 안하지... 삽질을 했습니다. 
  
 Register가 2개인 이유는.. ES9038Q2M칩 Default로 L/R 각각 Channel이 따로  
  
 Volume Control을 가져가도록 설정되어있기 때문입니다.   
  
 

 TEST에서 사용한 Reserved를 제외한 ES9038Q2M 칩의 Setting값. ES9038Q2M의 ADDR은 0x90입니다. 
  
 이러한 값을 MCU에서 버튼이나 노브등을 통해 사용자로부터 입력받아 I2C로 ES9038Q2M으로 
  
 넘겨주게 됩니다.
 
  
  
 보드를 모두 구성해서 작동시킨 모습. 오디오 신호가 잘 출력되는걸 볼 수 있습니다.
 

 
  
 Amanero는 기본 32/384를 지원하고, 탑재된 MEMS클럭으로 원활히 Decoding되는것을 확인하였습니다. 
 

 
  
 최종적으로 L/R Channel에서 1Khz 신호들이 잘 출력되는 모습. 
 

 
  
 다소 너저분하지만 내부 구조는 이렇게 되어있습니다.
  
 현재까지 진행된 과정은 위와 같으며, 아직 상위급 OPAMP TEST 및 AP525장비를 이용한  
  
 THD+N 측정, MCU 프로그래밍 등 할일이 태산이지만 가장 큰일이었던 ES9038Q2M의 작동이 
  
 정상적으로 되는것을 확인할 수 있었습니다.  
  
 이후 여건이 되면 완성된 작품을 보여드릴 수 있으면 좋겠습니다.. 
  
 혹시라도 ESS칩셋을 사용한 DAC 자작을 생각하는 분이 계시다면 도음이 되기를.. 바랍니다.. 
  
 읽어주셔서 감사합니다. 
  
 즐감 라이프 되시길.
  
 ++ 
  

 
  
 천생 공돌이 피를 타고나 여러 삽질을 하지만 역시 기성품이 제일 마음이 편합니다......