＜編集日：R1 2018.3.1>

PiDAC4493
AK4493 使用 Raspberry Pi 用 DAC 変換基板 製作マニュアル＜注意＞
本キットをつかって生じた感電、火災等の一切のトラブルについては、当方は責任を負いませんのでご了承ください。また、基板、回路図、マニュアル等の著作権は放棄していませんので、その一部あるいは全体を無断で第３者に対して使用することはできません。

１．はじめに
本基板は Raspberry Pi あるいは Raspberry Pi ＋PiSRC4137 と組み合わせて使用する DAC 基板になります。
DAC 素子には旭化成エレクトロニクスの準フラッグシップモデルである AK4493 を用いています。本基板では入力信号として PCM および DSD のどちらも受信可能であり、その選択は手動での設定ならびに自動判別を行うこともできます。
Raspberry Pi のみと組み合わせた場合、AK4493 を動作させるために必要となるマスタークロック（MCK）は基板内に実装した BCK 逓倍回路で適切な周波数を発生させて供給しています。この本基板にはまたアナロ
グ出力を得るための差動アンプを搭載し、それに必要な正負電源も基板上の DCDC コンバータを搭載していますので、5V の単一電源を供給するのみで音声信号を出力できます。そのため極めてシンプルな構成でのオーディオシステムを構築できます。こだわりがあるなら DCDC コンバータを使用せずに、外部からさらに低ノイズな正負電源を供給することも可能です。
AK4493 は 32Bit の分解能をもった最新のデバイスでもあり、最新のボードコンピュータである Raspberry
Pi との組み合わせて小型で高性能な音楽ソースを構築するのに本基板は適していると思います。

完成例

２．仕様(Specification)
機能
Function
仕様＆特徴
Spec. and features.

必要電源
POWER
基板仕様

表 主な仕様(Specification)
Raspberry Pi と接続して使用するオーディオ用 DA コンバータ
・・・・・

旭化成エレクトロニクスの高性能 AK4493 を使用
DC５V 単一電源で動作可能。
入力周波数ならびにフォーマットの表示機能。
DSD/PCM の両フォーマットを入力可（手動／自動切り替え機能
DC5V 単一（2A 以上、Pi の消費電流にも依存）
DCDC ｺﾝﾊﾞｰﾀを使わず±15V 電源は別給電も可能。
FR4、厚さ 1.6mm、銅箔厚 70μm、金メッキ、サイズは巻末

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1３．端子機能(1)基板端子機能
本基板には P1～P3 の No のついた端子があります。OP アンプ用の DCDC コンバータの電圧出力と繋がっています。

No
P1
P2
P3表記
AV電源 Vcc
AV+

表 基板端子機能説明
OP アンプ用-15V 電源
電源 GND
OP アンプ用＋15V 電源

備考
DCDC1 を使用しない場合は、P1-3 を使用して±15V 電源(50mA 以上)を供給します。

(2)コネクタ(i)CN1CN1 は PCM あるいは DSD 信号の入力コネクタです。 PiSRC4137 との接続を想定した基板上の配置となっています。信号入力について CN1 を選択するか、また入力信号フォーマットを PCM あるいは DSD のどちらを選択するかは「7.パラメータ設定方法」にて説明します。
なお PCM 入力を選択する場合は I2S フォーマット(Philipsformat)でなければなりません。

Pin
13579Name
DATA
LRCK
BCK
MCKN.C

Pin
13579Name
LDATA
RDATA
BCK
MCK
N.C

CN1 (PCM INPUT/I2S FORMAT ONLY)
Content
Pin
Name
DATA
2GND
LR CLOCK(WORD CLOCK)4GND
Bit Clock
6GND
Master Clock
8
GND
10N.C
CN1 (DSD INPUT)
Content
Pin
L-channel DATA
2
R-Channel DATA
4Bit Clock
6Master Clock
810Name
GND
GND
GND
GND
N.C

Content
GND
GND
GND
GND

Content
GNDGND
GND
GND(ii)CN2,CN3
CN2,3 は Raspberry Pi との 40P の結合コネクタです。PCM の入力信号をこの CN2,3 から得るか、あるいはCN1 から得るかはパラメータ設定にて選択します。「7.パラメータ設定方法」の項目で説明します。
(iii)RCA1,RCA2
RCA1,RCA2 はアナログ出力（音声出力）用です。RCA1 が右チャンネル、RCA2 が左チャンネルになります。
RCA1,RCA2 のコネクタ直近には信号取り出し用のパッドを設けていますので RCA コネクタを取り付けずに、直接リード線を半田付けでとりだしてもいいでしょう。
(iv)PHONE1
PHONE1 はφ3.5 のミニジャック出力であり、ヘッドホンを接続することができます。
(v)DC1
５V の AC アダプタの電源入力（DC ｼﾞｬｯｸ）です。DC1 は Raspberry Pi 用ならびにロジック IC 用電源として使用します。JP2 を接続することで DC2 から給電される 5V 電源と共有することができます。
(vi)DC2
５V の AC アダプタの電源入力（DC ｼﾞｬｯｸ）です。DC2 は DAC アナログ部の 5V 電源およびオペアンプ用の±15V 生成の DCDC ｺﾝﾊﾞｰﾀの供給電源として使用します。JP2 を接続することで DC1 との 5V 電源を共有することができます。
OKIRAKU AUDIO 2018 All copyrights reserved2

DC2 はとくに音声出力に関連する電源供給になりますので、スイッチングタイプの AC アダプタ(5V)ではな
く、シリーズ型の AC アダプタ(5V)を用いると好結果が得られると思います。併せてスイッチングノイズの大きな DCDC ｺﾝﾊﾞｰﾀを使用せず、OP アンプ用のアナログ電源についても低ノイズのシリーズ型電源を P1～P3 から別給電するとより高い効果が得られると思います。

(2)ジャンパー端子(i)JP1JP1 は３つのポストがあり、動作パラメータを設定します。「７．パラメータ設定方法」を参照ください。
(i)JP2JP2 は DC1 および DC2 から供給される外部電源(5V)を共通化するためのジャンパーです。１つの 5V 電源(ACアダプタ)で電源を供給する場合は JP2 を接続します。この場合 5V 供給は DC1 あるいは DC2 のいづれかでも構いません。JP2 を開放とする場合は DC1,DC2 のそれぞれに 5V 電源を供給します。
「５．接続方法」も参照ください。
(iii)JP3
JP3 は Raspberry Pi の５V 電源ラインと本基板の 5V 電源ライン(DC1 から供給)との共有化ジャンパーです。
既定値として半田面で接続されており、本マニュアルでも JP3 が接続を前提に説明を行っています。JP3 を開放とする場合は、半田面のパターンを切断してください。JP3 を開放として使う場合、Raspberry Pi と本基板にそれぞれに給電する必要があります。すなわち Raspberry Pi には micro-USB を用いて給電し、本基板には DC1 から 5V 電源を供給します。

OKIRAKU AUDIO 2018 All copyrights reserved3４．部品表例
部品表例を示します。
区分抵抗ﾀﾞｲｵｰﾄﾞ

部品 No
R1,2R3,4R5-10
R11R12-19
R20,21R22-25
R26Ra
Rb
C1,2C3,4C5,6C7,8C9,10C11-17CpCb
LED1,2スイッチ
DCDC ｺﾝﾊﾞｰﾀ

SW1
DCDC1ICIC1IC2IC3,4IC5IC6IC7IC8IC9IC10-12
RCA1,2DC1,2ｺﾝﾃﾞﾝｻ

表 部品表例(PiDAC4493)
規格仕様
炭素被膜 1/4W
1kΩ
炭素被膜 1/4W
1kΩ
金属皮膜 1/4W
2kΩ
炭素被膜 1/4W
33kΩ
金属皮膜 1/4W
2kΩ
金属皮膜 1/4W
100Ω
金属皮膜 1/4W
2kΩ
炭素被膜 1/4W
1kΩ
チップ抵抗51Ω
チップ抵抗47kΩ
電解ｺﾝﾃﾞﾝｻ
100uF/16V
電解ｺﾝﾃﾞﾝｻ
47uF/25V
電解ｺﾝﾃﾞﾝｻ
47uF/16V
ﾌｨﾙﾑｺﾝﾃﾞﾝｻ
1000pF
ﾌｨﾙﾑｺﾝﾃﾞﾝｻ
1000pF
電解ｺﾝﾃﾞﾝｻ
47uF/16V
チップコンデンサ
0.1uF
チップコンデンサ
1uF
Φ3LED
赤色
タクトスイッチ
5V 入力±15V 出力(3W)

3.3V3 端子ﾚｷﾞｭﾚｰﾀ
PIC コントローラ
ロジック IC
ロジック IC
ロジック IC
クロック逓倍DAC 素子3.3V3 端子ﾚｷﾞｭﾚｰﾀ
DUAL OP-AMP
RCA ｺﾈｸﾀ
基板用 RCA ジャックDC ジャック
φ2.1mm 標準 DC ｼﾞｬｯｸ基板用
PHONE ｺﾈｸﾀ
PHONE1
基板用φ3.5 ﾌｫﾝｼﾞｬｯｸ
基板
PiDAC4493※ハッチング部がキットのオプション。

MCW03-05D15(*2)
48M033 など
18P タイプ
74245
74125
7474
ICS570B
AK4493
48M033 など
OPA2134 など
RJ-2410(*2)
C-09408(*3)
C-02384(*4)

個数2261824142222272412111121111132211

備考
I2C プルアップ
LED 電流調整

出力保護用不要(*5)

1608,2012 サイズ
2012,3216 サイズ
白,青の LED は Vf 高く点灯しません。
±15V100mA

PIC16F1827 など
LVC,20SSOP
LVC,14SO
LVC,14SO
LVC,8SO

秋月電子取り扱い
秋月電子取り扱い(*1)～(*4)は秋月電子で入手できます。次項に示します。
(*5)Rb については基板上ではシルクパターンがありますが、パターンとしては短絡状態となっています
ので実装不要です。Rb はソフト開発時に PIC への ICSP(In-circuit serial programing)を実施するために便宜上設けたパターンです。

OKIRAKU AUDIO 2018 All copyrights reserved4

(*1)DCDC ｺﾝﾊﾞｰﾀ（５Ｖ入力±1５Ｖ1００ｍＡ出力のＤＣＤＣコンバーター）(*2) RJ-2410/基板用 RCA ｼﾞｬｯｸ（各色あります）(*3) C-09408/φ2.1mm 標準 DC ｼﾞｬｯｸ ユニバーサル基板取り付け用(*4) C-02384/基 板 取 付 用 ３ ． ５ ｍ ｍ ス テ レ オ ミ ニ ジ ャ ッ ク

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5５．接続方法(1) 電源の接続
本基板の電源供給方法はいくつかあります。
(i)
Raspberry Pi から電源を供給する場合
RaspberryPi に micro-USB で 5V 電源を供給し、CN2 あるいは CN3 を介して本基板に５V 電源を供給します。この場合 DC ｼﾞｬｯｸ１,2 へは５V 電源を接続してはいけません。JP2 は接続します。

Raspberry PiはPiDAC449nの裏側に取り付け

Raspberry PiのmicroUSBより給電

Raspberry Pi の microUSB を用いて給電する場合。JP2 は接続(ii) 本基板から Raspberry Pi に電源を供給する場合
本基板から Raspberry Pi に CN2 あるいは CN3 を介して５V 電源を供給します。DC ｼﾞｬｯｸ 1 あるいは DC ｼﾞ
ｬｯｸ 2 のどちらかから AC アダプタで５V を入力する場合は、JP2 を接続して DC ｼﾞｬｯｸ 1 と DC ｼﾞｬｯｸ 2 との電源を共有化させます。DC ｼﾞｬｯｸ１と DC ｼﾞｬｯｸ 2 の両方から 5V 電源を供給する場合は JP1 は開放のままとします（DC ｼﾞｬｯｸ１と DC ｼﾞｬｯｸ 2 からの分離給電を行います）。

Raspberry PiはPiDAC449n

Raspberry PiはPiDAC449nの裏側に取り付けの裏側に取り付け

DC5V

DC5VをDCJ1あるいはDCJ2のどちらかに接続

図

DC ジャック１あるいは２のどちらか一方から給電する場合。JP2 は接続。

OKIRAKU AUDIO 2018 All copyrights reserved図DC5V

DC ジャック１と DC ジャック２の両方から給電する場合。JP2 は開放。

6

(2) 出力の接続
RCA1（OUT1）が L-CH 出力、RCA2(OUT2)が R-CH 出力になりますので、アンプへ接続します。
PHONE1 はヘッドホンを接続することができます。

ヘッドホン出力

Raspberry PiはPiDAC449nの裏側に取り付け左（LEFT)出力右（RIGHT)出力

図

音声の出力

６．動作表示本基板では動作状態を示す２つの LED（LED1:FREQ,LED2:FMT）があります。以下にその点灯状況と動作状態について説明します。
(1)電源投入時の表示
電源投入後に基板上の PIC は AK4493 と通信に問題がないかどうかをチェックします。正常であれば２つの LED が交互に短く 10 サイクル点灯します。通信障害があれば２つの LED が同時に点灯を繰り返します（電源を落とすまで）。通信障害の発生要因は AK4493 等の取り付け不良等が原因ですので、半田付け等を確認してください。
(ii)定常動作時
FREQ(LED1)は入力信号の周波数(FREQ)を示します。PCM あるいは DSD 信号入力時に下記のような点灯状態となります。PCM 入力時は LRCK の周波数を、DSD 入力時は BCK の周波数を計測しています。入力信号を受けている場合は点灯、あるいは点滅を行います。消灯している場合は入力がない状態（あるいは入力があるが規定の周波数ではない場合）を示します。
表 LED1/FREQ の表示
PCM 入力時(LRCK をｻﾝﾌﾟﾘﾝｸﾞ)
32kHz､44.1kHz､48kHz
88.2kHz、96kHz
176.4kHz、196kHz
352.8kHz、382kHz
705.6kHz、764kHz
上記以外

DSD 入力時（BCK をｻﾝﾌﾟﾘﾝｸﾞ）≒2.822MHz≒5.644MHz≒11.288MHz≒22.576MHz(≒45.192MHz)
上記以外

LED1/FREQ 表示
点灯
0.5Hz 程度でゆっくり点滅（点灯･消灯は同時間）
2Hz 程度で点滅（点灯･消灯は同時間）
0.5Hz 程度で点滅する。点灯時間は短い。
5Hz 程度で早く点滅（点灯･消灯は同時間）
消灯

FMT（LED2）は入力信号のフォーマットを示します。
表 LED2/FMT の表示
PCM 入力時
DSD 入力時

LED2/FMT 表示
消灯点灯

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7７．パラメータ設定方法
本基板では動作条件を設定するためのスイッチ(SW1)とジャンパーポスト(JP1)があり、それらの設定により動作に必要なパラメータを設定します。
(1)設定パラメータ
本基板における設定パラメータは PARA0～PARA4 の５つあります。それぞれのパラメータは JP1 のポスト数と同じ３ビットの情報です。ここでは、ビットの状態としてジャンパーポストを短絡した状態が“１”で、開放した状態が“０”を表すこととします。
PARA0～PARA4 の設定内容は下記の通りになります。既定値はすべて「０」です。

表 設定パラメータ
パラメ Bit2
Bit1
ータ
JP1-2
JP1-1
PARA0
AUTO
DSD/PCM

Bit0JP1-0
INPUT

設定内容
PARA0 は入力およびフォーマットの選択になります。
INPUT は入力信号を選択します。
０：RaspberryPi から直接入力(CN2,CN3)からのDATA、LRCK,BCK 信号を使用します（既定値）。
１：CN1 の PiSRC4137 からの信号を使用します。
DSD/PCM は入力フォーマットを設定します。
０：PCM フォーマットを選択（既定値）
１：DSD フォーマットを選択

PARA1

SSLOW

SLOW

SD

AUTO は入力フォーマットの自動認識を設定します。
０：手動設定（Bit1 の DSD/PCM が有効。既定値）
１：自動設定（Bit1 の DSD/PCM は無効）
PARA1 はディジタルフィルターの特性の設定になります。詳細は AK4493 のデータシートを参照ください。
SD は Minimum delay Filter Enable を設定します。
０：Traditional filter（既定値）
１：Short delay filter
SLOW は Slow Roll-off Filter Enable を設定します。
０：Slow roll-off filter disable（既定値）
１：Slow roll-off filter
SSLOW は Super Slow Roll Off (Digital Filterbypass mode) Enable を設定します。
０：Disable（既定値）
１：Enable

PARA2

GC2

GC1

GC0

PARA2 はゲイン設定になります。
GC0,GC1,GC2 は AK44797の PCM, DSD Mode Gain Control を設定します。詳細は AK4493 のデータシートを参照ください。設定により
DAC は下記の出力となります。

OKIRAKU AUDIO 2018 All copyrights reserved8表 設定パラメータ（つづき）
パラメ Bit2
Bit1
Bit0ータ
JP-2
JP-1
JP-0
PARA3
SC2
SC1
SC0

PARA4

INV0DSDD

設定内容
PARA3 は音質設定を行います。SC2～SC0 は AK4493 のSound Quality に対応します。詳細は AK4493 のデータシートを参照ください。設定により DAC は下記の出力となります。

DSDD は DSD Playback Path Control を設定します。
０：Normal Path（既定値）
１：Volume Bypass
INV は出力位相を設定します。
0:アナログ出力位相はノーマルとします。
1: アナログ出力位相を反転させます。

(2)パラメータ設定手順
パラメータ設定は以下の手順になります。
(i)設定開始
・基板に電源を投入した後、定常動作状態になったのちに SW1 を押します。
・LED1,2 が同時に５回点滅したのち消灯します。この状態がパラ―メータ設定の受付状態になります。
(ii)PARA0～4 の設定
・PARA0 の設定値をジャンパーポストに設定したのち SW1 を押します。
LED１(FREQ)が比較的ゆっくりと５回点滅し、PARA0 の設定完了を示します。
・次に、PARA1 の設定値をジャンパーポストに設定したのち SW1 を押します。
LED2(FMT) が比較的ゆっくりと５回点滅し、PARA1 の設定完了を示します。
・次に、PARA2 の設定値をジャンパーポストに設定したのち SW1 を押します。
LED1(FREQ),LED2(FMT) が同時に比較的ゆっくり 5 回点滅し、PARA2 の設定完了を示します。
・次に、PARA3 の設定値をジャンパーポストに設定したのち SW1 を押します。
LED1(FREQ) が早く 10 回点滅し、PARA3 の設定完了を示します。
・次に、PARA4 の設定値をジャンパーポストに設定したのち SW1 を押します。
LED2(FMT) が早く 10 回点滅し、PARA4 の設定完了を示します。
上記後に PiDAC4493 は設定パラメータを反映したのち、通常動作モードに以降します。なお設定パラ
メータは EEPROM に書き込まれますので、設定内容は保持されます。なお、通常動作時に誤って SW1 を押してしまうと、無条件にパラメータ設定開始となりますので、再度入力しなおしてください。

OKIRAKU AUDIO 2018 All copyrights reserved9設定方法を早見表にまとめると下記の通りです。
項目
動作LED 表示設定開始
SW1 を１回押す
LED1,2 が同時に５回点滅
PARA0 設定
LED１(FREQ)が比較的ゆっくりと５回点滅
JP1 を設定後 SW1を押す
PARA1 設定
LED2(FMT) が比較的ゆっくりと５回点滅
PARA2 設定
LED1(FREQ),LED2(FMT) が同時に比較的ゆっくり 5 回点滅
PARA3 設定
LED1(FREQ) が早く 10 回点滅
PARA4 設定
LED2(FMT) が早く 10 回点滅
設定完了
動作状態の表示へ。
(3)パラメータ例(i)既定値
パラメータは既定値はすべて０、すなわち入力は Raspberry Pi(CN2,3)でフォーマットは PCM 固定になっています。Raspberry Pi と直接接続する場合には特段パラメータの設定を行う必要はありません。フィルタの設定等を行う場合に変更すればいいでしょう。
既定値（入力：Raspberry Pi(CN2,3) フォーマット：PCM）
JP1-2
JP1-1JP1-0
設定内容PARA0０００
INPUT=0
RaspberryPi（CN2,3）入力
DSD/PCM=0 PCM 固定AUTO=0
手動設定
PARA1０００
SD=0,SLOW=0、SSLOW=0
PARA2０００
GC2=0, GC1=0, GC0=0
PARA3０００
SC2=0, SC1=0, SC0=0
PARA4０００
INV=0,HLOAD=0,DSDD=0０は開放 １は接続(i)PiSRC4137 入力時の設定例
PiSRC4137(CN1)から入力する場合は PARA0 の変更が必要で、PARA0 の INPUT=1 にします。PiSRC4137 はPCM と DSD のどちらのフォーマットも出力できますので、AUTO=1 にしておくと便利でしょう。この場合
DSD/PCM ビットについては０，１のどちらでも構いません。
PARA1 以降については好みで設定ください。PARA0 を変更する場合は PARA1～PARA4 も同時に設定し直す必要があります(個別のみでの設定ができないため)。
設定例（入力：PiSRC4137(CN1)、 フォーマット：自動切り替え の場合）
JP1-2
JP1-1
JP1-0
設定内容PARA0１X
１INPUT=1
RaspberryPi（CN2,3）入力
DSD/PCM=X ０，１のどちらでもよい
AUTO=1
PCM/DSD 自動切り替え
PARA1０００
SD=0,SLOW=0、SSLOW=0
PARA2０００
GC2=0, GC1=0, GC0=0
PARA3０００
SC2=0, SC1=0, SC0=0
PARA4０００
INV=0, 0 , DSDD=0０は開放 １は接続

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10８．基板パターン(1)基板シルク

OKIRAKU AUDIO 2018 All copyrights reserved11(2)基板部品面パターンOKIRAKU AUDIO 2018 All copyrights reserved

12(3)半田面パターン

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13９．回路図

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14１０．基板寸法
本基板サイズは”STD“になります。
表 寸法 単位 mm/(mil) ※1mil=25.4/1000mm
A
B
t
H
a
119.4
43.2
1.6
3.5
111.8
(4700)(1700)(138)(4400)
119.4
81.3
1.6
3.5
111.8
(4700)(3200)(138)(4400)
81.3
59.7
1.6
3.5
73.7(3200)(2350)(138)(2900)
144.8
101.6
1.6
3.5
137.2(5700)(4000)(138)(5400)

name
STD-S✔

STD
STD-H
WIDEb35.6(1400)
73.7(2900)
52.1(2050)
94.0(3700)c,d3.8(150)
3.8(150)
3.8(150)
3.8(150)

NoneAadcb

BHt

１１．編集履歴
Revision
R1

DATE
2018.3.1

CONTENT
初版

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15