Raspberry Pi 2 LIFE ご購入はこちら 目指せ高性能! I2S ＆ USB のクロック＆データ同期入門 ラズパイ・オーディオの 勘どころ 新連載 第 1回 ディジタル非同期がアナログ出力波形に与える影響 ラズベリー・ パイ2 ファンクション・ ジェネレータ AFG3102C （テクトロニクス） J8 SD 40 LRCK 35 BCK 12 D-Aコンバータ にクロック （24.3 MHz/24.576MHz /24.8MHz） を入力 ファンクション・ ジェネレータからの クロック SCLK D-A アナログ コンバータ 出力 オシロスコープ PCM5102A TBS1052B （テキサス・インス （テクトロニクス） ツルメンツ） I2Sフォーマットで 伝送 24ビット96kHzで 動作させた 図 1 ラズベリー・パイ 2 の GPIO（J8）の I2S 出力を D-A コンバー タに接続 ラズベリー・パイ 2 からはシステム・クロック（SCLK）が出力されない ので外部から D-A コンバータに入力する ラズベリー・パイ 2 は外部の D-A コンバータを使っ てオーディオを再生できます．I2S や USB をインター フェースとして使用します．ラズベリー・パイで高音 質オーディオを再生しようとすると，ラズベリー・パ イ 2 と D-A コンバータの間でデータの転送を行う際の 「同期」を考えないと正しく動作しません． 本連載ではディジタル・オーディオを再生する場合 に起こり得る同期とクロックのさまざまな問題につい て実験を交えて解説します． 実験の構成 ● オーディオ用 DAC に独立クロックをつっこむ 今回は実際に同期を考えずに接続するとどうなるか を実験で確かめてみました． 図 1 に示す構成でラズベリー・パイ 2 の GPIO から I2S を出力してオーディオ用 D-A コンバータに入力し ています（写真 1）． ラズベリー・パイ 2 から I2S フォーマットでオーディ オ信号を出力する場合，ラズベリー・パイ 2 の GPIO ピンの 40 番ピンにシリアル・データ（SD）が，35 番ピ ンに LR クロック（LRCK）が，12 番ピンにビット・ク ロック（BCK）が出力されます． 138 LSIの動作クロック源が 異なるため図2のような 波形ひずみが生ずる 岡村 喜博 アナログ 出力 SD，LRCK， BCK， 3.3V，GND D-Aコンバータ PCM5102A ラズベリー・パイ2 写真 1 今回の実験…ラズベリー・パイ 2 とオーディオ用 D-A コ ンバータのクロック同期がとれていないとアナログ波形にひずみ が生じることを見てみる 通常，オーディオ用 D-A コンバータにはシステム・ クロック（SLCK）が必要なのですが，ラズベリー・パ イ 2 の GPIO からはシステム・クロックが出力されま せん． このため，ファンクション・ジェネレータAFG3102C （テクトロニクス）からオーディオ用 D-A コンバータ PCM5102A（テキサス・インスツルメンツ）にシステ ム・クロックを供給しています．ラズベリー・パイ 2 からは 96kHz，24 ビット・フルスケールの正弦波を 出力しています． なお，実験に用いた回路は次の回で説明します． ▶答えちょっと先出ししちゃうと…アナログ出力がひ ずみます 図 2 はラズベリー・パイ 2 の I2S 出力にオーディオ 用 D-A コンバータを接続し，20kHz の正弦波を出力 したときのアナログ波形です．周期的に波形に不連続 な部分が発生してひずみます． 同 期 の ず れ 方 や 使 用 す る オ ー デ ィ オ 用 D-A コ ン バータの構造によって結果は異なりますが，同期が大 きくずれた場合には出力自体が停止します．同期のず れが小さいと，ほとんどひずみを認識できないレベル にまで小さくなります． 2016 年 3 月号
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