2出力のヘッドホンアンプ TPA6139A2編 でけた

ケースに収めた

3.3V-5V安定化電源と接続すると、まあまあでかい（＾ｑ＾；

ヘッドホンアンプ専用の電源ではないので、しかたないかなあとあきらめる

電源とヘッドホンアンプをスタックして、ぴゅんぴゅん3号（http://dad8893.blogspot.jp/2015/04/3vcvs-lpf_29.html）と接続してみた

これで一応ぴゅんぴゅん3号の試聴環境は整った

なんとなく、モバイルシステムっぽくなってきたかな？

TPA6139A2を使ってみて思ったこと

良い点

3.3Vの単電源駆動できて仮想GNDも作る必要がなく増幅率の設定も抵抗1本で済み、外付け部品が非常に少なく済む

また、SSOPなので素子自体の実装面積もコンパクト

値段も安い（258円＠共立）

困った点

ノイズが多い

500kHz付近で可聴帯域外なのでヘッドホンで聴く分には問題とならないと思うが、気にするとやはり気になる（＾ｑ＾；

おそらくIC内部で負電圧を作り出すチャージポンプ回路で発生しているんだと思うが、ヘッドホン出力用のアンプなので、このノイズを低減させる方法はなさそうだ（最終段にLPFを入れるわけにもいかない）

ヘッドホン（や耳）が自然とLPFになっているので割りきるのが良さそう

GNDの扱いに要注意

仮想GNDを使っている自作のMini Mixerと同じ電源（電池）を使って接続すると動作がおかしくなる

まだ、きっちりした実験はしていないが別の電源を使えば大丈夫そうだ

同一電源だとACカップリングを入れてもダメだった

だが、仮想GNDを使いつつカップリング・コンデンサを入れているぴゅんぴゅん3号なら同一電源でもちゃんと動く

いずれちゃんと実験する予定

DIP変換基板を使うと結局でかくなる

せっかくSSOPなのにユニバーサル基板に実装しようと思うとDIP変換基板を使うしかない

「しかない」というわけでもないが、自分のハンダ付けレベルではまだムリそう

もったいない話ですが（＾ｑ＾；

結局・・・

例えば単電源で動作するマイコンからのPWM出力やDACからの音声信号をそのままTPA6139A2につっこむというような使い方が一番良さそうだ

それもユニバーサル基板ではなくてプリント基板を使うとしっくりする

SSOP（0.65mmピッチ）なのでプリント基板の製造も気をつけたほうがいいかな？

まだプリント基板を焼いたことがないのでなんとも言えないですが

資料等はGithubで公開しています
https://github.com/ryood/HeadphoneAmp_TPA6139A2

2出力のヘッドホンアンプ TPA6139A2編 最終音出しテスト＆もろもろ

ジャック類をつないで実際に音出し実験してみた

30分ぐらい聴いていたが、特に異音等はなかったようだ

オシロで見るとノイズがひどいが、実際ヘッドホンをつないで聴いてみるとそんなにダメダメというわけでもない

このまま透明ケースに収めてしまおうと思う

ケース内配線図

ワイヤーの出し方を多少変更

ケース加工図

電源電圧は3.35Vで、入力信号がないときの消費電流は16.18mAだった

Mini Mixerとの相性問題

Mini Mixerとこのヘッドホンアンプを別の電池で駆動したら、正常に動作した

TPA6139A2→自作の可変安定化電源、3.3V出力
Mini Mixer→自作の5V-3.3V安定化電源 5V出力


ACカップリングコンデンサーを入れてもいけるかと思ってたが

10uF/両極性ケミコン、100kΩだとダメだった

fc = 1 / ( 2 * pi * C * R ) = だいたい0.16Hz

電源は自作の5V-3.3V安定化電源で、Mini Mixerが5V、TPA6139A2が3.3Vから給電

なんでだめなのかは頭がまわらないのでよくわからない（＠＠；

2出力のヘッドホンアンプ TPA6139A2編 はんだ付け完了

余裕を見て多少CRの定数を変えてはんだ付けした

回路図

基板図

TPA6139A2の増幅率を決めるR1は一応ピンソケットにしておいた

いつもは普通のピンソケットを使っていたが高さが結構あるので共立で売っている「SILソケット」というのを今回は使ってみた

http://eleshop.jp/shop/g/gA3541D/

高さは半分ぐらいになるが、普通のピンヘッダやQIピンはピンが太すぎてささらない

抵抗やコンデンサーみたいな部品の足や、「細ピンヘッダ」というタイプのものならささる

TPA6139A2のDIP変換基板（画像のD014と書かれている基板）には普通のピンヘッダを使ってしまってたので、ここの基板側の受け用には普通のピンソケットを使った

結果として全体としてはこのDIP変換基板の高さが一番高くなってしまったが
スペーサーを使わないで両面テープ固定にすれば透明ケースになんとか収まりそうだ

部品をならべた

汎用性はあんまりないかもしれないが、自分の持ってるヘッドホンのプラグが6.3φのものと3.5φのものなのでジャックも6.3φと3.5φにした

なんとなく不細工だが、ケース内の配線を考えて左側が入力系、右側が出力系のジャックという配置にした

ケース内配線

Mini Mixerとの相性について考えてみた

前回、ブレッドボードで実験したとき（http://dad8893.blogspot.jp/2015/07/2-tpa6139a2.html）
Mini Mixerから入力すると出力がおかしくなった

DATASHEETをみるとTPA6139A2は「DIRECTPATH」というチャージポンプを使った技術で負電圧を作っているようだ

なので、この回路のGND（回路図ではAGNDと表記）の電位は信号の正負の中点ではなくて一番低い電圧（両電源回路だとV-とかVeeとか）になっている

Mini Mixerの出力のGNDは小細工をして信号の中点に来るようにしているがこれが仇になっているような気がする

どちらも「5V/3.3Vの安定化電源（http://dad8893.blogspot.jp/2015/06/5v33v_13.html）」から電源をとっているので、GNDレベルがずれてしまっている結果なのかもしれない

Mini Mixerの出力段にカップリングコンデンサーを入れたり、電源を分けたりすればはっきりするかな？


ちゃっちゃとやってしまいたいんだが、なかなか気合が入らない（＾ｑ＾；

2出力のヘッドホンアンプ TPA6139A2編 設計のやりなおし

こないだTPA6139A2の回路図と基板図を書いて半日らいで終わりそうなのではんだ付けしたが
設計図が間違っていて大失敗をこいた（＾ｑ＾；

使おうと思っている14PinのDIP変換基板(14Pin、幅600mil)の適当なDIP部品が見つからないので
7PinのPinheadを2個並べて作図したが、これが敗因

「2出力のヘッドホンアンプ 透明ケースシリーズではスペースが足りない？」
http://dad8893.blogspot.jp/2015/07/2.html

基板図に起こしたときにJP1とJP2の位置を間違えてた（ちょうど反転状態になっている）

反転しているのでTPA6139A2を外して180度回転させてもてもうまくいかない（＾ｑ＾；

しかも透明ケースの高さが心配だったので（簡単な回路なので気を許してたのもあるが）
DIP変換基板をピンソケットを使わずに直付けしてしまった（＾ｑ＾；；；；

Androidタブレットの液晶を割ってしまったのも重なって完全に打ちひしがれて
赤色LEDを破壊して多少気を紛らわせていた（＾ｑ＾；

やっぱり急いでやるとろくなことがない

再設計

eagleで14pin、600milのDeviceを作って作図しなおした

あと、パイロットランプ用のLEDを追加、気休めに電源に10uFのデカップリング用の電解コンデンサーも入れた

回路図

基板図

基板には実際に部品を並べていないので、まだわからないがジャンパーは1本で済みそうだ


ブレッドボードで実験

WaveGeneで1kHzのサイン波を出力してオシロで見てみた

赤色がTPA6139A2の出力、黄色が入力

相当ノイズが乗っている

入力に入れているPOT（10k/A 2連）はフルボリュームにした

TPA6139A2の電源をオフ

これも相当ノイズが乗っているが、WaveGene→オーディオ・インターフェイスからの出力をオシロのプローブに直結しても同じようなノイズが乗っていた

測定環境のノイズの様だ

TPA6139A2の電源がオンの時と比べるとオンの時の方がノイズが多い（黄色の線が太い）

積セラの1uFのCをフィルムコンデンサに変えたり、入力に入れているカップリングコンデンサーを1uF、2.2uFに交換してみてみたがノイズレベルが劇的に改善するというようなことはなかった

もう一度音出し

ふたたびSony MDR-CD900STとPanasonicのイヤホンを並列につないで実際に音を出してみたが（オーディオ・インターフェイスから音楽を再生）TPA6139A2のGAIN設定用のRを22kΩにすると無音時に耳で聞いてもわかるノイズが乗るようなので、DATASHEETに載っている「Application Circuit」の-1.5倍設定の49.2kΩに近い47kΩが良さそうだ

Mini Mixerをつなぐとおかしくなる

ぴゅんぴゅん3号の出力やオーディオ・インターフェイスの出力を直接入力すれば問題ないが、こないだ作ったMini Mixer(http://dad8893.blogspot.jp/2015/06/mini-mixer_30.html)を経由させるとおかしくなる

赤色がTPA6139A2の出力、黄色がMini Mixerからの出力

入力の方が1.25V程度まであがって張り付いてしまう（＠＠；


同じ接続でTPA6139A2の電源をオフにしてみる

TPA6139A2を通さなければMini Mixerから波形は出力されている（波形のゆがみはMini Mixerに入力している、ぴゅんぴゅん3号の出力の歪）

オーディオ・インターフェイスの出力もぴゅんぴゅん3号の出力も直接ならOKなので、Mini Mixerの出力系がおかしい可能性が高い

ぴゅんぴゅん3号の回路図を見ると（http://dad8893.blogspot.jp/2015/04/3vcvs-lpf_29.html）何の気なしにC3とR4を入れていた

C3は直流成分をカットするカップリングコンデンサーでR4は出力が開放されているときにGNDにおとすつもりで入れたような気がする

あんまりよく覚えていない（＾ｑ＾；

Mini Mixerの方には何も入れずにOPAMPからの出力をそのまま出力している

この辺が影響してるのかなぁ？
→あとでもう少し実験する予定

TPA6139A2について

ヘッドホンで聞いたらおっさん耳にはほとんどわからないが、このICは相当ノイズがひどい

オーディオ用途で使うにはちょっと厳しいかな

たぶんちゃんとした音源（MP3ではなくてちゃんとしたPCMで録音のいいクラシックとか）で音量をそれなりにあげて聞けば違いも分かるかもしれないが、ブレッドボードでの実験レベルで音量を上げるの怖すぎる（＾ｑ＾；

2出力のヘッドホンアンプ 透明ケースシリーズではスペースが足りない？

がんばってみたけど透明ケースにはおさめられそうもない

電池は単4×2にしたがこれは入らない

負けです

レベル調整用のＰＯＴを入れるスペースが見つからない

電池はなくしてイベント特化で外部電源にしたらいけるかな？

おいっこにあげるときはもうちょっとでかいケースで考えようと思う（＾ｑ＾；；；

2出力のヘッドホンアンプ TPA6139A2の電源電圧をチェック

自作の可変安定化電源（http://dad8893.blogspot.jp/2014/12/blog-post_18.html）を電源にして、電源電圧を変えながらTPA61392A2を動作させてみた

ぴゅんぴゅん3号（http://dad8893.blogspot.jp/2015/04/3vcvs-lpf_29.html）でだいたい1kHzのサイン波を出力して回路に入力し、出力負荷には47ΩのRをつないだ

3.29V（安定化電源の読み取り値以下同）

出力電圧: 825.2mV(RMS)

2.81V

出力電圧: 805.1mV(RMS)

2.70V

だいたい2.8Vぐらいまで動作するようだ（＾ｑ＾／

2.8Vぐらいまでは多少出力レベルが下がったが、ノイズが増えたりということは見た感じなさそうだ

安定化電源の読み取り電流値はだいたい29mAぐらいだった

3.30V、負荷なし

出力電圧： 930.3mV(RMS)

テブナンの法則（だっけか？）によると

内部抵抗 = (930.3mV - 805.1mV) / (805.1mV / 47Ω) = だいたい5.73Ω

なので内部抵抗（出力インピーダンス）は5.73Ωぐらいになるのかな？

入力なし、負荷なし

安定化電源の読み取り電流値はだいたい15mAだった（←アイドル時の消費電流）

800mV（RMS）出力時は29mAだったので29mA - 15mA = 14mA

800mV / 47Ω（負荷抵抗） = だいたい17mA

なのでまあこんなもんか（＾ｑ＾；

電池の選択

単4のアルカリ電池の容量は900mAhぐらいらしいので32Ωのヘッドホンを2個使って1V(RMS)の出力で

900mAh / (1V /(32Ω / 2)) = 14.4h

なので常識的な使い方なら半日ぐらいは持つかな？

電池のへたり方(内部抵抗の増え方)次第だが

単3×2の方が無難か

2出力のヘッドホンアンプの検討 TPA6139A2編

TPA6139A2、1個だけで並列にヘッドホンとイヤホンをつないで音出ししてみた

ヘッドホンはSONY MDR-CD900ST（インピーダンス63Ω）、イヤホンは型番は忘れたがPanasonicの2000円ぐらいのやつ（たしかインピーダンスは32Ωぐらいだったと思う）

TPA6139A2、1個だけでも音量は十分（＾ｑ＾／

この2つのヘッドホンなら出力レベルのバランスも調整しないで良さそうだ

タブレットでMP3を再生して聴いても歪んでるかどうかよくわからないので（＾ｑ＾；
どこまで歪まないで出力できるか調べてみた

出力レベルのチェック

TPA6139A2はPin12につなぐR値で出力Gainを調整できるようだ

WaveGeneで1kHzのサイン波を出力して、このR値を変更しつつオシロで波形を見てみた

出力負荷は47ΩのRで代用

GAIN値はDATASHEETに載ってる表の値をだいたいで換算した

マイナスの値になっているのは反転出力のため

47kΩ: GAIN -1.5(V/V)ぐらい

33kΩ: GAIN -2.3(V/V)ぐらい

22kΩ: GAIN -2.5～-3.0(V/V)ぐらい

15kΩ: GAIN -3.5(V/V)ぐらい

12kΩ： GAIN -4.0(V/V)ぐらい

10kΩ: GAIN -4.5(V/V)ぐらい

ノイズは相当ひどいが（＾ｑ＾；±1.5V(p-p)ぐらいまで歪まないで出力できるみたいだ

15kΩのとき±1.8V(p-p)ぐらいだが下側がちょっと歪んでる感じだ

電源電圧が3.3Vの単電源なので中で相当頑張って出力を上げてるんだとう思う

3.3Vに安定化しないでもそこそこ動作するなら単4×2でいけるかな？

2出力のヘッドホンアンプの構想

TPA6139A2の2個使いの実験をしてみた

こないだ作った「矩形波だけのファンクションジェネレータ」で波形を見てみた

電源ON時

電源OFF時

電源をONにすると入力波形にもノイズがあらわれているので
TPA6139A2のノイズかもしれない

DATASHEETを見てみると「チャージポンプで負電圧を作る」みたいなことが書いてある

ノイズの原因はこれかな？

聞こえる周波数ではないので（製作途中のMini Mixerの性能を考えてみても）
これは妥協するしかないかな

デカップリング系は積セラの1uFに交換して入力のカップリング・コンデンサーを1uFにしたが・・・

これは入出力の周波数特性を見ないとわからないかもしれない

出力１と２のバランスを可変にしたいのだが

どうすればいいのか悩み中…

ヘッドホンアンプ用IC TPA6139A2の検証

ふたたびAndroid Tabletのアプリ「Keuwl Dual Channel Function Generator」から
1kHz正弦波を出力して、自作のLPF（http://dad8893.blogspot.jp/2015/04/lpf_6.html）を通した

オシロで波形を見てみた

TPA6139A2の電源オフ時

TPA6139A2の電源オン時

TPA6139A2を使うと(入力側も)激しくノイズが乗っている様に見える

拡大

波形４つ分でだいたい3.2マス、横軸は2.0us/divなので

2.0us × 3.2 / 4 = 1.6us

逆数をとって、だいたい625kHzぐらいでノイズが乗っているようだ

WaveSpectaraで可聴帯域を見てみた

いつものようにTASCAM US-144MKIIのGuitar入力(入力インピーダンス1MΩ)に入力して
WeveSpectraで見てみた

Tablet+自作LPFからの出力（TPA6139A2の回路未接続）

THD: 0.03007%
THD+N: 0.03392%
RMS: -14.16dB

TPA6139A2の回路を通した出力

THD: 0.03087%
THD+N: 0.03458%
RMS: -13.96dB

前回は数値が悪化していたが今回はほとんど差がない
→どっちかが測定ミスかも（＾ｑ＾；

どちらにしろ、可聴帯域ではノイズの影響はほぼないと思う

オシロの波形を見るとやっぱり反転出力だったが、音を聞く分には何の問題もない（たぶん）

負荷耐性

47Ωの酸金のRを並列につないでみた

47Ω

THD: 0.03039%
THD+N: 0.03451%
RMS: -10.49dB

何故だか負荷なしの時より出力レベルが上がっている

47Ω//47Ω　= 23.5Ω

THD: 0.02394%
THD+N: 0.03077%
RMS: -10.53dB

47Ω//47Ω//47Ω = 15.6Ω

THD: 0.05202%
THD+N: 0.07981%
RMS: -10.55dB -13.95dB

これぐらい負荷をかけると歪率は悪化するが許容範囲だし出力レベルも下がっていないようだ

<追記：20150621>出力レベルは下がっていた（＾ｑ＾；</追記>

最近の低インピーダンスのヘッドホン/イヤホンでも32Ωぐらいだから2個並列で使った場合がこんな感じになるかな？

オシロの波形

47Ω

Vk(RMS): 560.8mV

47Ω//47Ω

Vk: 562.5mV

47Ω//47Ω//47Ω

Vk: 561.4mV

オシロで見ても出力レベルは下がっていない

TPA6139A2の出力インピーダンスは相当低いのかな？

考察

DATASHEETをみると絶対定格で

VDD to GND | -0.3 to 4 | V 

推奨値で

VDD SUpply voltage | MIN 3.0 | NOM 3.3 | MAX 3.6 | V

となっているので3.3Vで安定化しないとだめっぽい

ということはLDOを使っても単三（または単四）×3本（4.5V）

基板は小さくできそうだが、トータルではまあまあなサイズになるかも

1uFの積セラがないので仕入れつつ
実際に音出ししてみて考えてみようと思います