CUSTOM DAC/AMP 제작 진행 상황 - 2

 안녕하세요? 루리입니다.  
  
 지난번에 이어서, 제작 진행중인 ES9038Q2M DAC 관련 근황을 적어봅니다. 
  
 Schematic 작성이 끝나서 다음 단계인 PCB Artwork로 넘어갔습니다. 
 
   

 PCB Artwork의 경우 회로에 전원부, MCU부, AMP부, 신호입력부 등등 많은 부분이 존재하는 만큼 
  
 첫 단추를 잘 끼워야 나중에 고생을 덜 하게 됩니다.  
 

 

 하지만 실제 10cm x 10cm라는 물리적 크기의 벽 앞에서는 약간 까마득해지는 소자 배치 입니다. 
 

 

 실 사용을 가정했을 때 모든 입력부가 뒤에 위치하는것이 좋기때문에, 기본적인 틀은  
  
 위와 같이 배열할 수 있습니다. 왼쪽부터 2 Optical, RCA OUT, 3.5 OUT, DC IN, PWR S/W 입니다. 
  
 하단부는 AMANERO(XMOS) 커넥터, LCD, STLINK, UART, 스위치 등등, MCU가 위치하게 됩니다.  
 

 

 도중도중 3D로 체크를 하면서 Design에 무리수를 두는 배치인지 아닌지 확인을 합니다.  
 

 

  계속해서 PCB 아트워크를 진행한 결과, 
 

 

 대략적으로 위와 같은 배치가 되었습니다.
  

 

 하지만 여기서 제작 초기에 미처 고려하지 못한 부분이 있었습니다.  
  
 바로 사진에서 보이는 U11(ES9038Q2M)이 0.4mm의 QFN 패키지라는것 입니다. 
  
 0.4mm는 다시말하면, 400um의 간격으로 머리카락 4가닥의 굵기와 맞먹습니다.
 

 
  


  즉 사진의 IC에서 보이는 얇은 PIN들의 간격이 머리카락 4가닥의 굵기라는 것이죠.

  
 0.4mm QFN 패키지라는 것이 문제인것은 아닙니다. 전적으로 제작자의 납땜 스킬만 있으면 
  
 충분히 수땜이 가능한 영역이기 때문입니다. 다만 여기서 문제가 되는 것은  
  
 ES9038Q2M Datasheet상에서의 Example Layout은 Reflow공정을 기준으로 만들어진 
  
 Design이기 때문에 손으로 납땜하기가 굉장히 어렵다는 것 입니다. 
   

 
 실제 0.4mm QFN 패키지를 수땜으로 납땜한 경우입니다. 이처럼 칩에서 적어도 2mm는 Pattern이  
  
 나와줘야 인두로 작업이 가능하기 때문에, ES9038Q2M의 Footprint를 수정할 필요가 있습니다. 
 

 
  
  
 Footprint를 수정하여 다시 적용한 결과 최종적으로 위와 같은 Design이 되었습니다. 
  
 10x10에 모든것을 우겨넣으려다보니 전자공학적으로 마음에 썩 드는 패턴은 아닙니다만, 
  
 이번 1차 Proto Type에서는 전체적인 System의 확인이 목적이기 때문에,  
  
 성능의 Tuning은 다음 Proto type에서 진행하게 될 것 같습니다.  
 

  
   
 
 PCB 발주를 위한 DRC는 Silk 침범과 같은 Warning 사항은 빼고, Critical한 영역에서  
  
 Error가 없다는 것만 확인하고 넘어갑니다.
 

 
  
 3D 전면 View는 위와 같습니다. 
 

 
  
 3D 후면 View는 위와 같습니다. 
  

 
  
  제작 예정인 Purple Sorder Mask를 적용한 3D Model은 위와 같습니다. 
   
  
  
 
 ++ HEADPHONE AMP V2 제작 근황 
  
 현재 DAC Project와 동시에 진행중인 AMP Project도 하나가 있습니다만, 
  
 이번 버전에서는 Digital Volume, PRE -> LPF -> POWER 구조로 AMP를 설계하게 되었습니다.   
  
 또한 전원 ON시 Ear/Headphone을 보호하기 위해 출력부에 Signal Relay 적용하고, 
  
 기존 스위치를 통한 Gain조절의 경우 접촉불량의 문제가 발생하여 해당 Gain Select부분 또한 
  
 Signal Relay를 적용하였습니다.
  

 
   
 그래서 기세 좋게 설계한 회로의 AMP부는 일단 위와 같이 구성을 했는데.. 
  
 중간에 Digital Pot을 왜 LPF 이전단에 추가를 했을까.. 며칠전의 저에게 Stay라고 외치고 싶은 심정입니다.
  
 지금 생각하면 정말 바보같은 설계가 아닐 수 없습니다.  
  
 처음 Simulation을 돌렸을 때는 정말 우연의 장난인걸까요? 
  
  
  
 의도한 대로 20kHz에서 약간 뒤쪽에서 절묘하게 떨어지는 Gain과 넉넉한 Phase Margin으로  
  
 "흠.. 의외로 괜찮지 않슴??" 하며 넘어갔으나, 문제는 앞쪽의 Volume을 엄청 낮추거나 높이면.. 
  
 
 2-Pole Butterworth LPF라 뒤쪽에 Pole이 위치하도록 설계되어 Phase Margin은 괜찮으나 
  
 Q Factor의 급격한 변화로 2-Pole 허근을 갖는 Corner Frequency에서 Second Order Resonance가 
  
 발생하는 것을 볼 수 있습니다. 마치 고음 EQ을 엄청나게 먹여놓은 FR 반응을 보여주고 있네요. 
 (멸망이야~) 
   
 

 
 
 이미 PCB를 발주한 상황이라 튜닝해서 쓰던지 작동만 확인하고 추후 n차 Proto type에서  
  
 전체적인 회로 수정을 진행해야 할 것 같습니다. 

 
 PCB는 이미 on the way 입니다..  뭐가 어찌되었든 PCB는 이미 한국으로 오고 있고,   
  
 되돌릴 수는 없는 상황이 되어버린 것이죠.(아이고 내돈) 
  
 빠르면 이번달 말쯤에 작동을 보여드릴 수 있을것 같습니다. 
  
 감사합니다. 
  
  
 

 안녕.. 눈물나는 2nd Proto type.. ㅠㅠ