n年目のFM音源

Hardware Maker Meetup sapporo #16で発表したテセウスの船状態の音源基板

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1. n年目のFM音源 rooty(@steam_riku): 2026/Mar/21
2. 自己紹介 • 名前: rooty(るーとわい) • 生息地: 札幌(~2023/Mar)→関東, もしくはmastodon/twitter • 職業: 学生(~2023/Mar)→LSI設計のエンジニア • HMMKSPR#8(2020/Feb) 以来の参加
3. FM音源基板 • 2020年あたりからFM音源基板(主にYM2608)を作成中 • コンセプト • 複数の音源IC構成が可能 • USB-PDで駆動 • メモリカードからVGMなどの読み出しとUSB-MIDIのサポート • ゆとりあるHW性能 • いまだ完成せず(サクラダファミリア+テセウスの船) • そもそものスキル不足, 機材, 予算の関係などなど • マイコンは4~5種類目, フレームワークも4つ目… • Stackableなんとかかんとか(略), 略してSift
4. Sift Series Roadmap 2024/Apl~Jul 2024/Jul~2025/Aug 2025/Aug~ ~2024/Mar v1 v2 v3 prototype v3 壊れたので開発終了 テスト基板 ← ArduinoやESP32で組んでいた何か
5. Sift version1(2023/03~2024) • 制御部と音源部が分離した設計 • QFN/1608Mまで: 研究室の自作リフロー炉で半田付け • 仕様上(音源ICx4/音源基板)x4枚=ICx16を制御可能 • 制御基板 • 4層 • マイコンはSTM32F429(180Mz), 当時入手困難だったので評価基板から入手 • 音源基板とはSPI/I2C/パラレルバスで通信 • 音源基板 • 6層 • +12Vから+5V/±6Vを生成する仕様 • アナログ加算(電子ボリューム制御) • 諸々の不満と故障により放棄
6. Sift version1(2023/03~2024) CLK USB-FS TF card JTAG USB-PD Controller Button/LED UART STM32F429 I2C YM2608+ YM3016 FeRAM PLL (Si5351A) Analog Signal SPI LCD USB Connector Bus SW DIP SW SPI Digital Volume + OPAMP Parallel Bus 3.5mm Jack 制御基板 ⾳源基板(4枚まで制御可能) SDRAM (16MB) Parallel Bus
7. Sift version2(2024) • 制御+音源を1枚にして基板間をシリアル伝送する方向に転換 • 社会人が帰宅後リフローするのは難しい→PCBAの導入 • (2026/07に終了するらしい)Mbedを捨ててSTM32HALへの切り替え • テスト基板なので音源は無し
8. Sift version3 コンセプト • 制御と音源部の一体化 • 過去基板でのノイズ, 大きさの問題など(10cmx10cmは大きい) • 複数音源構成/LCDは基板対基板コネクタで接続(シリアル伝送) • マイコンの性能強化 • STM32F429(180MHz)からSTM32H723(550MHz)に換装 • バッファ用RAM（16MB）は継続(SDRAM->PSRAM), 16MBのNOR Flashを追加 • アナログ部後段の変更 • オーディオコーデック(ADAU1772)とDSP(ADAU1467)にいい感じにしてもらう戦略 • ミキシングやフィルタ処理、PCMデータ再生などができるはず • 電源周辺の改良 • 過去基板でのPD非対応電源で動いてしまっていた問題の解消 (+PPS対応) • 構成に合わせた柔軟な電源供給 • 工数削減 (300個前後の部品を自宅で半田付けするのは無理) • コスト削減はならず
9. Sift version3 Prototypes (2024~2025) • テスト用に作った基板シリーズ: • 制御基板 (1005MとBGAの解禁) • DSP/Codec基板(4種類程度) • USB-PD基板 (5種類程度) • などなど
10. Sift version3 (2025/08~) • 設計開始から基板到着まで4ヶ月程度 • 6層+BGA対応で基板コストが結構高め（＄140） • 2/3~3/4はPCBA、残りは自宅で半田付け(低温はんだ+ホットエア) • LCDは外付けで現在はUARTでの制御が可能
11. EEPROM (for 1772) Sift version3:Rev.A0 (2025/08~) PSRAM HyperBus USB-FS, TF card JTAG NOR Flash SPI Button/LED, UART STM32H723 I2C YM2608+ YM3016 FeRAM STM32C071 Codec (ADAU1772) DSP (ADAU1467) PLL (Si5351A) I2S Analog Signal CLK 基板対基板コネクタ I2S SPIx2 PDコントローラ (AP33772S) I2C 3.5mm Jack 部品選定ミスで動作不能 *SigmaStudioから書き込めないので削除予定, I2Cの衝突あり b/w FeRAM *SelfBoot⽤のEEPROMは STM32からコンフィグを流す ので削除予定 Not yet *スタック時の電源制御が怪しい
13. Sift version3:Rev.B0 (2026/03~) 当⽇までに間に合わず
14. 今後の計画? • HWのバグ • 5~6年かかってこの体たらく • (この間放っておかれる不憫なSW開発担当) • 複数音源構成への対応 • HW的には準備してあるけどプロトコルの詳細は未定 • 液晶表示への対応 • 過去基板と異なり、UARTでの制御から始めたのでLCDは全くの手付かず • IPS液晶モジュールは作ったけどピンアサインをミスしたので要修正 • いい感じのGUI • 他フォーマットへの対応 • MIDIとか • 他音源ICへの対応 • YM2151+PCMにするかYM3438+SN76489にするか • CodecIC: ADAU1772の4ch ADCが一つの指標
15. まとめ • 締切駆動開発、たまにはいいですね