usb声卡制作方法
基于TUSB3200A的USB声卡设计实现
基于TUSB3200A的USB声卡设计实现【摘要】本文介绍了基于TI的USB音频流控制器TUSB3200A、立体声多媒体数字音频编解码器TLV320AIC23B和D类功放TPA2000D4的USB声卡的设计,文中介绍了以上主要芯片的使用,详细说明了该声卡工作原理和USB程序设计的流程。
该外置声卡在PC上使用时无需安装额外驱动,表现出很好的音质。
【关键词】USB;声卡;音频流控制器;编解码引言目前的计算机板载声卡多采用AC’97和HD技术规范,数字音频信号的处理由CPU完成,而A/D、D/A转换由Codec芯片完成。
这样做的好处是借助CPU 的高速处理能力替代专用DSP芯片,从而极大地降低声卡的成本。
但是因为机箱内有很强的电磁干扰,内置板载声卡的音质很难提高,信噪比不高,无法满足部分高端用户对高保真音频的需求。
在外置USB声卡中,音频信号以具有高抗干扰能力的数字信号的形式经由USB总线传送到声卡,避免了机箱内强电磁干扰,同时也没有了机箱狭窄空间的限制,使得设计人员可以设计更为复杂的模拟电路并采用更好的屏蔽设计,从而大幅度的提升音质。
1.主要芯片介绍TUSB3200A是TI公司的一款USB音频流控制器,内置8052微控制器单元,支持USB 1.1规范和USB音频类规范,属于USB全速外围接口设备,内置USB 串行接口引擎(SIE),特别适合需要同步数据流传输的地方,比如数字扬声器、声卡。
编解码接口支持AC’97 1.X、AC’97 2.X、几种不同的I2S、苹果公司的Apple Intermediate Codec(AIC)等串行接口数据格式以及通用目的的数据格式。
DMA控制器可以管理四通道USB同步数据包。
内部集成I2C控制器,上电即读取外部程序存储器,也可以控制与其相连的支持I2C协议的设备。
可以工作于主、从两种模式。
本设计中TUSB3200A工作于主模式下。
TLV320AIC23B编解码器是一款高性能低功耗的立体多媒体数字声音频(Codec)芯片,内置耳机输出放大器,支持MIC和LINE IN两种输入方式,输入输出都具有可编程增益调节。
自制usb声卡
自制usb声卡声卡也可以自己制作吗?是的,完全可以!本文介绍一款采用USB接口的声卡,效果相当不错,电路也很简单。
电路原理电路原理图如图1所示。
PCM2702(IC1)为美国TI公司属下的BB公司生产的USB接口DAC芯片。
PCM27O2支持USB1.0标准,可接收16bit的立体声或单声道的USB音频数据流,其基本参数如表1所示。
IC2为集成双运放,用作输出缓冲放大。
IC1的左边为数字输入部分,右边为模拟输出部分,PCM2702的2脚要求电压为3.3V,在这里,巧妙地用一个红色发光管降压,并兼作电源指示,只要插上USB口它就会亮,并接R1是为了减轻LED的负担。
R2为上拉电阻,考虑到计算机提供的电源高频纹波较大,故采用较强的滤波措施。
C3~C11和C18均为电源滤波和退耦电容,加一个电感作模拟部分的滤波。
PCM2702的音频输出偏置为1~2Vcc,因后接的缓冲运放为单电源应用,故不加隔直电容,这样运放也不用加偏置电阻。
IC2构成一个直流放大倍数为1、交流放大倍数为2的缓冲放大器,C16、C17、C19、C20 为隔直电容。
若忽略运放输出电阻,隔直电容容量计算公式如下:C=7/(6πf L R L)式中,f L为下限频率,R L为负载阻抗,若设定下限频率为40Hz,两个耳机并联使用,因一个普通耳机阻抗通常为32Ω,那么RL为16Ω,可计算得隔直电容值为580.5uF,这里用680uF,并一个0.22uF 的CBB电容可改善高频音质。
当然,由于PCM2702输出已具有较大的幅度,可以直接推动如TDA2282等小功率功放,故可将运放改为功放,这样,输出功率会大些。
PCM2702的11到13脚为状态标记引脚。
生产商给的资料指出:10脚状态在无音频信号时为高电平,在第二帧音频数据的首部到来即变为低电平,直到音频数据结束后第二帧首部到来才变为高电平。
只要有数据输入,11脚便为高电平。
12脚在数据的第一帧起始到第二帧起始为高电平,在此后的音频数据信号正常输入过程中则为低电平,或如果音频信号持续1024个取样周期为零,便为高电平。
USB声卡[实用新型专利]
专利名称:USB声卡
专利类型:实用新型专利
发明人:方永成,李瑛琦,陈琦申请号:CN200820156711.8申请日:20081208
公开号:CN201298225Y
公开日:
20090826
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本实用新型公开了一种USB声卡,包括一音频输入模块,包括一模/数转化模块,提供模拟音频信号到数字音频信号的转化;一音频输出模块,包括一数/模转化模块,提供数字音频信号到模拟音频信号的转化;其中,所述USB声卡还包括一位于所述音频输入模块和音频输出模块间的DSP处理模块。
本实用新型提供的USB声卡,不但安装方便,而且具有抑制回声功能。
申请人:悉雅特楼宇自控(杭州)有限公司
地址:310023 浙江省杭州市天目山路398号古荡工业园区二期3号楼3层
国籍:CN
代理机构:上海申汇专利代理有限公司
代理人:金碎平
更多信息请下载全文后查看。
usb blaster 制作
USB Blaster制作最近公司的blaster总是不好使用,估计也是山寨的,上网一看价格一百多能开发票的都两百多,觉得这个东西早就开源了,做一个也就这个价钱,所以决定做一个。
使用的也是稳定的方案CPLD+FT245.下载下来FT245BM的手册按照datasheet的推荐接法连接,CPLD从altera 官网下载手册,让人感觉不舒服的就是在网站上找了半天居然没有MAX3000A的原理图库也没有封装图只能自己画,还好cadence画这个很快。
CPLD的I/O输出是3.3V为了能给2.5V或者其他电压的FPGA 下载程序必须加上电平转换芯片,JTAG的电平转换芯片使用的是低电压的74LV245,下载3.3和2.5V的器件是没有问题的,看手册上说最低可以工作在1.2V,具体倒是没有试过。
下面就是原理图。
在公司还有一个方的地方就是使用cadence不用做封装库直接从公司的库里面找封装就行,当时在学校刚开始学cadence的时候最发愁的就是建封装了。
不过学会了之后就觉得简单了。
下面是pcb文件。
为了省钱pcb的尺寸是5*5CM的这个尺寸好几个厂家都是50元作10块的有一个是深圳嘉力创还有一个是捷易顺,我选的是第二家因为他家的黑色阻焊不需要多加钱。
第一家需要加钱。
算上邮费也刚72块钱还是很便宜的。
而且一周就可以拿到货了。
下面是生产回来的pcb。
生产回来之后立刻用中午休息的一个小时焊接了两块出来,测量没有短路之后插上usb,测量电压发现4V多,立马断开了检查问题,找来找去发现是FT245的1脚被我删掉了,虽然焊接的时候对了一下但是给搞错了。
用烙铁拆下来有焊接了回去,插上usb电压正常了,整个板子就这个芯片贵,最后还好没坏,真是万幸。
用另一个下载器把CPLD程序下载进去,程序稍稍做了一下改动正常插上usb的时候指示灯是不亮的,只有当下载程序的时候是亮的,我给她做了个反向让他插上的时候是亮的下载的时候是不亮的正好可以当作电源指示。
USB声卡的设计与制作
常州机电职业技术学院毕业设计(论文)作者:戴铮学号:40831406华思佳学号: 40831415车飞学号: 40831403系部:电气工程系专业:应用电子技术题目:USB声卡的设计与制作指导者:朱小刚柏军基评阅者:2010年 5 月毕业设计(论文)中文摘要随着计算机硬件飞速发展,外围设备日益增多,键盘、鼠标、调制解调器、打印机、扫描仪早已为人所共知,数码相机、MP3随身听接踵而至,这么多的设备,如何接入个人计算机?USB就是基于这个目的产生的。
USB是一个使计算机周边设备连接标准化、单一化的接口。
USB设备之所以会被大量应用,主要是因为其具有支持热插拔、携带方便(USB 设备大多“小、轻、薄”)、标准统一、可以连接多个设备、高速度、简单的网络互连功能优点。
当前的USB设备被局限在PC平台下才能进行数据交换,这是当前USB设备面临的最大局限。
在这个环境下,USB声卡逐渐的出现在市场上,并越来越流行。
USB声卡将USB 接口的特点和声卡的需要完美的结合,更方便了人们在生活中的需要。
尤其是PCM2702之类的芯片出现,使USB声卡越做越小,在实用的基础上追加了外观的设计,强调了便携性,并运用在了耳机上,相信在今后生活中将会越来越普及。
PCM2702(IC1)为美国TI公司属下的BB公司生产的USB接口DAC芯片。
PCM27O2支持USB1.0标准,可接收16bit的立体声或单声道的USB音频数据流。
在USB声卡设计中具有主导地位。
关键词: USB接口声卡 PCM2702目录1 引言 (1)1.1 声卡的基本功能 (1)1.2 声卡的主要类型 (2)1.3 声卡的接口 (6)1.4 声卡的发展历史 (6)1.5 声卡的厂家介绍 (9)2 USB接口及声卡各主要芯片介绍 (15)2.1 USB接口的介绍 (15)2.1.1 USB接口的发展趋势与行业速递 (15)2.1.2 USB接口的优点 (15)2.1.3 USB接口布置 (16)2.1.4 USB数据传输 (17)2.2 USB声卡各主要芯片介绍 (20)2.2.1 PCM2702介绍 (20)2.2.2 asm1117介绍 (25)2.2.3 APA3544 介绍 (26)3 基于PCM2702的USB声卡设计与制作 (27)3.1 USB声卡的设计要求 (27)3.2 设计方案论证 (30)3.3硬件设计 (31)3.4软件设计 (32)3.5电路的制作 (33)4 USB声卡性能测试 (38)结论 (48)致谢 (49)1 引言1.1 声卡的基本功能声卡是计算机进行声音处理的适配器。
usb声卡原理
usb声卡原理
USB声卡原理是通过将声音信号转换为数字信号,然后通过USB接口传输至计算机。
具体原理如下:
1. 声音输入:USB声卡通常具备麦克风和线路输入接口,可
以将外部声音源输入到声卡中。
麦克风输入通过电容式或电磁式麦克风将声音信号转换为模拟电信号;线路输入通过电缆将外部设备(如吉他、音响等)的模拟电信号输入到声卡中。
2. 模数转换:声卡内置的模数转换器(ADC)将模拟电信号
转换为数字信号。
ADC会以固定的采样率,将模拟信号离散
成一系列数字样本。
3. 数字信号处理:由于声音信号是复杂的波形,需要通过数字信号处理器(DSP)对采集到的数字信号进行处理。
DSP可以应用滤波、均衡、时域处理和频域处理等算法来改善声音质量或添加特效。
4. USB传输:处理后的数字音频信号通过USB接口传输到计
算机。
USB声卡将数字信号转换成USB接口所需的信号形式,并通过USB总线传输给计算机。
5. 数字信号重建:计算机接收到数字音频信号后,需要将其转换为模拟信号以使扬声器或耳机能够播放。
这一步骤通常由计算机内置的数模转换器(DAC)完成。
6. 声音输出:模拟音频信号通过声卡的耳机、扬声器或线路输
出接口传输到外部设备,如耳机、音响等,供用户听取声音。
USB声卡的原理基本上就是将模拟声音转换为数字信号,然后通过USB进行传输和数字信号重建的过程。
它使得计算机能够通过USB接口连接外部音频设备,并提供高品质的音频处理和播放能力。
usb声卡 原理
usb声卡原理
USB声卡是一种外部设备,用于将模拟音频信号转换成数字
信号,然后通过USB接口传输到计算机进行处理。
它通常包
含一个模拟-数字转换器(ADC)和一个数字-模拟转换器(DAC)。
USB声卡的工作原理如下:首先,模拟音频信号通过输入端
口进入设备。
然后,模拟-数字转换器将模拟信号转换成数字
信号,并将其传送到计算机。
在计算机内部,这些数字信号会经过处理和转码,然后被发送到音频输出端口。
在音频输出端口,数字-模拟转换器将数字信号转换成模拟信号,然后输出到扬声器或耳机等外部音频设备上。
这样,用户就可以听到音频。
USB声卡的优点之一是其便携性和易用性。
由于其使用USB
接口连接到计算机,使用USB声卡只需要插拔即可,不需要
任何复杂的安装过程。
此外,USB声卡通常具有更好的音频
处理能力,以及更高的音频采样率和比特深度,从而提供更高的音质。
总之,USB声卡通过将模拟音频信号转换成数字信号,并通
过USB接口传输到计算机,从而实现音频输入和输出的功能。
它的简单易用性和高音质使其成为许多用户的理想选择。
电子课程设计报告USB声卡功放制作
电子课程设计报告USB声卡功放制作姓名:专业:班级:学号:指导教师:信息科学与工程学院电子信息系2013 年 7 月 2 日目录摘要 (3)前言 (4)1.研究背景 (4)2.研究意义 (5)3.论文章节安排 (5)第1章设计要求与方案介绍 (6)1.1设计要求 (6)1.2各类放大器特点介绍 (6)第2章硬件电路设计 (9)2.1原理分析 (9)2.2芯片简介 (12)第3章电路调试 (15)3.1调试的设备 (15)3.2 电路调试 (15)3.3测试总结 (16)结论 (17)参考文献 (18)附录 (19)摘要D类数字音频功率放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM(Pulse Code Modulation,脉冲编码调制)数字信息变换成PWM(脉冲宽度调制)或PDM(脉冲密度调制)的脉冲信号,然后用PWM或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通、断音频功率放大器,也称为开关放大器。
近年来,随着MP3、PDA、手机、笔记本电脑、车载音响等便携式多媒体的普及, D类功放以效率高、体积小等优势,比传统的线性功放更受人们的青睐,具有十分重要的应用价值和市场前景。
本文在对传统的音频放大器进行分析的基础上,改进了电路结构,设计了一种基于D类功放的高效率、低失真、免输出滤波器的基于USB的数字音频放大器。
USB 电脑功放板内置USB数字音频解码,单一USB插头。
采用的主要方法如下:将音频信号通过芯片CM102-A构成的电路进行前置放大,电容与CM102-A组和产生的三角波,并通过LM393进行将前置放大的正弦波与三角波进行比较处理,进行脉宽调制产生矩形波,并将矩形波传递到CD40106进行波形的整形及H桥进行的功率放大和保真,最后通过LC震荡电路驱动喇叭工作,实现音频的输出。
关键字:放大器比较;D类功率放大;数字音频信号;前言1.研究背景随着现代电子技术的不断发展,集成电路被广泛应用于各类电子电路中。
第三篇:知其然,知其所以然-USB音频设备的开发过程
第三篇:知其然,知其所以然-USB音频设备的开发过程最近,有朋友正好在开发一个USB音频设备,所以询问我一些USB音频设备开发方面的技术细节问题;也和音响发烧友聊到USB音频设备的实现方式与其优缺点;后来,也和人谈到实现一个USB音频设备的难易度.以前在做USB Dongle PCTV Windows driver的时候,我们所用的到方案是一个USB Composite device,其中的一个Interface就是标准的USB音频输入设备,其驱动程序是微软标准的USB Audio device driver,所以并没有对上层驱动,还是对底层设备实现有一个非常深入的了解.前阵子,为了验证USB3.0 device IP的ISO IN/OUT功能,所以接手了这个基于自开发的USBIP实现音频设备的项目,从而对设备实现有了进一步的了解.正好这几周一直在跟踪一个xHCI IP开发过程中,USB Golden tree test时,Win8电源请求超时(Power IRP timeout)导致蓝屏(BSOD)的问题,已经根据DUMP FILE初步定位第四级的SS HUB无法正常进入睡眠,但始终确认不了根本原因,而且要重现这个BUG,往往一天时间都重现不了,于是决定先写一写USB音频设备方面的东西,再回过头去看那个问题,或许能有新的发现.长话简说,第一,先说一下USB音频设备的硬件系统组成,列表如下:Audio codec,音频编解码芯片USB chip or IP,USB device控制芯片MCU or ARM,CPU用来对Audio codec, USB device controller, DMA进行配置,比起USB Video device项目, CPU需要起到增加12字节的header到数据包前面的作用,音频方面CPU不需要参与.DMA controller,用来USB ISO in/out EP buffer与Audio coded所使用的Memory间的数据搬运,如果系统中他们使用同一块memory地址,可以省略该DMA.第二,软件由于这个项目的根本目的是验证自开发的USB3.0 IP的ISO IN/OUT传输功能,所以,应该首先使用USB General functional driver与上层读写应用程序对ISO传输进行验证.USB设备这边,需要编写firmware,功能就是接收ISO OUT/BULK OUT数据,通过ISOIN/BULK IN回传给PC,PC对发送与接收的数据进行比较.其中的组合如下:BULK OUT+ISO IN,用来验证ISO IN, ISO OUT+BULK IN,用来验证ISO OUT, 最后ISO OUT/ISO IN用来验证两者间是否存在IP设计上的冲突问题.我所走的弯路就是,跳过了这一步,结果在USB IP产生问题的时候,由于无法证明到底是USBIP的问题,还是fimware的问题,而且对USB AUDIO DRIVER控制度也不如自己开发的USB GENERAL FUNCTIONAL DRIVER灵活度高,结果造成时间上的浪费.最终,还是回过头来,实现USB loopback device, 将问题的排查范围缩小直至定位.这一步对于选择现成USB DEVICE CONTROLLER CHIP的方案,可以跳过.Windows驱动是现成的,所以,只要USB设备实现上不存在问题,Windows就能枚举,工作.驱动的名称为USBAudio.sys.设备实现上需要做的工作包括以下几个方面:WM8753的配置DMA数据传输的配置USB音频框架的搭建,包括:1. 选择一种适合的USB音频设备拓扑结构(后面会再提及相关文档)2. 编码选定拓扑结构下的USB标准描述符与USB音频设备类描述符3. 实现USB标准设备请求与USB音频设备类相关请求,这一点也与所选择的拓扑结构关联度很大,简而言之,选择的拓扑结构简单,所需要实现的音频类请求也简单,反之亦然.4. 实现ISO数据传输. 这一点必须考虑与DMA的同步配合,否则,就会出现数据上溢或者下溢的情况,这将会表现在音效上.还有就是GraphEdit在Windows上开发音视频的得力助手,通过Audio renderer与Advanced可以得到许多音频相关的统计数据.第三,相关的资料:1. WM8753的用户手册2. USB DEVICE CONTROLLER CHIP的用户手册,如果有更上一层的API,就能够更加快速地对其编程(Cypress的FX2, FX3提供了这样的API)3. USB1.1/1.0,2.0,3.0协议USB2.0与USB1.1/1.0差别并不大,但USB3.0与前者差别非常大,特别表现在Physical,Linker layer与Protocol layer.不过,如果是只从USB音频设备的实现来讲,只需要将精力花在第九章,如果是USB3.0还应该了解一下第八章.4. USB audio class协议主要精力花在第四章与第五章5. Basic audio device文档该文档给出对Headphone, Microphone, Headset 各种拓扑结构,描述符的详尽描述.需要注意的是,如果你想实现的是一个HEADSET USB音频设备,不要尝试STEREO MIC,STEREO HEADPHONE的这种方案,否则就是徙劳.深层次的原因我不清楚,但是:第一,该文档中没有给出这种方案,第二,即使你实现了这个方案,Windows也不能正确枚举这样的设备我想,这就是规定,有了这个规定,USB-IF与MICROSOFT是站在统一战线上的.笔者就是在这个方面尝试,但浪费了很多时间.一些细节:1. 拓扑结构的选择,请根据硬件方案,面对的市场,进行有效的选择.举例来讲:USB音频拓扑结构的元素包括,MIXER,SELECTOR,FEATUREUNIT,Processing Unit以及Extension Unit.其中,PROCESSING UNIT又包括了:DOLBY, 3D STEREO, REVERBERATION, CHORUS, DYNAMIC RANGE COMPRESSOR 等类型.如果硬件上没有相对应的支持,就没有必要将这些纳入到拓扑结构中去.这也能解释给HIFI发烧友,为什么同样是USB HEADSET,价格从十美元到二百美元不等,因为包括硬件与软件上都需要更多的成本去增加新的FEATURE.2. 对各类Audio class请求的管理由于请求是呈现交织状的,软件上最好的管理办法就是链表加链表的办法.3. 同步问题USB音频设备同步实现上有三种办法,他们是自适应adaptive,异步async与同步sync.如果通过反馈方式来进行同步,在实现上无疑增加了很大的复杂度.增加锁向环又给面向普通大众的产品,带来成本上的提高.比较简单的办法,可以通过插值与丢数据的办法实现,具体算法实现不属于本文的讨论范围.4. 一般情况,音频设备都伴随一个USB HID的Interface, 其功能主要包括音量增减,静音控制,如果做得更好,可以包括其它功能.由于HID设备需要用到USB INTERRUPT传输,同时需要设计REPORT DESCRIPTOR,相关文章网上比较多,可以查阅.最后谈一下测试:一个USB设备需要通过USB-IF的认证,需要通过Electrical, link layer, USB CV, USB INTEROP一系列的测试.USB3.0比USB2.0/1.1/1.0在测试难度上有了明显的增加.而且这些测试,不光针对USB IP开发商,对于产品开发商同样需要.如果音频驱动是第三方提供的,还需要对驱动进行WHQL/WHCK测试,得到微软的认证.以上简要介绍了USB音频设备的开发过程,希望对USB音频开发者有所帮助,也使HIFI发烧友对USB音频设备有一个概念上的基本了解.。
低功耗高集成度高保真度USB声卡的设计与制作
Experiment Science & Technology 2005增年刊10月
信号 , 经后级运放进行再次滤波并缓冲输出 。 PCM2702与 U SB 接口通过 VBUS、D + 、D - 相
连 , VBUS通过检测 U SB 总线电源的存在 , 确定已 经与计算机进行了物理连接 , 并启动芯片内部控制 逻辑 , D + 、D - 为 USB 数据线 , 为了消除线路回 波 , 保证信号完整性 , 串入 22 Ω 终端电阻 。该芯 片需要两个工作电压 , + 5 V 模拟电源由总线电源 经 RFC滤波和小电容去耦得到 , + 313 V 数字电源 由总 线 电 源 经 REG1117 低 压 差 降 压 芯 片 得 到 。 PLAYBACK、 / SSPND、 ZERO 引脚输出致使当前工 作状态分别为正在回放 、睡眠 、零电平输出 , 可外 接发光二极管进行指示 , 本次设计考虑到降低功耗 和尽量节省成本省去不用 , 对应引脚悬空处理 。 212 O PA 353 的主要特点和滤波网络设计
经过上述调整后 , 此时如果直接接有源音箱等 高阻负载 , 串入的 100 Ω 电阻相对于后级数十 kΩ 的负载基本没有电平衰减的影响 , 可以忽略不计 。
3 系统测试及结论
在经过理论计算和模拟电路模块验证后 , 完成 了 PCB 生产并对成品进行了完整的测试 , 做出了 成品 。
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
2005年 10月 增刊
实
验
科
学
与
技
术
一种高性能USB声卡的设计与制作
一种高性能USB声卡的设计与制作李征【摘要】设计并制作了一款USB声卡.该声卡采用PCM2706C芯片将数字音频信号转换为12S信号,传入音频DAC芯片CS4398进行数模转换,再将输出的差分音频信号送入音频运放OPA1612进行放大驱动耳机发出声音.通过实物调试,该声卡具有高保真、音量可调、外观美丽、功耗低等特点,具有较高的实用价值.【期刊名称】《新余学院学报》【年(卷),期】2018(023)005【总页数】4页(P30-33)【关键词】声卡;USB;PCM2706C;CS4398【作者】李征【作者单位】安徽电子信息职业技术学院,安徽蚌埠233030【正文语种】中文【中图分类】TN912声卡是实现数字/音频信号相互转换的一种硬件,其质量好坏决定了声音的表现力。
受限于集成化和成本的控制,目前普及的箱内板载声卡已不能满足人们对声音质量的需求,主要是因为机箱内的电磁噪声对于声卡这种带有模拟电路的设备很容易产生干扰,致使声音信噪比降低,加上笔记本电脑逐渐普及,又不能通过加装板卡式独立声卡来改善音质,使用USB外置声卡成了提高音频质量最合适的方案。
1 系统总体方案设计本USB声卡的硬件电路主要由数字信号接收、数字/模拟信号转换及模拟信号放大三部分组成,具体框图如图1所示。
图1 USB声卡系统框图音频信号一般以数字形式存储于介质中,通过音频信号接收电路将数字音频信号转换成I2S信号,数模信号转换电路的作用是将I2S信号转换成模拟音频信号,转化后的模拟音频信号通过模拟信号放大电路的放大,从而驱动负载发出声音。
2 硬件电路设计2.1 电源电路该系统的电源电路主要由三部分组成,分别是给整个系统供电的USB5V电路、音频信号接收和数模信号转换所需的3.3V电源电路、模拟信号放大所需的-5V电路。
2.1.1 5V电源电路电脑的USB接口可输出电压为+5V、电流为500 mA的直流电,可以作为VCC为本设计的电路供电。
DIY自己制作的USB声卡
DIY自己制作的USB声卡DIY自己制作的USB声卡声卡零件与电路图USB 电子管声卡主电路原理图USB 电子管声卡电源电路原理图USB 电子管声卡印刷电路图主要零件介绍1.主芯片PCM2702E图6.主芯片PCM2702E(手工焊接)PCM2702 D/A芯片的基本规格特性兼容USB 1.0支持16bit 32 KHz/44.1 KHz/48 KHz 取样动态范围:100dB噪信比:150db(典型值)THD+N:0.002%内部集成有独立的12MHz时钟发生器内建8× Oversampling 数字滤波采用双电源供电.其中模拟部分为+5V;数字部分为+3.3V采用SSOP-28封装形式PCM2702是一块单片数模转换芯片.它有两个数模转换输出通道和一个一体化的USB 接口控制器.该接口符合USB1.0标准.它采用最新开发研制的SPActTM(采样期内自适应控制跟踪)系统.该系统能够从USB接口的音频数据中分离出一个稳定的、偏差较小的时钟信号以协调PLL和DAC工作.PCM2702主要由三部分组成:一个是Burr-Brown公司研制的增强型多层次δ-σ调制器,一个是8×重复采样数字插值滤波器,还有一个模拟输出低通滤波器.PCM2702可以接收48KHz、44KHz和32KHz采样速率的16位立体声或单声道音频数据,芯片内部集成有数字电位器的软件静音功能,通过USB的音频等级需求可以控制电位器和静音功能.图7.PCM2702的引脚排列PCM2702的参数:TA=25℃,VCC=VCCL=VCCR=VCCP=5.0V,VDD=VDDC=3.3V,fs =44.1KHz,信号频率1kHz,16位数据. 管脚8、13、14、15、16分别为VBUS、TEST3、TEST2、TEST1和TEST0;管脚10、11、12、28分别是PL YBCK、SSPND、ZERO和XTO.参数中的动态性能取决于标准主机的信号质量,并随系统不同而不同,动态性能的各项参数是用一台Shibasoku#725 THD测量仪测得的.该仪器的特点是带有400Hz的高通滤滤器、30kHz的低通滤波器、通用模式且具有20kHz的带宽限制.通过交流耦合器的模拟输出端负载为5kΩ或更大.PCM2702的工作原理:图8.PCM2702的组成框图控制信号和音频数据信号均通过D+(6脚)和D-(7脚)送入PCM2702中心.所有数据都以全速输入或输出.USB总电源VBUS(8脚)和USB数字地DGNDU(9脚)均与USB总线相连,由于VBUS仅用来分离芯片与USB总线的连接,所以VBUS不消耗USB总线电源功率.图B音频功能逻辑框图PCM2702有两个接口,每一个接口都由一些可供选择的设置成.接口#0有一个备选设置,备选设置#0是一标准的音频控制接口,该接口有一个端口.PCM2702有下列三个端口,输入端口(IT)、输出端口(OT)和功能单元(FU).输入端口定义为“USB”数据流(口类型0×0101),输入端口可以接2个通道的音频流,这2个通道分别可作为音频流的左右声道的压缩数据传输通道.输出端口为“扬声器”端口(端口类型0×0301.)功能控制单元支持音量控制和静音控制功能.内建的数字音量控制电位器可根据音频级别的具体要求以步进量为1.0dB在0.0dB~64.0dB 之间进行调节.每个声道可独立设置,同时也支持主音量控制,内建的数字静音控制器也可以根据音频等级的具体要求进行操作,以支持主静音控制,但不支持单独的声道进行调节控制.接口#1有3个可选择的设置:#0备选设置是零带宽设置;#1设置是16位立体声设置,它是一个可操作性设置;#2设置是16位单声道设置,也是一个可操作性设置.PCM2702有两个终端,即:控制终端(EP#0)和同步音频数据流终端(EP#2).控制终端是默认终端,常用来根据标准USB需求和USB音频等级的具体需求对PCM2702的所有功能进行控制.同步音频数据流终端是音频吸收终端,它接收来自PCM的音频数据流和接收重配的传输模式.图10.12MHz晶振连接图PCM2702需要一个12MHz(±500ppm)的时钟来协调USB和音频功能控制部分的工作.该时钟信号可由内部集成的12MHz晶振提供,也可以从XTI(脚1)输入12MHz内部时钟信号(如图10所示),12MHz 晶体谐振器与一个1MΩ电阻和两个小电容一起连至XTI和XTO,电容值的大小取决于具体的晶体谐振器的负载.如果使用内部时钟则应从XTI输入,而且XTO 必须悬空,XTI脚时钟信号的逻辑电平为+3.3V,而不是5V.图11是外部12MHz时钟连接电路.图11.外部12MHz时钟输入PCM2702包含一个内部电源接通恢复电路.当VDD电平大于2.0V 时,该电路将自动恢复起始数字逻辑电平,整个过程大约需要350μs.为确保接电时序的正常工作,VDD电压必须在10ms内升至2.0V.当电路完成起始电平的恢复并在USB总线接通后,PCM2702设置准备完毕.当建立和USB总线的连接后,PCM2702准备接收USB音频数据.在待音频数据送来时,模拟输出设置为双零点零标志,ZERO(脚12)为高电平.当接收到音频数据后,PCM2702将第一批数据包(含1ms的音频数据)存贮到一个内部存贮器中,当检测到头帧后,PCM2702开始回放.图12.播放停止分离时序图当主机完成或停止音频回放时,PCM将在最后传输的音频数据接收后停止播放,PCM2702的播放停止和分离时序如图12所示.PL YBCK、SSPND和ZERO标志定义如下:PL YBCK:当PCM音频输入数据正在播放时,PL YBCK(脚10)为低电平有效;SSPND:USB接口处于挂起状态时,SSPND(脚11)低电平有效;ZERO:如果PCM音频输入数据持续102个采样周期为0,则进入ZERO状态.ZERO(脚12)为高电平有效.PCM2702的应用图13.PCM2702的典型应用电路这个PCM2702芯片,根最近的一些主流整合型Audio D/A芯片的特性相比都毫不逊色,属于音响级的DAC芯片,跟一般声卡上所用的D/A芯片相比性能好很多,输出音质比起多数专业录音卡都不会输,可以算是高档次的电脑声源之一.那为什么很少见到厂商推出使用这款D/A芯片的声卡呢?原因是这个芯片的价格太高.以成本效益来说,几乎根本没有厂商愿意利用这个芯片,低阶的整合型D/A芯片的单价或许只有这个芯片的1/10;而且在一般的电脑应用上,标榜多声道的产品大行其道,纯两声道的产品很难在市场上销售,这也是一个主要的原因.因而,这个体质极佳的USB接口的D/A芯片,在价格的因素下,自然很难成为消费性电子市场的宠儿,不过优异的音质输出却是我们选用这个芯片的主要原因.使用方便,音质优异,结构简单,都是这个芯片的优点.但是PCM2702E最早是为USB喇叭使用而开发的芯片,可以把通过USB接口传输的音频数字信号转换成模拟信号,经过放大以后,就成为我们听到的声音.接上USB连接线,操作系统就会检测到这个设备——USB音效设备,对电脑来说,这个就是“USB喇叭”,所有系统发出的“声音”都通过USB接口传输音频数字信号到这个USB DAC,在转换成两声道的模拟信号.由于D/A芯片的特性的缘故,只有两声道,而比如一般声卡所具备支持的LINE IN、MAC IN、SPDIF数字输出、录音、MIDI等功能它都不具备,也不能通过一次接两张卡来实现四声道,它是一个单纯的USB数字信号输入,模拟信号输出的只有两声道放音功能的装置,在功能上是无法取代传统声卡的,因而称之为USB DAC.跟一般的DAC的差别就在PCM2702仅仅只能接收USB数字信号,而不像一般的DAC可以接收SPDIF与光纤等等的数字输入,也因为如此,它只能用在具有USB接口的的电脑上,而不管是桌上型电脑或者是笔记本电脑.PCM2702可用于标准的独立USB音频扬声器、CRT/LCD一体化USB音频扬声器,USB 音频放大器等各种USB音频设备中.台湾的KECES曾生产了基于PCM2702E的USB声卡,但与hifi制作的声卡不同,采用了运放而不是电子管,使声卡的体积较小,在音质方面也有所区别,各具特色.2.电子管6N11J图15.6N11J电子管6N11电子管原本用于电子管电视机或电子管高频VHF放大的Cascode线路.该管制作非常精致,二层带齿的云母片、单柱圆表除气环,尤其是方形灰色短屏使它和别的管子不同,由于三极部分距离很近,因此用不锈钢片屏蔽将它们隔离开,并与9脚相接,使二边串扰减到最小.为使噪音低、隔离度好,焊机时9脚要妥善接地,该管的管脚排列见下图所示:图16.6N11管脚图现代很多电子管名厂如Audio Research、Conrad Johnson、Sonic Frontiers及近期的几个品牌的国产前极都使用该管,由此可见它的声音自然有可取之处.6N11的最大屏极电压为130V,灯丝供电为6.3×0.34(V×A),它的最大屏极耗散功率为2.2W,最大阴极电流22mA,灯丝与阴极间击穿电压为+/-130V,屏极工作电压为90V,屏极电流约10mA,阴极电阻为90欧,跨导为12.5gm;放大因数约30u.近几年来该管在电子管放大器应用日见频繁,尤其是在SRPP(分流调节推挽线路)前极放大器中,土炮烧友对其已达到“非用不可”的地步,由于媒介的大力渲染以及市场的需要,一枚国产6N11售价已由八九元炒至三四十元.与6N11技术指标近似的国外同类管还有6DJ8、ECC88、6H11N、CV2492、6922、E88CC、cca、从名称来区分,6N11和6DJ8、ECC88、CV2492是同一类管能互相更换的管子(6H11N是前苏联管),而6922、E188C、E88CC是更高屏压的同类管(屏极工作电压为220V,屏极电流15mA,灯丝电压6.3V,灯丝电流0.36A),cca(或CCA)则是厂方依照6922或E88CC的参数造出来的特别版.随着国内外Hi-Fi界的交流,上述不少电子管在国内都可以购到,尽管它们的技术参数相似也因生产厂家和制作工艺的不同而呈现出不同的产品质素与声音表现.目前,6N11已广泛应用于音响器材,其放大能力属中u管(u=30),同时其EP-IP特性曲线优良,比12A系列更精良.它的声音比其他不同类型的电子管显得快速而分析力高,音染极少,拾取微弱信号的能力强,并以音色通艉、消澈而著称,若和胆味浓烈的12AX7相比,12AX7就好像是属音响界的Jadis 派(音色浓烈,音染味重),6N11则属Cello派(没有自己的音色、味淡、传真度高),各有各风格.这次制作的USB声卡上采用的是国产北京6N11J(后缀J表示为军用级),它的除气剂碟上的金属片是方形的,在结构上的用料它与6DJ8也不相同,最大区别是6N11的屏极呈银金属色,而6DJ8却是石墨料.另外,国产6N11身形稍肥大,这个管子在重放合唱的场合中有一定的现场感,人声表现尚可,中频质感有一定水平,但声场纵深度较为欠缺,层次细节不足.3.耦合电容提起耦合电容,那么就要先说这次制作的USB声卡的三个版本:豪华版、增强版和普通版,它们的区别也就是在使用的耦合电容、滤波电容上.所有的三个版本的USB电子管声卡的电阻均使用的是国营893厂生产的精密6色环金属膜电阻,电源变压器均使用从成都崇达电子专门定制的50W环牛.图17.豪华版图18.豪华版的耦合电容豪华版的耦合电容使用的是SCR Solen的音响专用MKP电容,分别是0.22μF和3.3μF(普通版是2.2μF).图19.豪华版的滤波电容滤波电容使用ELNA音频专用补品电解电容、松下金字高速电解电容,褪耦电容使用三洋OS半导体固体电解电容、Philips橙色聚丙烯电容.图20.增强版图21.增强版的滤波电容增强版的滤波电容使用松下工业品高速电解电容,褪耦电容使用三洋OS半导体固体电解电容和德国黑WIMA.耦合电容使用的是成都宏明电子(国营719厂)的军品级CL41和CFR06AR金属化聚碳酸脂电容,分别是0.33μF和2.5μF(普通版分别是0.22μF和2.2μF).图23.普通版图24.普通版的耦合电容普通版的耦合电容使用的是成都宏明电子(国营719厂)的音响专用MKP(金属化聚丙烯)电容,分别是0.22μF和2.2μF.图25.普通版的滤波电容为何使用昂贵的SCR Solen电容呢?用SCR Solen电容可以使MP3的听感变好——Solen 的低音松散缺乏冲击力和气势,中音厚实的有些过分,高频朦胧柔化,像蒙了一层薄纱.听MP3,特别是码率低的MP3的时候,SCR Solen的音色特点对MP3毛躁的声音在很大程度上起了弥补作用,让MP3的声音听起来很柔和甜美,富有音乐感.但是在听高质量的APE或者W A V文件时,宏明音响专用MKP电容的声音清晰度,速度感和力度感十足,高频清丽有很强的质感,听弦乐尤其爽.如果单纯听APE 或者CD的话,基本上可以认为SCR Solen是昂贵的垃圾,要知道其价格是宏明(国内一流的电容生产厂)同等容量电容的10倍以上.正因为如此,再加上某些品牌型号的电容在市场上难以寻觅,有价无货,因而豪华版和增强版都作为不同搭配而表现不同性能的存在,仅仅各做了一块样品,倒是普通版做了将近40块了.组装调试图26.最初的测试版本最初的测试版本看上去比普通版都要“缩水”的多由于稳压芯片7812发热量很大,在所有的版本上都安装了黑色的散热片,以保证能正常工作.4个LM317稳压芯片直立安插在PCB上,外观摸样跟MOSFET管几乎一样.图27.测试版改进的部分由于测试版的效果不理想,在后续的调试中改动了部分电路、增加了左边的耦合电容以及更换了滤波电容图28.测试版采用了飞线,方便调试图29.测试版效果试听听起来用起来如何笔者拿到USB声卡,迫不及待的接上电源,PCB上的PWR灯与SSPND指示灯随之亮起,接上USB线,很顺利的进入Windows XP并马上就辨认出USB Audio Device,不必另外安装驱动程序(实际上在Windows 98SE、Windows Me、Windows 2000下都不需要安装驱动程序,真正的即插即用),SSPND灯随之熄灭,播放时PlyBK灯也会发亮,功能与效果一切正常.图30.工作中的豪华版USB电子管声卡图31.设备管理器对设备的识别。
usb声卡工作原理
usb声卡工作原理
USB声卡是一种外部音频设备,功能类似于内置声卡。
它使用USB接口连接到计算机。
USB声卡的工作原理如下:
1. 数据传输:计算机通过USB接口将音频数据发送给USB声卡。
这些数据可以是音乐、声音效果、语音通话等。
2. 数字转换:USB声卡将接收到的数字音频数据转换为模拟信号。
这个过程涉及到一系列数字模数转换器(DAC),将以二进制形式表示的音频数据转换为模拟信号。
3. 放大和处理:经过模数转换之后,模拟信号需要经过放大和处理来增强音频质量。
这些步骤可能包括音频放大电路、滤波器、均衡器等。
4. 输出:处理过的模拟信号通过耳机插孔或音频输出接口传递给扬声器、耳机或其他音频设备。
总结起来,USB声卡的工作原理就是将数字音频数据转换为模拟信号,并通过音频输出接口输出到外部音频设备。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
USB声卡制作方法
usb声卡制作方法
本文介绍一款采用USB接口的声卡,效果相当不错,电路也很简单。
电路原理
电路原理图如图1所示。
PCM2702(IC1)为美国TI公司属下的BB公司生产的USB接口DAC芯片。
PCM27O2支持USB1.0标准,可接收16bit的立体声或单声道的USB音频数据流,其基本参数如表1所示。
IC2为集成双运放,用作输出缓冲放大。
IC1的左边为数字输入部分,右边为模拟输出部分,PCM2702的2脚要求电压为3.3V,在这里,巧妙地用一个红色发光管降压,并兼作电源指示,只要插上USB口它就会亮,并接R1是为了减轻LED
的负担。
R2为上拉电阻,考虑到计算机提供的电源高频纹波较大,故采用较强的滤波措施。
C3~C11和C18均为电源滤波和退耦电容,加一个电感作模拟部分的滤波。
PCM2702的音频输出偏置为1~2Vcc,因后接的缓冲运放为单电源应用,故不加隔直电容,这样运放也不用加偏置电阻。
IC2构成一个直流放大倍数为1、交流放大倍数为2的缓冲放大器,C16、C17、C19、C20 为隔直电容。
若忽略运放输出电阻,隔直电容容量计算公式如下:
C=7/(6πf L R L)
式中,f L为下限频率,R L为负载阻抗,若设定下限频率为40Hz,两个耳机并联使用,因一个普通耳机阻抗通常为32Ω,那么RL为16Ω,可计算得隔直电容值为580.5uF,这里用680uF,并一个0.22uF 的CBB电容可改善高频音质。
当然,由于PCM2702输出已具有较大的幅度,可以直接推动如TDA2282等小功率功放,故可将运放改为功放,这样,输出功率会大些。
PCM2702的11到13脚为状态标记引脚。
生产商给的资料指出:10脚状态在无音频信号时为高电平,在第二帧音频数据的首部到来即变为低电平,直到音频数据结束后第二帧首部到来才变为高电平。
只要有数据输入,11脚便为高电平。
12脚在数据的第一帧起始到第二帧起始为高电平,在此后的音频数据信号正常输入过程中则为低电平,或如果音频信号持续1024个取样周期为零,便为高电平。
图2是这3条引脚状态的时序图。
据此,可用10脚输出的信号加在一反相器上,驱动LED作工作指示,如图3所示。
但在播放音乐时实测发现,整个音频数据流输入过程中,12脚一直维持高电平,音乐一旦停止,12脚随即变为低电平。
因此,亦可用12脚信号驱动工作指示电路,这时,电路如图4所示,这两个应用方案,相对后者而言,前者具有严格的指示意义,但功耗稍大。
元器件选择
所有电解电容耐压值应在6.3V以上,电阻功率除R17须1/4W 外,其余的1/16W 即可。
C12、C15、C16、C17、C19、C20对音质影响较大,应选用优质电容。
L1可自制,在小磁芯(柱形、环形均可)上用较粗的漆包线绕10匝左右即可。
为了方便使用,在本电路中,供电电压直接取自USB的5V正电源。
因此,应选用低压运放,最好能选用单电源的运放。
本电路设计为了兼顾使用方便,如果有需要,可采用外设电源给这两块芯片供电,效果会更好。
图5是计算机上USB线A头插座的引脚定义。
本usb声卡无须调试,一装即成。
凡操作系统为Windows 2000以上的电脑均无须安装驱动程序,系统可自动识别。
缺点是只有音频输出而无输入。