告訴你怎么自己制作USB驅(qū)動+供電的耳放

最近單位手頭任務基本上完成，有點空閑時間了，就會想著折騰點啥，曾經(jīng)弄過USB驅(qū)動+供電的耳放，效果不怎么理想，底噪有點大(和USB供電有直接關(guān)系)，這就想起了，重新折騰一個。

首先說一下機器的工作原理：

先看簡單流程圖：

PC端，安裝好CM108B兼容聲卡驅(qū)動后，應用程序，將音頻文件，解釋成為USB數(shù)據(jù)流，到本聲卡的CM108B芯片，芯片接收USB音頻數(shù)據(jù)流(不穩(wěn)定)，并通過內(nèi)部時鐘，進一步編碼成為I2S音頻數(shù)據(jù)，傳輸?shù)絋LV320AIC23B。

TLV320AIC23B，內(nèi)部DAC將I2S數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為音頻輸出，并送到耳機放大器，輸出。

N76E003，負責播放狀態(tài)和MIC插入等的檢測，并切換CM108B到相應工作狀態(tài)，同時，根據(jù)按鈕、上電等，通過I2C控制TLV320AIC23B的增益和靜音、開機沖擊消除等。

很明顯，這里從PC端--聲卡I2S輸出，都是純數(shù)字操作，中間不會引人任何附加噪音和其他不可知失真，唯有I2S編碼的時鐘穩(wěn)定性，會造成jitter失真，因此這里選擇CM108B也是因為該芯片jitter參數(shù)和高檔芯片比并不差，處于中檔以上水平。同時為了進一步控制jitter，采用了外接有源晶振并用AMS1117-3.3單獨供電。獲得最大穩(wěn)定性。

TLV320AIC23B內(nèi)部DAC SNR=100dB 耳放 SNR=97dB，這個指標，已經(jīng)超過CD音樂標準。所以實現(xiàn)Hi-Fi應該不是問題。對于48KHz采樣音頻，TLV320AIC23B提供96KHzDAC采樣率，也就是2倍過采樣，也完全符合中檔Hi-Fi信源標準了。

而上面的所有過程，除了jitter失真、就唯有TLV320AIC23B把I2S數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為音頻的失真過程，這里TLV320AIC23B的DAC部分 Total harmonic distortion(總諧波失真)=?92dB (1KHz -3dB)該指標也雖非非常驚人，但也是相當可以了。

這樣構(gòu)成的系統(tǒng)，根據(jù)上面所述，做一個小小的Hi-Fi耳放，完全足夠了。唯一擔心的就是電源條件，畢竟采用的是USB直接供電，而USB供電質(zhì)量大家都明白，雖然采用了一片AMS1117-3.3為音頻部分單獨供電，還必須對音頻地和數(shù)字地進行進一步處理，加強退偶濾波，并且稍大退偶電容全部采用鉭電容。

作為這類東西的主控管理芯片。N76E003硬件夠齊全，體積小，關(guān)鍵是性價比高，主控就是它了。

準備搞的東西，體積應該很小，因此，音量控制什么的都只能用按鈕，而舍棄數(shù)字音量控制常用的飛梭。

TLV320AIC23B的控制，可以選擇SPI也可以選擇I2C，本著越簡單越好的原則，就I2C了，003通過I2C,控制TLV320AIC23B的初始化、增益、靜音、過采樣率、掉電。

TLV320AIC23B是3.3V供電，考慮LDO數(shù)字部分可以共用，N76E003供電也采用3.3V。

下面是主控部分線路。經(jīng)過修改，取消了PMOS開關(guān)，后級軟關(guān)機都由單片機進行，且把CM108B的MODE和MSEL引腳也進入單片機，測試是否可以由單片機軟控。PDSW和RUN引腳分別用于檢測關(guān)機信號和工作狀態(tài)，通過MIC插坐，引入3.3V的MIC插入信號，如果MODE可以軟控，這里就是一個檢測端口。另外就是3個按鈕端口和2個I2C端口加上編程端口、串口了。

TLV320AIC23B的I2S解碼、耳放部分

繼續(xù)：

I2S解碼、耳放選擇TLV320AIC23B，

由于只使用了I2S解碼輸出部分，其他指標直接無視，具體如下：

DAC信噪比：DAC SNR (Typ) (dB)：100

立體聲耳放部分：

0分貝輸出：0-dB full-scale output voltage 1.0 VRMS

輸出功率：Maximum output power 32Ω 30mW 16Ω 40mW

信噪比：Signal-to-noise ratio, A-weighted (see Note 4) AVDD = 3.3 V ≥90 dB 標準97dB

電源抑制比：Power supply rejection ratio 1 kHz, 100 mVpp 50 dB

帶開關(guān)機噪音抑制和數(shù)字靜音。

想來這個芯片做個數(shù)字解碼耳放應該是夠了。

下面是線路圖

CM108B USB 聲卡部分：

USB聲卡芯片選擇CM108B，有完善的ASIO 聲卡驅(qū)動(HI-FI的前提)性價比高，功能多，抖動jitter數(shù)據(jù)中等水平，作為一款SOUND-I2S接口，在HI-FI范圍應用，完全足夠了。為了進一步降低jitter失真，采用單獨電源供電的有源12MHz晶振。

實際上只用了內(nèi)部 SOUND CARD I2S編碼部分硬件資源，其余只選擇了一個簡易MIC輸入，好方便網(wǎng)絡音頻使用，其余全部咔嚓。

考慮到聲卡芯片和單片機是同時即插即用，因為沒測試過是不是可以通過MCU的IO來控制該2種模式，故保留2種跳線選擇，(選擇聲卡純耳機模式、耳麥模式和電腦混音器路徑選擇，適應最多功能應用和最精簡模式)實際做板子會連接2個IO口，測試是不是能夠由單片機來控制完成。

線路圖：

今天開始做PCB，突然想到，單片機可以sleep，而TLV320AIC23B有Power Down Control 功能，那么CM108B的PDSW輸出控制信號，只需要引入到N76E003中斷，或N76E003輪詢，就可以實現(xiàn)后面級Power Down功能，很明顯這樣的話，Q1的PMOS管開關(guān)就完全不需要了，上傳的線路就不改了，這部分大家直接無視，另外把CM108B的PDSW輸出連接到N76E003的IO，后級的Power Down功能由N76E003軟控就好。

等PCB做好，上傳PCB圖。

看線路有點復雜，其實器件并不多，可弄到的盒子就這么大，板子必須配合，所以器件排的非?？臻e，不過這樣也好處理混亂的AGND和GND分塊，可以更充分考慮音頻干擾什么的。板子上所有看上去像電解電容的東東，全部都是鉭電容，一個是提高性能，另一個就是為了降低高度。

板子實際大?。?5*55mm。

板子焊接好了，大家上眼，就這么個樣子：

板子上面由于都是鉭電容，所以很多大電容并聯(lián)的0.1直接暫時忽略。

MIC輸入部分，不是整個測試的重點，果斷暫時不弄。

單片機程序也只是純粹的TLV320AIC23B初始化，其他什么都沒寫。

下面開始測試：

第一次插入USB，電腦沒認，懷疑沒有焊接好，對USB插座再進行一次補焊。

插入電腦，設備順利出現(xiàn)。CM108B，系統(tǒng)自己認識，基本驅(qū)動直接就裝上了。

接著就是安裝ASIO驅(qū)動：AudioDevice on USB Bus 2.8.40

也順利完成。一路好消息：

下面上基礎波形測試：

MCLK和SCK信號，采樣44.1KHz 32Bit IIS SCK頻率=2.8224MHz，至少示波器直讀還是非常準的，看波形速度限制非常合適，無明顯過沖，波形穩(wěn)定，這是Hi-Fi的基本保障。

IIS的LRCK和DATA。沒什么好說的，反正就是干凈利落。

下面就說一下調(diào)試過程：

IIS波形、上位機程序都正常。

N76E003程序只做了最簡單的，就是官方IIC MASTER 范例直接改改就用。

控制單元也是很簡單，就0x00-0x09 和0x0F 共10個單元，其中好幾個還可以用上電缺省值。

IIC地址對了，ACK正確了，IIC通信正常。。

按照官方數(shù)據(jù)表，初始化完成，對不起，耳機完全無聲。

檢查輸出直流電壓，0V，說明完全不能工作，仔細回頭檢查線路，發(fā)現(xiàn)自己大意了。本身因為不需要LINE輸入和MIC輸入。所以畫圖紙時候，把TLV320AIC23B的20、19、18直接給接地了。但是芯片內(nèi)部可都是直流耦合，直接接地造成的結(jié)果就是連中位濾波16腳VMID電壓=0.直流電位問題肯定就在這，

仔細的挑起20-18腳，直接掰斷或者懸空都成。再測量VMID，上電慢慢上升到1.6V，耳放電壓也正常=1.6V，到這里直流狀態(tài)完全正常，可耳放就是不開聲。

繼續(xù)折騰，對Analog Audio Path Control (Address: 0000100)單元修改，開啟MIC單元和LINE的模擬通路，用鑷子鉗觸碰LINE端子和MIC端子，歡樂的咔咔嗡嗡聲在耳機里面清晰發(fā)聲。說明整個模擬通道已經(jīng)正確工作了。可為什么DAC就是沒聲音呢?

官方文檔里面，Digital Audio Path Control (Address: 0000101)單元的D3位，功能叫DACM DAC soft mute 0 =Disabled 1 = Enabled。

因為音量控制寄存器里面，D6-D0 為音量數(shù)值，=0是MUTE。這里有MUTE了，那么101寄存器這里的soft mute 我就理解為軟靜音，也就是靜音不是突然沒聲，而是慢慢的靜音。這個功能應該是不錯，當然要使能，所以D3單元沒有修改，就用的缺省值1.它哪怕這里1=MUTE，那么我肯定不會這么理解了。

因為耳放就是不開聲，沒辦法，說不定這個soft mute 是一個畫蛇添足的獨立軟件靜音位呢，關(guān)閉試試看馬上修改該位=0，重啟單片機...............................

哈...耳邊傳來甘雅丹的愛情海....................。

天藍了，一片明亮。

甘雅丹那毫無雜質(zhì)的聲音，在ZST雙動鐵耳機表現(xiàn)出來，咋感覺有點甜呢?

接著當然就是一系列試聽，插著耳機，插拔USB，耳機里面有非常輕微的1-2聲咔嚓，完全聽不見沖擊。

關(guān)閉foobar輸出。增益開到最大，耳機完全無聲，反正我是聽不出來，AMS1117-3.3的 0.003%輸出噪音加上TLV320AIC23B的50dB 電源抑制比的威力就體現(xiàn)出來了。完全感覺不到電源就是由USB直接供電的。太干凈了。

配器、聲像、定位那是相當滿意，人聲有點毒，完全離場獨立成像。

順便吐槽一下這個網(wǎng)購的ZST耳機，音質(zhì)什么的都非常對得起價格，可聲場實在有點太小了，所有東西貌似都只在腦袋那么大的地方發(fā)聲。