台式机USB3.0前面板DIY，并实现单耳机孔支持音频+麦克风

alszy

去年双十一装的台式机，前面板只有一个自带的USB3.0接口，不太够用。于是想自己重新做一个前面板PCB，把原来的两个USB2.0替换成USB3.0。
另外台式机普遍还使用独立的耳机/麦克风接口，在手机上能正常使用的带麦耳机，台式机上却只能输出音频。因此还同时改装了耳机接口，实现单耳机孔支持音频输出+单声道麦克风输入，同时另一个音频接口，还保留立体声麦克风输入的功能。
机箱自带USB2.0前面板PCB：


反面，采用最辣鸡的板材：


侧面，耳机接口和USB基本平齐：


由于HD Audio的检测脚要求常开，插入之后才闭合，而常见的耳机接口检测脚都是常闭设计，因此只找到了一个适合的接口型号（厂家型号：ST-0337D00-071-1A2H）。
该型号的接口较矮，需要另一块1.2mm的PCB来垫高。
下图是自己设计的PCB，中间先焊接垫高PCB，再焊耳机接口：


PCB反面，USB3.0的差分数据线全部在这一层走线，差分线的两边需要打满过孔：


差分线的宽度和间距，是使用SI9000阻抗计算工具算出来的。
查阅USB3.0规范，可以知道差分阻抗要求是90欧，输入基材厚度（这里用的是4层板，差分线到最近的地层是0.1mm，所以基材厚度填0.1mm；介电常数需要咨询PCB供应商之后填写，我的是3.3）、0.1mm线宽、0.1mm线距等参数之后，算出差分阻抗是89.9欧，符合要求。如果算出来不是90欧，也可以直接输入90欧阻抗，让软件自动求解线宽。


内层1，走的是音频线和VBUS供电线。音频地和USB地一定要分开接，避免噪音。
有些比较垃圾的机箱，是共地的，鼠标移动或U盘传数据的时候，耳机里会有奇怪的声音。


内层2是完整的地层，为USB3.0差分线提供地平面。
做好的PCB如下：


反面：


USB3.0接口，比USB2.0多了5个针脚（中间是接地，两边是SSTX和SS RX差分线）：


用来给耳机接口垫高的PCB（黑色）：


先焊耳机接口，上面还按照Realtek推荐电路，加了磁珠和电容，起到滤波作用：


再把黑色的垫高板，焊在主板上面，并焊接其它接口：
右下的蓝色USB3.0连接器，型号是A37-1BL01-111-B.


旁边的8-pin插座，可以再接出一个USB2.0接口：


背面：


和机箱原配的PCB对比。可以看到耳机接口和USB基本在同一直线上。
如果没有垫高板，耳机接口就会偏下。


利用原配的USB2.0线，并增加铜箔屏蔽层。屏蔽层接GND（下数第二根黑线）：


另一端，屏蔽层也接GND（最上面的黑线），下面一排的HD Audio连接线：


装入机箱，PCB尺寸和接口位置都完美，右边两根蓝色的粗线，是USB3.0到主板的连接线：


中间两个是改装后的USB3.0和耳机接口：


先测试USB3.0，可识别到USB外接硬盘：


从USB硬盘往桌面复制文件，速度达到253MB/s，说明USB3.0工作正常：


接下来介绍耳机接口，Realtek最新的设计里，检测线到地接200k电阻，表示麦克风接口插上了，如果接100k，则是耳机接口。那么接200k//100k=67k，则是两个都接上 ：


画出接线图。
下图是带麦克风的耳机，插到耳机口（图中右上接口）的情况。音频走红色线输出，麦克风是单声道模式。
单声道麦克风的实现原理：因为麦克风接口（图中右下接口）没有插，因此麦克风的左右声道通过6、7脚短接在一起，同时接到右上耳机口的麦克风输入端（下图的蓝色线）。
这样，麦克风的左右声道都可以收到同一路音频输入。如果没有此设计，插带麦克风的耳机时，麦克风就只有一个声道有声音了。


如果插了立体声的麦克风，6、7脚又会断开，这样可以实现立体声录音。
另外立体声麦克风还支持盲插，插任意接口都可以录音。


先测试右侧的立体声麦克风接口：


音频控制面板里，显示麦克风插入：


再测试左侧的音频+麦克风一体接口：


音频控制面板里，显示耳机和麦克风同时插入：
耳机可以正常听到立体声，同时麦克风可以录音。


lay6格式的设计文件，和Gerber文件：
USB3_Front_Panel.zip (87.71 KB, 下载次数: 22)

2022-7-31 17:24 上传

点击文件名下载附件

bass

楼主有技术还舍得下本

myseil

这个厉害，楼主得说明一下自己是什么机箱，不然PCB不会适配吧！

alszy

机箱型号是先马（SAMA）平头哥M2

悠悠悠

简单的东西大学问, 牛逼

wfzdm

alszy 发表于 2022-7-31 21:43
机箱型号是先马（SAMA）平头哥M2

同款机箱，侧板玻璃已碎

kpj001

当有次测试发现USB声卡的效果比主板上好的时候，主板声卡的驱动都懒得装了，再也不用插3.5的孔。
桌面放一个 USB HUB ，选带有电源开关的，一按就关闭耳机声音了。如此时主机后面有音响插上，那么就自动实现了前后切换。
结论是。。。前面板USB要足够多足够快，其他的不再需要。

qwer777

你打那么多眼有什么用

liujinfa

不错的想法，支持一下

qjt19810204

这个漂亮，技术好。

mitcher

哎。。看见fpc接口就头疼。。。不会拖焊。。。。

jay_chou

这技术真牛

zrwd01

手艺不错~

szb314

mitcher 发表于 2022-8-1 08:41
哎。。看见fpc接口就头疼。。。不会拖焊。。。。

可以怼一点松香，焊完洗干净，也可以先焊盘上锡，然后涂些焊油助焊剂什么的，插座对准，直接刀头烙铁伺候

佳维

不错，既然已经折腾了，为什么不加一个C口呢

sadfun

厉害厉害~学习了

cbh1a

我的电脑也是因为共地干扰，耳机一直有杂音。干脆就搞了个光纤音频解码，物理隔离
https://www.mydigit.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=320918

sun5320

有技术还舍得下本

csnyj001

有时间、有技术、还舍得下本

261307853

专业…………………………