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[电脑] 台式机USB3.0前面板DIY,并实现单耳机孔支持音频+麦克风

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发表于 2022-7-31 17:26:41 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 alszy 于 2022-8-5 19:18 编辑

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:
1.jpg

反面,采用最辣鸡的板材:
2.jpg

侧面,耳机接口和USB基本平齐:
3.jpg

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:
4.jpg

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:
5.jpg

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。
27.jpg

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。
6.jpg

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:
7.jpg

反面:
8.jpg

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):
9.jpg

用来给耳机接口垫高的PCB(黑色):
10.jpg

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:
11.jpg

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.
12.jpg

旁边的8-pin插座,可以再接出一个USB2.0接口:
13.jpg

背面:
14.jpg

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。
15.jpg

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):
16.jpg

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:
17.jpg

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:
18.jpg

中间两个是改装后的USB3.0和耳机接口:
19.jpg

先测试USB3.0,可识别到USB外接硬盘:
20.jpg

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:
21.jpg

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 :
22-3.jpg

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。
22 - 1.jpg

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。
22 - 2.jpg

先测试右侧的立体声麦克风接口:
23.jpg

音频控制面板里,显示麦克风插入:
24.jpg

再测试左侧的音频+麦克风一体接口:
25.jpg

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。
26.jpg

lay6格式的设计文件,和Gerber文件:
USB3_Front_Panel.zip (87.71 KB, 下载次数: 11)



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发表于 2022-7-31 20:47:44 | 显示全部楼层
楼主有技术还舍得下本
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发表于 2022-7-31 21:34:44 | 显示全部楼层
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!
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 楼主| 发表于 2022-7-31 21:43:26 | 显示全部楼层
机箱型号是先马(SAMA)平头哥M2
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发表于 2022-7-31 23:24:13 | 显示全部楼层
简单的东西大学问, 牛逼
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发表于 2022-7-31 23:35:22 | 显示全部楼层
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
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发表于 2022-8-1 00:15:30 | 显示全部楼层
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。
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发表于 2022-8-1 02:50:50 | 显示全部楼层
你打那么多眼有什么用
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发表于 2022-8-1 06:17:35 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
不错的想法,支持一下
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发表于 2022-8-1 07:40:54 | 显示全部楼层
这个漂亮,技术好。
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发表于 2022-8-1 08:41:54 | 显示全部楼层
哎。。看见fpc接口就头疼。。。不会拖焊。。。。
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发表于 2022-8-1 09:05:52 | 显示全部楼层
这技术真牛
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发表于 2022-8-1 09:30:12 | 显示全部楼层
212.jpg 手艺不错~
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发表于 2022-8-1 09:33:35 | 显示全部楼层
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
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发表于 2022-8-1 09:40:43 | 显示全部楼层
不错,既然已经折腾了,为什么不加一个C口呢
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发表于 2022-8-1 09:45:41 | 显示全部楼层
厉害厉害~学习了
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发表于 2022-8-1 09:46:45 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
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
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发表于 2022-8-1 10:15:32 | 显示全部楼层
学习学习,谢谢分享
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发表于 2022-8-1 10:17:38 | 显示全部楼层
有技术还舍得下本
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发表于 2022-8-1 10:57:22 | 显示全部楼层
有时间、有技术、还舍得下本
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