从电路设计说起，USB声卡老司机分享自己DIY的USB声卡

rush

很多年前就发现使用PC听歌方便，快捷，好管理。大多数PC声卡的音质无法令人满意，并不是他们不愿意投入成本，而是走的方向不对。本篇文章作者分享自己DIY的USB声卡，本卡为原创设计，与你常见的USB方案都不一样。

先放出声卡本卡，今天展示的有两个版本：






小朋友们想看拆解哪一个啊？？？？？？？？


只有小孩子才做选择！我全都要！





首先是对他的第一印象，大家都是数码老司机了，肯定有自己的理解，我介绍一下：

它使用USB供电，还不带隔离，因为楼主实测只要是个正常质量的PC电脑，或者笔记本，都能提供可靠的5V500mA电源，这足够听歌的耗电了。电路有多级独立的DCDC和LDO，能获得+3.3VD，+5VA，模拟端正负5V等。采用STM32F401作为主控，软件是本人以前在论坛开源的那个UAC1软件架构。（这里吐槽下那什么插个模块就说自己做了个声卡的帖，简直无语）。STM32F4系列，为cortexM4 的CPU，效率很高，主频设计为48MHZ，够用了，集成64K内存，跑满UAC协议和i2s环形缓存只用20K，是不是很出乎意料？集成I2s时钟输入端口，外接两晶振，提供常见采样频率，拒绝常见产品中通过PLL制造的辣鸡时钟。集成USB1.1 PHY，不需要外挂PHY。无论怎么看，这个单片机非常合适，可以在不加外围的情况下，实现UAC1 24bit/96K的应用。它是64脚封装，有很多剩余的IO引脚，能用于系统控制或者LED指示灯，彻底榨干他的潜能。














数字部分总结：

单片机【1】，电源【2】，和12M系统时钟构成最小系统。两颗有源晶振【3】采用低抖动低相躁型号，为I2s数字音频信号提供基础时钟。其他外围包括指示灯，调试接口等。

1：主控单片机，意法半导体 STM32F401RBT6，上文已经介绍过。
2：数字部分电源，5V-3.3V DCDC德州仪器 TPS62203，这颗芯片能提供300mA电流，buck占空比最大百分百，意味着USB总线电压突然下降也不至于导致系统重启。
3：时钟，sitime SIT8208晶振，选用3225封装，体积很小省空间，这是一种MEMS振荡器，并非传统晶体振荡器，温度和环境震动对他影响更小，不需要像那些DAC搞什么恒温，防震，非常适合本机这种“恶劣环境”使用。



电源部分








电源部分：
USB电源确实是一种不错的电源，虽然它算不上什么低噪声的供电，但这并不影响使用。只要他能提供的电量充沛，我们就可以通过升压，滤波等手段，牺牲效率换质量，得到低纹波的电源。

极少数情况USB电源存在方向，过压的可能性。【1】部分的电路作用为输入过滤，通过无源元件和有源保护芯片组合，防止那些不正经的电脑电源对机器产生伤害。无源包括磁珠，PTC自恢复保险丝，TVS限压二极管过滤掉高峰脉冲，同时如果电源反接直接给他短路掉，与反接拜拜。有源保护芯片“ETA7014”是一个高压36V过电压保护器(OVP),它有一个非常低的35毫欧的内阻，只需改变外部连接电阻，就可以用作OVP或高压开关。ETA7014作为二级保护，可以长时间承受36V过压，例如不注意插入了什么快充之类的，不会损坏。


【2】部分的电路是boost升压电路，USB经过保护输出电压小于6V，且不稳定，有峰有谷，这里给他升压到7V多（每个方案我都会微调），相当于为不稳定的电压“填谷“，后面还有几个高抑制(PSRR)的LDO降压器，把高峰削掉（相当于把纹波变成热能白白耗掉），获得稳定的电压。另外还有一路负电源，这里照片没有拍到，可以在下面LFP的部分看到，通过CUK变换器LM2611产生，两个电感，相当于boost之后buck输出，成本高纹波低，对于音频应用很值得。电路上还有几个【LDO稳压器】，在这张图也没有拍到。选型TPS7A3001/4901，经典的低噪声稳压器，拆机很多放心买，因为没有同类产品所以没假货，附介绍自己看把，还能听到噪声的该检查耳朵，（TPS7A30系列器件为负、高压(-35V)、超低噪声(15.1VRMS,72-dB PSRR)线性稳压器 负载为200 mA。TPS7A49具有使能功能的 150mA、36V、低噪声、高 PSRR、可调节低压降稳压器，概要: 是正、高压 (36V)、超低噪声(15.4μV RMS,72dB PSRR)。）



DA转换器




DA转换器：
DA转换器是声卡的核心部分，没有之一。不同的DA转换器能提供不同的音效。所以才有买USB模块DIY的那种玩法。因为这些芯片内部集成了全部功能，外围没什么元件（也可以理解成外围都被分类在上面的【电源部分】和下面的【模拟LPF部分】了）。选型可以参考各种经典的CD，DvD，随身听等。不要光看参数（具体说明就是SNR，THD达到100db以上，耳朵听不出啥区别，如果在100db以下的，还是请选择更好的方案吧）。像图上AK4396这一款的参数就没多优秀，但音质我很满意。需要注意的是I2s数字信号走线必须要短，同时串联电阻，防止反射干扰。



模拟部分





模拟部分分为提供模拟正负电源的【低压差稳压器LDO】，和构成低通滤波器的【运算放大器OPAMP】组成。同时设计上留了一个简单的跟随器作为耳机放大器，但已经弃用，后文会聊聊这个耳机的话题。图片左侧的是CUK电源，产生负电压，TPS7A3001/4901，稳压器。这部分电容全部用MLCC，因为需要针对1mhz的开关频率做优化，千万不能犯傻用什么发烧电容。运放部分，采用常见音频运放，比如ad823，ad822，ne5532，需要注意静态工作点，不要超过运放能输入输出的电压范围。电容用NPO的，电阻尽量上千分一，因为温漂小。这里的电源已经没有高频纹波了，滤波电容用了很多钽电容。LPF的输出电压（电平）我喜欢设计为2V P-P（1.4V RMS），这里科普一下，对于像我这种正负电源系统下，新手可以把2V pp当成正负1V来理解，会好理解很多。由于运放的供电电源设计正负5V，完全可以侍候这个电压。




IO端口




反正是自己用的机器，早看那些傻傻的商品机，尾巴拖着一群万年不用的油瓶口不爽了，干脆一不做二不休，采用极简风格IO。typeC输入，3.5mm输出。本机没有任何不用的接口。这里的3.5请务必使用4极插座，可以通过DIY线材，做到像RCA一样的两声道走独立地线，提高立体声分离度。





文章结束。谢谢观看。
以下为碎碎念。



消失的耳放





细心的小伙伴都发现了新做的机器放弃了耳放，因为作者发现机器出来的声音真的太大了，以IE2耳塞来说，1毫瓦功率就能出来112db，足够摧毁人的耳朵。所以我需要的是两个高精度的10K电阻，串在输出口和耳机之间。引用知乎上的话：【耳放到底有多重要? - 知乎2019年10月17日 耳放对正常人根本不重要，耳放对听觉残疾的人很重要。因为这是一个助听器。】

hongo

我用罗技的USB游戏耳机音质就够好了。

jswxll

这是全程自己设计制作的啊，大工程

liumiao73

这个太大太繁琐，买个创新声卡了事

soontao

设计、制作的大工程，牛人再现江湖！牛X的"手"艺人

liqh

自己做声卡，楼主太厉害了

dtzjk

羡慕可以自己制造产品的大神

bennanhaier

我的都是插主机上，没用过这高级玩意儿，

xingjilang

不知比同价位的电池供电的小尾巴如何

oldeagle

做的不错

zzhbeyond

我喜欢魅族M6的那个低音，虽说音质不咋地，但是低音轰头的感觉还是蛮爽的

f00tman

只玩箱子不玩耳机，其实绝大多数情况，均衡器/分频做得好，再来一点适当的效果(没错很多宣称纯功放的都有效果)，都无视什么信号问题，音源只要不是320Kbps以下的问题也不大

方向不同，我坚持用创新，坚持这个用法，只有它能拯救我的15W全频配100W低音放在9平米房子里，弄出一耳朵大爷们烧几千的听感，当然听久可能就不同了

耳机我认为一样道理的，单元素质+低音推力+均衡器，解决绝大多数问题，特别在这蓝牙也能活的年代，信号真不纠结

2480382335

淘宝u盘大小的不好，新买还能出声，放久了都不出声

xktx09

看不懂，坐等申精

全利88

耳放是用来推大尺寸耳机的，现在的普通耳机，阻抗都不高，很好推，也没什么素质，就听个响。

a3300a1

真厉害。

自然醒8181

楼主手艺不错

aping365

观摩大佬的作品，除了佩服还是佩服。

mhtlov

很精致啊

ksj197706

高手，可以淘宝批量走货了，