USB－DAC設(shè)計(jì)USB聲卡設(shè)計(jì)論文

1、usbdac設(shè)計(jì)usb聲卡設(shè)計(jì)-論文usbdac設(shè)計(jì)usb聲卡設(shè)計(jì)【摘要】 電腦發(fā)展到今天，人們?cè)絹碓阶⒅芈犛X方面的享受,但常用的聲卡表現(xiàn)都不能很好的讓聲音的美感體現(xiàn)出來，特別在功率放大方面表現(xiàn)的就更為突出，隨之而的usb聲卡就可以解決這個(gè)問題，usb聲卡以u(píng)sb-dac為核心。 【關(guān)鍵詞】：usb-dac，音頻,聲卡abstract the computer develops today, the people pay great attention the sense of hearing aspect more and more enjoyment, but the commonly u

2、sed sound card performance cannot very good let the sound the esthetic sense manifest, displays specially in the power amplification aspect is more prominent, along with it, but the usb sound card may solve this problem, the usb sound card take usb-dac as a core. 【key word】: usb-dac, audio, voice-cl

3、ip 目 錄引言 5頁一、dac討論 5頁二、usb-dac的作用 5頁三、設(shè)計(jì)目標(biāo) 5頁usb-dac結(jié)構(gòu)圖 5頁usb-dac工作原理 6頁主要芯片介紹：usb輸入（pcm2707） 7頁數(shù)字信號(hào)接收（dir9001） 9頁usb信號(hào)處理（pcm1793） 11頁其它輔助電路 13頁調(diào)試結(jié)果 14頁附錄 14頁參考文獻(xiàn) 15頁致謝 15頁 引言：一、dac討論在現(xiàn)在重多的usbdac電路中，經(jīng)過研究探討得出，usbdac大致可以分為兩類，一類電腦內(nèi)部的dac也就是聲卡，一類就是外界獨(dú)立的dac。現(xiàn)在對(duì)獨(dú)立的dac進(jìn)行簡單的討論。它的優(yōu)點(diǎn)在于：1）由于具有獨(dú)立的供電設(shè)計(jì)，所以使得它可以完全不

4、依賴主機(jī)充滿干擾的電源輸出，2）由于它具有自己獨(dú)立的音頻控制芯片，所以它完全可以脫離電腦作為一個(gè)獨(dú)立的解碼/編碼設(shè)備來使用，為cd/dvd等各種設(shè)備提供支持。而這不僅是前一種usb 聲卡做不到的，更是任何一種內(nèi)置聲卡做不到的。然而事物有優(yōu)點(diǎn)必有其缺點(diǎn)，usb聲卡也有其不可忽略的嚴(yán)重不足。這種不足來自于usb總線本身。二、usb-dac的作用：usb-dac是目前新一代的聲卡替代品，它憑借自己獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，獨(dú)特的工作原理，在電子產(chǎn)品中獨(dú)占一席，它的獨(dú)特性在于它是外界電源供電，因此擺脫計(jì)算機(jī)內(nèi)部供電的限止，可以讓音頻信號(hào)處理的更加完美，讓人們有更好的聽覺享受。三、設(shè)計(jì)目標(biāo)：通過對(duì)電子元件的選擇，完成

5、電路原理圖的設(shè)計(jì)，然后搭建電路最終完成設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)后通過電腦usb接口輸入數(shù)字信號(hào),或者輸入同軸信號(hào)，通過usb-dac通過音頻放大,最終以聲音的形式放出。usb-dac結(jié)構(gòu)圖(圖1) 圖1usb-dac工作原理整體介紹：本電路提供usb信號(hào)和同軸信號(hào)兩種信號(hào)輸入，更加合理和方便的滿足現(xiàn)實(shí)生活，在信號(hào)輸入后把信號(hào)送入信號(hào)緩沖芯片（dir9001），接下來對(duì)信號(hào)判斷（74hc157），判斷是usb信號(hào)還是同軸信號(hào)，若是usb信號(hào)，則送入數(shù)據(jù)處理芯片（pcm1793）進(jìn)行處理，處理后的模擬信號(hào)直接送入放大級(jí)（2134）進(jìn)行簡單的放大，接下來信號(hào)及可輸出，但本設(shè)計(jì)為了更加方便生活，更貼進(jìn)實(shí)際，對(duì)輸出的

6、信號(hào)又作一個(gè)雙向選擇及，一路信號(hào)直接輸出，另一路信號(hào)經(jīng)過opa2604進(jìn)一步放大，以便驅(qū)動(dòng)大的音響設(shè)備，下面就電路主要工作芯片及其工作原理具體介紹：在輸入級(jí)：有兩種輸入端口，一個(gè)是usb輸入端口；一個(gè)是同軸信號(hào)輸入端口；當(dāng)輸入為usb輸入時(shí)候，通過芯片pcm2707（下附芯片介紹），及外圍元件，對(duì)usb信號(hào)處理，使它變成可供解碼芯片pcm1793（下附芯片介紹）所用的信號(hào)。780usbdac設(shè)計(jì)usb聲卡設(shè)計(jì)當(dāng)輸入為同軸信號(hào)時(shí)候，首先通過芯片74hc04進(jìn)行信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力提升，讓信號(hào)具有一定的帶負(fù)載能力，以供接下來的電路使用。信號(hào)處理及選擇：在上述兩種信號(hào)輸入后，信號(hào)進(jìn)入dir90001（下附

7、芯片介紹）進(jìn)行緩沖等待接下來的電路對(duì)其進(jìn)行判斷，是usb信號(hào)，還是同軸信號(hào)，這就需要電路中的74hc157來進(jìn)行判斷選擇了，在選擇過后，若是同軸信號(hào)，則直接進(jìn)入放大級(jí)，若是usb信號(hào)則進(jìn)入pcm1793進(jìn)行處理，處理后才可進(jìn)入接下來的放大級(jí)。放大級(jí)：本電路左右聲道通過分別通過雙運(yùn)放opamp2604進(jìn)行初級(jí)放大，放大后的信號(hào)，可以輸出使用，然而電路考慮到實(shí)際運(yùn)用，故此分為兩路，一路直接輸出供耳機(jī)使用，另一路進(jìn)下放大，以便外接音箱設(shè)備使用。主要芯片介紹：1）usb輸入部分（pcm2707）本機(jī)通過德州儀器（texas instruments）出品的芯片pcm2707(圖2)實(shí)現(xiàn)電腦聲音信號(hào)接收。

8、通過usb界面接收電腦訊號(hào)，直接采用i2s輸出方式由同為德州儀器出品的數(shù)模傳換（dac）芯片pcm1793作聲音解碼，最后通過lineout（座）或耳機(jī)放大器輸出聲音！這個(gè)usb-dac的核心是利用芯片pcm2707來進(jìn)行usb信息輸入的，它可以通過usb1.1直接控制設(shè)備,無須外加軟件代碼，這樣可以改良設(shè)備的獨(dú)立性，避免額外的設(shè)備，pcm類的dac芯片，可被電腦直接識(shí)別并且電路簡單。pcm2707引角圖如下圖所示：（其中xt1，xt0是外加時(shí)鐘，d+，d-是usb的數(shù)字信號(hào)輸入端）圖2pcm2707內(nèi)部框圖(圖3)：圖3pcm2707在電路中的應(yīng)用(圖4)：圖4本電路信號(hào)輸出后供給pcm17

9、93用。2）同軸輸入部分（緩沖）（dir9001）本機(jī)設(shè)有 同軸(coaxial)數(shù)碼輸入端，通過比cs8414、cs8412cp更好的dir9001數(shù)字接收芯片，接收由同軸線連接cd/dvd器材的數(shù)字音頻信號(hào)。即可通過本機(jī)的dac晶片pcm1793作聲音解碼，用于連接一般的cd/dvd轉(zhuǎn)盤，聲音將有顯注提升！而且一樣可以通過lineout輸出連接到外置擴(kuò)音機(jī)或經(jīng)由耳放輸出到耳機(jī)去享受音樂。數(shù)據(jù)接收器件選擇的是ti公司最新的dir9001數(shù)字音頻接收芯片，very low jitter system clock output (50 ps typically)，該芯片能兼容到最高96khz采樣

10、頻率的音頻數(shù)據(jù)信號(hào)，其提供的接口能夠兼容當(dāng)前任何類型的得爾塔-西格瑪數(shù)字/模擬音頻轉(zhuǎn)換器件。超低的jitter（震動(dòng)）,使得dir9001擁有了非常好聽的聲音,同時(shí),也是目前幾款常用的數(shù)字接受芯片里,jitter最低的。本次mini usb特別采用了一個(gè)新型的元件！就是 ti出品的dir9001，這是一個(gè)數(shù)字接收芯片，作用和cs8414、cs8412cp一樣！處理得當(dāng)，聲音比前兩者明顯好多了！國外已有不少地方，已做出dir9001替換cs8412cp的模組。dir9001引角圖(圖5)：圖5dir9001在電路中的運(yùn)用(圖6)：usbdac設(shè)計(jì)usb聲卡設(shè)計(jì)此電路的輸出由uout，cout輸出

11、，直接供給功放電路使用3）解碼部分（pcm1793）本機(jī)的dac晶片pcm1793(圖7)作聲音解碼，用于連接一般的cd/dvd轉(zhuǎn)盤，聲音將有顯注提升，而且一樣可以通過lineout輸出連接到外置擴(kuò)音機(jī)或經(jīng)由耳放輸出到耳機(jī)去享受音樂。另外它也是音響專用功放作為核心電源單轉(zhuǎn)雙ic,usb整機(jī)和一張cd大小差不多,便于攜帶！而且可以外接大容量電池作供電?；緟?shù)：產(chǎn)品描述: 具有 usb 接口、耳機(jī)輸出和 s/pdif 輸出的立體聲音頻 dac ，分辨率(bits): 24 ，# dacs: 2 ，通道數(shù): 2 ，信噪比(類型) (db): 113，最大采樣比率(khz): 113 ，輸入/輸出:

12、 0 / 2 ，數(shù)字音頻接口: usb, i2s ，控制接口: hid ，pd (類型) (mw): 175 ，模擬電源(v): 4.35 - 5.25 ，數(shù)字電源（達(dá)到五伏時(shí)）(v): 4.35 - 5.25 ，音頻: yes ，附加特征: s/pdif 輸出 ，dac: yes ，封裝: 32tqfppcm1793引腳圖： 圖7pcm1793在電路中應(yīng)用(圖8)： 圖8此部分為解碼電路，輸出分為左右聲道，分別為12、13、18、17腳。輸出后此信號(hào)就可以被功放電路使用了。4）其它輔助電路（功放大器、同軸信號(hào)輸入、數(shù)據(jù)的選擇、電源、以及線路的輸出）功放大器(headphone amp)： 本

13、機(jī)耳擴(kuò)部份參照solo耳放線路并作改進(jìn)，除了可作音效卡、dac的耳放外，還可外接大量器材。本機(jī)采用omron訊號(hào)專用繼電器(relay) 作信號(hào)設(shè)換，由line in(rca端子座)輸入外接模擬(analog)信號(hào)！例如cd/dvd機(jī)的聲音輸出，現(xiàn)有dac的模擬信號(hào)、甚至是ipod的聲音輸出(需要 轉(zhuǎn)接頭 經(jīng)lineout輸出信號(hào)) ！而且當(dāng)用家提供一個(gè)更好的電源時(shí)，本機(jī)耳擴(kuò)的聲音將會(huì)進(jìn)一步提升！而且本機(jī)耳放的運(yùn)算放大器(op) 使用dip封裝，各用家可自行換上別的op（運(yùn)放）調(diào)音，即便是很多高級(jí)聲卡，都使用貼片封裝op，不能更換。電路如下圖所示：以及若干電阻,電容,電感,接口,開關(guān),晶振等。調(diào)試結(jié)果：聲音的音質(zhì)方面明顯優(yōu)于機(jī)器的內(nèi)置聲卡，但是當(dāng)機(jī)器繁忙（通常稱作機(jī)器卡，或是死機(jī)）時(shí)候此usbdac會(huì)停止響應(yīng)這可能與操作系統(tǒng)給予usb較低的執(zhí)行等級(jí)吧。但通常機(jī)器是很少出現(xiàn)這種現(xiàn)象的，所以此設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)要求。附錄usb-dac重要元件，以及其芯片pdf網(wǎng)址參考文獻(xiàn)1：新編電子線路設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)。2：周訓(xùn)雪等編，模擬電子技術(shù)，西安電子科技大學(xué)出版社。3：朱正偉、劉非等編，數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)，清華大學(xué)出版社。4：崔瑋等編，pro