USB звуковая карта своими руками

Как оказалось, сделать внешнюю USB звуковую карту несложно и недорого. В этой статье расскажу как ее делал я.

Предыстория:

Пару лет назад в интернете на одном из форумов мне на глаза попалась тема про аудио ЦАПы. Я очень сильно загорелся идеей спаять аудиокарту(!) и с большим интересом начал читать описания различных конструкций. От их повторения меня отталкивали сложные (я не представлял, откуда буду вытаскивать «квадратную шину» I2C на компьютере или где взять S/PDIF) схемы и дорогие (это было самым веским аргументом) компоненты. Материала по данной тематике на русском языке и сейчас очень мало… Через пару месяцев я нашел простую конструкцию на чипе PCM2702 и, самое главное, с подключением к компьютеру по USB. Я не испугался SSOP корпуса микросхемы, но испугался цены — более 500 рублей за штуку. Также я боялся испортить такую дорогую микросхему своей неопытностью (перегрев, статика… мало ли?). Стал искать другие решения. И наткнулся на конструкцию на PCM2705. Это тоже USB-кодек, но с более низкими характеристиками, по сравнению с PCM2702-й. Микросхему нашел в толкучке на одном из форумов. Заказал себе и другу по одной. Не помню точно по какой цене, но не более 150р за штуку.

Схема:

Схему повторил почти один-в-один с первоисточником. А у него там почти чистый даташит.

Плата:

Сделал свой вариант печатной платы. ЛУТ я тогда уже освоил.

Первый запуск:

Запаял (думал не смогу запаять пятимиллиметровым жалом, но спасибо DI-HALT’у за идею с микроволной). Дрожащими руками подключил к компьютеру… ОС обнаружила новое устройство. Установила драйвера. Подключил наушники — поёт! Да и притом ничуть не хуже, чем встроенная в ноут звуковуха. А даже лучше! По крайней мере, я услышал разницу на НЧ. На ВЧ не заметил. Но и наушники у меня не лучшего качества. Другу тоже спаял, подключил и… не работает. Менял конденсаторы в обвязке кварца — не помогло, поменял сам кварц — заработало!

Пользуешься?

Пользуюсь. Иногда включаю его, когда хочется более качественного звука. Включал бы почаще, но неудобно пользоваться им — корпус так и не сделал, ноут туда-сюда таскаю…

Модернизация:

Если применить внешний блок питания с малошумящими стабилизаторами, звучание станет лучше, т.к. питание на шине USB содержит в себе очень много различных помех. Также можно поэкспериментировать с резисторами R7, R8 — поставить меньше и увеличить конденсаторы C12, C13 — улучшится передача низких частот. Еще можно было вывести S/PDIF, но мне некуда было приткнуть дорожку на печатной плате, да и не нужен он был мне тогда. А так, на 5-ом выводе микросхемы он находится. Двухсторонняя, грамотно спроектированная печатная плата была бы не во вред данной конструкции. Так как под «землю» будет отведен целый слой меди — это сократит пути возвратного тока и уменьшит уровень помех. На данный момент, если рядом с этим ЦАПом лежит мобильник и принимает входящий вызов или сообщение, то в наушниках хорошо слышны всем знакомые «ты-ты-ты-ты… ты-ты-ты-ты… ты-ы-ы-ы-ы…..».

Не могу найти PCM2705…

Аналогами PCM2705 является линейка PCM2704-2707. Кратко о них: PCM2704: 28-Pin SSOP, Headphone and S/PDIF Output, External ROM Interface PCM2705: 28-Pin SSOP, Headphone and S/PDIF Output, Serial Programming Interface PCM2706: 32-Pin TQFP, Headphone and S/PDIF Output, I2S Interface, External ROM Interface PCM2707: 32-Pin TQFP, Headphone and S/PDIF Output, I2S Interface, Serial Programming Interface Можно использовать любую из них, по качеству они одинаковы. Даташит прилагаю в архиве вместе со схемой и платой (открывать в Sprint Layout 5).

Звуковая карта – важная часть персонального компьютера. Без этого устройства нельзя слушать музыку в хорошем качестве и просматривать кинофильмы с несколькими звуковыми дорожками. Любителям компьютерных игр, аудио контроллер обеспечивает полное погружение в виртуальный мир. Аудио карта необходима для подключения микрофонов и музыкальных инструментов. В продаже имеется много контроллеров разного уровня, тем не менее, многие опытные пользователи предпочитают изготовить звуковую карту своими руками.

Содержание

USB звуковая карта своими руками

USB звуковая карта своими руками

Аудио устройства, подключаемые через порт USB, имеют различную конструкцию. Самые простые контроллеры вставляются непосредственно в разъём. Более сложные и многофункциональные устройства подключаются к порту с помощью кабеля. Причин для изготовления аудио системы может быть несколько. Это высокая стоимость промышленных образцов или плохое качество звука, получаемое от интегрированного в материнскую плату, чипсета. Чаще всего стараются изготовить своими руками звуковую карту юсб, чтобы использовать её для ноутбука. В этих устройствах, особенно в старых моделях, используются интегрированные микросхемы низкого уровня, которые работают на встроенный динамик и не могут обеспечить качественного звучания.

Как сделать звуковую карту своими руками

Для изготовления самодельного USB устройства используются микросхемы РСМ27-РСМ29. Это цифро-аналоговые преобразователи, которые обеспечивают выход на наушники или малогабаритные колонки, высококачественного звукового сопровождения. РСМ2705 представляет собой стереофонический ЦАП с интерфейсом USB. Предназначен для обработки стереофонического сигнала. Контроллер не требует прошивки, но имеется возможность изменения ID производителя или устройства. В цифро-аналоговом преобразователе реализована синхронизация аудио сигнала из синхроимпульсов предаваемой информации по интерфейсу USB. Встроенная фазовая автоподстройка частоты позволяет получить очень малую величину девиации по частоте и фазе. Основные характеристики микросхемы:

16-битный ЦАП
Частота преобразования – 32, 44,1 и 48 кГц
Выход S/PDIF
Тактовый генератор 12 МГц

Внешняя звуковая карта USB своими руками

ЮСБ звуковую карту своими руками можно реализовать на микросхеме РСМ2705. Конструкция имеет минимальное количество дискретных элементов. В схеме не используется цифровой выход, но его всегда можно задействовать. Он находится на 5 пине микросхемы. При увеличении конденсаторов С14 и С15 улучшается передача низких частот. +5 В с USB преобразуется в напряжение 3,3 В с помощью отдельного стабилизатора и подаётся через дроссель и конденсаторы фильтра.

Как сделать внешнюю звуковую карту своими руками

Более сложная и качественная звуковая карта для ПК изготовленная своими руками реализуется на цифро-аналоговом преобразователе РСМ2902-Е. Для обеспечения качественной работы устройства нужно не использовать питание от USB, а подавать напряжение на VCCCI от внешнего стабилизатора с напряжением 3,3 В. Чтобы снизить искажения, в устройстве использован диод VD1,который повышает напряжение до 3,5 В. Помехи от компьютера снижаются разделением «земли» на цифровую и аналоговую. Для управления громкостью и снижения уровня используются кнопки управления. Для питания аналоговой и цифровой части схемы лучше использовать отдельные стабилизаторы. Светодиод LED2 показывает состояние микросхемы. Когда контроллер работает в нормальном режиме, он не светится. Индикатор LED1 загорается при подключении аудио платы к порту. На качество входного сигнала заметно влияют конденсаторы С3 и С4, поэтому они должны быть плёночными. Выходные аналоговые сигналы снимаются с пассивного LC фильтра. Он обеспечивает частоту среза 28 кГц и очищает сигнал от шумов цифрового квантования.

Внешняя звуковая карта своими руками

Для того чтобы сделать USB звуковую карту удобной для использования придётся разработать и изготовить печатную плату. Входные цепи выполняются экранированным проводом, оплётка которого заземляется. Для разделения «земли» используется безвитковый дроссель FВ1.

Многоканальная звуковая карта своими руками

Обеспечить питанием многоканальную звуковую карту изготовленную своими руками, лучше всего с помощью внешних источников. Для этого используются малогабаритные сетевые адаптеры для внешних устройств. Они могут быть любого типа, но должны выдавать 9 В постоянного напряжения. В схеме применяются два адаптера, которые подключаются к стабилизаторам на микросхемах LM317. Они включаются по классической схеме.

Подстроечные резисторы R2 и R4 служат для точной установки напряжения +5 В на выходах стабилизаторов. Конденсаторы С1 и С8 имеют ёмкость 10 мкф Х 25 В. С4,С11 – 100 nf. Остальные конденсаторы – 1000,0 Х 25 В. Система питания собирается на отдельной печатной плате.

Из чего можно сделать звуковую карту

Как сделать звуковую карту внешней. После завершения монтажных работ нужно проверить работоспособность аудио платы. Сначала проверяется напряжение питания на ЦАП. Далее устройство подключается к компьютеру. В ОС Windows имеются все драйверы, которые будут установлены после подключения карты к порту USB. Звуковой контроллер PCM2902 определяется, как USB Audio codec. Далее в Диспетчере устройств, в строке «Звуковые, видео и игровые устройства» находим USB Audio codec. Осталось выполнить несколько простых настроек.

Поле этого, во вкладке «Дополнительно» устанавливается следующий формат: 2 канал, 16 бит, 48000 Гц (Диск DVD). На этом настройка цифро-аналогового адаптера, сделанного своими руками, заканчивается. К аналоговому выходу подключаются наушники или вход НЧ усилителя. Используя технические принципы, аудио плату USB можно сделать на базе любого цифро-аналогового преобразователя.

USB звуковая карта своими руками

Audio Lab

Этот цикл статей будет посвящен сборке в домашних условия внешней USB звуковой карты для ПК. Итак, думаю не я один использую персональный компутер как источник аудио сигнала. Но, вот качество воспроизведения встроенных, да и не только, звуковых карт не совсем радует слух. Да и рынок звуковых карт не впечатляет либо качеством, либо ценой за качество. Было решено делать самому. Начались поиски схемного решения. Выбор пал на кодеки серии PCM29**. В самодельной звуковой карте хотелось так же, чтобы были аналоговые входы — мож чего записать захочется. Выбор свой я все таки остановил на микросхеме PCM2902 — 16-ти битном дельта — сигма АЦП-ЦАП. Вот даташит на этого «зверька» — PCM2902. Итак, рассмотрим что же можно получить от этой микросхемы! Как оказалось, довольно много!Приступим! Основные технические характеристики Характеристики при VBUS= 4.84 V, VCCCI = 3.5 V:ЦАП Частота дискретизации — 32, 44.1, 48 KHz Потребляемый ток — 90 мA Номинальное выходное напряжение — (0 dB) 1,1В RMS Верхний предел диапазона — (-3 dB) 22.7 kHz (fs = 48 kHz) Частота среза пост-фильтра — 28 kHz Выходное сопротивление – 100 Ом Отношение сигнал/шум > 95 dBA КНИ + шум — (1 kHz) 0.005% (B = 22 kHz) Разделение каналов > 99 dB (1 kHz), при > 76 dB (20 kHz)АЦП Частота дискретизации — 8, 11.025, 16, 22.05, 32, 44.1, 48 kHz Уровень входного сигнала — 2,1В Входное сопротивление — 10 кОм КНИ + шум — (1 kHz, -0,5 dBFS) 0.01% (B = 22 kHz) Разделение каналов > 73 dB (1 kHz), при > 47 dB (20 kHz) Да, параметры довольно неплохи. Этот кодек кроме аналогового входа и выхода имеет на борту так же цифровой S/PDIF вход-выход. Полная поддержка USB 1.1 спецификации. Работает в полно — дуплексном режиме. Вот блок-схема PCM2902: Вот основная схема включения из даташита. Вот назначение выводов: Дальше был поиск в сети информации о применении данной микросхемы. Пересмотрев кучу забугорных сайтов, начитавшись форумов, была немного модернизирована схема включения, а именно: 1. Сразу было решено избавиться от питания по USB. Так как если питать устройство от USB порта, то можно натянуть много «цифрового мусора», который гуляет по шинам питания ПК. Для обеспечения наилучшего качества аналого-цифрового конвертирования рекомендуется питать пин VCCCI от отдельного стабилизатора с выходным напряжением 3,3В. 2. В земляную цепь этого стабилизатора необходимо включить диод, который поднимает напряжение на выходе стабилизатора до 3,5В, что минимизирует искажения АЦП. 3. Необходимо разделить цифровую и аналоговую «землю» — это тоже уменьшает количество помех, попадающих от ПК. 4. Отказался от S/PDIF входа-выхода — они мне просто не нужны. 5. PCM2902 имеет интересный собственный контроль за уровнем громкости HID (Human Interface Device), кнопками, которые подключены к входам HID0, HID1, HID2 можно, соответственно, управлять режимами ТИХО, ГРОМКОСТЬ + и ГРОМКОСТЬ –, что исключает необходимость двигать ползунки в микшере на ПК. Мне это тоже не нужно было, я их выкинул, все равно планирую собирать регулятор громкости, который бы предусматривал возможность регулировки громкости от ИК пульта. 6. Так же было решено использовать раздельное питание аналоговой и цифровой части. 7. Вывод 28 микросхемы является индикатором состояния, в котором находится микросхема — высокий уровень — рабочее состояние, низкий уровень — отключенное состояние. Тут можно использовать этот вывод за контролем над состоянием кодека. В итоге, родилась вот такая схема:Крупнее Немного пояснений к схеме: 1. Светодиод LED1 сигнализирует о подключении устройства к USB порту ПК. 2. Конденсаторы C3, С4, через которые входной сигнал поступает на кодек, желательно брать пленочные качественные. 3. Обязательно разделить аналоговую и цифровую «землю», на схеме это сделано при помощи FB1 — безвитковый дроссель, который представляют собой ферритовое кольцо на токоведущем проводе. Их иногда называют «ферритовыми бусинами». Вот как выглядит такая штука 4. Питание аналоговой части микросхемы PCM2902 производится при помощи стабилизатора IRU1117-33 В минусовой вывод стабилизатора включен кремневый диод 1N4148, благодаря ему на выходе стабилизатора имеем 3,5 вольт. 5. К выводу 28 микросхемы подключен транзисторный ключ, нагруженный светодиодом LED2. Когда микросхема подключена к порту USB и работает в штатном режиме, то этот светодиод не светится, если нарушилась связь с портом или микросхема «зависла» — загорается светодиод. 5. Сигнал, снимаемый с аналоговых выходов микросхемы проходит через пассивный LPF фильтр с частотой среза около 28кГц. Это сделано для того, чтобы в выходном сигнале избавится от «огрехов» цифрового квантования. В дальнейшем планируется добавить активный фильтр на ОУ. 6. Кнопки S1-S3 «на любителя». Мне например не нравится громкость кнопками на панели регулировать. В дальнейшем буду делать регулировку громкости резистором и с помощью ИК пульта. Теперь по поводу источника питания. Так как у меня валяется много 9-ти вольтовых импульсных бп от сетевых концентраторов, то решил применить их. Снимаемое с них напряжение 9 вольт поступает на два независимых стабилизатора 5 вольт. Стабилизаторы выполнены на микросхемах LM317, включенных по своей стандартной схеме включения. Подстроечными резисторами R2, R4 выставляется напряжение на выходе, равное 5 вольтам. Вот собственно схема: Так, со схемой разобрались, теперь приступаем к монтажу. Устройство было собрано на двух платах — собственно сама микросхема с обвязкой и плата стабилизаторов напряжения. Микросхема PCM2902 изготавливается только в корпусе SSOP-2 Так, что паять ее на плату нужно очень аккуратно. Была разработана печатная плата и все на нее смонтировано. Сперва запаял все SMD компоненты. Немного намудрил со стабилизатором на 3,3 вольта. Неправильно развел вход и выход. Пришлось резать дорожки и соединять проводниками. Немного фото запаянной микросхемы Для сравнения Далее смонтировал все выводные компоненты На электролите — это немного флюса из шприца попало, он новый, не вспухший))) Вот фото платы стабилизаторов напряжения Вот LM317 в корпусе ТО-252, были только такие. После монтажа микросхемы PCM2902, если применяли флюс, обязательно тщательно его вымыть растворителем, иначе потом будут жестокие «зависания». До запайки микросхемы желательно собрать на плате стабилизатор на 3,3 вольта, и подобрать диод VD1 до получения на выходе 3,5 вольта. После того как собрал все это дело в «кучу» пришел черед проверки. Подаем питания на плату, проверяем питание на ногах микросхемы. Теперь подключаем USB провод к ПК. Драйвера для этой микросхемы уже есть в Windows, за что большое спасибо дядькам из Microsoft)))) На моем ПК стоит Windows 7. Значит так, подключил я собранную плату к USB порту. Windows тут же крякнул о подключении нового устройства и нашел и установил на него драйвера. PCM2902 определяется как USB Audio codec. Чтоб удостоверится, что все определилось заходим в Диспетчер устройств и видим следущее: Все отлично, все определилось! Теперь надо немного все настроить! Заходим в панель управления — оборудование и звук — звук. И видим там следущее: Наш USB Audio codec должен быть устройством по умолчанию, если нет, то делаем его таковым. Встроенную звуковую карту можно отключить там же. Теперь нажимаем на кнопочку Свойства. Появляется меню Свойства. Заходим на вкладку дополнительно и в поле Формат по умолчанию выставляем 2 канала 16bit, 48000Гц. Теперь переходим на вкладку Запись. Выбираем микрофон USB Audio codec по умолчанию и нажимаем кнопку свойства. Выбираем вкладку Прослушать и ставим все как на картинке. Теперь заходим в вкладку Дополнительнои в поле Формат по умолчанию выставляем 2 канала 16bit, 48000Гц. Ну вот, собственно, настройка и закончена. Можно подключить к аналоговому выходу усилитель и послушать музыку. Правда тут в выходном сигнале будет слышаться легкий свист, так как у нас стоит пассивный пост-фильтр нижних частот, чтоб полностью от этого избавится потом будет собран активный фильтр. Но, несмотря на это звук вполне достойный, намного лучше чем встроенная звуковуха выдавала. Теперь потестим все это хозяйство программой RightMark Audio Analyzer 6.2.3. Для этого вход каждого канала соединяем с его выходом. Запускаем программу Выставляем 16bit, 48kHz. Нажимаем кнопку Режимы. Тут программа выдаст все режимы, в которых может работать наша самодельная звуковая карта. Потом нажимаем на кнопку Пинг. программа проверит возможность записи и воспроизведения устройства. Далее в блоке, где написано Начать тесты нажимаем на красную кнопку с символом динамика внутри Воспроизведениезапись. Появятся вот такие окна, с помощью микшера Windows необходимо выставить оптимальный уровень сигнала. В это время программа генерирует тестовый сигнал. После прохождения теста программа генерирует отчет. Вот что получилось. По тесту программы параметры тоже не плохи, да и субъективная оценка «на слух» прошла очень успешно! Звук нравится, такой плотный, не резкий, словами не передать, надо слушать! Вот в первой части и все. В следующей части будет опубликована сборка активного пост-фильтра и лампового буфера для аналогового выхода. Используемые источники: