Высококачественный USB аудио-адаптер своими руками. Схема звуковой карты Hs 31 сделать звуковую карту

Кратко: ужь лучше так чем ноутбук

Когда-то давно у меня был хороший компьютер Athlon XP 2000+ со звуковой картой sound blaster.

Подробнее с Фото под катом

Теперь я пользуюсь ноутбуком для просмотра любимого сайта

а звук в нем как и во многих ноутбуках оставляет желать лучшего и оставшийся активный саб BBK с усилителем на каждый канал. Ноутбук к нему можно подключить только двумя каналами(выход на наушники).Получаем либо только передние, либо один на саб, один на центр, что совсем коряво.




В поисках бюджетного звука для просмотра фильмов и музыки, для чего ноутбучные динамики неподходят совсем, я нашел USB устройство которое может согласовать входы активного сабвуфера(6 штук)и выходы ноутбука(2 CH) аудио.
Заказал на Buyincoins и спустя 3недели получил пакет с алюминиевой коробочкой, usb шнурком и диском. Установка проблем не вызвала, за исключением того что на диске сборка разных драйверов без описания какой конкретно нужен. Помог метод “научного тыка”. Далее последовало подключение колокольчиков.


Я не настаиваю на том, что звук идеальный- кто-то любит симфонический оркестр, кого-то же устраивает и mp3 с телефона послушать, лишь бы не шум метро. Субьективно могу лишь сказать что меня звук устроил. Пусть и не ламповый усилитель Hi-Fi но теперь в фильме слышно например что машина едет слева- направо, сзади или спереди. Понравился звук пролетающих самолетов в “Перл-Харбор”-в тот момент покупка была признана удачной. Музыку слышно- саб воспроизводит свои частоты, а не все, остальные колонки тоже издают звук.В отсутствии родных сателлитов мною были использованы знакомые многим S-30 от Radiotechnika на тылы

и вот такие колоночки спереди


В качестве центральной- позорная самоделка- многого от неё и не требуется.

Громкость достаточная и даже выше чем при подключении к 2СН.
В настройках присутствуют:


Клик по определенной колоночке на картинке воспроизводит её местоположение(right front, center и тп)Таким образом можно проверить правильность подключения.“Перетаскиванием” колоночки по виртуальной комнате изменяется звук по выбранному каналу, можно также крутить вокруг оси-звук тоже будет «двигаться» по-кругу.


Есть режим virtual7.1- создает некое подобие кинотеатра даже в режиме наушников- возможно наложением шумов либо какой-то своей технологией, но разница слышна.


Эффекты также добавляют шумов или эхо.Эквалайзер свою функцию выполняет.


“Караоке” слегка приглушает голос в песне, но не более.Можно регулировать скорость, но мне эти функции не нужны.


В “информации” присутствует ссылка на сайт производителя, с намеком на принадлежность к с-media. Ну хоть не ноу-нейм.

Единственное чего бы хотелось- ручка регулировки громкости(было бы удобнее крутить вручную, нежели программно. Громкость в больших наушниках выше чем напрямую от ноутбука.Вывод- хороший звук за ~350рублей.
Для разбирающихся в электронной начинке фото внутренностей:

Встала передо мной задача сделать по возможности простую и компактную звуковую USB карту. Мой выбор пал на микросхему PCM2900. Она все умеет, что мне необходимо, да и потом как-то я с ней уже сталкивался. Выходной усилитель я построил на LM386.

Итак, все схемы начерчены, плата разведена. Приступим к сборке.

Распечатываем из проекта нижнюю сторону платы на глянцевой бумаге. Необходимо заранее подготовить лист фольгированного текстолита и зачистить мелкой наждачной бумагой, чтобы убрать все мелкие царапины и загрязнения а затем обезжирить. Распечатанный листок прикладываем рисунком к текстолиту. Во избежание случайного сдвига рисунка необходимо закрепить его например наклейкой.

Далее переводим рисунок на текстолит используя . Описывать метод полностью не вижу смысла, информации и на этом сайте более чем достаточно. После травления просверливаю все необходимые переходные и технологические отверстия согласно проекту.

Вытравливал я только нижнюю сторону. Верхнюю полностью закрыл от раствора скотчем. Так как дорожек у меня на верхней стороне не много, я решил их выполнить навесными проводками. Во избежание замыкания ножек выводных элементов и проводов на верхнем слое с заливкой, сверлом большого диаметра убираем медь вокруг каждого переходного отверстия.

Соединяем дорожками все отверстия согласно чертежу

Затем после промывки платы спиртом приступаем к монтажу всех элементов на нижнем слое платы и еще раз промываем. Не лишним будет использование ультразвуковой ванны для этих целей, правда не у всех есть возможность.

Затем все элементы на верхнем слое

После этого еще раз все промыть и проверить на возможные ошибки. Ну а теперь и первое включение. В микросхеме PCM2900 уже встроены драйвера для WINDOWS. При подключении к компьютеру в системе данное устройство в качестве устройства воспроизведения и устройства записи определяется как USB Audio CODEC.

Затем подготавливается корпус, выпиливаются и просверливаются все необходимые отверстия и плата устанавливается в корпус.

Никаких надписей на корпусе я правда не делал, что не очень удобно, но можно привыкнуть.по поводу качества звучания конкретных цифр сказать не могу. Ничего не замерял и даже не знаю как. Но на слух не плохо, чуть лучше чем встроенная звуковая карта. Я думаю можно было и лучшего добиться, если использовать вместо выходных LM386 хорошие ОУ. Но я попробовал сделать из того, что было у меня.

У меня были изменения в плате которые я делал уже после изготовления - я уменьшил коэффициент усиления выходных микросхем с 200 до 20. И все равно оказалось многовато. Благо для таких изменений понадобилось всего лишь выпаять конденсаторы C25 и С26.

Список радиоэлементов

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 Воспроизведение\запись. 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.
USB Audio CODEC
Тест программы RightMark Audio Analyzer
Тестируемая цепь: External loopback (line-out - line-in)
Режим работы: 16-bit, 48 kHz

















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.