【原创】N76E003+CM108B+TLV320AIC23B的I2S USB耳放（连载）

只看该作者 · 2018-8-4 11:00

本帖最后由 tianxj01 于 2018-8-12 17:10 编辑

最近单位手头任务基本上完成，有点空闲时间了，就会想着折腾点啥，曾经弄过USB驱动+供电的耳放，效果不怎么理想，底噪有点大（和USB供电有直接关系），这就想起了，重新折腾一个。
作为这类东西的主控管理芯片。N76E003硬件够齐全，体积小，关键是性价比高，主控就是它了。
准备搞的东西，体积应该很小，因此，音量控制什么的都只能用按钮，而舍弃数字音量控制常用的飞梭。
TLV320AIC23B的控制，可以选择SPI也可以选择I2C，本着越简单越好的原则，就I2C了，003通过I2C,控制TLV320AIC23B的初始化、增益、静音、过采样率、掉电。
TLV320AIC23B是3.3V供电，考虑LDO数字部分可以共用，N76E003供电也采用3.3V。
下面是主控部分线路。经过修改，取消了PMOS开关，后级软关机都由单片机进行，且把CM108B的MODE和MSEL引脚也进入单片机，测试是否可以由单片机软控。PDSW和RUN引脚分别用于检测关机信号和工作状态，通过MIC插坐，引入3.3V的MIC插入信号，如果MODE可以软控，这里就是一个检测端口。另外就是3个按钮端口和2个I2C端口加上编程端口、串口了。

只看该作者 · 2018-8-4 11:00

本帖最后由 tianxj01 于 2018-8-4 11:15 编辑

继续：
I2S解码、耳放选择TLV320AIC23B，
由于只使用了I2S解码输出部分，其他指标直接无视，具体如下：
DAC信噪比：DAC SNR (Typ) (dB)：100
立体声耳放部分：
0分贝输出：0-dB full-scale output voltage 1.0 VRMS
输出功率：Maximum output power 32Ω 30mW 16Ω 40mW
信噪比：Signal-to-noise ratio, A-weighted (see Note 4) AVDD = 3.3 V ≥90 dB 标准97dB
电源抑制比：Power supply rejection ratio 1 kHz, 100 mVpp 50 dB
带开关机噪音抑制和数字静音。
想来这个芯片做个数字解码耳放应该是够了。
下面是线路图

只看该作者 · 2018-8-4 11:01

本帖最后由 tianxj01 于 2018-8-7 17:50 编辑

USB声卡芯片选择CM108B，有完善的ASIO 声卡驱动（HI-FI的前提）性价比高，功能多，抖动jitter数据中等水平，作为一款SOUND-I2S接口，在HI-FI范围应用，完全足够了。为了进一步降低jitter失真，采用单独电源供电的有源12MHz晶振。
实际上只用了内部 SOUND CARD I2S编码部分硬件资源，其余只选择了一个简易MIC输入，好方便网络音频使用，其余全部咔嚓。
考虑到声卡芯片和单片机是同时即插即用，因为没测试过是不是可以通过MCU的IO来控制该2种模式，故保留2种跳线选择，（选择声卡纯耳机模式、耳麦模式和电脑混音器路径选择，适应最多功能应用和最精简模式）实际做板子会连接2个IO口，测试是不是能够由单片机来控制完成。
线路图：

只看该作者 · 2018-8-4 11:01

本帖最后由 tianxj01 于 2018-8-6 09:49 编辑

今天开始做PCB，突然想到，单片机可以sleep，而TLV320AIC23B有Power Down Control 功能，那么CM108B的PDSW输出控制信号，只需要引入到N76E003中断，或N76E003轮询，就可以实现后面级Power Down功能，很明显这样的话，Q1的PMOS管开关就完全不需要了，上传的线路就不改了，这部分大家直接无视，另外把CM108B的PDSW输出连接到N76E003的IO，后级的Power Down功能由N76E003软控就好。
等PCB做好，上传PCB图。

看线路有点复杂，其实器件并不多，可弄到的盒子就这么大，板子必须配合，所以器件排的非常空闲，不过这样也好处理混乱的AGND和GND分块，可以更充分考虑音频干扰什么的。板子上所有看上去像电解电容的东东，全部都是钽电容，一个是提高性能，另一个就是为了降低高度。
板子实际大小：85*55mm。
今天发出去打样了，大家耐心等待2天吧。2天应该就回来了。

只看该作者 · 2018-8-4 11:17

继续占位..............

1万 · 2018-8-4 20:24

给你点赞，做好了吗，看看实物图。

1万 · 2018-8-4 20:24

以前我用TI的做过一个。

只看该作者 · 2018-8-4 21:52

坐等直播。

1万 · 2018-8-5 18:19

做出来了吗

只看该作者 · 2018-8-5 22:21

tianxj01 发表于 2018-8-4 11:01
USB声卡芯片选择CM108B，有完善的ASIO 声卡驱动（HI-FI的前提）性价比高，功能多，jet抖动数据中等水平，作 ...

加CC1101 , 这个可以搞成无线数字对讲机吧？

先MARK下

1万 · 2018-8-5 22:38

mark，更完楼主能不能艾特我

1万 · 2018-8-6 08:14

咋一看这是给电脑用的? 手机能用吗? 输出直接推功放

只看该作者 · 2018-8-7 07:40

人家做的就是USB声卡，不懂的不要骂人，太没素质了，一看就是键盘侠。。

只看该作者 · 2018-8-7 08:14

heisexingqisi 发表于 2018-8-7 07:40
人家做的就是USB声卡，不懂的不要骂人，太没素质了，一看就是键盘侠。。

USB声卡档次差异很大，但是数字接口部分芯片差异到不是太厉害，主要的也就是Jet抖动，所以选择什么模式工作就很重要了，像CM108B，芯片属于低档USB声卡芯片，这个低档主要是因为内部DAC、ADC指标比较差，如果我们不用这块，只使用芯片的数字音频部分，也就是只把芯片当作PC-I2S转换器，那么我们就做到了扬长避短。
而后续的TLV320AIC23B恰好DAC SNR达到100dB，立体声耳放SNR达到97dB，这已经是中档Hi-Fi标准的指标了，当我们进一步对电源做良好的处理，模拟数字全部分离，那么小成本就可以获得很好的性能了。

只看该作者 · 2018-8-7 18:27

趁着做板子，现在把机器基本工作流程简述如下：
先看简单流程图：

PC端，安装好CM108B兼容声卡驱动后，应用程序，将音频文件，解释成为USB数据流，到本声卡的CM108B芯片，芯片接收USB音频数据流（不稳定），并通过内部时钟，进一步编码成为I2S音频数据，传输到TLV320AIC23B。
TLV320AIC23B，内部DAC将I2S数据，转换为音频输出，并送到耳机放大器，输出。
N76E003，负责播放状态和MIC插入等的检测，并切换CM108B到相应工作状态，同时，根据按钮、上电等，通过I2C控制TLV320AIC23B的增益和静音、开机冲击消除等。
很明显，这里从PC端--声卡I2S输出，都是纯数字操作，中间不会引人任何附加噪音和其他不可知失真，唯有I2S编码的时钟稳定性，会造成jitter失真，因此这里选择CM108B也是因为该芯片jitter参数和高档芯片比并不差，处于中档以上水平。同时为了进一步控制jitter，采用了外接有源晶振并用AMS1117-3.3单独供电。获得最大稳定性。
TLV320AIC23B内部DAC SNR=100dB 耳放 SNR=97dB，这个指标，已经超过CD音乐标准。所以实现Hi-Fi应该不是问题。对于48KHz采样音频，TLV320AIC23B提供96KHzDAC采样率，也就是2倍过采样，也完全符合中档Hi-Fi信源标准了。
而上面的所有过程，除了jitter失真、就唯有TLV320AIC23B把I2S数据转换为音频的失真过程，这里TLV320AIC23B的DAC部分 Total harmonic distortion（总谐波失真）=−92dB （1KHz -3dB）该指标也虽非非常惊人，但也是相当可以了。
这样构成的系统，根据上面所述，做一个小小的Hi-Fi耳放，完全足够了。唯一担心的就是电源条件，毕竟采用的是USB直接供电，而USB供电质量大家都明白，虽然采用了一片AMS1117-3.3为音频部分单独供电，还必须对音频地和数字地进行进一步处理，加强退偶滤波，并且稍大退偶电容全部采用钽电容。
线路完成，板子去打样了，剩下的就看板子的实际工作性能了，期待有个好效果。

只看该作者 · 2018-8-10 11:18

板子刚刚才通过顺丰到手。
黄油，看起来还像那么回事情。
下午开始焊接器件。

只看该作者 · 2018-8-10 21:28

请问楼主为啥不选择NUC123作为主控呢？一头接USB，另外就直接输出IIS了。参考代码都有的。

只看该作者 · 2018-8-11 11:34

贝塔发表于 2018-8-10 21:28
请问楼主为啥不选择NUC123作为主控呢？一头接USB，另外就直接输出IIS了。参考代码都有的。 ...

这一类IIS输出，如果是USB播放（不是USB声卡）还成，做USB声卡-IIS是不行的。

只看该作者 · 2018-8-11 11:47

板子焊接好了，大家上眼，就这么个样子：

板子上面由于都是钽电容，所以很多大电容并联的0.1直接暂时忽略。
MIC输入部分，不是整个测试的重点，果断暂时不弄。
单片机程序也只是纯粹的TLV320AIC23B初始化，其他什么都没写。
下面开始测试：
第一次插入USB，电脑没认，怀疑没有焊接好，对USB插座再进行一次补焊。
插入电脑，设备顺利出现。CM108B，系统自己认识，基本驱动直接就装上了。
接着就是安装ASIO驱动：AudioDevice on USB Bus 2.8.40
也顺利完成。一路好消息：

下面上基础波形测试：

MCLK和SCK信号，采样44.1KHz 32Bit IIS SCK频率=2.8224MHz，至少示波器直读还是非常准的，看波形速度限制非常合适，无明显过冲，波形稳定，这是Hi-Fi的基本保障。

IIS的LRCK和DATA。没什么好说的，反正就是干净利落。