專利名稱：Usb音頻裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于計算機技術、電子技術和音響技術領域。尤其是利用計算機通用串行總線協議(USB協議)的音頻裝置或設備，包括帶USB HUB的USB有源音箱、帶USB HUB的USB功放、帶USB HUB的USB外置聲卡、帶USB HUB的USB耳機話筒等等，也包括不帶USB HUB的USB有源音箱、功放、帶USB外置聲卡、帶USB耳機話筒等裝置。
背景技術：
計算機音頻設備，是將多媒體計算機系統聲音信息還原為人耳能夠接受的聲音輸出的部分。
傳統的多媒體計算機音頻設備，通常采用模擬電子技術基礎上的多媒體音箱與計算機內置聲卡配合使用。聲卡將多媒體計算機系統所需要發出的聲音所對應的模擬電信號，經過模擬信號線的傳輸，再由有源音箱的功率放大(通常為15W以內)與揚聲器系統將模擬電信號轉換為聲音信號，如圖1所示。
這種模擬技術的缺點主要有3個方面1、聲卡位于計算機機箱內，而計算機系統是數字電路，充滿了各種高頻干擾，所以，受到數字電路干擾的聲卡難以達到高保真的聲頻信號還原效果。
2、傳輸線路采用模擬信號傳輸，導致信號的傳輸過程中受到外界干擾嚴重。同時，線路的接插件連接部分的接觸狀態對于音響系統的效果有較大影響，容易發生接觸不良時的噼啪聲。在目前多媒體計算機系統音樂格式的分辨率越來越高、節目源越來越向高保真發展(目前多媒體音樂格式已經支持分辨率為24bit、動態范圍達到115dB)，在這樣的情況下，模擬音頻信號傳輸已經成為制約計算機音響系統效果的瓶頸。
3、簡單的模擬音響系統本身不是標準的計算機外設，其聲道數目與效果，無法滿足多媒體計算機系統高保真音質和多通道聲要求。
為解決多媒體計算機的高保真問題，需要一種與目前主流計算機發展趨勢相兼容的獨立的數字音頻外設，充分利用標準計算機外設的通用性與計算機軟件的靈活性，并且提高音響效果。這就要求該外設尤其是音頻聲頻外設必須是一種滿足計算機通用協議的標準外設，并且與別的類型的計算機外設具有良好的兼容性。
發明內容
本實用新型的目的是針對現有的聲卡——有源音箱系統的易收計算機高頻干擾與模擬信號傳輸過程中以及接觸狀態干擾、難以與別的計算機標準外設靈活兼容的缺點，建立在當前計算機通用串行總線協議(USB協議)標準之上，是一系列滿足USB協議1.1標準與USB音頻設備1.0標準的數字音頻設備，同時可帶有滿足USB協議1.1標準的USB總線集線器(HUB)，解決多媒體計算機系統的聲頻高保真問題以及外設與軟件的計算機系統兼容性問題。
本實用新型的目的是這樣實現的USB音頻裝置，采用USB音頻轉換接口，即由USB協議處理和音頻解碼電路芯片連接計算機USB端口，所述USB協議處理和音頻解碼電路芯片的音頻輸入連接到話筒的音頻輸入，將外設音頻接收設備接受到的話筒信號經過模數轉換通過USB方式連接至計算機，或將USB芯片的音頻輸出連接到音頻信號功率放大、高低音調節、耳機驅動或超低音處理電路，將計算機系統發生的聲音信號經過數模轉換變成人耳能夠接受的聲頻信號。
尤其是另設有USB集線器芯片擴展端口，通過HUB擴展芯片TUSB2064構成USB擴展連接端口，完成USB HUB協議的處理，由此得到同時帶有多種音頻設備的裝置。如帶USB HUB的USB音箱、帶USB HUB的USB功放、帶USB HUB的USB外置聲卡、帶USB HUB的USB耳機話筒。是一系列符合USB協議的復合外設。
同時，利用微軟公司操作系統中帶有的標準設備驅動程序體系，構建完整的USB通訊結構。將計算機通過USB方式傳送到外設的聲頻信號經過數模轉換后以功率放大、高低音調節、耳機驅動、超低音區分處理等不同方法進行處理，將外設接受到的麥克風信號經過模數轉換通過USB方式傳送至計算機進行處理，由此得到帶USB HUB的USB音箱、帶USB HUB的USB功放、帶USB HUB的USB外置聲卡、帶USB HUB的USB耳機話筒等最終產品。
整體結構，如附圖2所示。
本發明達到的效果是采用USB技術傳送數字聲音信號，以減小模擬聲頻傳輸環節受到的干擾。
不需使用計算機聲卡，以減小計算機系統本身的高頻噪聲干擾的影響。
滿足USB音頻設備1.0要求。
滿足USB協議1.1標準的通用外設要求，即插即用，并且與當前主流操作系統(Windows 98/Windows 2000/Windows Me/Windows XP/Windows 2003等)兼容。
軟件與Media Player、Realplayer、Winamp等各種媒體播放器兼容。
帶有滿足USB協議1.1標準的USB總線集線器(HUB)，可以進行USB設備的功能擴展。與現有符合USB協議1.1標準的USB外設具有兼容性。
具有功率放大、高低音調節、超低音處理、音箱揚聲器系統、耳機、話筒等系列聲頻功能。
圖1傳統聲卡與有源音箱原理圖圖2為本實用新型結構原理框圖圖3帶有USB HUB的USB接口與音頻解碼電路原理圖圖4不帶USB HUB的USB接口與音頻解碼電路原理圖圖5為本實用新型一個聲道LM3886功率放大電路原理圖注圖2中，1與2選擇其一。高低音調節3可選。4～8必須選擇一項或多項。如此，組合成為一系列USB接口的音頻外設。
具體實施方式
將此發明實施，必須完成如下步驟1、將附圖3或者附圖4繪制成電路板，按照圖中所示的元器件進行購買與焊接。
2、用成熟的方法制作附圖1中所選擇的功率放大、高低音調節、超低音處理、音箱揚聲器系統、耳機、話筒等電路模塊。
3、設計并制作外殼。
4、聯上多媒體計算機，進行制作質量檢測。
下面，以帶有USB HUB的USB功率放大器為例，詳細描述實施過程。
(1)按照附圖3畫出電路板圖，并制作。
(2)按照下表中所列出的元器件名稱、說明與封裝進行購買和焊接。
對圖3電路的說明圖4只是圖3的部分電路圖，故不另作說明。
典型的USB音頻設備電路采用美國TI公司出產的USB音頻轉換接口芯片PCM2904為核心完成USB音頻設備的協議處理和解碼，同時采用TI公司出產的USB集線器芯片TUSB2064完成USB HUB協議的處理。
圖中，REG103是DDPAK-5封裝的電源管理芯片，保證解碼部分電源工作在低噪聲狀態下。USBPORT為整個電路的USB信號輸入入接口，解碼后的模擬信號從PCM2904的VOUTL、VOUTR輸出，通過VOUT CON4接到系統的音調、功率放大電路。PCM2904同時兼有模/數和數/模兩種數據轉換功能，能夠將計算機系統的聲音碼信號通過數/模轉換變為模擬音頻信號，同時也能夠將外接的麥克風產生的信號通過模/數轉換變為符合USB協議的信號格式傳給計算機系統。
USB集線器芯片TUSB2064負責USB HUB協議的處理。PORT2、PORT3、PORT4分別是3個外接擴展的USB HUB口，起到集線器的作用。TPS2044是與之配套的HUB各個接口的電源管理芯片，負責對于每個HUB口的電源情況進行監控。3片SN75240芯片USUP0、USUP1和USUP2連接在USB HUB上的多個USB外設之間，起到消除連接在USB HUB上的多個USB外設之間的電源干擾。電感L1、L2、L3、LO1、LO2、LO3、LO4、LO5、LO6、LO7、LO8用于電源與地線的濾波。電源管理芯片TPS7333負責為TUSB2044提供3.3V的工作電源。
(3)功率放大電路為現有技術，圖中采用美國國家半導體公司出產的LM3886作為核心，按照圖5電路原理圖進行制板、元器件購買與焊接。注此為一個聲道的功率放大的原理圖，原樣復制即成雙聲道。音頻信號功率放大電路、高低音調節電路、耳機驅動電路和超低音處理電路均為類似的現有技術，本申請不多贅述。
(4)設計并制作外殼，將上述步驟制成的電路安裝固定，并且固定連接件，如USB接口、音箱線接口。
(5)以一臺帶有USB口的計算機，操作系統為Windows 98/Windows 2000/WindowsMe/Windows XP/Windows 2003，將上述步驟制作成的音頻外設以USB方式連接，即可等待操作系統尋找并確認設備、安裝驅動程序。此時即可構成計算機放音系統，使用Media Playe、Winamp、Realplayer等媒體播放器即可播放各種格式的音樂。
USB協議處理和音頻解碼電路芯片較多，如PCM2700，PCM2702，PCM2900，PCM2902，PCM2901，PCM2903，PCM2904 PCM2906芯片均可以使用。
權利要求1.USB音頻裝置，其特征是采用USB音頻轉換接口，即由USB協議處理和音頻解碼電路芯片連接計算機USB端口，所述USB協議處理和音頻解碼電路芯片的音頻輸入連接到話筒的音頻輸入，將外設音頻接收設備接受到的話筒信號經過模數轉換通過USB方式連接至計算機，或將USB芯片的音頻輸出連接到音頻信號功率放大、高低音調節、耳機驅動或超低音處理電路，將計算機系統發生的聲音信號經過數模轉換變成人耳能夠接受的聲頻信號。
2.由權利要求1所述的USB音頻裝置，其特征是另設有USB集線器芯片擴展端口，通過HUB擴展芯片TUSB2064構成USB擴展連接端口，得到同時帶有多種音頻設備連接端口的裝置，且為符合USB協議的復合外設。
3.由權利要求1或2所述的USB音頻裝置，其特征是USB協議處理和音頻解碼電路芯片為PCM2700，PCM2702，PCM2900，PCM2902，PCM2901，PCM2903，PCM2904 PCM2906芯片。
4.由權利要求2所述的USB音頻裝置，其特征是設有三片SN75240芯片USUP0、USUP1和USUP2連接在USB HUB上的多個USB外設之間。
5.由權利要求2所述的USB音頻裝置，其特征是設有電感L1、L2、L3、L01、L02、L03、L04、L05、L06、L07、L08連接電源與地線的濾波。
專利摘要USB音頻裝置，采用USB音頻轉換接口，即由USB協議處理和音頻解碼電路芯片連接計算機USB端口，所述USB協議處理和音頻解碼電路芯片的音頻輸入連接到話筒的音頻輸入，將外設音頻接收設備接受到的話筒信號經過模數轉換通過USB方式連接至計算機，或將USB芯片的音頻輸出連接到音頻信號功率放大、高低音調節、耳機驅動或超低音處理電路，將計算機系統發生的聲音信號經過數模轉換變成人耳能夠接受的聲頻信號。另設有USB集線器芯片擴展端口，通過HUB擴展芯片TUSB2064構成USB擴展連接端口，得到同時帶有多種音頻設備連接端口的裝置，且為符合USB協議的復合外設。
文檔編號G06F3/16GK2710041SQ03278460
公開日2005年7月13日 申請日期2003年9月11日 優先權日2003年9月11日
發明者王平 申請人:王平