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体验USB之声——USB声卡构造剖析

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2024年10月30日发(作者:其凡灵)

维普资讯

体验USB之事一USB声卡鞠童斟蔚 

吴红奎 

使用USB接口本来是为了方便笔记 是主要功能尚且完善而有部分缺陷,爱好 能,如果能找到原生产商的驱动,还可以 

本电脑外置有源小音箱系统连线的,因为 

USB总线最大500mA的电流供应能力 

同时可以为小功率功放供电,但人们很快 

者可以发挥自己的动手特长进行完善,似 

乎更有趣味。 

实现类似“单键飞梭”的控制功能,就是图 

1中的那个大大的旋钮。C—MEDIA的驱 

动还比较容易找,要找到原厂程序,可能 

有些难度。另外比较遗憾的是,这款多功 

能声卡不支持线路输入。 

从外观来看,这款BU6527声卡应该 

是与某平板显示设备配套的,不过其单声 

发现,利用USB接口可以提高音频质量: 

虽然截至目前通过USB接口实现的声卡 

功能基本上还是AC97音频规范,并非纯 

粹的“硬声卡”,但是将PCM音频流通过 

USB接口传送至电脑外相对“纯净”的环 

简介 

图1是笔者此次得到的多功能USB 

声卡的外观,有完整的外壳,这在“落地“ 

产品中是不太常见的。图2是内部电路 

道D类功率放大器的设计很令人费解。 

从印板布线看,不像是双面印制板,而是 

三层或者四层印制板。从耳机输出来评 

价,耳机背景非常安静,在安静环境下也 

听不到一点噪声,将耳机输出连接到独立 

的后级功放,效果同样。不过其集成的单 

声道D类放大器的背景噪声却非常明 

境中进行解码以及功率放大,有助于提高 

音频质量。 

USB声卡曾经是少见而有些昂贵的 

玩具,现在虽然常见而且廉价,但市售货 

品却是良莠不齐,正所谓“白菜价”要买 

“肉”,毕竟不是什么很现实的事情。从技 

术上说,USB声卡有很多方式可以实现, 

其中单片型解决方案更具有成本优势而 

应用广泛。所谓单片型方案,就是将与实 

现USB声卡功能的所有功能电路集成到 

单一芯片中,如传输控制界面、音频DAC 

(数模转换器)、线路放大器等。电脑市场 

上常见的小巧的USB声卡大多采用的是 

电脑芯片生产商C—MEDfA的CM1O× 

系列,如CM106、CM108等等,CM10× 

系列的特点是集成度高,注重多功能,最 

新的则是集成了VoIP电话功能的 

CM630x系列,如CM6300、CM6302等; 

另一个就是半导体生产商TI(德州仪器) 

的PCM270x系列和PCM290x系列,特 

点是更注重音频还原质量,更多的是针对 

非PC领域的应用,不过DIY市场上却比 

较常见,常见的如PCM2702,功能最简 

单,音频指标却最好。 

笔者最近得到一款某整机生产商生 

产的“落地”多功能USB声卡,因为价格 

■ 

一 

板,图3是内部电路板的功能流程图。 

这是一个采用CM108+CMT1101 

显,专门为其设计的静噪电路也没有太 

大的效果,反而因为正常的电脑操作频 

的多功能声卡,电路板编号BU6527,除 

了声卡的功能外,在win98以上的win— 

繁动作,小喇叭中会有明显的“嘀嗒”声 

低廉,功能很有特色,拿来与大家共同体 

种原因废弃的电路板或者电路单元,如停 

(模式转换的声音),由此推断也许是因 

为这一点瑕疵被生产商抛弃了。 

图3显示的电路功能流程已经比较 

清晰了,在此不再赘述,只将图3涉及的 

就是整机生产商以为某 

目 

验。所谓“落地”:

dows系统中不依赖额外的驱动程序,还 

有1变5的USB Hub功能和单声道D 

p 

产、转产、倒闭或者设计、生产有缺陷的产 

_-__ 

类功放+内置的独立小音箱,如果使用 

C—MEDIA的专用驱动则还可以实现3D 

音效和卡拉OK、图示均衡器、环境音效功 

6 

_一 

品等等,而流落到DIY市场的,前者一般 

功能都比较完善,质量也很好,后者一般 

集成电路的简介列于表1,供参考。下文 

只针对与音频有关的电路对相关1C做简 

维普资讯

表1图3涉及的集成电路简介 

______tj啊曾■■■_ 

| | *j 毒 ■ z 

U8 USB2507 

兼容USB2.0规范的7端口Hub控制器,集成终端电阻和上拉,下拉电阻,不需要围件开发。这 

里用来实现1变5的USB Hub功能同时为CY7C63743和CM108个提供一个USB端13。 

TQFP80 SMSC 

U13 CY7C63743 

enCoRe(tm) ̄列USB/PS2的接口转换lC,在光电鼠标中很常见。这里用来实现“单键飞梭”的控 

SOlC24 

Cypress 

Semiconductor 制功能和旋钮蓝色背光控制。 

USB单片音频编解码器,集成USB界面、HiD控制、16位双通道DAC和数字增益控制的耳放、 

U5 CM108 

单通道16位数字增益控制的话筒放大器、S/PDIF输出,软件支持CMI Xea r 3D音效、卡拉OK、 

图示均衡器、Skype Middleware,SDK(IP电话。这里用来实现USB耳机功能以及配合 

LQFP48 C—MEDlA 

CMT1101实现VoIP功能,现已有单片型的取代方案,如CM6.303等。 

 一

《l_ 一 

单片语音处理器,作用是进行噪声过滤和话筒回声抑制,用来实现在嘈杂环境中的双工语音通 

U2 CMT1101 

讯,如VolP;内部集成了双通道ADC和DAC以及相应的LPF与增益控制、DSP等。这里搭配 

CM108实现高质量的VolP功能,从图3可以看出,话筒信号从CMT的39、40脚输入(支持单 

端,差分输入) 

完整型号是TMPA2055DM,2.7W单声道D类放大器,无需输出LPF,4.5~5.5V供电,BTL输 

LQFP48 C—MED JA 

U11 2055DM TSS0P8 

Tai一1 

出。这里用来驱动内置的独立小音箱 

U12 G1201 

MicrOelectrOnics 

SSOP8 GMT 

轨至轨输入,输出、单电源供电的双运算放大器,电流输出能力±100mA这里用来实明 

2055DM的自动静噪控制 

Alpha 

U10 AS1117—33 800mA输出能力的LDO(低压差稳压器),输出电压3.3V 

U3 AS1117—25 800mA输出能力的LDO(低压差稳压器),输出电压2.5V 

U7 93C46 串行EEPROM,非易失型存储器,即掉电不丢失数据,下同。这里是CM108的数据存储器 

SOT223. S

emiconductor 

SOlC8 ATMEL 

l U9 24C02 串行EEPROM。这里是USB2507的数据存储器 

}U6 24C02 串行EEPROM。这里是CMT1 101的数据存储器 

I u4 1K一10A 1K一10A是型号代号,复位电路,这里用于CMT1101的上电复位 

SOfC8 ATMEL 

SOlC8 ATMEL 

SOT363 不详 

4是笔者实测的与音频相关的部 

分电路,由于贴片电容的容量一般都没有 

标识,所以图中没有标注,同时由于多层 

板的原因,笔者不保证电路的准确性,仅 

供参考。 

CM1O8集成了4种HID控制功能, 

输出 

这个电路板没有利用,也可能通过“单键 

飞梭”功能实现,相关的引脚是: 

输入 

39脚:音量增加: 

48脚音量降低; 

6脚:录音静音: 

18脚:放音静音。 

要实现上述HID功能,只需要在相 

应引脚连接常开型的微动开关,开关的一 

东 

害J 

端接地即可。其他与功能控制有关的引脚 

是(高电平H:3.3V,低电平L:OV): 

1脚:S/PDIF输出,8mA电流输出能 

力,可以直接连接激光二极管; 

37 

维普资讯

7脚:电源电流模式控制,用来兼容 

不同的USB接口规范,H:最大总线吸纳 

电流100mA,L:最大总线吸纳电流 

500mA: 

1、兼容USB总线供电 

修改的方法如 e所示,利用原电源 

开关J25充当转换开关,外接电源关闭 多功能USB声卡BU6527的原设计 

采用独立的3A/5V电源供电(参见 2 

的J7),好处是5个扩展的USB端口仍 

然符合USB总线电源规范,每个端口都 

可以向下游设备提供最大500mA的总 

状态为USB总线供电状态。因为印制板 

走线细密,为了防止意外短路,更重要的 

是为了增加保险丝和电源退耦电容,采用 

10脚:工作模式控制,H:Speaker 

Mode(仅放音功能),L:Headset Mode 条厚度在0.5mm以下的实验板做为 

(录音/放音模式): 

38脚:混音器选择,H:混音器有效, 

Ll混音器无效: 

40脚:电源开关控制,H:工作,L:待 

机。 

线电流,同时还为自身提供充足的电源。 

根据粗略测定,BU6527这块电路板本身 

的静态电流就在200mA左右,其中 

连线,上面刚好可以装载电容、兼做保险 

丝的磁珠电感等元件,这样可以为系统提 

供较为纯净的电源。 

需要注意的是,如果下游有用电量大 

USB2507和CM108是耗电大户,而 

2055DM如果要输出2.7W的功率,也需 

要很大的峰值电流,所以即使是3A的电 

的设备,还是需要外接电源供电的,经笔 

者实际测试,音频部分采用内置小音箱放 

音的条件下同时使用一枚U盘或者一个 

游戏手柄,没有问题。另外需要注意的是, 

USB连线最好直接插入PC主机后面的 

USB端口,这样可以避免因为前置端口 

CM108和CMT1 101的全部引脚定 

义如篷5所示,CMT1 101与音频相关的 

引脚定义说明参见圈4。 

源供应也并不富裕。不过这是极端情况, 

般情况下如果仅音频部分,来自主机 

三、功能摩改 

USB端口的500mA总线电流也能满足 

需要,这样可以省略外接电源麻烦。 

维普资讯

2024年10月30日发(作者:其凡灵)

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体验USB之事一USB声卡鞠童斟蔚 

吴红奎 

使用USB接口本来是为了方便笔记 是主要功能尚且完善而有部分缺陷,爱好 能,如果能找到原生产商的驱动,还可以 

本电脑外置有源小音箱系统连线的,因为 

USB总线最大500mA的电流供应能力 

同时可以为小功率功放供电,但人们很快 

者可以发挥自己的动手特长进行完善,似 

乎更有趣味。 

实现类似“单键飞梭”的控制功能,就是图 

1中的那个大大的旋钮。C—MEDIA的驱 

动还比较容易找,要找到原厂程序,可能 

有些难度。另外比较遗憾的是,这款多功 

能声卡不支持线路输入。 

从外观来看,这款BU6527声卡应该 

是与某平板显示设备配套的,不过其单声 

发现,利用USB接口可以提高音频质量: 

虽然截至目前通过USB接口实现的声卡 

功能基本上还是AC97音频规范,并非纯 

粹的“硬声卡”,但是将PCM音频流通过 

USB接口传送至电脑外相对“纯净”的环 

简介 

图1是笔者此次得到的多功能USB 

声卡的外观,有完整的外壳,这在“落地“ 

产品中是不太常见的。图2是内部电路 

道D类功率放大器的设计很令人费解。 

从印板布线看,不像是双面印制板,而是 

三层或者四层印制板。从耳机输出来评 

价,耳机背景非常安静,在安静环境下也 

听不到一点噪声,将耳机输出连接到独立 

的后级功放,效果同样。不过其集成的单 

声道D类放大器的背景噪声却非常明 

境中进行解码以及功率放大,有助于提高 

音频质量。 

USB声卡曾经是少见而有些昂贵的 

玩具,现在虽然常见而且廉价,但市售货 

品却是良莠不齐,正所谓“白菜价”要买 

“肉”,毕竟不是什么很现实的事情。从技 

术上说,USB声卡有很多方式可以实现, 

其中单片型解决方案更具有成本优势而 

应用广泛。所谓单片型方案,就是将与实 

现USB声卡功能的所有功能电路集成到 

单一芯片中,如传输控制界面、音频DAC 

(数模转换器)、线路放大器等。电脑市场 

上常见的小巧的USB声卡大多采用的是 

电脑芯片生产商C—MEDfA的CM1O× 

系列,如CM106、CM108等等,CM10× 

系列的特点是集成度高,注重多功能,最 

新的则是集成了VoIP电话功能的 

CM630x系列,如CM6300、CM6302等; 

另一个就是半导体生产商TI(德州仪器) 

的PCM270x系列和PCM290x系列,特 

点是更注重音频还原质量,更多的是针对 

非PC领域的应用,不过DIY市场上却比 

较常见,常见的如PCM2702,功能最简 

单,音频指标却最好。 

笔者最近得到一款某整机生产商生 

产的“落地”多功能USB声卡,因为价格 

■ 

一 

板,图3是内部电路板的功能流程图。 

这是一个采用CM108+CMT1101 

显,专门为其设计的静噪电路也没有太 

大的效果,反而因为正常的电脑操作频 

的多功能声卡,电路板编号BU6527,除 

了声卡的功能外,在win98以上的win— 

繁动作,小喇叭中会有明显的“嘀嗒”声 

低廉,功能很有特色,拿来与大家共同体 

种原因废弃的电路板或者电路单元,如停 

(模式转换的声音),由此推断也许是因 

为这一点瑕疵被生产商抛弃了。 

图3显示的电路功能流程已经比较 

清晰了,在此不再赘述,只将图3涉及的 

就是整机生产商以为某 

目 

验。所谓“落地”:

dows系统中不依赖额外的驱动程序,还 

有1变5的USB Hub功能和单声道D 

p 

产、转产、倒闭或者设计、生产有缺陷的产 

_-__ 

类功放+内置的独立小音箱,如果使用 

C—MEDIA的专用驱动则还可以实现3D 

音效和卡拉OK、图示均衡器、环境音效功 

6 

_一 

品等等,而流落到DIY市场的,前者一般 

功能都比较完善,质量也很好,后者一般 

集成电路的简介列于表1,供参考。下文 

只针对与音频有关的电路对相关1C做简 

维普资讯

表1图3涉及的集成电路简介 

______tj啊曾■■■_ 

| | *j 毒 ■ z 

U8 USB2507 

兼容USB2.0规范的7端口Hub控制器,集成终端电阻和上拉,下拉电阻,不需要围件开发。这 

里用来实现1变5的USB Hub功能同时为CY7C63743和CM108个提供一个USB端13。 

TQFP80 SMSC 

U13 CY7C63743 

enCoRe(tm) ̄列USB/PS2的接口转换lC,在光电鼠标中很常见。这里用来实现“单键飞梭”的控 

SOlC24 

Cypress 

Semiconductor 制功能和旋钮蓝色背光控制。 

USB单片音频编解码器,集成USB界面、HiD控制、16位双通道DAC和数字增益控制的耳放、 

U5 CM108 

单通道16位数字增益控制的话筒放大器、S/PDIF输出,软件支持CMI Xea r 3D音效、卡拉OK、 

图示均衡器、Skype Middleware,SDK(IP电话。这里用来实现USB耳机功能以及配合 

LQFP48 C—MEDlA 

CMT1101实现VoIP功能,现已有单片型的取代方案,如CM6.303等。 

 一

《l_ 一 

单片语音处理器,作用是进行噪声过滤和话筒回声抑制,用来实现在嘈杂环境中的双工语音通 

U2 CMT1101 

讯,如VolP;内部集成了双通道ADC和DAC以及相应的LPF与增益控制、DSP等。这里搭配 

CM108实现高质量的VolP功能,从图3可以看出,话筒信号从CMT的39、40脚输入(支持单 

端,差分输入) 

完整型号是TMPA2055DM,2.7W单声道D类放大器,无需输出LPF,4.5~5.5V供电,BTL输 

LQFP48 C—MED JA 

U11 2055DM TSS0P8 

Tai一1 

出。这里用来驱动内置的独立小音箱 

U12 G1201 

MicrOelectrOnics 

SSOP8 GMT 

轨至轨输入,输出、单电源供电的双运算放大器,电流输出能力±100mA这里用来实明 

2055DM的自动静噪控制 

Alpha 

U10 AS1117—33 800mA输出能力的LDO(低压差稳压器),输出电压3.3V 

U3 AS1117—25 800mA输出能力的LDO(低压差稳压器),输出电压2.5V 

U7 93C46 串行EEPROM,非易失型存储器,即掉电不丢失数据,下同。这里是CM108的数据存储器 

SOT223. S

emiconductor 

SOlC8 ATMEL 

l U9 24C02 串行EEPROM。这里是USB2507的数据存储器 

}U6 24C02 串行EEPROM。这里是CMT1 101的数据存储器 

I u4 1K一10A 1K一10A是型号代号,复位电路,这里用于CMT1101的上电复位 

SOfC8 ATMEL 

SOlC8 ATMEL 

SOT363 不详 

4是笔者实测的与音频相关的部 

分电路,由于贴片电容的容量一般都没有 

标识,所以图中没有标注,同时由于多层 

板的原因,笔者不保证电路的准确性,仅 

供参考。 

CM1O8集成了4种HID控制功能, 

输出 

这个电路板没有利用,也可能通过“单键 

飞梭”功能实现,相关的引脚是: 

输入 

39脚:音量增加: 

48脚音量降低; 

6脚:录音静音: 

18脚:放音静音。 

要实现上述HID功能,只需要在相 

应引脚连接常开型的微动开关,开关的一 

东 

害J 

端接地即可。其他与功能控制有关的引脚 

是(高电平H:3.3V,低电平L:OV): 

1脚:S/PDIF输出,8mA电流输出能 

力,可以直接连接激光二极管; 

37 

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7脚:电源电流模式控制,用来兼容 

不同的USB接口规范,H:最大总线吸纳 

电流100mA,L:最大总线吸纳电流 

500mA: 

1、兼容USB总线供电 

修改的方法如 e所示,利用原电源 

开关J25充当转换开关,外接电源关闭 多功能USB声卡BU6527的原设计 

采用独立的3A/5V电源供电(参见 2 

的J7),好处是5个扩展的USB端口仍 

然符合USB总线电源规范,每个端口都 

可以向下游设备提供最大500mA的总 

状态为USB总线供电状态。因为印制板 

走线细密,为了防止意外短路,更重要的 

是为了增加保险丝和电源退耦电容,采用 

10脚:工作模式控制,H:Speaker 

Mode(仅放音功能),L:Headset Mode 条厚度在0.5mm以下的实验板做为 

(录音/放音模式): 

38脚:混音器选择,H:混音器有效, 

Ll混音器无效: 

40脚:电源开关控制,H:工作,L:待 

机。 

线电流,同时还为自身提供充足的电源。 

根据粗略测定,BU6527这块电路板本身 

的静态电流就在200mA左右,其中 

连线,上面刚好可以装载电容、兼做保险 

丝的磁珠电感等元件,这样可以为系统提 

供较为纯净的电源。 

需要注意的是,如果下游有用电量大 

USB2507和CM108是耗电大户,而 

2055DM如果要输出2.7W的功率,也需 

要很大的峰值电流,所以即使是3A的电 

的设备,还是需要外接电源供电的,经笔 

者实际测试,音频部分采用内置小音箱放 

音的条件下同时使用一枚U盘或者一个 

游戏手柄,没有问题。另外需要注意的是, 

USB连线最好直接插入PC主机后面的 

USB端口,这样可以避免因为前置端口 

CM108和CMT1 101的全部引脚定 

义如篷5所示,CMT1 101与音频相关的 

引脚定义说明参见圈4。 

源供应也并不富裕。不过这是极端情况, 

般情况下如果仅音频部分,来自主机 

三、功能摩改 

USB端口的500mA总线电流也能满足 

需要,这样可以省略外接电源麻烦。 

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