Karta USB Audio Mic & Power (1)

Płytka drukowana mojej „karty” ma niewielkie wymiary (85,3 mm×75,2 mm) i mieści się – podobnie jak jej poprzedniczka – w niewielkiej obudowie służącej pierwotnie do przechowywania układów scalonych. Założyłem, że moja konstrukcja nie powinna wymagać napięcia zasilania wyższego niż 5 V. Jeśli nie są używane wyjścia głośnikowe, to karta nie wymaga dodatkowego zasilania – zasilanie jest pobierane z portu USB komputera/laptopa. Jeśli podłączone są głośniki, to wymagane jest zasilanie końcówki mocy z zewnętrznego zasilacza 5 V/2 A (5 V/3 A). Głównym układem scalonym odpowiedzialnym za przetwarzanie sygnałów audio i komunikację z komputerem nadrzędnym przez port USB jest układ PCM2902C produkowany przez firmę Texsas Instruments.

Końcówkę mocy zbudowano z użyciem układu scalonego typu PAM8403 produkcji Power Analog Microelectronics. Układ ten cechuje się bardzo dobrą sprawnością i dość dużą mocą wyjściową przy zasilaniu napięciem równym 5 V. Podstawowe parametry mojej karty USB Audio Mic & Power są następujące (uwaga – parametry sygnału wyjściowego są teoretyczne):

• Główny układ scalony „Audio Codec” typu PCM2902C (TI).
• Końcówka mocy pracująca w klasie „D” typu PAM8403 (PAM).
• Potencjometr elektroniczny dla wyjść głośnikowych typu MAX5486 (Maxim-Dallas).
• Niskoszumowe wzmacniacze wejść mikrofonowych typu MAX9812H (Maxim-Dallas).
• 1 wejście analogowe „Line In” lub „Mic”.
• 1 wejście cyfrowe S/PDIF Opto.
• 1 wyjście analogowe „Line Out”.
• 1 wyjście cyfrowe S/PDIF Opto.
• Przełącznik czułości wejścia analogowego oraz przełącznik wejść.
• Sygnalizacja stanu pracy układu PCM2902C oraz stanu wejść i wyjść na diodach LED.
• Zniekształcenia nieliniowe (THD+N) na wyjściu „Line Out” – 0,005%.
• Stosunek sygnał/szum (SNR) na wyjściu „Line Out” – 96 dB.
• Nierównomierność charakterystyki częstotliwościowej (DAC) ±0,1 dB.
• Zniekształcenia nienilowe (THD+N) dla wejścia „Line In” – 0,01%.
• Stosunek sygnał/szum (SNR) dla wejścia „Line In” – 89 dB.
• Nierównomierność charakterystyki częstotliwościowej (ADC) ±0,05 dB.
• Przetworniki ADC i DAC – 16 bitowe Delta-Sigma.
• Akceptowane częstotliwości próbkowania:
  
  • DAC: 32; 44,1; 48 kHz.
  • ADC: 8; 11,025; 16; 22.05; 32; 44,1; 48 kHz.
• Moc wyjściowa dla THD+N=10% 2×1,7 W/8 Ω lub 2×3 W/4 Ω.
• Typowa sprawność końcówek mocy dla 1,5 W/8 Ω (Vcc=5 V) wynosi 89%.
• USB – Full Speed USB2.0, tryb adaptacyjny dla odtwarzania, tryb asynchroniczny dla nagrywania.

W komputerach i laptopach są zamontowane „karty” dźwiękowe zbudowane na jednym specjalizowanym układzie scalonym (np. firmy Realtek) spełniający funkcję kodeka audio. W komputerach stacjonarnych zwykle mamy do dyspozycji komplet wyjść analogowych w układzie głośników od 2.0 do 5.1 lub 7.1. W komputerach stacjonarnych spotkać można również wyprowadzenie dźwięku przez cyfrowy interfejs S/PDIF. Zintegrowane „karty” audio zwykle nie mają cyfrowego wejścia S/PDIF. Zwykle każda „karta” ma jedno wejście analogowe „Line In” oraz jedno wejście mikrofonowe W laptopach zintegrowana „karta” ma jedno wyjście na słuchawki i jedno wejście mikrofonowe (nie zawsze wyprowadzone na złącze Jack). Zastosowanie prezentowanej tu karty USB Audio Mic & Power pozwala wyposażyć nasz komputer w komplet cyfrowych wejść i wyjść S/PDIF. Inna zaletą mojej karty jest możliwość podłączenia wprost głośników o impedancji 4 lub 8 Ω.

Mogą to być dwudrożne kolumny w drewnianej obudowie o mocy od 10 do 30 W. Takie kolumny zapewnią dużo lepsze brzmienie niż tanie plastikowe głośniczki komputerowe.

Zastosowany układ scalony typu PCM2902C (można również zastosować układ typu PCM2906C) należy do „urządzeń klasy HID”. Systemy Windows powinny rozpoznać podłączone urządzenie klasy HID i automatycznie zainstalować potrzebne „drivery”. Bez potrzeby instalacji dodatkowego oprogramowania w systemach Windows automatycznie jest instalowane oprogramowanie dla przetwornika ADC i DAC (odsługujące jednocześnie SPDIF In i SPDIF Out).

Układ PCM2902C jest również rozpoznawany w systemach Linux. Układ ten znajduje się także na liście kompatybilnych z Raspberry Pi przetworników DAC. Układ PCM2902C jest „kodekiem audio” – posiada zarówno interfejsy wejściowe (wejścia analogowe i wejście cyfrowe SPDIF) jak i wyjścia analogowe z przetwornika DAC oraz wyście cyfrowe S/PDIF. 

Płytka to po podłączeniu przez kabel USB do komputera bez problemu instaluje się jako USB Audio Codec. W systemie Windows wejście i wyjście podłączonej karty stają się wejściami/wyjściami domyślnymi. We wszystkich systemach pojawia się jednio wejście „Linia USB AUDIO CODEC”. Nie ma możliwości programowej regulacji poziomu wejściowego sygnału z tego wejścia. Fizycznie układ scalony PCM2902C ma dwa wejścia: stereofoniczne analogowe oraz cyfrowe SPDIF. Układ ten sam przełącza się na wejście S/PDIF jeśli przebieg wejściowy doprowadzony do tego wejścia jest prawidłowy i spełnia następujące warunki:

• Częstotliwość próbkowania: 32; 44,1 lub 48 kHz.
• Kodowanie linowe stereo PCM.
• Bit Copyright zezwala na kopiowanie.

Sprawdziłem działanie tego wejścia dla źródeł sygnału S/PDIF z odtwarzacza DVD, odtwarzacza Blu-ray, Mbox telewizji cyfrowej oraz innego komputera. Należy zwrócić jednak uwagę na to, aby parametry nagrywanego dźwięku (z wejścia SPDIF) były zgodne z parametrami doprowadzonego sygnału – taka sama częstotliwość próbkowania. Przez wejście i wyjście SPDIF mojej karty nie można przesyłać danych skompresowanych (AC-3 lub DTS). Po zainstalowaniu karta to ma zwykle (Windows XP, Linux) jedno wyjście „Głośniki USB AUDIO CODEC” z możliwością programowej regulacji poziomu wyjściowego. Fizycznie jednak karta ma dwa wyjścia – stereofoniczne analogowe oraz cyfrowe S/PDIF. Regulacja poziomu wyjściowego dotyczy tylko wyjścia analogowego. Wyjście SPDIF pracuje zawsze z pełnym wysterowaniem. Zwykle sygnały wyjściowe pojawiają się jednocześnie na wyjściach analogowych, jak i na wyjściu cyfrowym (Systemy Windows i Linux).