《模拟电子技术基础》课程设计-USB电脑声卡功放设计.doc

模拟电子技术基础USB电脑声卡功放设计题目名称:USB电脑声卡功放设计姓 名： 专 业：班 级： 学 号： 指 导 教 师 ： 信息科学与工程学院电子信息系 2013 年 07 月 07日摘要：这次的模拟电路课程设计题目为音频功率放大器，简称音频功放，音频功率放大器主要用于推动扬声器发声，凡发声的电子产品中都要用到音频功放，比如手机、MP4播放器、笔记本电脑、电视机、音响设备等给我们的生活和学习工作带来了不可替代的方便享受。本设计主要有以下特点：1 USB电脑功放内置USB数字音频解码，单一USB插头，无需外接电源，无需外接音频线，简洁方便，解决了一根线就能听音乐的技术！2 USB数字音频解码电路，替代电脑板载声卡，摆脱主板高频干扰，保证音质纯净；3 采用高效的D类放大器，在USB接口有限的电源供应下依然有强劲声音表现；4 先控制器调节，数字音量控制，另具有工作状态指示灯，便于使用；5 线路简单，无需繁琐连接，轻松享受音乐。关键词：USB数字解码、电脑功放、放大器、CM102。目录：第一章 音频功率放大器的介绍31.1 早期的晶体管功放31.2 设计功放电路的意义41.3 总体设计步骤5第二章 设计内容62.1 设计要求62.2 系统的组成及工作原理62.3 电路设计62.4 CM102芯片介绍7第三章 设计心得体会10参考文献：11附录：12第1章 音频功率放大器的介绍在现代音响普及中，人们因生活层次、文化习俗、音乐修养、欣赏口味的不同，令对相同电气指标的音响设备得出不同的评价。所以，就高保真度功放而言，应该达到电气指标与实际听音指标的平衡与统一。音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈的努力，无论从线路技术还是元器件方面，乃至于思想认识上都取得了长足的进步。1.1 早期的晶体管功放半导体技术的进步使晶体管放大器向前迈进了一大步。自从有了晶体管，人们就开始用它制作功率放大器。早期的放大器几乎全用锗管来制作，但由于锗管工艺上的一些原因，使得放大器中所用的晶体管，尤其是功放管性能指标不易做得很高，例如，共发射极截止频率fh的典型值为4kHz，大电流管的耐压值一般在30V一40V左右。这样，放大器的频率响应也就很狭窄，其3dB截止频率通常在10kHz左右，大大影响了音乐中高频信号的重现。再加上功放管的耐压、电流和功耗三个指标相互制约，制作较大功率的OTL或OCL放大器不易寻到三个指标都满足要求的管子，所以不得不采用变压器耦合输出。变压器的相移又使电路中加深度负反馈变得很困难，谐波失真得不到充分的抑制，因此这一时期的晶体管放大器音质是很差的。“还是胆机规声”，这种看法的确事出有因1。1.2 设计功放电路的意义最好的功率放大器还没有出现人们对功率放大器的研究一刻也没有停止过，新的元器件、新的电路形式、新的理论不断出现，放大器的研究也针对这三个方面全面地铺开。不器件上，VMOS管的使用是八十年代以来的一个新动向。VMOS管频响宽、线性好、无二次击穿以及电压推动等一系列优点吸引了越来越多的使用者，它的音色也与电子管很接近，投合了胆机迷的口味。现在主要是缺乏品种众多的P沟道互补管，这个问题相信很快就能解决。IGBT也是值得注意的一种新器件，它由MOS管与双极晶体管复合构成，兼有VMOS管的电压激励和双极晶体管压降低的优点，很有发展前途。电路的研究以日本的各家公司最为活跃，近年来，一些公司从全新的角度提出了一系列电路，如YAMAHA的 ALA，SONY的电流传输，Technics的CLASS AA，DENON的双超线性，还有英国Quad的电流倾注，都试图消除失真的产生，可是人们更欣赏的却是以精良元件和精湛工艺制作的不带这些附加措施的放大器。此外，对电路的客观技术指标与主观音质之间的精确关系还有待弄清，这需要有新的理论作为指导。国内外的学者们从不同的角度提出了全新的理论，有的认为人耳的动态听觉上限超过了20kHz，有的提出了计权失真度的概念，认为人耳对不同频率的失真具有不同的感知阂值，从10到001，并给出了实验得出的阂值曲线。在上述的观点指导下，必然要制作频带更宽，全频带失真都极低的功率放大器，而且节目源也有待改进，当然这些理论的正确性需要通过实践的检验。新的技术飞跃往往是新材料、新理论、新方法的出现之后产生的，音频放大器同样也不会例外。在科技日新月异的时代，我们有理由期待更完美的功率放大器的出现。1.3 总体设计步骤图1.3 设计流程第2章 设计内容2.1 设计要求采用运算放大集成电路和功率放大集成电路设计音频功率放大器，其要求如下：1 输入信号为vi=10mV, 频率f1KHz;2 额定输出功率Po2W； 3 负载阻抗RL=4。2.2 系统的组成及工作原理音频功率放大器实际上就是对比较小的音频信号进行放大，使其功率增加，然后输出。其原理如图(一)所示，前置放大主要完成对小信号的放大，使用一个同向放大电路对输入的音频小信号的电压进行放大，得到后一级所需要的输入。后一级的主要对音频进行功率放大，使其能够驱动电阻而得到需要的音频。设计时首先根据技术指标要求，对整机电路做出适当安排，确定各级的增益分配，然后对各级电路进行具体的设计。 =8W,输出电压U = =8V，要使输入为10mv的信号放大到输出的8V，所需的总放大倍数为800。2.3 电路设计 图2.3 声卡功放电路本设计主要采用内置USB数字音频解码集成电路技术，替代电脑板载声卡，摆脱主板高频干扰；采用高效的D类放大器，在USB接口有限的电源供应下依然有强劲声音表现。另一方面该声卡功放线路简单，无需繁琐连接。2.4 CM102芯片介绍2.4.1 引脚图图2.4.1 引脚图2.4.2 引脚信号描述PIN#符号类型描述1PAENDI,ST功率控制输入端，一般与开关或高电平连接。高电平有效2GPIODIO,8ma,ST,SR,PD通用输入输出，特殊vender命令控制3X0AO12MHZ振荡频率输出4X1AI12MHZ震荡频率输入5DVDD5VP接5V电平6REGVAO标准输出3.3V7USBDPAIOUSB数据D+8USBDMAIOUSB数据D-9DVSSP数字地10TESTDI,ST,PD测试方式引脚，一般接地11VREFAO与外部电容相连，输出2.25V12VOLADJAI接限流电路规格：02.25V;+12dB3dB/mute3.55V;0dB13AVDDP供5V电源14LOLAO左声道线性输出15LORAO右声道线性输出16AVSSP接地17SPDIFODO,8ms,SRS/PDIF数据输出18PASWDO,8ms,SR开关控制信号输出1：一般模式0：暂停模式说明：DI/DO/DIO-数字信号输入/输出/双向发射AI/AO/AIO-模拟信号输入/输出/双向发射P-高电平SR-高速率控制ST-施密特触发装置PD/PU-拉低/推高5VT-耐压5V（3.3V正常）第3章 设计心得体会历时一周的课程设计结束了，这给我们带来了不可磨灭的深刻印象，尤其是对于未知的探索，对错误的寻找，这个过程是充满乐趣和成就感的，在连接电路的过程中，遇到了不少问题，包括原理的理解，实验电路的设计，以及在电路连接过程中不可避免的与设计思想相违背，不能出现实验结果的情况，经过对问题的分析及对线路，对实验器材的进一步调试，才一步步的解决问题，并最终得出实验结果。在这一周的课程设计中，收获是巨大的，首先，在专业知识的理解与掌握上更进了一步，通过对所不理解的专业知识的查找，并最终将其理解掌握，而且融入到设计理念中，这是一个不断成长和成熟的过程。第二，学会了怎么去做一个设计者，在设计的过程中，我们必须不断提高，必须通过不间断的学习来解决一个又一个难题，更重要的是遇到难题时我们应该抱有一个平淡的心态，以一个寻求答案的，渴望的思想去找到解决问题的方法，最终将问题解决。第三，明白了怎么去做一个合作者。在一个设计中，一个人的力量是渺小的，只有在小组成员的共同努力下，才能更好的完成任务，达到设计要求，对待不懂的问题要及时询问，竭尽全力得到自己想要的知识。第四， 明白了基本的理论知识和实践设计的差别，好多理论上可以执行的东西有时候是调试不出来的，这时候就要去自己寻找错误，有时候是电路连接，有时候是实验设备的问题。而且把理论知识运用到实践中时也是一个很大的挑战，需要不断的探寻和调试才可以达到目的。最后，这次课程设计让我得到了很多在课堂上无法获得的知识，以及解决问题的方法，对我来说，这是一次成功的课程设计，实践，永远是熟练自己知识的最根本的方法。参考文献：1 杨欣、王玉凤、刘湘黔. 电子设计从零开始. 清华大学出版社. 20052 华成英、童诗白. 模拟电子技术基础（第四版）. 高等教育出版社. 2006.53 CM102-A+_IcpdfCom_87087附录：表一：元件清单序号名称型号规格位置数量1USB母座JP1122P接线柱KM3