自制双模式便携USB解码耳机放大器

追寻Hi-Fi的旅程

【前言】

大学毕业之后一直在打零工赚钱和忙活各种事，所以前段时间没发帖子。到这几天，租房子搬家的事基本上搞完了，于是也有了短时间的清闲，让我把这个一直想做的东西搞出来。其实我一开始写的时候，还在犹豫要投哪个分区，毕竟这东西的综合性比较强，放哪也都说得过去，不过最后觉得也许放大器是主要功能，所以还是投到了这里。

这个项目的设计灵感，除了考虑到我的一个朋友提出的需求之外，主要还是为了致敬上小学的时候从《无线电》杂志上看到的我们论坛的MINI USB DAC套件。当时我很不理解，明明电脑里面有声卡，为什么还要多此一举的搞外置DAC加耳放。后来智能手机开始普及，我逐渐发现越来越多的智能手机开始取消3.5mm耳机孔，甚至某些微型电脑也开始取消模拟输出插口；而且很多设备就算有3.5耳机孔，其推力也并不强，声音动态不足，休闲听歌的时候会觉得不过瘾，进行音乐制作和混音工作时也会影响对细节的把控，这个时候外置DAC、耳放的重要性才终于体现了出来。2022年开始我就单独尝试各种方案的DAC解码器和耳机放大器，但是还从未将其合并到一起，因为当时觉得太复杂，所以一直拖着；直到有一天我朋友提出想搞一个外置声卡的需求，才终于想起来还有这么一回事。最开始我没打算做这么多功能，但是脑子里开始不断的回想从小到大做过的相关电路的时候，就突然想到了小时候看到过的那个套件，于是决定放手一搏，把它做的尽量完善一点，最终就决定了现在的这一套设计方案。设备的主要功能包括：

1、具有双信号源选择功能，可通过一个按钮开关切换USB数字输入，或者3.5mm插孔模拟输入；

2、内置USB声卡解码器最高支持48kHz  16-bit解码，手机电脑都能用，无需驱动程序；内置电流反馈模式耳机放大器，可驱动大多数常见的耳塞式耳机，且具有噪音低、动态响应好的优点；

3、内置可充电锂电池，以及两个USB插口，其中第一个插口（按照初始设计）不仅可以充电也可以传输数据，第二个插口是辅助电源，只能用于充电。若所有USB插口都没有电源，则设备由电池供电。若有电源，则通过USB为设备内的电池充电。

最终完成的设备主体部分如图所示。接下来的回帖中，我会逐步详细说明每一个子模块的设计思路和调试过程。

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【整机架构设计与方案选型】

从上一章节的图中，大家应该可以明显的看出来，整个主板可以分为四部分：USB数字解码模块，信号选择模块，电源管理模块，以及耳机驱动模块，另外还有一些其他的附属器件，系统整体结构框图如图所示。

在我的印象中，MINI USB DAC套件是使用PCM1793解码，LM1875做单电源转双电源的。不过我并没有真的按照这一套去做，因为PCM1793实现难度比较大，LM1875又不适合只有一节锂电池供电的便携场景，因此我还是找了一些更容易实现，体积也更小的方案，整理如下：

【USB接口与解码器】PCM2704（德克萨斯仪器/BB）
【电子音频信号选择】JRC2520（日本无线电）
【一节锂电池充电管理】TP4056（拓微集成）
【正负5V电压生成】TPS65135（德克萨斯仪器）
【3.3V逻辑供电稳压】1117-3.3（AMS）
【音频信号缓冲】OPA2277U（德克萨斯仪器/BB）
【耳机驱动器】TPA6120（德克萨斯仪器）

之所以使用电子信号切换，是为了避免按钮开关使用年久后磨损严重导致的接触不良情况。毕竟逻辑电平只需要保持上、下触发阈值即可，与真正的音频信号不会产生任何直接干涉。TPA6120是我之前曾经试验过的耳放方案，个人认为效果较好；同时TPS65135也是TPA6120“官方钦定”搭配的电源管，虽然个人感觉功率有点不够，但它体积小，非常适合便携设备使用，也确实很难找到替代品。PCM2704自然不用多说，算是非常经典的一款声卡芯片了，此处使用的是Self Powered供电方式。JRC2520这芯片可能知道的人不是很多，它是一种二选一模拟音频信号选择器，我猜测应该是当年小日本的“组合音响”或者电视机收音机等产品里面会用到这种芯片；由于每个JRC2520只有一个声道，所以这里需要同时使用两个。

bzp9307

支持大学毕业DIY，但不支持以此为主业。毕竟现在科技发达，智能化产品日新月异。DIY没前途，DIY音响穷途末日，只能作为业余爱好。

forsli@163.com

同放一首歌，USB传输的确要比蓝牙要好

HuBin168

这个解码耳放设计的思路清晰，PCB工工整整，看着就很舒服，强迫症表示极度舒适！
这焊点这手工，一看就是下了苦功夫的，工匠精神妥妥的！

同为00后，高中读完就出来混社会，我DIY了几年，曾经也是停不住手，但是奈何知识储备有限，自己DIY翻不起什么大浪，现在只想着怎么赚钱，不赚钱的DIY对于我来说变成了负担。看到你能挤出时间和用有限的预算做出这么棒的东西，太励志了！

HuBin168

bzp9307 发表于 2025-7-14 14:36
支持大学毕业DIY，但不支持以此为主业。毕竟现在科技发达，智能化产品日新月异。DIY没前途，DIY音响穷途末 ...

3楼说的很对，我是深有体会，自己DIY或者给别人打工，赚不到什么钱，最终的道路还是要学习这个社会运行的法则，多积累经验，要做行业，而不是做产品。
小打小闹只能解决温饱，创业才是最终的途径。

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HuBin168 发表于 2025-7-14 15:04
3楼说的很对，我是深有体会，自己DIY或者给别人打工，赚不到什么钱，最终的道路还是要学习这个社会运行 ...

其实挺难的，毕竟刚毕业出来这会是最难找到稳定收入来源的，现在只能打零工先攒点钱解决温饱问题。DIY确实只能作为爱好，感觉以后如果能的话还得想办法找个稳定一点的工作

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【USB数字解码模块的电路设计】

为了保证不造成误导，此处放出的是已经过修正的设计图（下同）。电路图没有什么特别的地方，就是直接参照官方数据手册设计，然后加了一个忙状态指示灯。但官方数据手册貌似没有给出Self Powered的电路图，只给了Bus Powered，也就是直接从USB接口供电的模式，这里不适用。我在此基础上查阅了所有相关说明，自己改出了Self Powered的电路图如图所示。这里要特别注意，在Self Powered模式下，除了VBUS和VDD之外，VCCL、VCCR、VCCP这三个引脚也必须连接到3.3V，因为该模式下芯片内部的稳压电路自动禁用，所以这些引脚都需要额外连接供电线。

另外需要注意的就是第一个USB接口的连接方式。在Self Powered模式下，芯片不会从USB接口供电，USB接口里面的的电源线只能连接到HOST引脚，用于给PCM2704判断USB是否连接。但是因为设备里有电池，还是得让USB接口能提供电源（只不过不是给芯片，而是给电池），所以每个USB接口的电源线到充电电源线之间，都有一个肖特基二极管（D1、D2），起到隔离的作用；第一个USB接口的HOST检测线连接在二极管之前。

其实我感觉合理的做法是，不装D1，只装D2。这样一来，第一个USB接口完全不能给设备供电，只能传输数据；而第二个USB接口则正好相反，完全不能传输数据，只能供电。这样做适合给手机用，因为手机自己也是要用电池供电的，既然耳放里面自己有电池，那肯定没必要白白的浪费手机里面的电，因此干脆就让耳放完全用自己的电池供电。如果此时必须要充电，那就用单独的充电器连接第二个USB接口。当D1、D2都焊接上的时候，两个USB接口都可以给设备供电；这样做比较方便，只要一根线就可以兼顾充电和数据，但这样必须保证上级设备的USB接口输出电流足够大，能带的动给电池充电的功率，而实际上几乎没有手机或者电脑的USB口输出电流能超过1A的，所以这只能作为紧急措施或者调试用。

DIY-1989

HuBin168 发表于 2025-7-14 15:04
3楼说的很对，我是深有体会，自己DIY或者给别人打工，赚不到什么钱，最终的道路还是要学习这个社会运行 ...

你是上八辈积了德  ，祖坟冒青烟，  才在短短时间有了今天的公司 、 车子房子、  女友朋。

我不否认你虽然年纪轻轻，  但是有高情商和一定的人际交往的能力，  至少80后的我自愧不如。
但是发生在你身上的一切，  我只能说是 天时、  地利、  人和、  的综合结果  这些条件是没法复制的  。
谁不想创业做老板，  你的经历毕竟只是个例。

不是我泼冷水，  十几亿人有多少亿负债？  这年头有多少人创业亏得连裤衩子都不剩？
我TM投了那么多钱，  勉强养活一家人，  到今天如果不干，  我还倒欠别人大十几万。  
不要以你的经历去建议别人，  特别是刚入社会的人，  创业失败可能等于万劫不复，  给你弄个征信不良 ， 限高什么的 ， 翻身太难了。

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【电源管理模块的电路设计】

这个可以分为三个小部分：正负5V电源、3.3V电源、锂电池充电。这个就没啥好说的了，就是分别用TPS65135、AMS1117和TP4056芯片来实现。在TPS65135这里，我原先打算用的是CLC或者CRC滤波，但是发现没啥用，所以修改的时候就取消了；另外，由于调试时发现TPS65135的电压反馈电阻容易受到干扰而不稳定，这里我参考LM2596的做法，在上臂反馈电阻两端并联了一个22nF的瓷片电容，以增强稳定性。AMS1117我原本打算让他直接从锂电池取电，但现在修正后的版本调整成了从TPS65135的+5V输出端取电，如图所示。

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【信号选择模块的电路设计】

JRC2520的外围电路比较简单，也是参考官方的电路图去做就可以。原先我打算用TPS65135的+5V输出给他供电，但这样做不稳定，于是改成了+3.3V供电。官方数据手册要求该芯片的供电电压不得低于+4.7V，但是我经过测试，+3.3V供电也能用。或许是因为+3.3V是线性稳压出来的，可能就比较“干净”，这样不容易出现低频自激，所以就这样改了。看起来小日本生产的功放芯片还真是比较难伺候，之前做的很多都容易自激，吃了不少亏，以后还是得尽量别用了。

另外，为了便于让用户了解当前设备处于哪一种模式，我加入了一对指示灯，其中一个直接接在选择信号端，另一个经过一个PNP晶体管（注：实际上用的是P沟道MOSFET管）反相之后连接到信号选择端，这样当该信号分别为高电平或者低电平时，各自对应的那一个LED就会点亮。

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【耳机驱动模块的电路设计】

这块就是TPA6120的官方电路了，我之前已经验证过一次，可以使用。不过这次我就记住了这种电流反馈放大器必须加一个运放作为缓冲（实际上我用的运放型号是OPA2277U），不会像上次那样出现板子都打完了才发现这个问题，最后不得不飞线补零件的尴尬情况了。TPA6120和运放都用TPS65135输出的正负5V供电，在靠近TPA6120芯片的位置还要放置滤波电容，以保证稳定工作。

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【整机PCB板设计】

PCB为两层板，布局设计如图所示，尽量保证了紧密、整齐的布局风格。PCB大小为7 x 7厘米，包含了所有器件，既可以作为桌面设备，也可以便携使用，只要再外接一个电池就可以了，有条件的坛友也可以尝试做一个外壳。

不过这里实际上还是有一点疏漏，就是JRC2520的封装尺寸要比标准SOP-8宽很多，但是我急于赶工，时间太紧张了没注意到，直接用SOP-8的封装库套上去了，到货才发现尺寸不对，导致焊接起来有点困难。大家如果时间充裕的话最好是按照数据手册给出的尺寸自制封装库。

HuBin168

DIY-1989 发表于 2025-7-14 15:52
你是上八辈积了德  ，祖坟冒青烟，  才在短短时间有了今天的公司 、 车子房子、  女友朋。

我不否认你 ...

我觉得你这个人真的是“心直口快”，什么都说，上次把什么车子、工厂的机器、给你自己玩的PCB、电路图这些隐私性的的东西随便发到论坛上，哪天是不是把我女朋友的照片你也发上来......
你都年长我这么多岁，真的不知道说你什么好。
我不回你微信你不知为什么吗？我都怕和你交流了。

ls0001

追寻Hi-Fi的旅程 发表于 2025-7-14 16:38
【整机PCB板设计】

PCB为两层板，布局设计如图所示，尽量保证了紧密、整齐的布局风格。PCB大小为7 x 7厘 ...

这么高密度，走线还如此简洁，一定是花了很多精力在布局上。赞赞，工匠精神！真正的DIYer。

我做耳放的时找到了一个3.5插座，5只脚的，我利用它配合电源的全能引脚当电源控制开关，当有插入输出时自动开机，拔出输出线时自动待机。



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如果再加上蓝牙，现在的蓝牙音质已经很OK了，那就更有可玩性了，即可当声卡也可当无线前级。
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关于USB供电，如果是我，我只要一个接口就行，因为当用USB提供信号时，USB一定有电（第二个USB就无用），只要不是古董电脑古董手机，供电能力都在1A以上，电脑全部2A或以上（有些本本对外供电可达几十上百瓦），支持PD/QC的手机1.5A以上（水果机除外，但是水果机的蓝牙OK，不需要用线），当USB只充电时，就只需要一个USB。
如此可以节省一片PCB空间，可能足够用来放置增强供电的元件或其它用途。

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ls0001 发表于 2025-7-15 21:16
这么高密度，走线还如此简洁，一定是花了很多精力在布局上。赞赞，工匠精神！真正的DIYer。

我做耳 ...

感谢前辈支持。最开始设计的时候确实也考虑过要不要加个蓝牙，但想了想之后就感觉，一个是因为我个人观念不太喜欢用（蓝牙需要配对识别，不能做到即插即用；再就是蓝牙的延迟比较明显，我如果在弹电子琴、编写音乐、混音或者剪辑的时候出现延迟的情况这肯定是不好的），另一个是因为在成本有限的情况下比较难买到体积小并且音质又较好的蓝牙模块，毕竟板子本身体积已经很紧张了。客观上的原因就是，我发现三选一以上的音频信号选择芯片比较难以找到合适的，我找这个二选一的也花了不少时间才确定具体型号。

您提到的用耳机孔检测触点作为电源开关的想法是一个很不错的创意，不过这样也有一个缺点：如果我离开的时候比较匆忙，或者就是单纯不愿意把它拔掉，耳机仍然留在解码器里，这样一来就不能单独关闭电源了。还有一个问题是，所有的3.5mm耳机插孔都是比较脆弱的，接触簧片在经历多次插拔之后，必然会出现张力疲乏、氧化生锈的问题，导致接触不良，影响整机工作；所以我近期的音频设备全部改用了PJ-307插孔，而不是之前那种较细的PJ-327插孔。PJ-327使用几个月就会出现明显的疲乏，而PJ-307相对来是好一些，所以我宁愿牺牲一点体积也最好是上耐久性好一点的插孔；但就算如此，也还是应该尽量减少耳机孔反复插拔的次数。

至于USB供电为社么要用两个接口，是因为我实践测试了我和我家人的五六款不同型号的手机之后，发现有那么一两款手机（例如三星Galaxy Note 8）是带不动解码器自身耗电加上电池充电的总功率的，这种情况下，每隔一段时间，或者音量很大时，设备就会出现电源掉线的情况；而且即使能带动，我发现对手机自身的电量消耗也特别快，这样一来显然有点违背了当初设计成内置电池的初衷。所以，今后我自用的版本大概率也会把那个二极管D1拆掉，让第一个USB接口无法供电，仅仅传输数据，这样的话就能节约手机的电量；但是如果搭配电脑用，那插两根线又有点太麻烦，因为电脑的供电能力比较强，又几乎都是一直开着的，直接用一个USB口完全足够。这么一想，最佳的解决方案也许是把D1替换成一个开关，我自己选择第一个USB接口能不能用来供电，就可以适用于不同的需求了。

追寻Hi-Fi的旅程

修正版本的PCB已经验证成功，解决了之前提到过的缺陷，大家可以直接参照前面回帖的电路图和PCB布局进行制作。

bzp9307

追寻Hi-Fi的旅程 发表于 2025-7-20 12:31
修正版本的PCB已经验证成功，解决了之前提到过的缺陷，大家可以直接参照前面回帖的电路图和PCB布局进行制作 ...

1、为什么不用2706C，价格比2704还便宜。
2、做到这个份上了，另外加个ES9023或TDA1305，连DAC都有了。
3、个人认为双信号源选择多此一举，模拟输入没有必要。

追寻Hi-Fi的旅程

bzp9307 发表于 2025-7-20 23:27
1、为什么不用2706C，价格比2704还便宜。
2、做到这个份上了，另外加个ES9023或TDA1305，连DAC都有了。
...

1、很多年前就尝试过PCM2706和TDA1543组合，这两者之间用IIS通信，前者只负责USB接口，后者只负责解码，但是效果很差，并且有巨大的底噪。为了保险起见，我就没有打算复刻已被认为失败的方案。并且，在PCM2704/2706自身内部已有DAC，外部已有耳放，又对音质要求不很高的情况下，再额外增加独立DAC的必要性不大，可能只是白白增加成本。另外，PCM2706的四面引脚封装对空间的占用比较大，会导致PCB布局难度变大，体积会增加。但PCM2706比2704便宜是真的，大概能差出四五块钱，如果板子对体积要求不高的话，我大概率就会选2706了。

2、理由与1相同。

3、主要有三点，第一是双模式选择功能对我自己来说很有必要，因为我在做音乐编曲/混音的时候经常遇到需要反复比对、切换两个不同音源的情况。第二是我个人风格比较重视泛用性，我希望这个耳放可以不只有一种功能或者用途，有些设备有USB输出，而另一些只有模拟输出，为了让同一个耳放适合于所有的上位设备，我就把两种功能全做进去了，这个是最主要的一个理由。第三是为了致敬我小时候在杂志上看到过的MINI USB DAC套件，如果没记错的话这个套件就是具有双模式选择的，算是补充一下童年吧。