自制三输入、音效增强耳机放大器（基于TPA6133和NJM2706）

追寻Hi-Fi的旅程

【前言】
上一版本的耳机放大器仅有数字（USB）、模拟两种模式，虽然考虑了内置电池，但是仍然不够便携，因为这些都是有线连接。这次最大的改进就是在数字、模拟有线输入的基础上增加了蓝牙模式（通过一个成品的模块来实现），以及增加了3D环绕音效和重低音增强模式的音效处理芯片，对我经常使用的劣质耳机（或音箱）的听感有明显的提升。做好的成品如图所示。整机完全使用模拟电路和硬件数字逻辑电路，没有单片机编程。



【整体结构框图】




【放大部分的器件选型】
上一版使用的是著名的TPA6120，但是它必须在很高的电压下（正负15V）才能发挥出全力。由于一节锂电池的电压很低，加上为了保证续航，升压不可能升的太高，只能升到正负5V左右，实际上输出功率没有发挥出来。而且TPA6120的静态电流比较大，即使如此低的电压，主供电管TPS65135的发热仍然很严重，存在潜在的隐患，也影响电池续航。因此，这一次在放大部分不仅没有升级，反而还降级了，选择的是体积相对较小的TPA6133芯片。从整个板子来看，最核心的“耳放部分”其实只占了极小部分，剩下的空间都给了数字解码、信号选择、音效处理和电源等电路。另外，它有一个软关机功能引脚，高电平运行，低电平关机。考虑到整个板子在耳放之前的所有音频电路全部是单电源供电，在信号路劲切换的瞬间由于各音源偏置电压不同，就会出现砰砰声。为了避免这个情况出现，这里我使了个邪门的招数，给它的软关机引脚加了个MOS管，每当切换的哪个按钮按下去的时候，就吧这个引脚下拉到GND让耳放关机；松开之后再恢复运行（注：TPA6133自身具有砰砰声抑制功能，软关机操作本身几乎不会引入额外的砰砰声）。为了让这一机制发乎作用，建议大家每次切换的时候，持续按住按钮大概零点几秒后再松手，这样就可以利用临时关机的特性“跳过”那个出现砰砰声的瞬间。

TPA6133这款芯片最大的优势是自身内置“电荷泵式”升压器，只需要输入一路+5V单电源供电，就可以在内部的升压器上自动产生正负双电源，使之可以像双电源的放大芯片一样工作，而不需要输出隔离电容；而且，它在无信号时的静态电流仅为4.2mA，这大大减小了电源树的负担。当使用+5V供电时，其极限输出功率约为0.14W。根据官方数据手册的规定，当使用单端信号输入的时候，要接成反相输入模式。电路原理图如下。




【电源树的设计】
大部分器件可以在5V电源域运行，但是某些器件（例如NJM2706）需要较高的电压。为了保证供电干净，这里采用的办法是先用一个SGM6611C开关式升压器芯片，将一节锂电池电压升压到较高的电压（实测约10V），然后用线性稳压管稳压到各个芯片所需的电压。不过，考虑到NJM2706官方推荐的典型工作电压是12V，而NJM2753的典型工作电压是9V，为了优先让NJM2706获得较好的效果，同时考虑到PCB板上各个器件的布局位置，决定将NJM2706放到9V电源域，而NJM2753放到5V电源域。PCM2704比较特殊，是3.3V电源域，它由5V电源域再次稳压得到。锂电池充电仍然是经典的TP4056，但是由于这次板子上的器件比原先增加了很多，实在是没办法做两个USB接口，因此只能用USB数字输入的那个接口给电池充电。因为这个设备耗电功率很小（猜测应该不会超过100mA），所以没必要做电源路径管理，直接让电池“边充边放”是完全可以的。电路原理图如下。






【信号选择部分的设计】
由于NJM2520已经太古老了，而且仅仅支持一个声道、两个输入端切换，所以这次改用了NJM2753，支持左右声道、三个输入端切换。由于切换控制信号三个状态分别是00、01、10，其实可以直接用一个CD4017芯片做换挡控制逻辑。但仅仅切换音频信号还不够，为了省电（也为了让数字、蓝牙模式所连接的设备在不需要的时候主动退出），这个CD4017还需要控制数字、蓝牙部分对应的电源，只有在切换到相应的数字（或蓝牙）信号通道的时候，才能接通PCM2704解码器（或蓝牙接收器）的电源；而不处于对应的那种模式的时候，其电路就不通电。对这两个电源的控制都是通过一个PMOS管实现。由于PMOS管是低电平有效，还需要先用NMOS管反转一下。巧合的是，CD4017还需要驱动指示灯，本身就要用到NMOS管，所以刚好可以利用起来。为了节约体积，指示灯选用“三合一”集成化的LED，有四根引线，这里选用共阳的类型。红灯对应数字解码模式，绿灯对应模拟输入模式，蓝灯对应无线蓝牙模式（注意：不同厂家生产的“三合一”LED灯具体颜色种类和排序可能不一样，以实际情况为准）。蓝牙模块买的是成品的，引脚定义我已经印刷在PCB板上了。这种型号的蓝牙模块带一个状态指示输出，可以驱动一个LED灯，在播放音乐的过程中点亮，没有音乐的时候就熄灭。电路图如下。




【音效增强部分的设计】
基本上是按照NJM2706的官方电路做的，无非就是吧两种音效的开启、关闭控制改成用逻辑电路实现，仍然是CD4017，但是这次需要00、01、10、11四种状态（分别对应的是音效关闭、环绕模式、低音模式、环绕低音同时开启模式）。实现两种音效同时开启的方法其实也非常简单粗暴，用二极管就可以了。音效开启、关闭也有指示灯，为了节约体积，指示灯选用“二合一”集成化的LED，有三根引线，这里选用共阳的类型。红灯对应低音增强开启，绿灯对应环绕音效开启，红绿灯同时亮就是两种同时开启（注意：不同厂家生产的“二合一”LED灯具体颜色种类和排序可能不一样，以实际情况为准）官方电路给的低频截止频率是100Hz，但是大部分劣质耳机别说低于100Hz的超低频，连中低频都很困难；所以我其实更推荐把截止频率改到200Hz（取值C48=47nF，C51=100nF），这样的话效果会更明显。由于音效芯片以及前面的一些电路难免会存在底噪，为了尽可能压住底噪，最后决定将音量电位器放在音效芯片输出端与耳放的输入端之间。经过实际试听，NJM2706的音色特点比较温暖柔和，即使低音增强开启时也没有“轰头”的感觉，配合环绕声音效时，尤其适合听人声吟唱为主的老歌。音效的开启、关闭和用量大小可以在播放过程中随时调整。该部分电路图如下。






【USB数字解码部分设计】
这一部分其实是跟上一个版本完全一样的，为了保证效果，从官方数据手册里面“拼凑出”了完全用3.3V独立供电的电路图，因为采用了独立供电，所以USB 5V对于解码芯片而言只是起到一个确认播放设备已接入的标志，而不是直接给它供电。有一个状态指示灯，当解码器和播放设备连接成功后，它就会点亮。电路图如下。




【PCB板布局设计】
为了降低成本，即使子系统比较复杂，也只使用了两层PCB；并且设计布局的时候尽可能保证同功能模块的零件紧密的靠在一起，模拟信号路径尽可能短，PGND（板子上半部分）和SGND（板子下半部分）也是分离的。实测数字模式、模拟模式基本都没有明显的底噪，但蓝牙模式仍然能听到一丝丝轻微的数字噪声（因为这种蓝牙模块只有一个GND引脚，又因为位置靠下使得它只能落在SGND区域，确实难以避免数字干扰，哪怕加了磁珠隔离电源也无济于事，没办法了），当然，正常音量下是不影响听的。



【组装和调试】
先焊接芯片、二极管、三极管、USB接口，然后焊接电阻电容，最后焊接蓝牙模块、音频插座、按钮、电位器等大件。由于我画板子的时候搞反了蓝牙模块的引脚顺序，等我发现出错的时候已经来不及改了，最后不得不把蓝牙模块背后朝上安装（板子上印刷的引脚定义是正确的），好在板子上这块区域没有铜箔，基本不会影响到无线信号灵敏度。电池插座靠近板子内侧，印了三个+号的那边是正极。调整音效的两个电位器应该是侧面旋钮的那种（这里只是我手里没货了，先用正面的临时顶上）。一般来说组装好之后就可以一次成功，最好给电池加个保护板，否则长时间使用后电池电量过低引发主供电异常，也对电池寿命有影响。

a399288395

非常优秀的作品。可圈可点。

xh370105

可以使用3.7v铝壳锂电池的，300AH都有的，完全不需要担心续航问题。我3.7v160AH充电是用typec磁吸口很方便的，随便一搭就充电了。

毛毛虫

xh370105 发表于 2026-8-18 09:58
可以使用3.7v铝壳锂电池的，300AH都有的，完全不需要担心续航问题。我3.7v160AH充电是用typec磁吸口很方便 ...

一节18650锂电池，容量大的话，也就3000mAH吧。
300AH？

xh370105

是3.7v铝壳锂电池，不是18650，新能源汽车上也用的同款电池

xh370105

我用的是这款

xh370105

毛毛虫 发表于 2026-8-18 10:03
一节18650锂电池，容量大的话，也就3000mAH吧。
300AH？

3.7v280AH

xh370105

3.7v18650锂电池内阻通常在35mΩ-65mΩ之间，我用的3.7v160AH锂电池内阻是0.28mΩ，性能差距是非常大的。

毛毛虫

xh370105 发表于 2026-8-18 10:15
3.7v280AH

这容量，厉害了
不过大学生楼主是用于便携式耳机放大器
这尺寸和重量，也比较可观

追寻Hi-Fi的旅程

xh370105 发表于 2026-8-18 10:35
3.7v18650锂电池内阻通常在35mΩ-65mΩ之间，我用的3.7v160AH锂电池内阻是0.28mΩ，性能差距是非常大的。

对便携设备来说用这种级别的超大容量电池没什么意义，不仅增加体积和重量，也提高了成本，有点太浪费了。而且这个设备本身耗电功率很小，完全没必要花大价钱买低内阻动力型锂电池。我目前的考虑是用废旧手机里拆出来的电池，就当废物利用了，也不怎么占地方，唯一的坏处可能就是上高铁之类的很难过安检吧，所以也有可能会用可拆卸式圆柱电池。

xh370105

追寻Hi-Fi的旅程 发表于 2026-8-18 15:57
对便携设备来说用这种级别的超大容量电池没什么意义，不仅增加体积和重量，也提高了成本，有点太浪费了。 ...

几十AH的还是挺便宜的，几十就行了，我用的160AH的也就190元，10年都不带用坏的。我前级板就是正负15v供电的，还给qcc5181蓝牙模块供电，电量一整天都用不完。充电也很方便，typec磁吸口还是非常好用的。电池容量越大，内阻就越低，电池内阻很影响音质的，尤其是前级板这种对电源极其敏感的设备。

追寻Hi-Fi的旅程

再补充一点细节图。设计方面还有一点细节，就是用这种计数器做逻辑控制的时候，需要考虑上电复位，以防止计数器进入设定条件之外的状态。环绕音效频率控制电容C41建议改为2.2nF，效果更好。

目前已经装好了外壳和电池。

kobe2015

板子做的很不错，就是论坛图片压缩太厉害了，看不出细节

追寻Hi-Fi的旅程

kobe2015 发表于 2026-8-26 09:44
板子做的很不错，就是论坛图片压缩太厉害了，看不出细节

确实是这样，图片压缩很严重，我后来的回帖特意用了像素不好的山寨手机拍图片，但是还有明显压缩，也没办法了。板子布局的时候是用了比较紧凑的布局风格，其实也主要是害怕出现电流声，所以模拟信号路径得尽量短，外观啥的反而不是重点。