HIFI耳机放大器

作品简介（用途、目的和意义）

您这个电子制作的用途是什么？能实现那些功能？

将手机或者电脑输出的音频文件，输入到设备里进行音频解码并放大，从而提供高保真的音频输出。为音乐库爱好者提供一个较为理想的音源发烧器材。

作为半个音乐发烧友，对音乐音质的追求，仅仅停留在有一两个比较好的耳机，这样是仅仅不够的。好的耳机自身阻抗相对较高，手机和电脑的音频部分，

应用的都是基础的集成方案，驱动能力不强，完全达不到驱动好耳机的要求；而且手机和电脑内部电路较为复杂，干扰因素较多，音频噪声很大，导致声音失真率高，影响音质。

对音质有影响的因素很多。

1、音乐格式：从MP3，WMA有损格式，到FLAC，APE等无损格式，再到现在的DSD音频格式，不断的改进与发展说明音频格式对音质的影响；

2、播放器本身的素质；

3、耳机放大器的好坏；

4、放到耳朵里面的耳机；等等。上述几个因素都会对声音的回放产生很大影响，所以，追求比较好的音乐回放效果，就要从整个环节考虑，而非仅仅拥有一个好的耳机就可以的。

       目前市面上好的纯音MP3比较贵，不是我们一般消费者买得起的。比如艾利和AK380、SONY NW-WM1A等。而且还要搭配比较好的耳机放大器来推动耳机。

       由此想到DIY一个供耳机音频爱好者使用的HIFI级音频解码放大器，将手机电脑的音频文件不在电脑里面解码，直接输出来放到外部专业解码芯片来解码。

       从而提升普通手机电脑音质，提高驱动能力。同时预留模拟输入口，为高端纯音频MP3提供音频放大，解决驱动高阻抗耳机的问题。

作品亮点（如果有请写出）

1、这个作品原创性较高，整个架构拓扑较为新颖。

设备支持纯数字信号音频输入，同时也支持传统的模拟信号输入。

2、性能参数上，远远超过HIFI级别，同时具备非常低的底噪，这也是制作这个设备最主要的要求。

3、与同等的产品相比，本产品体积小便于携带；协同手机一起作为音源的输入，大大地提升了音质；同时支持DSD256格式的音频纯硬件解码。

4、运用6路电源为整个系统供电，防止各功能间的供电串扰，从而提高声音通道分离度，使声音更具有立体感、方向性。

5，采用专业的32位DAC AK4490EQ芯片，信噪比可达到-112。能够很好的解码DSD格式文件。USB数字界面采用XMOS二代处理芯片XU208，处理速度是一代的两倍。

6、音频放大部分采用TI专业得音频运放OPA1612、OPA1611，进行电压放大。BUF634高速驱动来进行电流放大。使信号尽量减小失真，还原真实的声音。

系统设计

图表 1系统框图

图表 2硬件设计结构图

图表 3系统供电示意图

原理图

基本原理：电脑或手机（OTG线）中的数字信号通过“USB数字界面”传递出来，再通过单片机i2c信号控制外部专业DAC芯片进行音频解码。然后DAC采用差分方式，将信号转换成

模拟信号，再经过LPF，I/V，等进行处理，最后输出到耳机里。

 

 

一、数字3.3V电源，模拟3.3V电源

二、两路±5V，分别给左右声道供电，电源输出电容采用三洋固态钽电容，具有良好的抑制纹波的作用。

三、电池采用1400mAh，所以采用充电电流800mA的IC。充电时间2小时就可以充满。

                                                                                  

四、DAC输出采用差分输出，两路差分输出，可以有效的减少噪声的引入

                                                                              

五、LPF电路增益为1，截止频率（Fc）为186KHz,能够有效滤掉高频噪声，同时减少有效音频的信号的丢失。使声音细节得以展现。

                                                                                                

六、电压电流闭环放大，每路输出提供最高250mA的电流，同时具有高速响应的特点。

                                                                                      

七、模拟数字信号切换输入，本来想用一个音频模拟切换IC，担心引入噪声，减少失真，后来换成欧姆龙的小型继电器。

                                                                                         

材料清单（BOM表）主要物料

	mfr	mfr P/N	Quantity	Components
1	AKM	AK4490EQ	1	U9
2	ST	STM32F103C8T6	1	U1
3	TI	BQ21040	1	U5
4	TI	BUF634	2	U8, U12
5	TI	OPA1612	2	U6, U10
6	TI	TPS65133	2	U2，U3

 

PCB实物图

 

软件部分的描述(扩展选项，可不写)

软件部分，主要是通过单片机实现对USB数字界面的信号采集，控制DAC的内部参数，（音量，LPF，delay，PCM与DSD格式转换等），电池电量监控管理，以及对电源的控制。实现

模拟与数字信号切换等功能。

作品的简单使用说明

1、 本产品引出来的接口只有一个USB，一个电源开关。USB和电源开关又分别具有两个功能：USB（充电和USB信号输入）；电源开关（开关机和模拟数字信号输入模式切换）

2、 打开电源开关，插上3.5mm音频对录线，音频输出插入耳机，就可以听歌了。关闭电源，再打开，就切换到数字输入模式，将OTG线插入手机，也可以听歌。

3、 只有电源开关关闭的情况下，才能够给设备充电（这样比较安全）。

 

 

总结

1、 制作一个模块，比较简单，但是实现一个整个系统还是比较困难的，要考虑到的地方很多，外壳的结构尺寸要求，与PCB板配合，以及各个元器件的封装，都是用卡尺一点点

测量出来的，可以说是从头做起，复杂且繁琐 。

2、制作一个系统还是需要看很多的IC SPEC  自己比较忙，没有时间也是一个考验。占用了很多休息时间。

3、 在软件调试与硬件调试上面花费了一些时间，通过USB数字界面DSD和PCM之间切换总是有些卡顿。调整软件试了很多次。

4、 PCB板采用4层的结构还是很有必要的，对于电源的布局，以及噪声控制，有很大帮助。

HIFI耳机放大器设计说明.zip

Headphone Audio Amplifier.zip

XMOS才是主角，可是太贵技术还封闭，高端货