USB声卡的设计与制作

常州机电职业技术学院

毕业设计（论文）

作者：戴铮学号：40831406

华思佳学号： 40831415

车飞学号： 40831403

系部：电气工程系

专业：应用电子技术

题目：USB声卡的设计与制作

指导者：朱小刚柏军基

评阅者：

2010年 5 月

毕业设计（论文）中文摘要

随着计算机硬件飞速发展，外围设备日益增多，键盘、鼠标、调制解调器、打印机、扫描仪早已为人所共知，数码相机、MP3随身听接踵而至，这么多的设备，如何接入个人计算机？USB就是基于这个目的产生的。USB是一个使计算机周边设备连接标准化、单一化的接口。

USB设备之所以会被大量应用,主要是因为其具有支持热插拔、携带方便(USB 设备大多“小、轻、薄”)、标准统一、可以连接多个设备、高速度、简单的网络互连功能优点。当前的USB设备被局限在PC平台下才能进行数据交换,这是当前USB设备面临的最大局限。

在这个环境下，USB声卡逐渐的出现在市场上，并越来越流行。USB声卡将USB 接口的特点和声卡的需要完美的结合，更方便了人们在生活中的需要。尤其是PCM2702之类的芯片出现，使USB声卡越做越小，在实用的基础上追加了外观的设计，强调了便携性，并运用在了耳机上，相信在今后生活中将会越来越普及。

PCM2702(IC1)为美国TI公司属下的BB公司生产的USB接口DAC芯片。PCM27O2支持USB1.0标准，可接收16bit的立体声或单声道的USB音频数据流。在USB声卡设计中具有主导地位。

关键词： USB接口声卡 PCM2702

目录

1 引言 (1)

1.1 声卡的基本功能 (1)

1.2 声卡的主要类型 (2)

1.3 声卡的接口 (6)

1.4 声卡的发展历史 (6)

1.5 声卡的厂家介绍 (9)

2 USB接口及声卡各主要芯片介绍 (15)

2.1 USB接口的介绍 (15)

2.1.1 USB接口的发展趋势与行业速递 (15)

2.1.2 USB接口的优点 (15)

2.1.3 USB接口布置 (16)

2.1.4 USB数据传输 (17)

2.2 USB声卡各主要芯片介绍 (20)

2.2.1 PCM2702介绍 (20)

2.2.2 asm1117介绍 (25)

2.2.3 APA3544 介绍 (26)

3 基于PCM2702的USB声卡设计与制作 (27)

3.1 USB声卡的设计要求 (27)

3.2 设计方案论证 (30)

3.3硬件设计 (31)

3.4软件设计 (32)

3.5电路的制作 (33)

4 USB声卡性能测试 (38)

结论 (48)

致谢 (49)

1 引言

1.1 声卡的基本功能

声卡是计算机进行声音处理的适配器。它有三个基本功能：一是音乐合普通PCI声卡成发音功能；二是混音器（Mixer）功能和数字声音效果处理器（DSP）功能；三是模拟声音信号的输入和输出功能。声卡处理的声音信息在计算机中以文件的形式存储。声卡工作应有相应的软件支持，包括驱动程序、混频程序（mixer）和CD播放程序等。

多媒体电脑中用来处理声音的接口卡。声卡可以把来自话筒、收录音机、激光唱机等设备的语音、音乐等声音变成数字信号交给电脑处理,并以文件形式存盘,还可以把数字信号还原成为真实的声音输出。声卡尾部的接口从机箱后侧伸出,上面有连接麦克风、音箱、游戏杆和MIDI设备的接口。

麦克风和喇叭所用的都是模拟信号，而电脑所能处理的都是数字信号，两者不能混用，声卡的作用就是实现两者的转换。从结构上分，声卡可分为模数转换电路和数模转换电路两部分，模数转换电路负责将麦克风等声音输入设备采到的模拟声音信号转换为电脑能处理的数字信号；而数模转换电路负责将电脑使用的数字声音信号转换为喇叭等设备能使用的模拟信号。

声卡由各种电子器件和连接器组成。电子器件用来完成各种特定的功能。连接器一般有插座和园形插孔两种，用来连接输入输出信号。

1．声音控制芯片：声音控制芯片是把从输入设备中获取声音模拟信号，通过模数转换器，将声波信号转换成一串数字信号，采样存储到电脑中。重放时，这些数字信号送到一个数模转换器还原为模拟波形，放大后送到扬声器发声。

2．数字信号处理器(DSP)：DSP芯片通过编程实现各种功能。它可以处理有关声音的命令、执行压缩和解压缩程序、增加特殊声效和传真MODEM等。大大减轻了CPU的负担，加速了多媒体软件的执行。但是，低档声卡一般没有安装DSP，高档声卡才配有DSP芯片。

3．FM合成芯片：低档声卡一般采用FM合成声音，以降低成本。FM合成芯片的作用就是用来产生合成声音。

4．波形合成表(ROM)：在波表ROM中存放有实际乐音的声音样本，供播放

MIDI使用。一般的中高档声卡都采用波表方式，可以获得十分逼真的使用效果。

5．波表合成器芯片：该芯片的功能是按照MIDI命令，读取波表ROM中的样本声音合成并转换成实际的乐音。低档声卡没有这个芯片。

6．跳线：跳线是用来设置声卡的硬件设备，包括CD-ROM的I／O地址、声卡的I／O地址的设置。声卡上游戏端口的设置(开或关)、声卡的IRQ(中断请求号)和DMA通道的设置，不能与系统上其他设备的设置相冲突，否则，声卡无法工作甚至使整个计算机死机。

1）I／O口地址：PC机所连接的外设都拥有一个输入／输出地址，即I／O地址。每个设备必须使用唯一的I／O地址，声卡在出厂时通常设有缺省的I ／O地址，其地址范围为220H～260H。

2）IRQ(中断请求)号：每个外部设备都有唯一的一个中断号。声卡Sound Blaster缺省IRQ号为7，而Sound Blaster PRO的缺省IRQ号为5。

3）DMA通道：声卡录制或播放数字音频时，将使用DMA通道，在其本身与RAM之间传送音频数据，而无需CPU干预，以提高数据传输率和CPU的利用率。16位声卡有两个DMA通道，一个用于8位音频数据传输，另一个则用于16位音频数据传输。

4）游戏杆端口：声卡上有一个游戏杆连接器。若一个游戏杆已经连在机器上，则应使声卡上的游戏杆跳接器处于未选用状态。否则，2个游戏杆互相冲突。

1.2 声卡的主要类型

声卡发展至今，主要分为板卡式、集成式和外置式三种接口类型，以适用不同用户的需求，三种类型的产品各有优缺点。

板卡式：卡式产品是现今市场上的中坚力量，产品涵盖低、中、高各档次，售价从几十元至上千元不等。早期的板卡式产品多为ISA接口，由于此接口总线带宽较低、功能单一、占用系统资源过多，目前已被淘汰；PCI则取代了ISA接口成为目前的主流，它们拥有更好的性能及兼容性，支持即插即用，安装使用都很方便。

图1.1 板卡式声卡

集成式：声卡只会影响到电脑的音质，对PC用户较敏感的系统性能并没有什么关系。因此，大多用户对声卡的要求都满足于能用就行，更愿将资金投入到能增强系统性能的部分。虽然板卡式产品的兼容性、易用性及性能都能满足市场需求，但为了追求更为廉价与简便，集成式声卡出现了。

此类产品集成在主板上，具有不占用PCI接口、成本更为低廉、兼容性更好等优势，能够满足普通用户的绝大多数音频需求，自然就受到市场青睐。而且集成声卡的技术也在不断进步，PCI声卡具有的多声道、低CPU占有率等优势也相继出现在集成声卡上，它也由此占据了主导地位，占据了声卡市场的大半壁江山。

图1.2 集成式声卡

外置式：是创新公司独家推出的一个新兴事物，它通过USB接口与PC连接，具有使用方便、便于移动等优势。但这类产品主要应用于特殊环境，如连接笔记本实现更好的音质等。目前市场上的外置声卡并不多，常见的有创新的Extigy、

Digital Music两款，以及MAYA EX、MAYA 5.1 USB等。

图1.3外置式声卡

三种类型的声卡中，集成式产品价格低廉，技术日趋成熟，占据了较大的市场份额。随着技术进步，这类产品在中低端市场还拥有非常大的前景；PCI声卡将继续成为中高端声卡领域的中坚力量，毕竟独立板卡在设计布线等方面具有优势，更适于音质的发挥；而外置式声卡的优势与成本对于家用PC来说并不明显，仍是一个填补空缺的边缘产品。

●集成声卡：集成声卡是指芯片组支持整合的声卡类型，比较常见的是AC'97和HD Audio，使用集成声卡的芯片组的主板就可以在比较低的成本上实现声卡的完整功能。声卡是一台多媒体电脑的主要设备之一，现在的声卡一般有板载声卡和独立声卡之分。在早期的电脑上并没有板载声卡，电脑要发声必须通过独立声卡来实现。随着主板整合程度的提高以及CPU性能的日益强大，同时主板厂商降低用户采购成本的考虑，板载声卡出现在越来越多的主板中，目前板载声卡几乎成为主板的标准配置了，没有板载声卡的主板反而比较少了。

●板载ALC声卡芯片：板载声卡一般有软声卡和硬声卡之分。这里的软硬之分，指的是板载声卡是否具有声卡主处理芯片之分，一般软声卡没有主处理芯片，只有一个解码芯片，通过CPU的运算来代替声卡主处理芯片的作用。而板载硬声卡带有主处理芯片，很多音效处理工作就不再需要CPU参与了。

●AC'97：AC'97的全称是Audio CODEC'97，这是一个由英特尔、雅玛哈等多家厂商联合研发并制定的一个音频电路系统标准。它并不是一个实实在在的声卡种类，只是一个标准。目前最新的版本已经达到了2.3。现在市场上能看到的声卡大部分的CODEC都是符合AC'97标准。厂商也习惯用符合CODEC的标准来衡

量声卡，因此很多的主板产品，不管采用的何种声卡芯片或声卡类型，都称为AC'97声卡。

●HD Audio：HD Audio是High Definition Audio(高保真音频)的缩写，原称Azalia，是Intel与杜比(Dolby)公司合力推出的新一代音频规范。目前主要是Intel 915/925系列芯片组的ICH6系列南桥芯片所采用。

HD Audio的制定是为了取代目前流行的AC’97音频规范，与AC’97有许多共通之处，某种程度上可以说是AC’97的增强版，但并不能向下兼容AC’97标准。它在AC’97的基础上集成HD Audio声效声卡提供了全新的连接总线，支持更高品质的音频以及更多的功能。与AC’97音频解决方案相类似，HD Audio 同样是一种软硬混合的音频规范，集成在ICH6芯片中(除去Codec部分)。与现行的AC’97相比，HD Audio具有数据传输带宽大、音频回放精度高、支持多声道阵列麦克风音频输入、CPU的占用率更低和底层驱动程序可以通用等特点。

特别有意思的是HD Audio有一个非常人性化的设计，HD Audio支持设备感知和接口定义功能，即所有输入输出接口可以自动感应设备接入并给出提示，而且每个接口的功能可以随意设定。该功能不仅能自行判断哪个端口有设备插入，还能为接口定义功能。例如用户将MIC插入音频输出接口，HD Audio便能探测到该接口有设备连接，并且能自动侦测设备类型，将该接口定义为MIC输入接口，改变原接口属性。由此看来，用户连接音箱、耳机和MIC就像连接USB设备一样简单，在控制面板上点几下鼠标即可完成接口的切换，即便是复杂的多声道音箱，菜鸟级用户也能做到“即插即用”。

因为板载软声卡没有声卡主处理芯片，在处理音频数据的时候会占用部分CPU资源，在CPU主频不太高的情况下会略微影响到系统性能。目前CPU主频早已用GHz来进行计算，而音频数据处理量却增加的并不多，相对于以前的CPU 而言，CPU资源占用率已经大大降低，对系统性能的影响也微乎其微了，几乎可以忽略。“音质”问题也是板载软声卡的一大弊病，比较突出的就是信噪比较低，其实这个问题并不是因为板载软声卡对音频处理有缺陷造成的，主要是因为主板制造厂商设计板载声卡时的布线不合理，以及用料做工等方面，过于节约成本造成的。而对于板载的硬声卡，则基本不存在以上两个问题，其性能基本能接近并达到一般独立声卡，完全可以满足普通家庭用户的需要。集成声卡最大的优势就

是性价比，而且随着声卡驱动程序的不断完善，主板厂商的设计能力的提高，以及板载声卡芯片性能的提高和价格的下降，板载声卡越来越得到用户的认可。板载声卡的劣势却正是独立声卡的优势，而独立声卡的劣势又正是板载声卡的优势。独立声卡从几十元到几千元有着各种不同的档次，从性能上讲集成声卡完全不输给中低端的独立声卡，在性价比上集成声卡又占尽优势。在中低端市场，在追求性价的用户中，集成声卡是不错的选择。

1.3 声卡的接口

●线性输入接口，标记为“Line In”。Line In端口将品质较好的声音、音乐信号输入，通过计算机的控制将该信号录制成一个文件。通常该端口用于外接辅助音源，如影碟机、收音机、录像机及VCD回放卡的音频输出。

●线性输出端口，标记为“Line Out”。它用于外接音箱功放或带功放的音箱。

●第二个线性输出端口，一般用于连接四声道以上的后端音箱。

●话筒输入端口，标记为“Mic In”。它用于连接麦克风（话筒），可以将自己的歌声录下来实现基本的“卡拉OK功能”。

●扬声器输出端口，标记为“Speaker”或“SPK”。它用于插外接音箱的音频线插头。

●MIDI及游戏摇杆接口，标记为“MIDI”。几乎所有的声卡上均带有一个游戏摇杆接口来配合模拟飞行、模拟驾驶等游戏软件，这个接口与MIDI乐器接口共用一个15针的D型连接器（高档声卡的MIDI接口可能还有其他形式）。该接口可以配接游戏摇杆、模拟方向盘，也可以连接电子乐器上的MIDI接口，实现MIDI音乐信号的直接传输。

1.4 声卡的发展历史

ADLIB音效卡：世界上第一块声卡叫做ADLIB魔奇音效卡，于1984年诞生于英国的ADLIB AUDIO公司。可以说ADLIB公司是名副其实的“声卡之父”。当然，那时的技术还很落后，在性能上存在着许多不足之处，就拿这块声卡来说，它是单声道的，而且音质现在看来简直是烂到极点，但无疑它的诞生，开创了电

脑音频技术的先河。

真正把声卡带入个人电脑领域的，是由新加坡创新公司董事长沈望傅先生发明的Sound Blaster“声霸卡”。这只声卡在当时引起了一场轰动。有的人认为，这是一个很好的开端，因为PC终于可以“说话”了，并联想到将来多媒体PC 的模样。但另有一些人却认为，这只是一场闹剧（因为当时的声卡根本不能够发出很真实的声音）。但是，10年过后，正如前者所预料的，多媒体PC成了现今的标准，每个人都能利用自己的PC来听CD、玩有声游戏、通过Iphone等网络电话来交谈，几乎每一样事情都和PC音频发生关系。现在看起来，PC如果没有了声卡，也就没有了缤纷多彩的多媒体世界。

就在人们对PC音频满怀疑虑的时候，第一张“真正”的声卡出现了，它就是著名的Soundblaster 16，这块卡之所以名为16，是因为它拥有16位的复音数（是指在回放MIDI时由声卡模拟出所能同时模拟发声的乐器数目），该声卡能较为完美地合成音频效果，具有划时代的意义，我们终于能把烦人的PC喇叭给拆掉了。第二次重大变革是Soundblaster 64 Gold，这是第一只让人发出惊叹的声卡，采用了EMU8000音频芯片的SB 64 Gold无论是其价格还是性能都让人大吃一惊，原来声卡也可以卖那么贵啊？原来声卡发出的声音也能如此动听！Emu8000芯片破天荒地支持64位复音数（32个是硬件执行，另外32个由Creative 开发的软件生成），镀金的接线端子，120db的动态范围，96db的信噪比，相信音质比那时的一些国产CD机还要好！一切都是为了获得最高质量的音响效果而定做的。当然，现在看来，该声卡的缺点还是明显的，一是使用了ISA总线，限制了PC音频系统的发挥，只能实现虚拟的3D音频技术，而且在播放中，由于使用了低带宽的ISA总线，因此在信噪比和保真度方面还有一定的问题；另外就是必须采用板载的“声存”（用来存放音色库的内存），而且这些声卡的内存异常昂贵（其实也不就是普通的DRAM嘛），原来只带了4MB，为了能获得更好的合成效果，许多专业的MIDI制作人士还是掏钱加上了更多的声存，以存放更好效果的音色库。通过这样的结合，Soundblaster 64 Gold能回放出很悦耳的合成音乐，一度令许多电脑MIDI发烧友为之兴奋。

在这两个发展阶段里，Creative成了老大哥，其他的声卡产品相比起它来就像是绿叶和红花的关系，越发衬托出Soundblaster的伟大。当然，在其他的

声卡中也出了几个精品，像Ess logic的ESS688F，Topstar的Als007等，它们都是以极为低廉的价格提供了与Soundblaster 16相近的性能，当年很多兼容机装的都是这两种声卡。在声卡的发展历史上，有代表性的作品几乎都是Creative （创新）公司的产品，由此我们也看出该公司在这方面的领导作用。Creative 在声卡界的地位就和CPU界的Intel以及软件业的Microsoft一样，是行业中的标准。

对3D音效的渴求促使了第三次声卡大变革，Soundblaster 64 Gold率先支持了模拟3D音效，但同时由于ISA总线带宽太窄了，限制了声卡的再度发展，因此PCI声卡是注定要诞生的。第一只PCI声卡是S3的Sonics Vibes，它拥有一个32位复音的波表生成器，支持Microsoft DirectSound和DirectMusic加速。并且附带了SRS 3D音效和Infinipatch downloadable音色库下载标准。同时，它也带来了与DOS环境的极不兼容（那时还有相当一部分人使用DOS操作系统），音频回放时的爆音，回放MIDI时的噪音和相对拙劣的回放效果，这使得PCI声卡产品成为了一种让人们产生争议的产品。

但随着Soundblaster推出了另一个划时代的巨作Soundblaster Live! 之后（在此之前发布的PCI64、128等声卡是收购了Ensoniq公司后采用它们开发的芯片制作的），人们对PCI声卡的优越性也深信不疑了（看看那个价钱，你当然要相信它是好东西了）。由于采用了PCI总线结构，声卡与系统的连接有了更大的带宽，一些在ISA声卡上没有能力实现的效果，如使用Downloadable（能够下载）的音色库，更为逼真的3D音效，更好的音质和信噪比等，都把PC音频推向了另一个高峰。在这里，我们要留意，PC音频更新的周期没有CPU和显示卡那么快，它只是一个循序渐进的过程，真的不够用了，才会出现和研发它的改进或替代产品，所以说，投资一个好的PC音频系统是非常值得的，起码不会迅速地被淘汰。

当今PC音频的进一步发展变化将主要体现在以下4个方面：

· ISA声卡向PCI声卡过渡

·更为逼真的回放效果

·高质量的3D音效

·转向USB音频设备

1.5 声卡的厂家介绍

●Realtek中国台湾瑞昱，最大的集成声卡厂商

图1.4瑞昱声卡

●Creative新加坡创新，独立声卡的发明者

图 1.5 Creative新加坡创新声卡

●Advance Logic：Advance Logic 是一家老资格的音频芯片设计制造商，主攻低端市场，远在ISA世代，就有一款著名的ALS007的音频控制芯片，到了PCI时代，Advance Logic仍旧主攻低端市场，ALS4000便是一款比较著名的芯片，ALS4000功能简单，音质也一般，但价格确很便宜。随着竞争的加剧，Advance Logic在低端市场的份额也遭到AC'97软卡的侵蚀，Advance Logic并没有放弃声卡市场，转而主攻Codec市场，著名的ALC系列Codec就是他们的杰作，Advance Logic扮演了一个很出色的角色，极大的推动了AC'97软卡的音质提升。

图1.6 Advance Logic 声卡

●傲锐Aureal：在ISA时代，Aureal这个名字并不为人所知，但到了PCI 时代，Aureal的名字迅速随着帝盟S90这款声卡传播开来，S90这款声卡获得游

戏玩家的广泛赞扬，Aureal也名声大振。S90就是采用的傲锐公司的Vortex AU8820的音频控制芯片。支持A3D 1.0，就是这款S90让很多人接受了3D音效这个概念，虽然最后的果子是创新摘走了，但栽树的是A3D，A3D带来了逼真的3D音效仿真。随后傲锐发布Vortex-2 AU8830音频控制芯片，支持A3D 2.0，帝盟发布基于这款芯片的MX300声卡，用于和创新Live!系列争夺市场，后来傲锐和帝盟结束了合作关系，不久傲锐被对手创新收购，A3D和傲锐成为历史。

图1.7傲锐Aureal声卡

●Ensoniq：1997年，Ensoniq可谓出尽风头，Ensoniq是最早开发出 PCI 音频控制芯片的厂商之一，ES1370芯片被众多厂家采用，创新也是Ensoniq的客户之一，ES1370支持32个硬件复音，通过相应的软波表扩充到64复音，支持2-8M音色库。硬件支持Direct Sound、Direct Sound 3D，以及软件模拟A3D 1.0和EAX，成为当时中档PCI声卡的首选芯片，由于创新需要一个中档次的芯片扩充产品线，Ensoniq不久便被创新收购。Ensoniq发展出的PCI音频控制芯片一共有三款——ES1370、ES1371、ES1373，音质好，功能少，信噪比出众是Ensoniq 系列最大的特点。但是他们也有个显著的缺点，不支持多音频流，好在随着WDM 驱动的推出，这些都算不上缺点了。在创新完成收购后，创新也推出了CT5507、CT2518、CT5880等芯片，著名的中低端声卡PCI128就采用了CT-5880芯片。

图1.8 Ensoniq 声卡

● E-mu：E-mu是一家实力强劲的音频控制芯片设计商，主要从事音频芯片

开发以及合成技术研究，后被创新收购，经典的创新AWE64系列就采用了E-mu 的Emu8000芯片，其出色的波表合成能力让听过的人都印象深刻，E-mu的音频控制芯片主要面向高端市场，讲究性能、品质以及功能，开发实力少有对手，是创新最强有力的技术支持。Emu8000有一个衍生版本——Emu8008，是Emu8000的PCI版本，创新曾经推出过一款AWE64的PCI版本，就是采用的Emu8008，但是市场上非常少见。好在E-mu及时开发出了跨时代的Emu10k1，让创新公司成功推出了SoundBlaster Live!系列。Emu10k1诸多崭新的特征，是一颗可编程的DSP芯片，即使是几年后的今天，也不会觉得这款芯片太落伍，事实上，基于这款芯片的Live!能够胜任大部分游戏的需求。2001年，Emu再度开发出比Emu10k1更强的芯片，也就是Audigy系列采用的音频控制芯片，这款芯片继承了Emu10k1的所有优点，改善了MIDI等方面的不足，并将运算能力提升4倍，足够满足所有游戏的需求。2002年，创新推出Audigy2。

图1.9 E-mu声卡

●ESS：在ISA时代，ESS是创新最大的竞争对手，产品线丰富，性价比优秀，当年的ESS688/1868等都是非常优秀的芯片，良好的兼容性以及低廉的价格受到众多板卡商的青睐，市场占有率极大，是中低端市场的绝对首选。进入PCI 时代后，ESS也积极扩展，前后推出了ESS Maestro-I、ESS Maestro-II、ESS Canyon3D等芯片，ESS的兼容性历来口碑甚佳，ESS Maestro-II更是获得了帝盟的青睐，著名的S70声卡就是基于这款芯片，这款芯片有一个简化的版本SOLO-I，主要交给主板商集成用，很少作为独立的声卡芯片使用。Canyon3D是ESS最强的芯片，又被称作Maestro-2e，也是ESS第一款支持多声道的芯片，著名的帝盟MX400声卡正是采用了此款芯片，这款芯片运算能力强大。2001年，ESS 再度发布Canyon3D-2，但是这个时候创新已经垄断市场了，Canyon3D-2没有得到应有的名气和市场，ESS也逐渐在声卡市场消失，这个创新最老的竞争对

手，终于也扛不住压力退出竞争了，但ESS这家公司还存在，目前主要扩展消费类电子市场。

图1.10 ESS声卡

●骅讯C-Media：台湾骅讯也是一家拥有广泛影响力的厂家，他们推出的CMI-8338/8738芯片曾经深深的影响了低端市场，CMI系列追求性价比，集成了Codec，降低了成本，还节约了PCB的制造和设计费用，因此这几款芯片往往出现在超低价的独立声卡或者主板上，即便在低廉的价格上，CMI系列还提供了24bit/44.1kHz或48kHz的S/PDIF输入输出的功能，这点做得甚至比某些高端芯片还好。在很多人眼里，CMI是一组非常不值得一提的芯片，事实上并非如此，8338/8738在最基本的功能——输入输出方面做得很好，但是市场上很少有一款像样的8338/8738声卡，但这并不表示8338/8738音质就一定不行，虽然他们的运算能力确实很弱。

图1.11 骅讯C-Media声卡

●雅马哈YAMAHA：雅马哈是日本一家著名的从事交通工具以及电声乐器制造的公司，在ISA时代，雅马哈的719芯片曾经获得极佳口碑。在PCI声卡兴起的时代，他们的产品也曾经大出风头，最著名的有YMF724系列，YMF724系列又有724B、724C、724E、724F四个版本，724E开始起，YMF芯片兼容性得到很大改善，YMF724系列有着温暖的音色以及非常出色的MIDI合成能力，性价比也是

非常出众，成为当时中端声卡的首选。著名的724声卡有中凌雷公，虽然做工不算优秀，但很多人因此领略了724的魅力。在724的基础上，雅马哈加入四声道和数字I/O支持以及对3D音效的改良，推出了744系列，可惜的是，744并没有再次刮起724旋风。之后雅马哈发布YMF754芯片并宣布告别民用声卡领域的竞争。相信很多朋友都记得一个YMF734，雅马哈根本就没有什么YMF734芯片，但当时734声卡多如牛毛，都是用其他芯片，例如前面提到的ALS4000 Remark 而来的，这也多少证明了雅马哈家族的口碑是相当好的。

图1.12雅马哈YAMAHA声卡

●水晶Crystal/Cirrus Logic：Cirrus Logic和Crystal是一家公司，两个名字而已，平时提到的水晶公司就是他们。在这几家芯片商中，技术实力最强大的正是水晶而不是Emu，数一数创新的高档声卡使用了多少水晶的芯片就知道水晶有多强大了。但是这家公司从来就有些吊儿郎当的感觉，做音频控制芯片显得很随意，而且走的是低价路线，很多朋友将水晶芯片和低质低价划等号了，早在ISA时代，水晶的音频控制器被大量用于伪造719声卡，到了PCI时代，也有不少所谓的734声卡是用水晶的音频控制器伪造的。久而久之，水晶的形象受到了很大影响，事实上，那些被用于伪造734的芯片，比雅马哈的芯片还好不少，很有趣的伪造。水晶形象的恢复要多亏傲锐，若不是傲锐希望独家做大，帝盟和Voyetra Turtle Beach就不会离开傲锐，帝盟选择了ESS而Voyetra Turtle Beach 选择了水晶，Voyetra Turtle Beach推出了一款让人震撼的Turtle Beach Santa Cruz，在国外评价甚至超过帝盟MX200，而这款芯片是基于水晶CS4630的，后来大力神和德国坦克的加盟，让水晶树立起中端的王者形象，国内的岛谷科技推出基于CS4630的黑金2系列更是推翻了传统的物美价不廉的观念。水晶发布过的音频控制芯片很多，最有影响的是CS46XX系列，硬件SRC让基于这个系列的声卡的音质都相当不错，很轻易的就超过了创新的声卡。DVD方面的优势更是其

他芯片厂商望尘莫及的。另外，水晶也是重要的AC‘97 Codec供应商。Fortemedia：Fortemedia最为著名的是FM801系列，FM801又细分为FM801AS 和FM801AU，在DVD在PC普及的时候，很少有芯片可以支持到6声道系统，创新也没有及时推出6声道的声卡，这给Fortemedia带来了机遇，也就是这个时候，大量的廉价6声道声卡上市，其中大部分都是基于FM801AU的。FM801AU具备数字I/O功能，号称为DVD音频优化，加上当时的Live!还是面向高端，FM801AU 系列获得很大的成功。但好景不长，创新推出了Live!5.1后，FM801AU逐渐淘汰出市场。

图1.13水晶Crystal/Cirrus Logic声卡

2 USB接口及声卡各主要芯片介绍

2.1 USB接口的介绍

2.1.1 USB接口的发展趋势与行业速递

随着计算机硬件飞速发展，外围设备日益增多，键盘、鼠标、调制解调器、打印机、扫描仪早已为人所共知，数码相机、MP3随身听接踵而至，这么多的设备，如何接入个人计算机？USB就是基于这个目的产生的。USB是一个使计算机周边设备连接标准化、单一化的接口。

USB设备之所以会被大量应用,主要是因为其具有支持热插拔、携带方便(USB设备大多“小、轻、薄”)、标准统一、可以连接多个设备、高速度、简单的网络互连功能优点。当前的USB设备被局限在PC平台下才能进行数据交换,这是当前USB设备面临的最大局限。

USB的发展浪潮中，USB从1.0/1.1发展至USB 2.0，如今USB 3.0已蓄势眈眈。

众所周知，USB 3.0与其它接口相比具有众多优势，其有两大最能拿得出手的东西，就是传输速度和兼容性。USB3.0的速度传输率在5Gbps左右，也就是625MB/s，并向下兼容USB2.0，大约是现在主流USB2.0接口传输速度（理论值480Mb/s）的十倍，虽然在产品实测中距离625MB/s的理论极限速度还差很远，但对比USB 2.0已经进步相当大了，更是让SATA硬盘望尘莫及。

虽然USB 3.0现在还未普及，但目前支持USB3.0接口的相关数码产品已经逐步进入我们的生活，华硕、技嘉就已经推出了相关的支持USB 3.0主板，希捷、西部数据等一线存储厂商也推出了USB3.0接口的移动硬盘，同时其它的相关产品如硬盘盒、转接卡、硬盘底座也在不断涌现。

2.1.2 USB接口的优点

USB设备之所以会被大量应用，主要具有以下优点：

1、可以热插拔。这就让用户在使用外接设备时，不需要重复“关机将并口或串口电缆接上再开机”这样的动作，而是直接在电脑工作时，就可以将USB 电缆插上使用。

2、携带方便。USB设备大多以“小、轻、薄”见长，对用户来说，同样20G 的硬盘，USB硬盘比IDE硬盘要轻一半的重量，在想要随身携带大量数据时，当然USB硬盘会是首要之选了。

3、标准统一。大家常见的是IDE接口的硬盘，串口的鼠标键盘，并口的打印机扫描仪，可是有了USB之后，这些应用外设统统可以用同样的标准与个人电脑连接，这时就有了USB硬盘、USB鼠标、USB打印机等等。

4、可以连接多个设备。USB在个人电脑上往往具有多个接口，可以同时连接几个设备，如果接上一个有四个端口的USB HUB时，就可以再连上；四个USB 设备，以此类推，尽可以连下去，将你家的设备都同时连在一台个人电脑上而不会有任何问题(注：最高可连接至127个设备)。

2.1.3 USB接口布置

USB是一种常用的pc接口，他只有4根线，两根电源两根信号，故信号是串行传输的，usb接口也称为串行口，usb2.0的速度可以达到480Mbps。可以满足各种工业和民用需要.USB接口的输出电压和电流是： +5V 500mA 实际上有误差，最大不能超过+/-0.2V 也就是4.8-5.2V 。usb接口的4根线一般是下面这样分配的，需要注意的是千万不要把正负极弄反了，否则会烧掉usb设备或者电脑的南桥芯片。

图2.1 USB接口定义

黑线：GND红线：Vcc 绿线：data+ 白线：data-USB 一般的排列方式是：红白绿黑，从左到右。其接口定义见表2.1:

表2.1 USB接口定义

颜色定义备注

红USB电源标有Vcc、Power、5V、5VSB

白USB数据线（正）DATA+、USBD+、PD+、USBDT+

绿USB数据线（负）DATA-、USBD-、PD-、USBDT-

黑地线GND、Ground

2.1.4 USB数据传输

USB的传输过程是以讯框为基础的。在USB1.1旧式规格中，每一个讯框的长度是1ms，并以个别的传输模式为基础，所有的装置以每个讯框为单位各自分配适当的频宽与服务。新的USB2.0中的高速传输规格则将每个讯框在分割成8个微讯框，在每个微讯框中，各种传输模式各自分配适当的频宽进行传输服务。USB的频宽是透过每个讯框可以承载多少的封包量来计算，四种USB的通讯模式皆可透过这样的基本公式计算出预估的传输值。

Ntrans=INT[BW/(8*(PL+OH)*FR)]

BW：USB频宽，单位为bps

PL：端点承载(Endpoint payload)，单位为字节(bytes)

OH：通讯协议资源负荷(Protocol overhead)，单位为字节(bytes)

FR：USB讯框传输速率，单位为每秒的讯框数量(frame/sec)

若传输装置使用高速型512字节的巨量传输端点进行数据传输，每一个讯框的传输封包数量计算如下：

Ntrans=INT[480x106/(8*(512+55)*8000)]=13

所以当使用巨量传输且使用512字节端点的真正最大频宽为：

BW=Ntran*8*512*8000=426Mbps

由计算出来的结果可以知道，高速巨量传输的传输效能可以达到USB2.0最高传输效能的88.75％。

经过计算后可得到高速传输下各种传输模式的频宽如下列表一～表四。