一种单芯片实现双USB设备的装置的制作方法

本技术涉及usb音频设备，尤其涉及一种基于单芯片实现双usb接口的音频输入输出装置，适用于麦克风、耳机、声卡等设备。

背景技术：

1、随着网络直播、游戏电竞、在线教育等行业的快速发展，用户对音频设备的多功能性、集成度及使用便捷性需求显著提升。例如，游戏直播用户常需同时连接游戏主机（如 ps系列）与直播电脑：游戏主机用于输出游戏音频，直播电脑用于采集人声并推送直播流，同时需监听两路音频混合信号。

2、现有技术方案存在以下核心缺陷：

3、如图1所示，是目前市面上的usb麦克风的电路方框图，音量旋钮和静音控制都是实体按键；

4、需配备两个独立 usb 麦克风及对应的悬臂支架，不仅导致硬件成本高（约为单设备的 2 倍），还造成桌面空间杂乱，且两个麦克风的拾音角度、灵敏度差异易导致音质不一致；

5、外接混音器方案：需额外购置混音器连接两台设备的音频输出，再接入耳机监听，增加了设备链路复杂度，且混音器的便携性差，不适用于桌面场景；

6、双芯片集成方案：部分厂商采用两个 usb 音频芯片并联设计，虽可实现双设备连接，但芯片间的信号干扰易引入噪声，且电路复杂度高（需额外设计信号隔离电路），生产成本较单芯片方案高 30% 以上。

7、综上，现有方案无法同时满足 “低成本、高集成度、低噪声、易操作” 的用户需求，亟需一种基于单芯片架构的双 usb 音频设备解决方案。

技术实现思路

1、本实用新型提供一种单芯片实现双usb设备的装置，尤其适用于麦克风、耳机、usb声卡等音频设备，能够实现双设备同步连接、音频混音、独立音量调节及状态控制等功能。该装置通过高度集成的单芯片架构，有效解决了传统方案中设备冗余、音质不一致、操作复杂及成本高昂等问题。

2、本装置包括主芯片、双usb接口单元、音频输入模块、音频输出模块、控制模块及电源模块。所述主芯片为单一集成芯片，内置双usb数据处理模块，可同时处理两组usb数据流，分别通过第一usb接口和第二usb接口与外部设备（如游戏主机和直播电脑）连接。其原理在于通过单芯片实现信号分流与协议处理，避免了多芯片方案中的信号干扰与同步难题，显著提高了系统的稳定性和集成度。

3、进一步地，所述主芯片还集成有rgb氛围灯驱动模块、静音控制单元和混音控制单元。rgb氛围灯驱动模块可直接控制外部rgb灯条的颜色与亮度，增强设备的视觉效果与用户体验；静音控制单元通过硬件链路快速切断音频输入，响应速度低于100毫秒，优于软件静音方案；混音控制单元通过电位器与adc配合，实现两路下行音频信号的硬件级混合比例调节，使用户可实时调整游戏与直播音频的监听比例。

4、进一步地，所述双usb接口优选为type-c接口，均支持usb 2.0全速传输协议，第一接口用于连接游戏主机，第二接口用于连接直播电脑。该设计保证了高速稳定的数据传输，同时提升了设备的通用性与插拔便利性。

5、进一步地，电源模块包括过压保护单元和多路稳压单元。过压保护采用eta7d14s2芯片，当输入电压超过5.5v时自动切断供电，有效防止高压冲击损坏主芯片及其他单元；多路稳压单元采用sgm2210-adj芯片，可输出0.9v、1.8v和3.3v三种电压，分别为核心电路、adc/dac模块和接口单元独立供电，既提高了电源效率，也降低了各单元间的相互干扰。

6、进一步地，音频输入模块包括依次电连接的咪芯、第一放大器、麦克风音量调节电位器及第二放大器。第一放大器为增益20db的弱信号放大器，用于提升麦克风拾音灵敏度；麦克风音量调节电位器为10k线性电位器，使用户可灵活调整输入音量；第二放大器为输出阻抗不超过100ω的阻抗匹配放大器，有效抑制信号传输过程中的噪声与失真。

7、进一步地，混音控制单元包括50k混音比例调节电位器，与主旋钮机械连接，其一端接3.3v电源，另一端接地，中间抽头与主芯片的adc_ke1引脚连接；所述主芯片根据adc_ke1引脚电压值在0-3.3v范围内调整两路usb接口下行音频的混音比例。

8、进一步地，音频输出模块包括耳放单元、耳机总音量调节电位器及3.5mm立体声接口。耳放单元支持左右声道独立放大，保证输出音质清晰均衡；耳机总音量调节电位器为4.7k线性电位器，提供平滑的音量控制体验；3.5mm接口为标准音频接口，兼容绝大多数耳机设备。

9、进一步地，控制模块还包括状态指示单元，设有红色静音指示灯和绿色录音指示灯，分别连接主芯片的gpio_b1和gpio_b2引脚。当设备处于静音状态时红色指示灯点亮，当处于录音状态时绿色指示灯点亮，使用户可直观掌握设备工作状态。

10、进一步地，装置还配备机械结构单元，包括金属防喷网和可拆卸支架。防喷网固定于咪芯正前方，有效抑制喷音和气流噪声；支架支持360°旋转调节，用户可根据使用习惯灵活调整麦克风位置，进一步提升使用便利性与人机交互体验。

11、与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

12、成本显著降低：单芯片实现双usb处理、混音控制与电源管理，硬件成本较双芯片方案降低30%以上，用户无需外接混音器，采购成本降低50%；

13、集成度高、结构简洁：单一设备主体支持双设备连接，集成音量调节、混音控制、状态指示、氛围灯与机械调节功能，桌面空间占用减少60%；

14、音质一致性好：单一咪芯与固定放大链路确保两路usb设备输入音质一致，避免双麦克风拾音差异；

15、操作便捷、响应迅速：硬件级混音比例调节与独立静音按键，响应速度＜100ms，优于软件调节的500ms延迟，有效提升直播与游戏操作体验；

16、本实用新型适用于游戏直播、网络授课、语音通信等多设备音频同步输入输出场景，具有显著的市场竞争力与用户体验提升价值。

1.一种单芯片实现双usb设备的装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种单芯片实现双usb设备的装置，其特征在于，所述主芯片还内置rgb氛围灯驱动模块、静音控制单元及混音控制单元；所述rgb氛围灯驱动模块与外部rgb灯条电连接，用于控制灯条的颜色及亮度；所述静音控制单元与所述控制模块的静音按键电连接，用于切断音频输入链路；所述混音控制单元用于调整所述第一usb接口（7）和第二usb接口（8）下行音频的混合比例。

3.根据权利要求1所述的一种单芯片实现双usb设备的装置，其特征在于，所述第一usb接口（7）和第二usb接口（8）均为type-c接口，且均支持usb 2.0全速数据传输协议；所述第一usb接口（7）用于连接游戏主机，所述第二usb接口（8）用于连接直播电脑。

4.根据权利要求1所述的一种单芯片实现双usb设备的装置，其特征在于，所述电源模块包括过压保护单元和多路稳压单元；所述过压保护单元采用eta7d14s2型号芯片，当输入电压超过5.5v时断开输出；所述多路稳压单元采用sgm2210-adj型号芯片，输出0.9v、1.8v及3.3v三种电压，分别为主芯片核心电路、adc/dac模块及接口单元供电。

5.根据权利要求1所述的一种单芯片实现双usb设备的装置，其特征在于，所述音频输入模块包括依次电连接的咪芯、第一放大器、麦克风音量调节电位器（5）及第二放大器；所述第一放大器为弱信号放大器，增益为20db；所述麦克风音量调节电位器（5）为10k线性电位器；所述第二放大器为阻抗匹配放大器，输出阻抗≤100ω。

6.根据权利要求2所述的一种单芯片实现双usb设备的装置，其特征在于，所述混音控制单元包括50k混音比例调节电位器，与主旋钮（1）机械连接，其一端接3.3v电源，另一端接地，中间抽头与主芯片的adc_ke1引脚连接；所述主芯片根据adc_ke1引脚电压值在0-3.3v范围内调整两路usb接口下行音频的混音比例。

7.根据权利要求1所述的一种单芯片实现双usb设备的装置，其特征在于，所述音频输出模块包括依次电连接的耳放单元、耳机总音量调节电位器（4）及耳机接口；所述耳放单元支持左右声道独立放大；所述耳机总音量调节电位器（4）为4.7k线性电位器；所述耳机接口为3.5mm立体声接口。

8.根据权利要求1所述的一种单芯片实现双usb设备的装置，其特征在于，所述控制模块还包括状态指示单元，包括红色静音指示灯和绿色录音指示灯；所述红色静音指示灯与主芯片的gpio_b1引脚连接，绿色录音指示灯与gpio_b2引脚连接；当设备处于静音状态时红色指示灯点亮，当设备处于录音状态时绿色指示灯点亮。

9.根据权利要求1所述的一种单芯片实现双usb设备的装置，其特征在于，还包括机械结构单元，包括防喷网（6）和支架（3）；所述防喷网（6）为金属材质，固定于咪芯正前方；所述支架（3）与装置主体可拆卸连接，支持360°旋转调节。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种单芯片实现双usb设备的装置，其特征在于，所述装置可作为麦克风、usb声卡或耳机设备使用，支持同时连接游戏主机和直播电脑，实现游戏音频与直播音频的同步输入输出及混音监听。