USB-Soundkarte, 4 Kanal Line-Out (symmetrisch)

Hallo Hifi-Forum.

Da ich mein Notebook wohl bald öfters mal an eine PA anbinden und dann mehrere Kanäle "in Hardware" abmischen muss, plane ich, eine spezielle externe Sound"karte" zu entwerfen, die mittels USB an einen Rechner angebunden werden kann und 4 Kanäle symmetrisch über XLR-Buchsen ausgibt. Daneben sind einige weitere Anforderungen zu erfüllen.

Die konkreten Anforderungen sind:
- Das Gerät wird über ein einzelnes USB-Interface an den Host (Rechner) angebunden und von Linux (ALSA) "out of the box" (ohne Nachinstallation von Treibern/Kernelmodulen) als Audiodevice unterstützt.
- 4 Kanäle können gleichzeitig über 4 Klinkenbuchsen asymmetrisch (mit Line-Pegel) und über 4 XLR-Buchsen symmetrisch ausgegeben werden.
- Zudem sind 4 asymmetrische Eingangskanäle (ebenfalls eine Klinkenbuchse je Eingangskanal) für Geräte mit Line-Pegel vorgesehen.
- Der Host erkennt das Gerät als zwei unabhängige, vollduplexfähige Stereo-Soundkarten.
- Teile der Schaltung, die für die Symmetrierung der Ausgangssignale zuständig sind, werden vom Mischer über die XLR-Buchsen per Phantomspeisung versorgt.
- Das Audiogerät selbst wird direkt vom Host über den USB-Bus gespeist und ermöglicht so die Ausgabe von asymmetrischen Signalen mit Line-Pegel über die Klinkenbuchsen auch bei nicht vorhandener Phantomspeisung an den XLR-Buchsen.
- Abgesehen von der Phantomspeisung und der Versorgungsspannung vom USB-Bus gibt es keine Spannungsquellen.

Nun zur Umsetzung.

Ich hatte geplant, zwei "PCM2902B" ICs von Texas Instruments (sind Delta-Sigma-Wandler) an ein gemeinsames USB-Interface anzuschließen (sollte ja kein Problem machen, immerhin ist USB ja ein Bus) und sie möglichst minimalistisch zu beschalten (im Datenblatt des ICs gibt es Beispielbeschaltungen, die man als ersten Ansatz verwenden kann). ALSA unterstützt viele Geräte, die diese ICs verwenden, von daher sollte es softwareseitig keine Probleme geben.

Die ICs benötigen einen Quarz, der einen Referenztakt von 12 MHz erzeugt. Das USB-Interface arbeitet im "Full Speed" Modus, an dieser Stelle ist also ebenfalls mit einer 12 MHz Clock zu rechnen. Muss man bei Frequenzen in diesem Bereich schon das Design des Circuit Boards optimieren (z. B. die parasitären Kapazitäten zwischen Leiterbahnen berücksichtigen) oder ist das alles noch unproblematisch?

Kommen wir nun zu den Audio-Signalen.

Eingangsseitig wollte ich einfach einen Kondensator vor die Eingänge schalten, um das ganze gleichstrommäßig zu entkoppeln und dann direkt in die Audio-Codecs gehen. Der ADC akzeptiert knappe 2 V Spitze-Spitze, was für Line-Pegel Signale recht gut passen sollte.

Ausgangsseitig wird bei den asymmetrischen Signalen ähnlich verfahren. Da vom DAC ebenfalls knappe 2 V Spitze-Spitze ausgegeben werden, wird der Output einfach über einen Koppelkondensator gleichstromfrei gemacht und dann als Line-Signal ausgegeben.

S/PDIF Ein- und Ausgänge sind zwar keine Anforderung, aber da die ICs sie schon bieten, führen wir gleich noch 2x S/PDIF In, sowie 2x S/PDIF Out nach außen.

So, jetzt kommt der richtig spannende Teil, die symmetrischen Ausgänge. Wir brauchen eine Schaltung, die ein asymmetrisches Signal symmetriert. Im Prinzip eine Schaltung, wie sie in einer aktiven DI-Box steckt. Da wir 4 Kanäle ausgeben wollen, werden wir diese Schaltung in vierfacher Ausführung benötigen. Hier geht es also darum, möglichst jedes Bauteil einzusparen, das nicht unbedingt benötigt wird. Die Schaltung darf ausschließlich über die Phantomspeisung versorgt werden. Es darf keine zusätzliche externe Spannungsquelle erforderlich sein. Wie würdet ihr das am besten umsetzen? Das ganze schreit ja förmlich nach einer Schaltung auf Basis von Operationsverstärkern (z. B. LM324 oder LM358), aber das Fehlen einer dezidierten (symmetrischen) Spannungsversorgung macht die Sache nicht unbedingt zu einem einfachen Unterfangen. Zudem sollte die Schaltung, wie bereits erwähnt, nicht allzu komplex sein, da wir sie in vierfacher Ausführung benötigen. Da wir hier noch überhaupt keine konkrete Idee haben, wie das ganze aussehen könnte, sind wir erstmal für jeden Vorschlag dankbar.

Im Prinzip geht es also bei dem Projekt darum, zwei vollduplexfähige Stereo-Soundkarten und vier aktive, phantomgespeiste DI-Boxen möglichst platzsparend und kostengünstig auf einem Circuit Board zu fertigen und somit die Anzahl der Geräte, die benötigt werden, um den Rechner an eine PA anzubinden, gewaltig zu reduzieren.

Vielen Dank schonmal für eure Unterstützung bei diesem Projekt. Ich bin gespannt auf eure Vorschläge und Kommentare.