Beavis Ultrasound PnP ISA声卡复刻版问世

背景

Gravis Ultrasound 系列声卡在 1990 年代 PC 音频发展史上占据重要地位，其一流的波表合成能力和对游戏（如 Doom、Commander Keen）的原生支持，使其成为 DOS 时代发烧友的首选硬件之一。其中 Gravis Ultrasound PnP（即插即用版本）采用 AMD InterWave 芯片，进一步简化了硬件设计。然而，原版芯片早已停产，市场上仅存的二手卡价格高昂且难以维护。Beavis Ultrasound PnP 是一个完全开源的复刻项目，以 Gravis Ultrasound PnP 为蓝本，目标是让复古音频爱好者能够用现代可获取的元件重新构建这一经典声卡。

核心内容

Beavis Ultrasound PnP 是一块开放源代码的 Gravis Ultrasound PnP 复刻板。与其他克隆项目不同，该设计不仅提供了完整的原理图，还包含了经过逆向工程的 GAL（通用阵列逻辑）源码。

硬件核心：主控芯片是 AMD InterWave 系列的 AM78C201，几乎所有声卡功能都集成在这颗芯片内部，因此板级设计相当简洁。

板卡规格：

• 尺寸：8.2 × 4.2 英寸（208 × 107 mm），4 层 PCB 设计。
• 金手指建议采用 ENIG（化学镍金）镀层；硬金虽然电气性能更优，但成本极高，不推荐。
• 双运放（dual op amps）可根据物料清单（BOM）替换：原装为 LM833，也可使用 JRC5532，任何约 10 MHz 的低噪声、支持 ±8V 输入电源的运放都适用。若想折腾，可安装插座后自行试验。
• 板上原有一组铁氧体磁珠用于稳压器滤波，但作者测量时所参照的原卡缺失了这些磁珠，故其值未知。实际上铁氧体磁珠在高频（远高于音频范围）才有效，因此作者建议可用 0 欧姆电阻或一段导线替代。
• JPR12 和 JPR13 未安装，推测是用于测试 5V 模拟电源平面隔离性的跳线，这些平面本有切割以减少 InterWave 芯片模拟与数字电源之间的串扰。
• U100（PLL 芯片）的位置保留但实际不会安装，因为该芯片已绝迹；应使用板上的两个晶振代替。

存储器：

• U8（型号 IW78C21M1）是 1 MB 采样 ROM。如果找不到该芯片，可从互联网上寻找并下载采样 ROM 镜像，烧录到一片 27C800（建议安装插座）并插在 U80 位置。
• U6/U60 是 93C66 EEPROM，存储即插即用配置数据。需要用 TL866 或同类编程器烧录 ultrasound_pnp.bin 文件。注意：EEPROM 中的内容是以 16 位为单位的比特顺序反转存储的，例如前两个字节实际是 1E 56，但存储为 6A 78。作者提供了 Python 小程序 pnp_reverse.py 供好奇者参考，但编程 93C66 时无需此工具——除非你想手动配置 PNPMAP.EXE（由 Gravis/AMD 提供）以外的自定义设置。

GAL（U14）： GAL 芯片（16V8）承担以下功能：

• 缓冲来自 IDE 端口的 IOCS16 信号到 ISA 总线；
• 缓冲总线复位信号到 IDE 端口；
• 解码部分地址线以生成主/从驱动器选择信号；
• 控制 ISA 到 IDE 数据缓冲器的使能信号。

如果不需要 CDROM IDE 功能，可以不装 GAL；若需要，将 gr_gal.jed 文件烧录到一块 16V8 中，也可从 GR_GAL.PL2 文件自行编译。

重要提醒：作者尚未生成 PCB 制造文件（fab package），因为并未实际制造和测试该板。任何自行构建本板的行为均需承担风险。

关键要点

• 完全开源：项目公开了完整原理图、PCB 设计文件以及逆向工程的 GAL 源码，便于社区验证和改进。
• 核心芯片：AMD InterWave AM78C201 是关键 IC，需自行采购；该芯片集成了声卡绝大多数功能，降低外围设计复杂度。
• 未经验证：作者未实际生产或测试该板，任何构建行为均存在未知的风险（如布线错误、时序问题等）。
• 运放可灵活替换：LM833 或 JRC5532 均可，只要满足低噪声、~10 MHz 带宽、±8V 输入电源即可。
• 铁氧体磁珠可省略：可用 0 欧姆电阻或导线代替，因其在音频范围内效果有限。
• PLL 芯片不可用：U100 位置留下但实际不装，改用板上晶振。
• 采样 ROM 替代方案：找不到原装 IW78C21M1 时，下载镜像烧录到 27C800 并安装在 U80（建议带插座）。
• EEPROM 编程注意位反转：93C66 的内容以 16 位为单位反转比特顺序，但按 ultrasound_pnp.bin 直接烧录即可（编程器按字节处理，无需手动反转）。
• GAL 可选择性使用：无需 IDE 接口时可省略，编程时需烧录 gr_gal.jed 到 16V8 或从 PL2 文件编译。
• 尺寸与层数：4 层板，208×107 mm，金手指建议 ENIG 镀层以平衡成本与性能。

意义与影响

Beavis Ultrasound PnP 复刻项目延续了复古开源硬件社区的精神，让经典但已绝版的 Gravis Ultrasound PnP 声卡重获新生。它降低了获取该硬件的门槛：只要有能力采购 AMD InterWave 芯片、烧录 EEPROM 和 GAL，就可以自行焊接一块功能近似的声卡，运行 DOS 时代的游戏和音乐软件。更重要的是，开放原理图和 GAL 源码使得任何爱好者都能自由修改、适配或修复设计缺陷，不像原版硬件那样依赖黑盒文档。当前项目的“未测试”状态提醒潜在制造者需具备一定的故障排查能力，但正因如此，该项目也为贡献者提供了实际参与验证和改进的机会。从长远看，这种自底向上的复古硬件复刻，不仅保留了一段计算史，还推动了开源硬件方法在音视频领域的应用。