一種音頻分析儀及其內(nèi)部自校準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種音頻分析儀、以及一種音頻分析儀內(nèi)部自校準(zhǔn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]音頻分析儀是用于音頻信號(hào)發(fā)生和分析的專業(yè)儀器，測(cè)試精度高，測(cè)試功能全，廣泛應(yīng)用于通訊設(shè)備、音響器材、噪聲監(jiān)測(cè)、消費(fèi)電子以及水聲設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)等測(cè)試場(chǎng)合。音頻分析儀在使用過(guò)程中由于環(huán)境溫度、濕度等變化以及器件工作時(shí)間的增長(zhǎng)，器件的某些特性出現(xiàn)老化及漂移，影響了音頻分析通道的精度。為了提高音頻分析儀的測(cè)量精度，需要定期對(duì)其進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn)。現(xiàn)有的校準(zhǔn)方案主要有兩種:
[0003]第一種方案采用外部高精度信號(hào)源產(chǎn)生各種校準(zhǔn)信號(hào)，對(duì)音頻分析儀進(jìn)行定期校準(zhǔn);該方案需要針對(duì)特定工作環(huán)境，在每個(gè)增益、每種帶寬下手動(dòng)設(shè)置不同頻率、不同幅度，將設(shè)置參數(shù)與音頻分析通道采集到的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算出在某一環(huán)境狀態(tài)下，每個(gè)增益通道下，不同帶寬下的頻率響應(yīng)曲線和幅度響應(yīng)曲線，并將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在音頻分析儀內(nèi)部的存儲(chǔ)芯片中。音頻分析儀工作過(guò)程中，通過(guò)對(duì)環(huán)境溫度的監(jiān)測(cè)，在設(shè)置不同的帶寬、增益的條件時(shí)，從存儲(chǔ)芯片中調(diào)用相應(yīng)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償，得到較精確的測(cè)試數(shù)據(jù)；
[0004]第二種方案可以在音頻分析儀的使用過(guò)程中，利用內(nèi)部基準(zhǔn)參考電壓源產(chǎn)生的電壓作為參考，通過(guò)不同的增益切換，對(duì)音頻分析通道進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)。該方案可以實(shí)時(shí)校準(zhǔn)音頻分析通道中的偏置誤差和增益誤差，但是對(duì)于非線性誤差仍需通過(guò)第一種方案進(jìn)行補(bǔ)償。該方案較第一種方案可以減小測(cè)量過(guò)程中的誤差，但是其測(cè)量精度仍存在缺陷。
[0005]以上兩種方案在對(duì)音頻分析儀進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)具有如下缺點(diǎn):(I)需要在不同工作環(huán)境下，在不同增益、不同帶寬下手動(dòng)設(shè)置不同頻率、不同幅度，校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)多，校準(zhǔn)時(shí)間長(zhǎng)，要實(shí)現(xiàn)較精確的測(cè)量，需要增加大量校準(zhǔn)點(diǎn)，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)巨大，調(diào)用過(guò)程繁瑣；(2)在環(huán)境溫度、濕度等特性發(fā)生變化時(shí)，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)仍然存在誤差，實(shí)時(shí)性較差；(3)上述兩種方案由于對(duì)校準(zhǔn)儀器的精度要求較高，價(jià)格昂貴，僅部分有計(jì)量資質(zhì)的單位可以進(jìn)行校準(zhǔn)過(guò)程，普通使用者無(wú)法進(jìn)行當(dāng)前環(huán)境下的實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，計(jì)量校準(zhǔn)過(guò)程中需要較大的費(fèi)用支出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提出一種音頻分析儀，通過(guò)在其內(nèi)部設(shè)計(jì)基準(zhǔn)參考電壓源，并充分利用音頻分析儀的音頻發(fā)生通道，利于實(shí)現(xiàn)對(duì)音頻分析通道的校準(zhǔn)。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]—種音頻分析儀，包括一號(hào)增益控制器、抗混疊濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、二號(hào)增益控制器、重構(gòu)濾波器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、FPGA和EEPR0M; —號(hào)增益控制器、抗混疊濾波器與模數(shù)轉(zhuǎn)換器依次連接，二號(hào)增益控制器、重構(gòu)濾波器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器依次連接;模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器及EEPROM分別與FPGA連接;音頻分析儀還包括基準(zhǔn)參考電壓源和校準(zhǔn)源選擇開(kāi)關(guān);校準(zhǔn)源選擇開(kāi)關(guān)為單刀雙擲開(kāi)關(guān)，其包括一個(gè)動(dòng)端和兩個(gè)不動(dòng)端;一號(hào)增益控制器與動(dòng)端連接，基準(zhǔn)參考電壓源和二號(hào)增益控制器分別與其中的一個(gè)不動(dòng)端連接。
[0009]此外，本發(fā)明還提出了一種音頻分析儀內(nèi)部自校準(zhǔn)方法，以對(duì)音頻分析通道進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，消除音頻分析通道的偏置誤差、增益誤差和非線性誤差，提高測(cè)試的準(zhǔn)確性。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0011 ] —種音頻分析儀內(nèi)部自校準(zhǔn)方法，采用上述音頻分析儀，該校準(zhǔn)方法具體為:
[0012]a音頻分析儀開(kāi)機(jī)預(yù)熱后，其內(nèi)部的溫度傳感器時(shí)刻監(jiān)測(cè)音頻分析儀內(nèi)部的環(huán)境溫度，當(dāng)環(huán)境溫度與當(dāng)前校準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的溫度差超過(guò)5攝氏度時(shí)，提醒使用者進(jìn)行快速校準(zhǔn);此時(shí)使用者可以控制校準(zhǔn)源選擇開(kāi)關(guān)選擇通過(guò)內(nèi)部基準(zhǔn)參考電壓源對(duì)音頻分析通道進(jìn)行校準(zhǔn);校準(zhǔn)結(jié)束后，F(xiàn)PGA將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存放于EEPROM中偏置誤差和增益誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)區(qū)域；
[0013]b當(dāng)音頻分析儀檢測(cè)到使用者長(zhǎng)期沒(méi)有校準(zhǔn)操作后，便會(huì)發(fā)出校準(zhǔn)指令;FPGA控制音頻分析通道的校準(zhǔn)源選擇開(kāi)關(guān)選擇內(nèi)部音頻發(fā)生通道，并控制音頻分析通道的增益，然后根據(jù)此增益狀態(tài)下音頻分析通道的信號(hào)輸入電壓范圍產(chǎn)生覆蓋模數(shù)轉(zhuǎn)換器滿量程范圍的校準(zhǔn)電壓，并在其上疊加I個(gè)LSB的高斯白噪聲信號(hào);FPGA將接收到的模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)進(jìn)行平均后存放在FPGA內(nèi)存中；當(dāng)前增益狀態(tài)下所有的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集完后，經(jīng)曲線擬合得到一個(gè)5階多項(xiàng)式;將該5階多項(xiàng)式的各階系數(shù)存放在EEPROM中；在不同的增益狀態(tài)下重復(fù)進(jìn)行上述操作，得到對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式。
[0014]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0015]本發(fā)明中的音頻分析儀通過(guò)在內(nèi)部設(shè)計(jì)高精度、高穩(wěn)定度的基準(zhǔn)參考源，并和音頻發(fā)生通道的配合，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)音頻分析通道的校準(zhǔn)。本發(fā)明中的音頻分析儀內(nèi)部自校準(zhǔn)方法，無(wú)須外部標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源，即可實(shí)現(xiàn)音頻分析通道的校準(zhǔn)，校準(zhǔn)實(shí)時(shí)性好，精度高、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)量小，無(wú)需手動(dòng)操作，縮短校準(zhǔn)時(shí)間，減少維護(hù)成本。本發(fā)明可以明顯改善音頻分析儀在使用過(guò)程中由于環(huán)境溫度濕度等的變化及器件的老化及漂移特性對(duì)測(cè)試精度的影響。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明中一種音頻分析儀的結(jié)構(gòu)框圖；
[0017]其中，1-一號(hào)增益控制器，2-抗混疊濾波器，3-模數(shù)轉(zhuǎn)換器，4-二號(hào)增益控制器，5-重構(gòu)濾波器，6-數(shù)模轉(zhuǎn)換器，7-FPGA，8-EEPR0M，9-基準(zhǔn)參考電壓源，10_校準(zhǔn)源選擇開(kāi)關(guān)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
[0019]結(jié)合圖1所示，一種音頻分析儀，包括一號(hào)增益控制器1、抗混疊濾波器2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(簡(jiǎn)稱ADC) 3、二號(hào)增益控制器4、重構(gòu)濾波器5、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(簡(jiǎn)稱DAC) 6、FPGA 7、EEPROM
8、基準(zhǔn)參考電壓源9和校準(zhǔn)源選擇開(kāi)關(guān)10。
[0020]一號(hào)增益控制器1、抗混疊濾波器2與模數(shù)轉(zhuǎn)換器3依次連接。二號(hào)增益控制器4、重構(gòu)濾波器5和數(shù)模轉(zhuǎn)換器6依次連接。模數(shù)轉(zhuǎn)換器3、數(shù)模轉(zhuǎn)換器6及EEPROM 8分別與FPGA7連接。校準(zhǔn)源選擇開(kāi)關(guān)10位于基準(zhǔn)參考電壓源9、一號(hào)增益控制器I與二號(hào)增益控制器4之間。該校準(zhǔn)源選擇開(kāi)關(guān)10為單刀雙擲開(kāi)關(guān)，包括一個(gè)動(dòng)端和兩個(gè)不動(dòng)端;一號(hào)增益控制器I與動(dòng)端連接，基準(zhǔn)參考電壓源9和二號(hào)增益控制器4分別與其中的一個(gè)不動(dòng)端連接。
[0021]本發(fā)明通過(guò)在音頻分析儀內(nèi)部設(shè)計(jì)高精度、高穩(wěn)定度的基準(zhǔn)參考電壓源9，并充分利用音頻分析儀的高精度音頻發(fā)生通道，設(shè)計(jì)了一種內(nèi)部自校準(zhǔn)方法。該校準(zhǔn)方法根據(jù)音頻分析儀的使用環(huán)境及使用特點(diǎn)為使用者在音頻分析儀內(nèi)部提供兩種不同校準(zhǔn)方式選擇。
[0022]第一種是音頻分析儀開(kāi)機(jī)預(yù)熱后，其內(nèi)部的溫度傳感器時(shí)刻監(jiān)測(cè)音頻分析儀內(nèi)部的環(huán)境溫度，當(dāng)環(huán)境溫度與當(dāng)前校準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的溫度差超過(guò)5攝氏度時(shí)，提醒使用者進(jìn)行快速校準(zhǔn);此時(shí)使用者可以控制校準(zhǔn)源選擇開(kāi)關(guān)10選擇通過(guò)內(nèi)部基準(zhǔn)參考電壓源9對(duì)音頻分析通道進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)時(shí)間短，可以保證較高的精度;校準(zhǔn)結(jié)束后，F(xiàn)PGA 7將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存放于EEPR0M8中偏置誤差和增益誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)區(qū)域。
[0023]第二種是當(dāng)音頻分析儀檢測(cè)到使用者長(zhǎng)期沒(méi)有校準(zhǔn)操作后，便會(huì)發(fā)出校準(zhǔn)指令，提醒用戶進(jìn)行更精確的校準(zhǔn);校準(zhǔn)指令發(fā)出后，F(xiàn)PGA 7控制音頻分析通道的校準(zhǔn)源選擇開(kāi)關(guān)10選擇內(nèi)部音頻發(fā)生通道，并控制音頻分析通道的增益，然后根據(jù)此增益狀態(tài)下音頻分析通道的信號(hào)輸入電壓范圍產(chǎn)生覆蓋模數(shù)轉(zhuǎn)換器滿量程范圍的校準(zhǔn)電壓，并在其上疊加I個(gè)LSB的高斯白噪聲信號(hào);FPGA 7將接收到的模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)進(jìn)行平均后存放在FPGA內(nèi)存中；當(dāng)前增益狀態(tài)下所有的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集完后，經(jīng)曲線擬合得到一個(gè)5階多項(xiàng)式;將該5階多項(xiàng)式的各階系數(shù)存放在EEPROM中；在不同的增益狀態(tài)下重復(fù)進(jìn)行上述操作，得到對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式。
[0024]通過(guò)以上兩種方式配合使用，便可以實(shí)現(xiàn)音頻分析儀的實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，校準(zhǔn)時(shí)間短，效率高并保證較高的校準(zhǔn)精度，延長(zhǎng)音頻分析儀的校準(zhǔn)周期，為使用者節(jié)省時(shí)間和校準(zhǔn)費(fèi)用。
[0025]當(dāng)然，以上說(shuō)明僅僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本發(fā)明并不限于列舉上述實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本說(shuō)明書的教導(dǎo)下，所做出的所有等同替代、明顯變形形式，均落在本說(shuō)明書的實(shí)質(zhì)范圍之內(nèi)，理應(yīng)受到本發(fā)明的保護(hù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種音頻分析儀，包括一號(hào)增益控制器、抗混疊濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、二號(hào)增益控制器、重構(gòu)濾波器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、FPGA和EEPROM;—號(hào)增益控制器、抗混疊濾波器與模數(shù)轉(zhuǎn)換器依次連接，二號(hào)增益控制器、重構(gòu)濾波器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器依次連接;模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器及EEPROM分別與FPGA連接;其特征在于，音頻分析儀還包括基準(zhǔn)參考電壓源和校準(zhǔn)源選擇開(kāi)關(guān);校準(zhǔn)源選擇開(kāi)關(guān)為單刀雙擲開(kāi)關(guān)，其包括一個(gè)動(dòng)端和兩個(gè)不動(dòng)端;一號(hào)增益控制器與動(dòng)端連接，基準(zhǔn)參考電壓源和二號(hào)增益控制器分別與其中的一個(gè)不動(dòng)端連接。2.一種音頻分析儀內(nèi)部自校準(zhǔn)方法，采用如權(quán)利要求1所述的一種音頻分析儀，其特征在于，該校準(zhǔn)方法具體為: a音頻分析儀開(kāi)機(jī)預(yù)熱后，其內(nèi)部的溫度傳感器時(shí)刻監(jiān)測(cè)音頻分析儀內(nèi)部的環(huán)境溫度，當(dāng)環(huán)境溫度與當(dāng)前校準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的溫度差超過(guò)5攝氏度時(shí)，提醒使用者進(jìn)行快速校準(zhǔn);此時(shí)使用者控制校準(zhǔn)源選擇開(kāi)關(guān)選擇通過(guò)內(nèi)部基準(zhǔn)參考電壓源對(duì)音頻分析通道進(jìn)行校準(zhǔn);校準(zhǔn)結(jié)束后，F(xiàn)PGA將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存放于EEPROM中偏置誤差和增益誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)區(qū)域； b當(dāng)音頻分析儀檢測(cè)到使用者長(zhǎng)期沒(méi)有校準(zhǔn)操作后，便會(huì)發(fā)出校準(zhǔn)指令;FPGA控制音頻分析通道的校準(zhǔn)源選擇開(kāi)關(guān)選擇內(nèi)部音頻發(fā)生通道，并控制音頻分析通道的增益，然后根據(jù)此增益狀態(tài)下音頻分析通道的信號(hào)輸入電壓范圍產(chǎn)生覆蓋模數(shù)轉(zhuǎn)換器滿量程范圍的校準(zhǔn)電壓，并在其上疊加I個(gè)LSB的高斯白噪聲信號(hào);FPGA將接收到的模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)進(jìn)行平均后存放在FPGA內(nèi)存中；當(dāng)前增益狀態(tài)下所有的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集完后，經(jīng)曲線擬合得到一個(gè)5階多項(xiàng)式;將該5階多項(xiàng)式的各階系數(shù)存放在EEPROM中；在不同的增益狀態(tài)下重復(fù)進(jìn)行上述操作，得到對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種音頻分析儀及其內(nèi)部自校準(zhǔn)方法。本發(fā)明中音頻分析儀在其內(nèi)部設(shè)計(jì)了高精度、高穩(wěn)定度的基準(zhǔn)參考電壓源，并充分利用音頻分析儀的高精度音頻發(fā)生通道，設(shè)計(jì)了一種內(nèi)部自校準(zhǔn)方法，該校準(zhǔn)方法根據(jù)音頻分析儀的使用環(huán)境及使用特點(diǎn)為使用者在音頻分析儀內(nèi)部提供兩種不同校準(zhǔn)方式選擇，通過(guò)以上兩種方式配合使用，便可以實(shí)現(xiàn)音頻分析儀的實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，校準(zhǔn)時(shí)間短，效率高并保證較高的校準(zhǔn)精度，延長(zhǎng)音頻分析儀的校準(zhǔn)周期，為使用者節(jié)省時(shí)間和校準(zhǔn)費(fèi)用。本發(fā)明可以明顯改善音頻分析儀在使用過(guò)程中由于環(huán)境溫度濕度等的變化及器件的老化及漂移特性對(duì)測(cè)試精度的影響。
【IPC分類】G10L25/27
【公開(kāi)號(hào)】CN105609115
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510960227
【發(fā)明人】宋志剛, 薛沛祥, 王建中, 繆國(guó)鋒
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所
【公開(kāi)日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2015年12月18日