一种用于音频分析的电路的制作方法

1.本实用新型涉及音频分析技术领域，具体涉及一种用于音频分析的电路。


背景技术：

2.目前，对于生产音频设备的模拟音频输出信号，主要采用人工检测的方式。而人工测试主要采用两种方式，第一种方式通过喇叭等设备听声音以进行检测和判断；另外一种方式通过外接示波器或台式音频分析仪检测波形，从而确定该音频输出信号的参数。由于人工测试为主观判断，且容易产生疲劳，测试精度不高，另一方面，现有的测试仪器体积较大，携带和操作不便，增加了调试难度。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术中采用人工测试测试精度不高的问题，提供一种用于音频分析的电路。
4.为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了以下技术方案：
5.一种用于音频分析的电路，包括输入端、阻抗切换电路、衰减电路、放大电路、整形电路、cpld电路、adc采集电路和微控制器；
6.所述输入端接入音频信号，输出到所述阻抗切换电路；所述阻抗切换电路用于切换所述音频分析电路的输入阻抗以与上级输出阻抗匹配；
7.所述阻抗切换电路将处理后的音频信号输出到衰减电路；衰减电路用于对所述音频信号进行衰减处理后输出到放大电路；放大电路对所述音频信号放大处理后通过放大电路的第一输出端和第二输出端输出；
8.所述放大电路的第一输出端输出到整形电路，所述整形电路用于将音频信号转换成方波信号，输出到cpld电路；cpld电路的输出端和微控制器连接，所述cpld电路用于计算音频信号的频率值并对所述频率值进行输出；
9.所述放大电路的第二输出端输出到所述adc采集电路，所述adc采集电路用于对音频信号进行模数转换，输出数字信号到所述微控制器；所述微控制器用于对所述数字信号进行衰减和增益换算从而得到音频信号的幅度、失真及信纳值。
10.进一步的，所述阻抗切换电路包括三极管、继电器、第一阻抗电路和第二阻抗电路；所述三极管的输入端连接所述微控制器的阻抗切换控制端口，用于接收阻抗切换信号；所述三极管的输出端连接继电器的输入端，所述继电器用于根据所述阻抗切换信号切换为第一阻抗电路或者第二阻抗电路。
11.进一步的，所述衰减电路，包括模拟开关、反馈电阻和运算放大器；所述反馈电阻为n个，n个反馈电阻的一端均连接在所述运算放大器的反向输入端，n个反馈电阻的另一端分别一一连接到所述模拟开关的n个可选输入端；所述模拟开关的逻辑解码输入端连接到所述微控制器的放大系数选择端口，用于接收微控制器的放大系数选择信号并对其进行逻辑解码；所述可选输入端用于按照逻辑解码的结果选择接入反馈电阻从而确定所述运算放
大器的放大系数；所述模拟开关的输出端连接到所述运算放大器的输出端，所述运算放大器用于按照所述放大系数对音频信号进行放大。
12.进一步的，所述放大电路包括第一比例放大电路和第二比例放大电路，所述第一比例放大电路的输入端连接所述衰减电路的输出端，所述第一比例放大电路的输出端连接所述第二比例放大电路的输入端，所述第二比例放大电路的输出端分别连接所述整形电路和所述adc采集电路。
13.进一步的，所述第一比例放大电路包括运算放大器n17a、模拟开关n15b、模拟开关n15c、电阻r79、电阻r82和电阻r84；
14.模拟开关n15b和模拟开关n15c的输入脚连接所述微控制器的逻辑控制端口1m10；
15.模拟开关n15b和模拟开关n15c的漏极连接在连接点1；模拟开关n15c的源极连接电阻r84的一端，电阻r84的另一端和模拟开关n15b的源极均连接在连接点2；模拟开关n15c的源极和电阻r84之间的连接点上，串联所述电阻r79和电阻r82后连接到地；
16.所述连接点1连接所述运算放大器n17a的反向输入端，所述连接点2连接所述运算放大器n17a的输出端。
17.进一步的，所述第二比例放大电路包括运算放大器n17b、模拟开关n15a、模拟开关n15d、电阻r80、电阻r83和电阻r85；
18.模拟开关n15a和模拟开关n15d的输入脚连接所述微控制器的逻辑控制端口1m05；
19.模拟开关n15a和模拟开关n15d的漏极连接在连接点3；模拟开关n15d的源极连接电阻r85的一端，电阻r85的另一端和模拟开关n15a的源极均连接在连接点4；模拟开关n15d的源极和电阻r85之间的连接点上，串联所述电阻r80和电阻r83后连接到地；
20.所述连接点3连接所述运算放大器n17b的反向输入端，所述连接点4连接所述运算放大器n17b的输出端。
21.进一步的，所述模拟开关n15a、模拟开关n15b、模拟开关n15c和模拟开关n15d，共采用一颗四路spst模拟开关芯片实现，所述模拟开关芯片的型号为dg413dy。
22.进一步的，所述整形电路包括低噪声jfet四路运放芯片n18、电阻r99、电容c121、电阻r96、电阻r103、电容c128、电阻r92、电阻r107、电阻r93、电阻r94、电阻r95、电阻r101、rf肖特基势垒二极管v8、rf肖特基势垒二极管v9和反相器n10；
23.所述运放芯片n18的端口3连接所述放大电路的输出端，所述运放芯片n18的端口2与端口1之间连接电阻r99，所述运放芯片n18的端口1上串联电容c121和电阻r96之后连接所述运放芯片n18的端口5；所述运放芯片n18的端口5与地之间连接所述rf肖特基势垒二极管v8；所述运放芯片n18的端口5与端口7之间并联电阻r103和电容c128；所述运放芯片n18的端口7与端口10之间连接电阻r92，所述运放芯片n18的端口7与端口9之间串联所述rf肖特基势垒二极管v9和电阻r107；所述运放芯片n18的端口8与端口10之间连接电阻r93；所述运放芯片n18的端口8与端口12之间连接电阻r94；所述运放芯片n18的端口12与端口14之间连接电阻r95；所述运放芯片n18的端口14上连接电阻r101的一端，电阻r101的另一端连接所述反相器n10的输入端；所述反相器n10的输出端连接所述cpld电路。
24.进一步的，所述低噪声jfet四路运放芯片n18的型号为tl074cd。
25.进一步的，所述微控制器的型号为stm32f405rgt6。
26.与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
27.本实用新型通过设置阻抗切换电路、衰减电路、放大电路、整形电路、cpld电路、adc采集电路和微控制器，利用输入端接入音频信号，输出到阻抗切换电路，阻抗切换电路用于切换所述音频分析电路的输入阻抗以与上级输出阻抗匹配，将处理后的音频信号输出到衰减电路进行衰减处理，然后输出到放大电路对音频信号放大，分别输出到整形电路和adc采集电路，整形电路将音频信号转换成方波信号，输出到cpld电路计算音频信号的频率值，adc采集电路用于对音频信号进行模数转换，输出数字信号到所述微控制器进行衰减和增益换算，得到实际输入的音频信号的幅度、失真及信纳值。通过上述电路，本实用新型测量精度高，稳定性好，体积也非常小，与传统测量方法相比，相同测量指标下，大幅度降低了体积以及研发成本，同时也降低了调试难度，提高了产品可靠性。
附图说明
28.图1为一种用于音频分析的电路连接框图。
29.图2为使用音频分析电路的连接框图。
30.图3为阻抗切换电路的电路原理图。
31.图4为衰减电路的电路原理图。
32.图5为放大电路的第一比例放大电路原理图。
33.图6为放大电路的第二比例放大电路原理图。
34.图7为整形电路的电路原理图。
35.图8为adc采集电路和微控制器的电路原理图。
具体实施方式
36.下面结合试验例及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。
37.实施例1
38.本实用新型是基于stm32+cpld平台，采用模拟调理输入、数字分析的方法，分析输入音频信号的频率、幅度、失真、信纳德等技术指标。stm32采用st公司的stm32f405rgt6芯片，实现音频通路控制、幅度测量、失真测量、信纳德测量，cpld采用xilinx公司xc9572xl-10vq44i芯片，主要实现频率测量。该方法与传统测量方法相比，相同测量指标下，大幅度降低了体积以及研发成本，同时也降低了调试难度，提高了设计可靠性。测试结果表明，该方法测量精度高，稳定性好，体积也非常小，对于音频信号分析领域具有工程实践意义。
39.本实施例提供一种用于音频分析的电路，如图1所示，包括输入端、阻抗切换电路、衰减电路、放大电路、整形电路、cpld电路、adc采集电路和微控制器；
40.所述输入端接入音频信号，输出到所述阻抗切换电路；所述阻抗切换电路用于切换所述音频分析电路的输入阻抗以与上级输出阻抗匹配；
41.所述阻抗切换电路将处理后的音频信号输出到衰减电路；衰减电路用于对所述音频信号进行衰减处理后输出到放大电路；放大电路对所述音频信号放大处理后通过放大电路的第一输出端和第二输出端输出；
42.所述放大电路的第一输出端输出到整形电路，所述整形电路用于将音频信号转换
成方波信号，输出到cpld电路；cpld电路的输出端和微控制器连接，所述cpld电路用于计算音频信号的频率值并对所述频率值进行输出；
43.所述放大电路的第二输出端输出到所述adc采集电路，所述adc采集电路用于对音频信号进行模数转换，输出数字信号到所述微控制器；所述微控制器用于对所述数字信号进行衰减和增益换算从而得到音频信号的幅度、失真及信纳值。
44.上述用于音频分析的电路，可以与电脑连接，组成音频分析系统，由电脑、输入阻抗电路、数控衰减电路、数控放大电路、adc采集电路、整形电路、stm32电路、cpld电路、以太网电路组成；将cpld电路输出的频率值、微控制器对数字信号进行衰减和增益换算的结果在电脑上进行显示，连接方式如图2所示。
45.在本实用新型的用于音频分析的电路中，具体的，所述阻抗切换电路包括三极管、继电器、第一阻抗电路和第二阻抗电路；所述三极管的输入端连接所述微控制器的阻抗切换控制端口，用于接收阻抗切换信号；所述三极管的输出端连接继电器的输入端，所述继电器用于根据所述阻抗切换信号切换为第一阻抗电路或者第二阻抗电路。
46.阻抗切换电路的电路原理图如图3所示；微控制器stm32输出控制信号con-600控制三极管mmbt3904 pn结通断来驱动继电器完成输入阻抗切换，切换阻抗为600ω和高阻。r75、r76、r108并联后电阻为600欧姆。
47.具体的，所述衰减电路包括模拟开关、反馈电阻和运算放大器；所述反馈电阻为n个，n个反馈电阻的一端均连接在所述运算放大器的反向输入端，n个反馈电阻的另一端分别一一连接到所述模拟开关的n个可选输入端；所述模拟开关的逻辑解码输入端连接到所述微控制器的放大系数选择端口，用于接收微控制器的放大系数选择信号并对其进行逻辑解码；所述可选输入端用于按照逻辑解码的结果选择接入反馈电阻从而确定所述运算放大器的放大系数；所述模拟开关的输出端连接到所述运算放大器的输出端，所述运算放大器用于按照所述放大系数对音频信号进行放大。
48.本实例中，反馈电阻设置为4个，连接方式如图4所示；数控衰减电路主要作用是对输入的音频信号幅度进行衰减处理，采用运放比例放大电路，通过模拟开关dg408dy控制接入运算放大器tl072cd的反馈电阻，改变运放的放大系数，通过控制模拟开关dg408dy的地址输入为a1a0，使得整个运放电路实现放大1/50、1/10、1/5、1倍的功能。
49.所述放大电路包括第一比例放大电路和第二比例放大电路，所述第一比例放大电路的输入端连接所述衰减电路的输出端，所述第一比例放大电路的输出端连接所述第二比例放大电路的输入端，所述第二比例放大电路的输出端分别连接所述整形电路和所述adc采集电路。
50.具体的，所述第一比例放大电路如图5所示，包括运算放大器n17a、模拟开关n15b、模拟开关n15c、电阻r79、电阻r82和电阻r84；
51.模拟开关n15b和模拟开关n15c的输入脚连接所述微控制器的逻辑控制端口1m10；
52.模拟开关n15b和模拟开关n15c的漏极连接在连接点1；模拟开关n15c的源极连接电阻r84的一端，电阻r84的另一端和模拟开关n15b的源极均连接在连接点2；模拟开关n15c的源极和电阻r84之间的连接点上，串联所述电阻r79和电阻r82后连接到地；
53.所述连接点1连接所述运算放大器n17a的反向输入端，所述连接点2连接所述运算放大器n17a的输出端。
54.所述第二比例放大电路如图6所示，包括运算放大器n17b、模拟开关n15a、模拟开关n15d、电阻r80、电阻r83和电阻r85；
55.模拟开关n15a和模拟开关n15d的输入脚连接所述微控制器的逻辑控制端口1m05；
56.模拟开关n15a和模拟开关n15d的漏极连接在连接点3；模拟开关n15d的源极连接电阻r85的一端，电阻r85的另一端和模拟开关n15a的源极均连接在连接点4；模拟开关n15d的源极和电阻r85之间的连接点上，串联所述电阻r80和电阻r83后连接到地；
57.所述连接点3连接所述运算放大器n17b的反向输入端，所述连接点4连接所述运算放大器n17b的输出端。
58.所述模拟开关n15a、模拟开关n15b、模拟开关n15c和模拟开关n15d，共采用一颗四路spst模拟开关芯片实现，所述模拟开关芯片的型号为dg413dy。
59.本实用新型中，数控放大电路主要作用是对输入的音频信号幅度进行放大处理，采用上述的运放比例放大电路，通过模拟开关dg413dy控制接入运算放大器tl072cd的反馈电阻，改变运放的放大系数。通过控制模拟开关n15b、n15c(dg413dy)的逻辑控制位，使得运放n17a电路实现放大1倍和10倍的功能；通过控制模拟开关n15a、n15d(dg413dy)的逻辑控制位，使得运放n17b电路实现放大1倍和5倍的功能，两个运放电路级联在一起，可以实现放大1倍、5倍、10倍和50倍的功能。
60.所述整形电路如图7所示，包括低噪声jfet四路运放芯片n18、电阻r99、电容c121、电阻r96、电阻r103、电容c128、电阻r92、电阻r107、电阻r93、电阻r94、电阻r95、电阻r101、rf肖特基势垒二极管v8、rf肖特基势垒二极管v9和反相器n10；
61.所述运放芯片n18的端口3连接所述放大电路的输出端，所述运放芯片n18的端口2与端口1之间连接电阻r99，所述运放芯片n18的端口1上串联电容c121和电阻r96之后连接所述运放芯片n18的端口5；所述运放芯片n18的端口5与地之间连接所述rf肖特基势垒二极管v8；所述运放芯片n18的端口5与端口7之间并联电阻r103和电容c128；所述运放芯片n18的端口7与端口10之间连接电阻r92，所述运放芯片n18的端口7与端口9之间串联所述rf肖特基势垒二极管v9和电阻r107；所述运放芯片n18的端口8与端口10之间连接电阻r93；所述运放芯片n18的端口8与端口12之间连接电阻r94；所述运放芯片n18的端口12与端口14之间连接电阻r95；所述运放芯片n18的端口14上连接电阻r101的一端，电阻r101的另一端连接所述反相器n10的输入端；所述反相器n10的输出端连接所述cpld电路。
62.本实用新型中，整形电路的作用是将输入的音频信号，通过运放n18(tl074cd)的限幅放大电路和反相器n10(sn74lv1g14dckr)的整形电路，转换成同频率的方波信号，送到cpld电路，计算音频信号的频率。
63.所述低噪声jfet四路运放芯片n18的型号为tl074cd。
64.本实施例中，adc采集电路和微控制器的电路原理图如8所示，该电路主要将经过幅度调理后的模拟音频信号通过模数转换器ltc1416ig转换成14位的数字信号，送到微控制器stm32f405rgt6读取adc的转换值，读取的adc转换值经过衰减、增益换算，得到实际输入的音频信号的幅度、失真及信纳值。
65.所述微控制器的型号为stm32f405rgt6。
66.本实用新型中涉及到对频率、幅度、失真及信纳值的计算，为现有公开技术，例如公告号为cn111641799b的一种视频会议系统及其音频质量诊断方法，公开了如何对adc转
换后的数字音频信号进行傅里叶变换和频谱分析，从而得到信号的幅度；公告号为cn104883653b的一种音频测试仪及使用该测试仪测量、上传数据的方法，公开了如何测量方波信号的占空比和频率，并将测量结果上报给mcu，以及如何对滤波后的信号进行傅里叶变换后计算thd(total harmonic distortion，总谐波失真)值；公告号为cn103973620b的全数字fm/am信号解调与分析方法，公开了如何利用滤波后的信号进行傅里叶变换处理，生成频谱波形，并利用频谱进行调制参数信纳比(sinad)的计算。
67.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。