一种分离式柔性声学测试硬件平台的制作方法

1.本实用新型涉及声学测试领域。更具体地，涉及一种分离式柔性声学测试硬件平台。


背景技术：

2.现有的音频测试硬件平台主要分为两种，一种是集成式的音频分析仪，以audio precision公司的apx500b、apx52xb等系列为代表。这种分析仪测量可靠稳定，功能强大，是目前音频领域领先的分析仪器。但是其缺点也很明显，这种分析仪价格太高，测量时间长，受限于其硬件设计，在多通道测量方面受限制明显，这也导致其难以在消费电子行业大批量生产中作为主要测试设备。
3.另一种音频测试硬件平台是使用专业的声卡，如fireface等。这种集成式的专业声卡价格昂贵，侧重于应用性能，低延迟，多通道，多接口，调音等，而非测试性能如稳定可靠。
4.因此，需要提供一种分离式柔性声学测试硬件平台，以数字部分电路和模拟电路分离为基础进行设计。将基础硬件部分和可变硬件部分进行分开设计，两个部分使用0.8mm samtec板对板连接器进行连接。


技术实现要素：

5.本实用新型的一个目的在于提供一种分离式柔性声学测试硬件平台，以解决上述问题的至少一个。
6.为达到上述目的，本实用新型采用下述技术方案：
7.一种分离式柔性声学测试硬件平台，包括：
8.第一硬件部分，包括mcu主控模块和cpld模块，所述主控模块用于实现硬件平台的控制与通信，所述cpld模块用于进行数据测量和采集；所述主控模块和cpld模块连接；
9.第二硬件部分，包括多种模拟电路模块，提供用于被测产品声学测试的端口；和
10.连接器模块，用于连接所述第一硬件部分和所述第二硬件部分，所述主控模块通过所述连接器模块利用所述多种模拟电路模块对产品进行测试。
11.优选地，所述主控模块通过usb cdc和uac与上位机通信；所述usb cdc包括虚拟化控制串口和数据端口；所述uac用于实时获取音频数据。
12.优选地，所述主控模块通过所述连接器模块对各模拟电路模块进行配置。
13.优选地，所述主控模块通过fmc总线读取cpld的数据。
14.优选地，所述第一硬件部分还包括与所述主控模块连接的多个存储器。
15.优选地，所述第二硬件部分包括编解码控制模块，所述多种模拟电路模块通过所述编解码控制模块与所述连接器模块连接。
16.优选地，所述模拟电路模块还包括麦克风和麦克风前置放大模块；扬声器和扬声器输出功率放大模块。
17.优选地，所述第二硬件部分还包括阻抗测试模块，连接在连接器模块和所述扬声器之间采集所述扬声器的电压和电流，以获取原始数据，并将得到的数据传输至主控模块。
18.优选地，所述编解码控制模块将来自主控模块的数据进行da转化后输出到扬声器输出功率放大模块，将来自麦克风前置放大模块的信号转化为数字信号传输给主控模块。
19.优选地，所述第一硬件部分为数字部分，所述模拟硬件部分为模拟部分，所述连接器模块为板对板连接器，用于数字部分和模拟部分的信号转接。
20.本实用新型的有益效果如下：
21.本实用新型将柔性思想应用于声学测试平台，将不变的、数字部分电路设计在底板上，将根据需求变化的、模拟部分电路设计在独立的模块上，中间通过板对板连接器连接，这种设计既降低了数字部分对模拟部分的干扰，又优化了系统结构，增强声学测试的通用性、扩展性。另外，这种结构更容易实现针对性的测试，可以根据被测产品定制模拟电路，大大降低了开发和生产成本，提高了开发效率。
附图说明
22.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
23.图1示出本实用新型的声学测试硬件平台的结构框图；
24.图2示出本实用新型声学测试硬件平台的第一部分实例的结构示意图。
25.图3示出本实用新型声学测试硬件平台的第二部分实例的结构示意图。
具体实施方式
26.为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。
27.如图1、图2和图3所示，本实用新型的一个实施例以测试模拟扬声器和模拟麦克风为例，介绍一种分离式柔性声学测试硬件平台，包括：
28.第一硬件部分，包括mcu主控模块和cpld模块，所述主控模块用于实现硬件平台的控制与通信，所述cpld模块用于进行数据测量和采集；所述主控模块和cpld模块连接；
29.第二硬件部分，包括多种模拟电路模块，提供用于被测产品声学测试的端口；和
30.连接器模块，用于连接所述第一硬件部分和所述第二硬件部分，
31.所述主控模块通过所述连接器模块利用所述多种模拟电路模块对产品进行测试。具体的，本实用新型以数字部分电路和模拟电路分离为基础进行设计。将第一硬件部分和第二硬件部分进行分开设计，两个部分使用0.8mm samtec板对板连接器进行连接。其中第一硬件部分以stm32+cpld为核心，其中stm32主要实现usb声卡和控制功能，cpld(complex programmable logic device)则可以方便地实现数据测量、采集等功能。stm32和cpld之间通过fmc(flexible memory controller)总线进行连接，这个部分的硬件平台保持不变，只需要根据第二硬件电路的不同编写相应的stm32和cpld程序。第二硬件部分可以根据测试产品的不同量身定做，产品包括但不限于扬声器、麦克风、音箱、音频线、耳机、midi键盘等，定制不同的电路。这样组成的系统由于其分离的特性，能够方便地以产品为导向、以需定产的方式实现可变电路部分，既提升了测试平台的灵活性和扩展性，又大大降低了其成本。
32.在一个可选的实施例中，所述主控模块通过usb cdc和uac与上位机通信；所述usb cdc包括虚拟化控制串口和数据端口；所述uac用于实时获取音频数据。
33.具体的，所述主控模块用于通过usb cdc和uac与pc端进行通信；所述usb cdc虚拟两路串口，第一路作为控制串口，用于pc端向主控模块发送控制指令和升级固件，第二路为数据端口，用于传输测试数据；所述uac用于实时获取音频数据。mcu主控模块与pc通过usbcdc(communicationdeviceclass，通信设备类)和uac(usb audio class，usb音频类)，其中通过cdc虚拟了两路串口，一路作为控制串口，可以通过pc给mcu发送控制指令和升级firmware(固件)，另一路串口作为数据端口，用于传输大量数据，如电压或电流测试数据。而uac用来实时获取音频设备的音频数据；
34.在一个可选的实施例中，所述主控模块通过所述连接器模块对各模拟电路模块进行配置。
35.具体的，所述主控模块用于对第二硬件部分的若干模拟电路模块芯片进行配置，设置增益切换通道。主控模块的一个功能是作为控制模块，对模拟电路所使用的多款芯片进行配置、如设置增益，切换通道等；
36.在一个可选的实施例中，所述主控模块通过fmc总线读取cpld的数据。
37.具体的，主控模块的另一个功能是通过fmc总线与cpld进行通信，读取cpld的测量数据。cpld(complex programmable logic device)模块选用intel的max 10系列可编程器件，其内置了flash，无需启动时从外部存储器将编程数据重新写入sram，使用起来方便易实现。cpld的主要作用是用于高速的信号测量与采集，尤其在阻抗测试中，其硬件并行的优势能够很容易实现以高采样率测得电压和电流数据。
38.在一个可选的实施例中，所述第一硬件部分还包括与所述主控模块连接的多个存储器。
39.具体的，所述第一硬件部分还包括连接于所述主控模块的sdram，用于存储阻抗测试数据；连接于所述主控模块的qspi flash，用于存储测试用的音频小文件和程序备份数据，连接于所述主控模块的eeprom，用于储存标志位数据和校准参数数据。第一硬件部分还包括连接于所述主控模块的usb2.0ulpi transceiver选用芯片usb3320实现，其是一个支持usb2.0的usb phy芯片，因为本实用新型选用的mcu内部不包含usb hs phy芯片，但是可以通过ulpi接口进行实现；sdram用于存储数据，如阻抗测试的数据等；qspi flash用于存储不用反复重写的大数据，如测试用的音频小文件、程序备份等，eeprom用于储存小数据，如标志位、校准参数等。
40.在一个可选的实施例中，所述第二硬件部分包括编解码控制模块，所述多种音频模拟电路模块通过所述编解码控制模块与所述连接器模块连接。
41.具体的，所述第二硬件部分包括扬声器和扬声器输出功率放大模块，所述扬声器输出功率放大模块连接在编解码控制模块和所述扬声器之间，将来自编解码控制模块的信号放大后加载到扬声器上，驱动扬声器发声；编解码控制模块，所述主控模块通过串行音频接口与所述编解码控制模块进行音频模块数据传输。
42.编解码控制模块核心选用一款集成了adc+dac的24bit codec芯片，其通过dac部分将来自mcu主控部分的数据进行da转化后输出到扬声器输出功率放大模块，通过adc部分将来自麦克风前置放大模块的信号转化为数字量发送到mcu主控部分。该codec芯片最高采
样率支持192khz，thd理论能达到115db，能保证音频数据高品质转化。
43.扬声器输出功率放大模块将来自编解码控制模块的信号放大后加载到扬声器上，驱动扬声器发声。
44.在一个可选的实施例中，所述音频模拟电路模块还包括麦克风和麦克风前置放大模块；扬声器和扬声器输出功率放大模块。
45.具体的，所述麦克风前置放大模块连接在编解码控制模块和麦克风之间，将来自麦克风的模拟信号放大后输出到所述编解码控制模块的adc模块。所述第二硬件部分还包括麦克风供电模块，用于提供4ma电流源供电，让模拟麦克风可以正常工作。
46.在一个可选的实施例中，所述第二硬件部分还包括阻抗测试模块，连接在连接器模块和扬声器之间采集扬声器的电压和电流，以获取原始数据，并将得到的数据传输至主控模块。
47.具体的，阻抗测试部分由一系列的adc采集电路组成，主要进行扬声器电压电流的采集，以获取原始数据，并将得到的数据传输至mcu主控模块。
48.在一个可选的实施例中，所述编解码控制模块用于将来自主控模块的数据进行da转化后输出到扬声器输出功率放大模块，将来自麦克风前置放大模块的信号转化为数字信号传输给主控模块。
49.在一个可选的实施例中，所述第一硬件部分为数字部分，所述第二硬件部分为模拟部分，所述连接器模块为板对板连接器，用于数字部分和模拟部分的信号转接。
50.具体的，连接器模块采用0.8mm samtec板对板连接器，用于数字部分和模拟部分的信号转接。其中包含了多种常用的总线接口和信号，如i2c、spi、sai、gpio等，满足多种可变电路的接口需要。
51.本实用新型提供了一种分离式柔性声学测试硬件平台，分为第一硬件部分和第二硬件部分两个部分。其中第一硬件部分主要包含mcu主控模块和cpld模块，辅以usb 2.0ulpi transceiver、sdram、qspi flash、eeprom等外部器件；第二硬件部分涉及多个模块组合，现以测试模拟扬声器和模拟麦克风为例，介绍一种应用方式。该应用主要包含编解码控制模块、扬声器输出功率放大模块、麦克风采集前置放大模块、麦克风供电模块、阻抗测试部分，以上两个部分通过连接器模块进行连接。
52.具体的，以模拟麦克风测试为例，简介其工作过程如下：
53.步骤一、将声学测试平台与pc、扬声器、标准麦克风进行连接，麦克风和扬声器以相对位置固定的方式放置于隔音箱中。
54.步骤二、通过标准声源对麦克风和扬声器进行校准并储存校准参数。
55.步骤三、将被测模拟麦克风接入声学测试平台。
56.步骤四、配合电声测试系统工具进行测试，也可以通过labview或其他工具自行开发应用，并分析测试结果。
57.步骤五、取下被测对象，并重复步骤三和四，即可连续进行测试，可以多通道同时进行。在应用的时候可以配合自动化生产设备提高生产效率
58.步骤六、如果需要更换测试产品的类型(接口不一致)，只需要换上不同的模拟电路板，然后相应地更新mcu主控部分的程序，即可实现对多种产品进行测试。
59.本实用新型的典型特征是将柔性思想应用于声学测试平台。将不变的、数字部分
电路设计在底板上，将根据需求变化的、模拟部分电路设计在独立的模块上，中间通过板对板连接器连接，这种设计既降低了数字部分对模拟部分的干扰，又优化了系统结构，增强声学测试的通用性、扩展性。另外，这种结构更容易实现针对性的测试，可以根据被测产品定制模拟电路，大大降低了开发和生产成本，提高了开发效率。
60.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。