一種駐極體麥克風電流測試電路及其測試方法與流程
【技術領域】
本發明涉及麥克風電流測試的技術領域，特別涉及一種駐極體麥克風電流測試電路及其測試方法。
背景技術：
駐極體麥克風是一種電容式聲電換能器件，由聲電轉換和阻抗變換兩部分組成。其中聲電轉換部分是由駐極體材料薄膜與金屬板形成的一個電容，它們之間用薄的絕緣圈隔開，其中的關鍵元件是駐極體材料薄膜，其采用預極化方法，將電荷永久地儲存于駐極體材料中。當聲波作用于駐極體薄膜時，引起電容量發生變化，由于駐極體薄膜與金屬極板之間的電容量較小，一般只有幾十皮法數量級，因此它的低頻輸出阻抗可以達到數十兆甚至上百兆歐姆。而如此高的輸出阻抗不能與音頻放大電路直接相連接，需要內置專用的場效應管作為阻抗變換器，也就是駐極體麥克風的阻抗變換部分。一般會利用結型場效應管輸入阻抗高、輸出阻抗低的特性，場效應管的正常工作需要消耗一部分電流，即駐極體麥克風的電流參數指標，一般要求為≤0.5ma(500ua)。過大的麥克風工作電流，對手持設備而言就意味著電池不耐用，所以實際生產中需要嚴格管控這一參數。
駐極體麥克風的工作電流是指麥克風在額定條件下工作時消耗的電流。傳統的駐極體麥克風電流的測試方法有以下兩種：一、如圖1所示，電路通過串聯電流表測量麥克風電流，此方法存在無法滿足自動化測試要求的缺點，需人工讀取電流數值，且接入的電流表存在一定內阻，麥克風頻響測試會引入一定的誤差；二、如圖2所示，電路通過串聯一取樣電阻(一般阻值<100ω)，采集r兩端電壓vr計算電流，此差分電路存在受溫度漂移、運放直流失調電壓等因素影響，由于取樣電阻阻值較小，vr(幾十mv級別)相對于經放大后運放失調電壓(mv級別)沒有很大的差異，且運放失調電壓會隨著不同的工作電壓而變化，以上都將直接影響麥克風電流測試的精確度。選擇高性能的動態平衡運放可以適當減少測量誤差，但高成本的投入也不會有質的改善。同樣，若此電路沒有c2電容，麥克風頻響測試有誤差，引入交流耦合電容c2能有效地解決麥克風頻響測試問題，但隨之而來的充電時間會影響麥克風測試速度，且循環的充放電過程可能會引起振蕩，影響麥克風頻響測試結果。為了解決傳統的駐極體麥克風電流的測試方法存在測試結果不精準的問題，有必要提出一種駐極體麥克風電流測試電路及其測試方法。
技術實現要素：
本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，對于采集交流信號的數據采集卡系統，提供一種駐極體麥克風電流測試電路及其測試方法，其旨在解決現有技術中傳統的駐極體麥克風電流的測試方法存在測試結果不精準的技術問題。
為實現上述目的，本發明提出了一種駐極體麥克風電流測試電路，包括直流電源、數字電位器、第一模擬開關、校準電阻、駐極體麥克風、信號調理部分、第二模擬開關、數字滿幅調制部分和高性能交流耦合數據采集卡，所述的直流電源、數字電位器、模擬開關、校準電阻和駐極體麥克風構成回路，所述直流電源和數字電位器之間設置有節點a，數字電位器和第一模擬開關之間設置有節點b，所述的信號調理部分由第一運放、第二運放和第三運放構成，所述的第一運放與節點a連接，第二運放與節點b連接，第三運放輸入端經過隔直電容c1與節點b連接，所述的第一運放和第二運放通過第二模擬開關與數字滿幅調制部分連接，所述的數字滿幅調制部分經過隔直電容c2與高性能交流耦合數據采集卡連接，所述的第三運放輸出端經過隔直電容c3與高性能交流耦合數據采集卡連接。
作為優選，所述的第一模擬開關包括輸入端子、1輸出端子和2輸出端子，所述的數字電位器的一端與直流電源的正極連接，另一端與模擬開關的輸入端子連接，所述的模擬開關的1輸出端子與駐極體麥克風連接，2輸出端子與校準電阻連接，所述的駐極體麥克風和校準電阻的另一端均與直流電源的負極連接，所述的直流電源的負極接地連接。
作為優選，所述的第二模擬開關包括3輸入端子、4輸入端子和輸出端子，所述的第一運放的輸入端與節點a連接，輸出端與第二模擬開關的3輸入端子連接，所述的第二運放的輸入端與節點b連接，第二運放的輸出端與第二模擬開關的4輸入端子連接，所述的第二模擬開關的輸出端子與滿幅調制部分輸入端連接。
作為優選，所述的數字電位器的限流電阻大小由上位機軟件控制調節。
作為優選，所述的數字電位器的限流電阻調節范圍為0～20kω。
本發明還提出了一種駐極體麥克風電流測試電路的測試方法，包括計算線路實際res值和計算麥克風電流兩部分，具體步驟如下：
s1、計算線路實際res值：
s1.1、設定直流電源電壓，并通過上位機軟件設定數字電位器的電阻值；
s1.2、將模擬開關撥至2輸出端子，通過高性能交流耦合數據采集卡采集節點a和節點b兩處的電壓值分別為va、vb；
s1.3、校準電阻為已知精確電阻，電阻值為r，根據已知節點b電壓值vb和校準電阻的電阻值r，根據計算公式計算線路實際res值；
s2、計算麥克風電流：
s2.1、將模擬開關撥至1輸出端子，通過高性能交流耦合數據采集卡再次采集節點a和節點b兩處的電壓值分別為va`、vb`；
s2.2、依據歐姆定律、基爾霍夫電流定律，根據計算公式測試得到駐極體麥克風電流imic；
s2.3、判斷駐極體麥克風電流測試是否滿足次數要求，若滿足則結束測試；若不滿足，則重新返回至步驟s2.1，繼續采集節點a和節點b兩處的電壓值。
作為優選，所述的步驟s1.3中線路實際res值包括數字電位器設定的電阻值、流經線路和外圍電路等效內阻，線路實際res值的計算公式為：
作為優選，所述的步驟s2.2中駐極體麥克風電流imic的計算公式為：
本發明的有益效果：與現有技術相比，本發明基于采集交流信號的數據采集卡系統，提出了一種駐極體麥克風電流測試電路及其測試方法，包括麥克風電壓的精確采集以及麥克風限流電阻的準確計算，麥克風電壓采集是將模擬開關撥至1輸出端子，麥克風直流電壓通過數字滿幅調制部分實現交直流轉換，使用高性能交流耦合數據采集卡完成數據采集；所述麥克風限流電阻通過將模擬開關撥至2輸出端子，已知精確電阻r阻值，采集限流電阻兩端電壓，并通過分壓原理計算準確的限流電阻阻值，考慮到駐極體麥克風固有電路特性，限流電阻僅在重設后進行計算，而麥克風電壓遵循連續采集原則，確保麥克風電流測試速度快且精確，解決了目前的駐極體麥克風電流測試方法存在測試結果不精準的問題。
本發明的特征及優點將通過實施例結合附圖進行詳細說明。
【附圖說明】
圖1是一種傳統駐極體麥克風電流測試電路的電路圖；
圖2是另一種傳統駐極體麥克風電流測試電路的電路圖；
圖3是本發明實施例一種駐極體麥克風電流測試電路的電路圖；
圖4是本發明實施例的線路實際res值的計算流程圖；
圖5是本發明實施例的麥克風電流的計算流程圖。
【具體實施方式】
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面通過附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。但是應該理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限制本發明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本發明的概念。
參閱圖3，本發明實施例提供包括直流電源1、數字電位器2、第一模擬開關3、校準電阻4、駐極體麥克風5、信號調理部分6、第二模擬開關7、數字滿幅調制部分8和高性能交流耦合數據采集卡9，所述的直流電源1、數字電位器2、模擬開關3、校準電阻4和駐極體麥克風5構成回路，所述直流電源1和數字電位器2之間設置有節點a，數字電位器2和第一模擬開關3之間設置有節點b，所述的信號調理部分6由第一運放61、第二運放62和第三運放63構成，所述的第一運放61與節點a連接，第二運放62與節點b連接，第三運放63輸入端經過隔直電容c1與節點b連接，所述的第一運放61和第二運放62通過第二模擬開關7與數字滿幅調制部分8連接，所述的數字滿幅調制部分8經過隔直電容c2與高性能交流耦合數據采集卡9連接，所述的第三運放63輸出端經過隔直電容c3與高性能交流耦合數據采集卡9連接。
進一步地，所述的第一模擬開關3包括輸入端子、1輸出端子和2輸出端子，所述的數字電位器2的一端與直流電源1的正極連接，另一端與模擬開關3的輸入端子連接，所述的模擬開關3的1輸出端子與駐極體麥克風5連接，2輸出端子與校準電阻4連接，所述的駐極體麥克風5和校準電阻4的另一端均與直流電源1的負極連接，所述的直流電源1的負極接地連接。
進一步地，所述的第二模擬開關7包括3輸入端子、4輸入端子和輸出端子，所述的第一運放61的輸入端與節點a連接，輸出端與第二模擬開關7的3輸入端子連接，所述的第二運放62的輸入端與節點b連接，第二運放62的輸出端與第二模擬開關7的4輸入端子連接，所述的第二模擬開關7的輸出端子與滿幅調制部分8輸入端連接。
具體地，所述的第三運放63輸入端與節點b之間還連接有隔直電容c1，圖中vout為麥克風頻響測試電路，此處不做詳細說明。
在本發明實施例中，數字電位器2的限流電阻大小由上位機軟件控制調節，數字電位器2的限流電阻調節范圍為0～20kω。通過上位機軟件即可實現0-20kω限流電阻的隨意設定，解決目前一些廠家僅能提供常用的幾種阻值供用戶選擇使用的局限性問題。
本發明拋棄傳統的直流采集，改用數字滿幅調制部分7對采集電壓進行數字滿幅交流調制，并結合高性能交流耦合數據采集卡9完成信號的讀取。普通的直流采集存在受壓控元件穩定性、溫度系數等的影響較大，而精確的直流采集存在代價昂貴、電路復雜等關鍵因素。工業級的直流采集卡也是價格昂貴。所以，本發明使用的只有高性能交流耦合數據采集卡9，保證精度的前提，使用簡單低成本的電路完成駐極體麥克風電流測試。
參閱圖4和圖5，本發明實施例還提出了一種駐極體麥克風電流測試電路的測試方法，包括計算線路實際res值和計算麥克風電流兩部分，具體步驟如下：
s1、計算線路實際res值：
s1.1、設定直流電源1電壓，并通過上位機軟件設定數字電位器2的電阻值。
s1.2、將模擬開關3撥至2輸出端子，通過高性能交流耦合數據采集卡9采集節點a和節點b兩處的電壓值分別為va、vb。
s1.3、校準電阻4為已知精確電阻，電阻值為r，根據已知節點b電壓值vb和校準電阻4的電阻值r，根據計算公式計算線路實際res值，線路實際res值包括數字電位器2設定的電阻值、流經線路和外圍電路等效內阻，線路實際res值的計算公式為：
s2、計算麥克風電流：
s2.1、將模擬開關3撥至1輸出端子，通過高性能交流耦合數據采集卡9再次采集節點a和節點b兩處的電壓值分別為va`、vb`。
s2.2、依據歐姆定律、基爾霍夫電流定律，根據計算公式測試得到駐極體麥克風電流imic，駐極體麥克風電流imic的計算公式為：
s2.3、判斷駐極體麥克風電流測試是否滿足次數要求，若滿足則結束測試；若不滿足，則重新返回至步驟s2.1，繼續采集節點a和節點b兩處的電壓值。
本發明一種駐極體麥克風電流測試電路的測試方法，很好地解決了傳統的駐極體麥克風電流測試方法存在測試結果不精準的問題，只需挑選一個精確電阻r，通過采集電路a、b處電壓(v級別)，即可計算整個電路中除咪頭部分的限流電阻(包括數字電位器設定的電阻值、流經線路及外圍電路等效內阻)。
本發明依據基爾霍夫電流定律(kcl)，對于b節點，流出的電流總和等于流入的電流總和，因此當開關撥至1時，麥克風的電流等于流經限流電阻的電流，再結合歐姆定理進行計算。
對直流電壓(包括va、vb、va`、vb`)采集，本發明采用數字滿幅調制方法，完成信號交直流轉換，繼而將轉換信號輸入交流耦合數據采集卡，進行數據的計算分析。若直流信號為vd，通過數字調制成某一頻率的正弦波，通過高性能交流耦合數據采集卡9拾取信號，計算該信號的有效值vrms，則通過以下公式即能計算得到直流電壓vd：
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換或改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
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