一種音頻分析儀及其內部自校準方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種音頻分析儀、以及一種音頻分析儀內部自校準方法。
【背景技術】
[0002]音頻分析儀是用于音頻信號發生和分析的專業儀器，測試精度高，測試功能全，廣泛應用于通訊設備、音響器材、噪聲監測、消費電子以及水聲設備的研發、生產等測試場合。音頻分析儀在使用過程中由于環境溫度、濕度等變化以及器件工作時間的增長，器件的某些特性出現老化及漂移，影響了音頻分析通道的精度。為了提高音頻分析儀的測量精度，需要定期對其進行計量校準。現有的校準方案主要有兩種:
[0003]第一種方案采用外部高精度信號源產生各種校準信號，對音頻分析儀進行定期校準;該方案需要針對特定工作環境，在每個增益、每種帶寬下手動設置不同頻率、不同幅度，將設置參數與音頻分析通道采集到的參數進行對比，計算出在某一環境狀態下，每個增益通道下，不同帶寬下的頻率響應曲線和幅度響應曲線，并將校準數據存儲在音頻分析儀內部的存儲芯片中。音頻分析儀工作過程中，通過對環境溫度的監測，在設置不同的帶寬、增益的條件時，從存儲芯片中調用相應的校準數據對采集到的數據進行補償，得到較精確的測試數據；
[0004]第二種方案可以在音頻分析儀的使用過程中，利用內部基準參考電壓源產生的電壓作為參考，通過不同的增益切換，對音頻分析通道進行實時校準。該方案可以實時校準音頻分析通道中的偏置誤差和增益誤差，但是對于非線性誤差仍需通過第一種方案進行補償。該方案較第一種方案可以減小測量過程中的誤差，但是其測量精度仍存在缺陷。
[0005]以上兩種方案在對音頻分析儀進行校準時具有如下缺點:(I)需要在不同工作環境下，在不同增益、不同帶寬下手動設置不同頻率、不同幅度，校準點數多，校準時間長，要實現較精確的測量，需要增加大量校準點，校準數據巨大，調用過程繁瑣；(2)在環境溫度、濕度等特性發生變化時，校準數據仍然存在誤差，實時性較差；(3)上述兩種方案由于對校準儀器的精度要求較高，價格昂貴，僅部分有計量資質的單位可以進行校準過程，普通使用者無法進行當前環境下的實時校準，計量校準過程中需要較大的費用支出。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提出一種音頻分析儀，通過在其內部設計基準參考電壓源，并充分利用音頻分析儀的音頻發生通道，利于實現對音頻分析通道的校準。
[0007]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0008]—種音頻分析儀，包括一號增益控制器、抗混疊濾波器、模數轉換器、二號增益控制器、重構濾波器、數模轉換器、FPGA和EEPR0M; —號增益控制器、抗混疊濾波器與模數轉換器依次連接，二號增益控制器、重構濾波器和數模轉換器依次連接;模數轉換器、數模轉換器及EEPROM分別與FPGA連接;音頻分析儀還包括基準參考電壓源和校準源選擇開關;校準源選擇開關為單刀雙擲開關，其包括一個動端和兩個不動端;一號增益控制器與動端連接，基準參考電壓源和二號增益控制器分別與其中的一個不動端連接。
[0009]此外，本發明還提出了一種音頻分析儀內部自校準方法，以對音頻分析通道進行實時校準，消除音頻分析通道的偏置誤差、增益誤差和非線性誤差，提高測試的準確性。
[0010]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0011 ] —種音頻分析儀內部自校準方法，采用上述音頻分析儀，該校準方法具體為:
[0012]a音頻分析儀開機預熱后，其內部的溫度傳感器時刻監測音頻分析儀內部的環境溫度，當環境溫度與當前校準數據對應的溫度差超過5攝氏度時，提醒使用者進行快速校準;此時使用者可以控制校準源選擇開關選擇通過內部基準參考電壓源對音頻分析通道進行校準;校準結束后，FPGA將校準數據存放于EEPROM中偏置誤差和增益誤差補償數據區域；
[0013]b當音頻分析儀檢測到使用者長期沒有校準操作后，便會發出校準指令;FPGA控制音頻分析通道的校準源選擇開關選擇內部音頻發生通道，并控制音頻分析通道的增益，然后根據此增益狀態下音頻分析通道的信號輸入電壓范圍產生覆蓋模數轉換器滿量程范圍的校準電壓，并在其上疊加I個LSB的高斯白噪聲信號;FPGA將接收到的模數轉換器采集數據進行平均后存放在FPGA內存中；當前增益狀態下所有的校準數據采集完后，經曲線擬合得到一個5階多項式;將該5階多項式的各階系數存放在EEPROM中；在不同的增益狀態下重復進行上述操作，得到對應的多項式。
[0014]本發明具有如下優點:
[0015]本發明中的音頻分析儀通過在內部設計高精度、高穩定度的基準參考源，并和音頻發生通道的配合，能夠實現對音頻分析通道的校準。本發明中的音頻分析儀內部自校準方法，無須外部標準信號源，即可實現音頻分析通道的校準，校準實時性好，精度高、校準數據量小，無需手動操作，縮短校準時間，減少維護成本。本發明可以明顯改善音頻分析儀在使用過程中由于環境溫度濕度等的變化及器件的老化及漂移特性對測試精度的影響。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明中一種音頻分析儀的結構框圖；
[0017]其中，1-一號增益控制器，2-抗混疊濾波器，3-模數轉換器，4-二號增益控制器，5-重構濾波器，6-數模轉換器，7-FPGA，8-EEPR0M，9-基準參考電壓源，10_校準源選擇開關。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖以及【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明:
[0019]結合圖1所示，一種音頻分析儀，包括一號增益控制器1、抗混疊濾波器2、模數轉換器(簡稱ADC) 3、二號增益控制器4、重構濾波器5、數模轉換器(簡稱DAC) 6、FPGA 7、EEPROM
8、基準參考電壓源9和校準源選擇開關10。
[0020]一號增益控制器1、抗混疊濾波器2與模數轉換器3依次連接。二號增益控制器4、重構濾波器5和數模轉換器6依次連接。模數轉換器3、數模轉換器6及EEPROM 8分別與FPGA7連接。校準源選擇開關10位于基準參考電壓源9、一號增益控制器I與二號增益控制器4之間。該校準源選擇開關10為單刀雙擲開關，包括一個動端和兩個不動端;一號增益控制器I與動端連接，基準參考電壓源9和二號增益控制器4分別與其中的一個不動端連接。
[0021]本發明通過在音頻分析儀內部設計高精度、高穩定度的基準參考電壓源9，并充分利用音頻分析儀的高精度音頻發生通道，設計了一種內部自校準方法。該校準方法根據音頻分析儀的使用環境及使用特點為使用者在音頻分析儀內部提供兩種不同校準方式選擇。
[0022]第一種是音頻分析儀開機預熱后，其內部的溫度傳感器時刻監測音頻分析儀內部的環境溫度，當環境溫度與當前校準數據對應的溫度差超過5攝氏度時，提醒使用者進行快速校準;此時使用者可以控制校準源選擇開關10選擇通過內部基準參考電壓源9對音頻分析通道進行校準，校準時間短，可以保證較高的精度;校準結束后，FPGA 7將校準數據存放于EEPR0M8中偏置誤差和增益誤差補償數據區域。
[0023]第二種是當音頻分析儀檢測到使用者長期沒有校準操作后，便會發出校準指令，提醒用戶進行更精確的校準;校準指令發出后，FPGA 7控制音頻分析通道的校準源選擇開關10選擇內部音頻發生通道，并控制音頻分析通道的增益，然后根據此增益狀態下音頻分析通道的信號輸入電壓范圍產生覆蓋模數轉換器滿量程范圍的校準電壓，并在其上疊加I個LSB的高斯白噪聲信號;FPGA 7將接收到的模數轉換器采集數據進行平均后存放在FPGA內存中；當前增益狀態下所有的校準數據采集完后，經曲線擬合得到一個5階多項式;將該5階多項式的各階系數存放在EEPROM中；在不同的增益狀態下重復進行上述操作，得到對應的多項式。
[0024]通過以上兩種方式配合使用，便可以實現音頻分析儀的實時校準，校準時間短，效率高并保證較高的校準精度，延長音頻分析儀的校準周期，為使用者節省時間和校準費用。
[0025]當然，以上說明僅僅為本發明的較佳實施例，本發明并不限于列舉上述實施例，應當說明的是，任何熟悉本領域的技術人員在本說明書的教導下，所做出的所有等同替代、明顯變形形式，均落在本說明書的實質范圍之內，理應受到本發明的保護。
【主權項】
1.一種音頻分析儀，包括一號增益控制器、抗混疊濾波器、模數轉換器、二號增益控制器、重構濾波器、數模轉換器、FPGA和EEPROM;—號增益控制器、抗混疊濾波器與模數轉換器依次連接，二號增益控制器、重構濾波器和數模轉換器依次連接;模數轉換器、數模轉換器及EEPROM分別與FPGA連接;其特征在于，音頻分析儀還包括基準參考電壓源和校準源選擇開關;校準源選擇開關為單刀雙擲開關，其包括一個動端和兩個不動端;一號增益控制器與動端連接，基準參考電壓源和二號增益控制器分別與其中的一個不動端連接。2.一種音頻分析儀內部自校準方法，采用如權利要求1所述的一種音頻分析儀，其特征在于，該校準方法具體為: a音頻分析儀開機預熱后，其內部的溫度傳感器時刻監測音頻分析儀內部的環境溫度，當環境溫度與當前校準數據對應的溫度差超過5攝氏度時，提醒使用者進行快速校準;此時使用者控制校準源選擇開關選擇通過內部基準參考電壓源對音頻分析通道進行校準;校準結束后，FPGA將校準數據存放于EEPROM中偏置誤差和增益誤差補償數據區域； b當音頻分析儀檢測到使用者長期沒有校準操作后，便會發出校準指令;FPGA控制音頻分析通道的校準源選擇開關選擇內部音頻發生通道，并控制音頻分析通道的增益，然后根據此增益狀態下音頻分析通道的信號輸入電壓范圍產生覆蓋模數轉換器滿量程范圍的校準電壓，并在其上疊加I個LSB的高斯白噪聲信號;FPGA將接收到的模數轉換器采集數據進行平均后存放在FPGA內存中；當前增益狀態下所有的校準數據采集完后，經曲線擬合得到一個5階多項式;將該5階多項式的各階系數存放在EEPROM中；在不同的增益狀態下重復進行上述操作，得到對應的多項式。
【專利摘要】本發明公開了一種音頻分析儀及其內部自校準方法。本發明中音頻分析儀在其內部設計了高精度、高穩定度的基準參考電壓源，并充分利用音頻分析儀的高精度音頻發生通道，設計了一種內部自校準方法，該校準方法根據音頻分析儀的使用環境及使用特點為使用者在音頻分析儀內部提供兩種不同校準方式選擇，通過以上兩種方式配合使用，便可以實現音頻分析儀的實時校準，校準時間短，效率高并保證較高的校準精度，延長音頻分析儀的校準周期，為使用者節省時間和校準費用。本發明可以明顯改善音頻分析儀在使用過程中由于環境溫度濕度等的變化及器件的老化及漂移特性對測試精度的影響。
【IPC分類】G10L25/27
【公開號】CN105609115
【申請號】CN201510960227
【發明人】宋志剛, 薛沛祥, 王建中, 繆國鋒
【申請人】中國電子科技集團公司第四十一研究所
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2015年12月18日