一种驻极体麦克风电流测试电路及其测试方法与流程

【技术领域】

本发明涉及麦克风电流测试的技术领域，特别涉及一种驻极体麦克风电流测试电路及其测试方法。

背景技术：

驻极体麦克风是一种电容式声电换能器件，由声电转换和阻抗变换两部分组成。其中声电转换部分是由驻极体材料薄膜与金属板形成的一个电容，它们之间用薄的绝缘圈隔开，其中的关键元件是驻极体材料薄膜，其采用预极化方法，将电荷永久地储存于驻极体材料中。当声波作用于驻极体薄膜时，引起电容量发生变化，由于驻极体薄膜与金属极板之间的电容量较小，一般只有几十皮法数量级，因此它的低频输出阻抗可以达到数十兆甚至上百兆欧姆。而如此高的输出阻抗不能与音频放大电路直接相连接，需要内置专用的场效应管作为阻抗变换器，也就是驻极体麦克风的阻抗变换部分。一般会利用结型场效应管输入阻抗高、输出阻抗低的特性，场效应管的正常工作需要消耗一部分电流，即驻极体麦克风的电流参数指标，一般要求为≤0.5ma(500ua)。过大的麦克风工作电流，对手持设备而言就意味着电池不耐用，所以实际生产中需要严格管控这一参数。

驻极体麦克风的工作电流是指麦克风在额定条件下工作时消耗的电流。传统的驻极体麦克风电流的测试方法有以下两种：一、如图1所示，电路通过串联电流表测量麦克风电流，此方法存在无法满足自动化测试要求的缺点，需人工读取电流数值，且接入的电流表存在一定内阻，麦克风频响测试会引入一定的误差；二、如图2所示，电路通过串联一取样电阻(一般阻值<100ω)，采集r两端电压vr计算电流，此差分电路存在受温度漂移、运放直流失调电压等因素影响，由于取样电阻阻值较小，vr(几十mv级别)相对于经放大后运放失调电压(mv级别)没有很大的差异，且运放失调电压会随着不同的工作电压而变化，以上都将直接影响麦克风电流测试的精确度。选择高性能的动态平衡运放可以适当减少测量误差，但高成本的投入也不会有质的改善。同样，若此电路没有c2电容，麦克风频响测试有误差，引入交流耦合电容c2能有效地解决麦克风频响测试问题，但随之而来的充电时间会影响麦克风测试速度，且循环的充放电过程可能会引起振荡，影响麦克风频响测试结果。为了解决传统的驻极体麦克风电流的测试方法存在测试结果不精准的问题，有必要提出一种驻极体麦克风电流测试电路及其测试方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，对于采集交流信号的数据采集卡系统，提供一种驻极体麦克风电流测试电路及其测试方法，其旨在解决现有技术中传统的驻极体麦克风电流的测试方法存在测试结果不精准的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种驻极体麦克风电流测试电路，包括直流电源、数字电位器、第一模拟开关、校准电阻、驻极体麦克风、信号调理部分、第二模拟开关、数字满幅调制部分和高性能交流耦合数据采集卡，所述的直流电源、数字电位器、模拟开关、校准电阻和驻极体麦克风构成回路，所述直流电源和数字电位器之间设置有节点a，数字电位器和第一模拟开关之间设置有节点b，所述的信号调理部分由第一运放、第二运放和第三运放构成，所述的第一运放与节点a连接，第二运放与节点b连接，第三运放输入端经过隔直电容c1与节点b连接，所述的第一运放和第二运放通过第二模拟开关与数字满幅调制部分连接，所述的数字满幅调制部分经过隔直电容c2与高性能交流耦合数据采集卡连接，所述的第三运放输出端经过隔直电容c3与高性能交流耦合数据采集卡连接。

作为优选，所述的第一模拟开关包括输入端子、1输出端子和2输出端子，所述的数字电位器的一端与直流电源的正极连接，另一端与模拟开关的输入端子连接，所述的模拟开关的1输出端子与驻极体麦克风连接，2输出端子与校准电阻连接，所述的驻极体麦克风和校准电阻的另一端均与直流电源的负极连接，所述的直流电源的负极接地连接。

作为优选，所述的第二模拟开关包括3输入端子、4输入端子和输出端子，所述的第一运放的输入端与节点a连接，输出端与第二模拟开关的3输入端子连接，所述的第二运放的输入端与节点b连接，第二运放的输出端与第二模拟开关的4输入端子连接，所述的第二模拟开关的输出端子与满幅调制部分输入端连接。

作为优选，所述的数字电位器的限流电阻大小由上位机软件控制调节。

作为优选，所述的数字电位器的限流电阻调节范围为0～20kω。

本发明还提出了一种驻极体麦克风电流测试电路的测试方法，包括计算线路实际res值和计算麦克风电流两部分，具体步骤如下：

s1、计算线路实际res值：

s1.1、设定直流电源电压，并通过上位机软件设定数字电位器的电阻值；

s1.2、将模拟开关拨至2输出端子，通过高性能交流耦合数据采集卡采集节点a和节点b两处的电压值分别为va、vb；

s1.3、校准电阻为已知精确电阻，电阻值为r，根据已知节点b电压值vb和校准电阻的电阻值r，根据计算公式计算线路实际res值；

s2、计算麦克风电流：

s2.1、将模拟开关拨至1输出端子，通过高性能交流耦合数据采集卡再次采集节点a和节点b两处的电压值分别为va`、vb`；

s2.2、依据欧姆定律、基尔霍夫电流定律，根据计算公式测试得到驻极体麦克风电流imic；

s2.3、判断驻极体麦克风电流测试是否满足次数要求，若满足则结束测试；若不满足，则重新返回至步骤s2.1，继续采集节点a和节点b两处的电压值。

作为优选，所述的步骤s1.3中线路实际res值包括数字电位器设定的电阻值、流经线路和外围电路等效内阻，线路实际res值的计算公式为：其中，

作为优选，所述的步骤s2.2中驻极体麦克风电流imic的计算公式为：

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明基于采集交流信号的数据采集卡系统，提出了一种驻极体麦克风电流测试电路及其测试方法，包括麦克风电压的精确采集以及麦克风限流电阻的准确计算，麦克风电压采集是将模拟开关拨至1输出端子，麦克风直流电压通过数字满幅调制部分实现交直流转换，使用高性能交流耦合数据采集卡完成数据采集；所述麦克风限流电阻通过将模拟开关拨至2输出端子，已知精确电阻r阻值，采集限流电阻两端电压，并通过分压原理计算准确的限流电阻阻值，考虑到驻极体麦克风固有电路特性，限流电阻仅在重设后进行计算，而麦克风电压遵循连续采集原则，确保麦克风电流测试速度快且精确，解决了目前的驻极体麦克风电流测试方法存在测试结果不精准的问题。

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

【附图说明】

图1是一种传统驻极体麦克风电流测试电路的电路图；

图2是另一种传统驻极体麦克风电流测试电路的电路图；

图3是本发明实施例一种驻极体麦克风电流测试电路的电路图；

图4是本发明实施例的线路实际res值的计算流程图；

图5是本发明实施例的麦克风电流的计算流程图。

【具体实施方式】

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

参阅图3，本发明实施例提供包括直流电源1、数字电位器2、第一模拟开关3、校准电阻4、驻极体麦克风5、信号调理部分6、第二模拟开关7、数字满幅调制部分8和高性能交流耦合数据采集卡9，所述的直流电源1、数字电位器2、模拟开关3、校准电阻4和驻极体麦克风5构成回路，所述直流电源1和数字电位器2之间设置有节点a，数字电位器2和第一模拟开关3之间设置有节点b，所述的信号调理部分6由第一运放61、第二运放62和第三运放63构成，所述的第一运放61与节点a连接，第二运放62与节点b连接，第三运放63输入端经过隔直电容c1与节点b连接，所述的第一运放61和第二运放62通过第二模拟开关7与数字满幅调制部分8连接，所述的数字满幅调制部分8经过隔直电容c2与高性能交流耦合数据采集卡9连接，所述的第三运放63输出端经过隔直电容c3与高性能交流耦合数据采集卡9连接。

进一步地，所述的第一模拟开关3包括输入端子、1输出端子和2输出端子，所述的数字电位器2的一端与直流电源1的正极连接，另一端与模拟开关3的输入端子连接，所述的模拟开关3的1输出端子与驻极体麦克风5连接，2输出端子与校准电阻4连接，所述的驻极体麦克风5和校准电阻4的另一端均与直流电源1的负极连接，所述的直流电源1的负极接地连接。

进一步地，所述的第二模拟开关7包括3输入端子、4输入端子和输出端子，所述的第一运放61的输入端与节点a连接，输出端与第二模拟开关7的3输入端子连接，所述的第二运放62的输入端与节点b连接，第二运放62的输出端与第二模拟开关7的4输入端子连接，所述的第二模拟开关7的输出端子与满幅调制部分8输入端连接。

具体地，所述的第三运放63输入端与节点b之间还连接有隔直电容c1，图中vout为麦克风频响测试电路，此处不做详细说明。

在本发明实施例中，数字电位器2的限流电阻大小由上位机软件控制调节，数字电位器2的限流电阻调节范围为0～20kω。通过上位机软件即可实现0-20kω限流电阻的随意设定，解决目前一些厂家仅能提供常用的几种阻值供用户选择使用的局限性问题。

本发明抛弃传统的直流采集，改用数字满幅调制部分7对采集电压进行数字满幅交流调制，并结合高性能交流耦合数据采集卡9完成信号的读取。普通的直流采集存在受压控元件稳定性、温度系数等的影响较大，而精确的直流采集存在代价昂贵、电路复杂等关键因素。工业级的直流采集卡也是价格昂贵。所以，本发明使用的只有高性能交流耦合数据采集卡9，保证精度的前提，使用简单低成本的电路完成驻极体麦克风电流测试。

参阅图4和图5，本发明实施例还提出了一种驻极体麦克风电流测试电路的测试方法，包括计算线路实际res值和计算麦克风电流两部分，具体步骤如下：

s1、计算线路实际res值：

s1.1、设定直流电源1电压，并通过上位机软件设定数字电位器2的电阻值。

s1.2、将模拟开关3拨至2输出端子，通过高性能交流耦合数据采集卡9采集节点a和节点b两处的电压值分别为va、vb。

s1.3、校准电阻4为已知精确电阻，电阻值为r，根据已知节点b电压值vb和校准电阻4的电阻值r，根据计算公式计算线路实际res值，线路实际res值包括数字电位器2设定的电阻值、流经线路和外围电路等效内阻，线路实际res值的计算公式为：其中，

s2、计算麦克风电流：

s2.1、将模拟开关3拨至1输出端子，通过高性能交流耦合数据采集卡9再次采集节点a和节点b两处的电压值分别为va`、vb`。

s2.2、依据欧姆定律、基尔霍夫电流定律，根据计算公式测试得到驻极体麦克风电流imic，驻极体麦克风电流imic的计算公式为：

s2.3、判断驻极体麦克风电流测试是否满足次数要求，若满足则结束测试；若不满足，则重新返回至步骤s2.1，继续采集节点a和节点b两处的电压值。

本发明一种驻极体麦克风电流测试电路的测试方法，很好地解决了传统的驻极体麦克风电流测试方法存在测试结果不精准的问题，只需挑选一个精确电阻r，通过采集电路a、b处电压(v级别)，即可计算整个电路中除咪头部分的限流电阻(包括数字电位器设定的电阻值、流经线路及外围电路等效内阻)。

本发明依据基尔霍夫电流定律(kcl)，对于b节点，流出的电流总和等于流入的电流总和，因此当开关拨至1时，麦克风的电流等于流经限流电阻的电流，再结合欧姆定理进行计算。

对直流电压(包括va、vb、va`、vb`)采集，本发明采用数字满幅调制方法，完成信号交直流转换，继而将转换信号输入交流耦合数据采集卡，进行数据的计算分析。若直流信号为vd，通过数字调制成某一频率的正弦波，通过高性能交流耦合数据采集卡9拾取信号，计算该信号的有效值vrms，则通过以下公式即能计算得到直流电压vd：因此直流电压信号va经数字满幅调制部分8调制成某一频率的正弦波后，由高性能交流耦合数据采集卡9拾取信号，并计算该信号的有效值，通过该有效值*就能得到va值。以此类推，同样能够得到vb、va`、vb`电压值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。