一种音频信号分析仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及的是音频设备技术领域，具体涉及一种音频信号分析仪。
【背景技术】
[0002]音频信号分析的发展是伴随着一般信号仪器的发展而不断改进的，信号分析仪的发展大致经历了三个阶段:50年代，以波的干涉，谐振以及滤波原理制成的模拟式分析仪，其功能少，分析速度慢，目前少有使用；但其分析时能量集中，分析精度高且分析方法有特色，因此很多数字化仪器保留了模拟式仪器的部分功能；60年代，由于计算机技术的发展，信号处理由模拟式向数字式转换，发展的以FFT算法为计数原理制成的数字式信号分析仪，这类仪器功能多，分析速度快，是使用中的主流，但是其缺点是功能恒定，不能满足用户的特殊要求，分析功能也无法更新换代；近年来，出现了一批基于PC机的虚拟的信号分析仪，在此基础上，又出现了一批高速专用信号处理器(DSP)，DSP芯片的出现为通用计算机为主体的智能信号分析仪的产生奠定了基础。
[0003]目前，音频分析仪在国内外都有成型的产品，并且可用于测量音频设备的各类音频分析仪器，并且这些分析仪能够完成音频信号的很多指标测试，例如失真度分析仪、频谱分析仪、频率计数器、音频示波器等等，这些机遇各种功能电路的传统分立硬件仪器使用方便，且测量精度较高，已获得广泛使用，但是与此同时，其体积较大且价格往往很昂贵，在一些特殊方面难以普及，并且传统音频信号分析仪存在功能单一，显示结果不直观，调试校准困难等缺点，因此开发一种性价比高的音频信号分析仪就是很有必要的。
【实用新型内容】
[0004]针对现有技术上存在的不足，本实用新型目的是在于提供一种音频信号分析仪，结构简单，设计合理，多功能、易操作，显示结果直观，调试校准简便，性价比更高。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现:一种音频信号分析仪，包括信号输入模块、两级程控放大器模块、抗混叠滤波器、采样控制模块、A/D转换模块、FPGA控制模块、DSP控制模块、键盘、LCD显示模块、外部RAM和电源模块，信号输入模块通过阻抗匹配器与两级程控放大器模块连接，两级程控放大器模块与抗混叠滤波器连接，抗混叠滤波器接A/D转换模块，A/D转换模块和采样控制模块相连，采样控制模块、外部RAM、电源模块均与FPGA控制模块及DSP控制模块相连，键盘通过键盘接口与FPGA控制模块、DSP控制模块相连，IXD显示模块通过显示接口与FPGA控制模块、DSP控制模块相连。
[0006]作为优选，所述的信号输入模块用于采集待测音频信号，两级程控放大器模块用于进行可变增益放大处理，抗混叠滤波器用于对待测信号进行滤波处理，去除高频信号减少失真，然后将滤波后信号输出，A/D转换模块适于对信号采样并进行数模转换输出。
[0007]作为优选，所述的两级程控放大器模块包括模拟开关、继电器、增益控制电路和阻抗匹配器，模拟开关和继电器用于两级程控放大器的控制输入，阻抗匹配器用于信号源与放大器模块之间的阻抗匹配，增益控制电路，用于对可控增益放大电路的放大通道的选择。
[0008]作为优选，所述的A/D转换模块包括采样系统，适于对经抗混叠滤波后的信号进行采样处理，在A/D前进行简单的抗混叠滤波处理，以比较高的速率采样，然后在FPGA中用数字滤波器进行精确滤波，滤波后进行二次采样以减少运算量。
[0009]作为优选，所述的FPGA控制模块中嵌有IIR数字低通滤波器，代替传统有源模拟滤波器，避免频谱的混叠，即对带外信号进行尽可能大的衰减。
[0010]本实用新型的有益效果:(1)结构灵活，有较强的通用性，适合于模块化设计，从而能够提高算法效率，同时其开发周期较短，系统易于维护和扩展，适合实时信号处理；
[0011](2)运算速度更快，调试更加便捷，可扩展性也更为强大，克服了传统音频信号分析仪功能单一，图像显示功能可操作性差等缺陷；
[0012](3)用数字滤波器进行精确滤波，滤波后进行二次采样以减少运算量，实现了性能优异的音频滤波。
【附图说明】
[0013]下面结合附图和【具体实施方式】来详细说明本实用新型；
[0014]图1为本实用新型的原理框图；
[0015]图2为本实用新型的系统工作流程图；
[0016]图3为本实用新型两级程控放大器模块的程控放大器前级电路；
[0017]图4为本实用新型两级程控放大器模块的程控放大器后级电路。
【具体实施方式】
[0018]为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本实用新型。
[0019]参照图1-4，本【具体实施方式】采用以下技术方案:一种音频信号分析仪，包括信号输入模块1、两级程控放大器模块2、抗混叠滤波器3、采样控制模块4、A/D转换模块5、FPGA控制模块6、DSP控制模块7、键盘8、IXD显示模块9、外部RAMlO和电源模块11，信号输入模块I通过阻抗匹配器12与两级程控放大器模块2连接，两级程控放大器模块2与抗混叠滤波器3连接，抗混叠滤波器3接A/D转换模块5，A/D转换模块5和采样控制模块4相连，A/D转换模块5包括采样系统，适于对经抗混叠滤波后的信号进行采样处理，采样控制模块4、外部RAMlO均与FPGA控制模块6及DSP控制模块7相连，外部RAMlO用于存储转换为对应频率的功率值，并按照功率值从大到小排序，DSP控制模块7完成功率值分析计算，周期性判断及频率测量与失真度分析等工作，键盘8通过键盘接口 13与FPGA控制模块6、DSP控制模块7相连，IXD显示模块9通过显示接口 14与FPGA控制模块6、DSP控制模块7相连，电源模块11向FPGA控制模块6及DSP控制模块7提供正常工作所需电能，。
[0020]值得注意的是，所述的两级程控放大器模块2由模拟开关和继电器及阻抗匹配器12和增益控制电路组成，模拟开关和继电器用于两级程控放大器的控制输入，阻抗匹配器12适于信号源与放大器模块之间的阻抗匹配，增益控制电路用于对可控增益放大电路的放大通道的选择；将前端信号放大调理电路分为几个档，针对不同幅度的信号选择合适的通道进行放大，放大倍数以当前信号中的最大峰值为选择基准，这样在输入信号比较小时可以选择比较大的放大倍数，以提高A/D采样的精度。
[0021]值得注意的是，所述的FPGA控制模块6中嵌有IIR数字低通滤波器，代替传统的有源模拟滤波器，在A/D前进行简单的抗混叠滤波，以比较高的速率采样，然后在FPGA控制模块6中用数字滤波器进行精确滤波，滤波后进行二次采样以减少运算量，实现了性能优异的音频滤波。
[0022]值得注意的是，所述的FPGA控制模块6和DSP控制模块7适于实现FFT算法，对时间采样序列进行频谱分析，以及完成频率的测量、功率值的计算、失真分析等工作，且以FFT为基础的的数字式频谱分析仪，通过信号的频谱图可以很方便的得到输入信号的各种信息，如功率谱、频率分量以及周期性等，外围电路少，实现方便，精度高。
[0023]此外，所述的键盘8和IXD显示模块9的控制也是由FPGA的逻辑资源来实现，以FFT为基础的数字式频谱分析仪，通过信号的频谱图可以很方便的得到输入信号的各种信息，如功率谱、频率分量以及周期性等。
[0024]本【具体实施方式】的工作过程:如图2，待测音频信号经过由模拟开关和继电器控制的两级程控放大器模块2，被放大到适合A/D采样的范围以内，再经一级抗混叠滤波器3，然后进行A/D采样，经模数转换后输入到FPGA控制模块6及DSP控制模块7，由数字低通滤波器和二次采样环节处理之后进入FFT模块并转换为此信号的频域表示形式，经DSP转换为对应频率的功率值，按功率从大到小排序，并将结果存储于外部RAMlO中。
[0025]本【具体实施方式】采用FPGA和DSP相结合构成控制运算核心，形成优势互补的关系，虽然增加了系统的复杂程度，但新的系统结构灵活，有较强的通用性，适合于模块化设计，从而能够提高算法效率，同时其开发周期较短，系统易于维护和扩展，适合实时信号处理，采用DSP结合FPGA的数字硬件系统可以把二者优点结合一起，兼顾速度和灵活性，既满足底层信号处理要求，又满足高层信号处理要求，既可以充分发挥各自的优势，又可以补充对方的缺点，充分利用DSP在运算速度上的优势，以及FPGA逻辑单元多，存储容量大，时钟速率高的优点；相对于传统音频信号分析仪，运算速度更快，调试更加便捷，可扩展性也更为强大，克服了传统音频信号分析仪功能单一，图像显示功能可操作性差等缺陷，具有广阔的市场应用前景。
[0026]以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种音频信号分析仪，其特征在于，包括信号输入模块(I)、两级程控放大器模块(2)、抗混叠滤波器(3)、采样控制模块(4)、A/D转换模块(5)、FPGA控制模块(6)、DSP控制模块(7)、键盘⑶、LCD显示模块(9)、外部RAM(1)和电源模块(11)，信号输入模块⑴通过阻抗匹配器(12)与两级程控放大器模块(2)连接，两级程控放大器模块(2)与抗混叠滤波器(3)连接，抗混叠滤波器(3)接A/D转换模块(5)，A/D转换模块(5)和采样控制模块(4)相连，采样控制模块(4)、外部RAM(1)、电源模块(11)均与FPGA控制模块(6)及DSP控制模块(7)相连，键盘(8)通过键盘接口 (13)与FPGA控制模块(6)、DSP控制模块(7)相连，IXD显示模块(9)通过显示接口(14)与FPGA控制模块(6)、DSP控制模块(7)相连。
2.根据权利要求1所述的一种音频信号分析仪，其特征在于，所述的两级程控放大器模块(2)包括模拟开关、继电器和增益控制电路。
3.根据权利要求1所述的一种音频信号分析仪，其特征在于，所述的FPGA控制模块(6)中嵌有IIR数字低通滤波器。
【专利摘要】本实用新型公开了一种音频信号分析仪，它涉及音频设备技术领域。它包括信号输入模块、两级程控放大器模块、抗混叠滤波器、采样控制模块、A/D转换模块、FPGA控制模块、DSP控制模块、键盘、LCD显示模块、外部RAM和电源模块，信号输入模块通过阻抗匹配器与两级程控放大器模块连接，两级程控放大器模块与抗混叠滤波器连接，抗混叠滤波器接A/D转换模块，A/D转换模块和采样控制模块相连，键盘通过键盘接口与FPGA控制模块、DSP控制模块相连，LCD显示模块通过显示接口与FPGA控制模块、DSP控制模块相连。本实用新型多功能、易操作，显示结果直观，调试校准简便，性价比更高。
【IPC分类】G01H17-00, G10L25-51
【公开号】CN204594573
【申请号】CN201520191545
【发明人】凌有铸, 吴伟乾, 王君洪, 戴雪梅, 储修军, 许康乐
【申请人】安徽工程大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年3月31日