一种低功耗声信号发生器的制作方法

本发明涉及便携式水声电子设备，具体涉及一种低功耗声信号发生器。

背景技术：

现有的中国专利数据库中公开了在长基线异步水声定位系统实现高帧率无模糊定位系统。专利申请号为：201110047483.7，申请日为：2011.02.28，申请公布号为：cn102183741a，申请公布日：2011.09.14.该发明的特征在于：在信号发射端，信号的形式为组合脉冲串：所属组合脉冲串，交叉使用cw与lfm信号，并且前后脉冲的频率不同，在不降低帧率的条件下减小脉冲干扰；在信号接收端，对接收到的信号的处理方法为采用并行多通道自适应陷波器组合并行拷贝相关器组分别用于cw脉冲和lfm脉冲的检测、时延和频率估计。该系统结构复杂，信号容易交叉，无法满足便携式水声电子设备低功耗的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供能量消耗低，结构简单，一种低功耗声信号发生器

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

一种低功耗声信号发生器，包括集成电板，所述集成电板包括信号处理器和电源管理模块，所述信号处理器包括msp430f1611微控制器，所述msp430f1611微控制器连接dac7611数模转换器，所述dac7611数模转换器连接二阶巴特沃斯低通滤波器，所述二阶巴特沃斯低通滤波器连接hcnr200线性光耦电路，所述电源管理模块包括max1684和max831供电模块，所述max1684供电模块用于数字器件供电，所述max831供电模块用于模拟器件供电。msp430f1611微控制器为16位risc结构，具有丰富的寻址方式，27条内核指令，大量模拟指令，大量寄存器以及片内数据存储器，丰富的片内外设，包含有精密模拟比较器、硬件乘法器、两组频率可达8m的时钟模块、两个带大量捕获/比较器的16位定时器、可以使程序失控时迅速复位的看门狗、两个可实现异步、同步及多址访问的串行通信接口、数十个可实现方向设置及中断功能的并行输入、输出端口等，dac7611数模转换器最高转换速率达到单次84us，12bit的量化精度，远远高于同类产品的8bit量化精度，所生成的信号波形形态更逼真，波形质量更高，二阶巴特沃斯低通滤波器的过渡带下降速度快，选频特性好，对零阶采样信号起到保持恢复的作用，hcnr200线性光耦电路光耦器件是一种把输入信号输出信号通过光媒介来隔离，放大的一种器件，能够有效地避免数字电路和模拟电路的互相干涉的情况，使输出信号不失真。本系统统一由锂电池供电，数字供电接口为7.8v，而模拟供电接口为29v，分别采用max1684供电模块和max831供电模块来实现系统供电，max1684供电模块属于pwmstep-down型的dc-dc变换器，效率可达到96%，而且具有固定频率方式、常规方式、低功率方式和关闭方式四种不同的工作方式，max1684具有较宽的输入电压范围，max831供电模块是单块集成电路式，双极性，开关模式，脉宽调制式的dc-dc变换器它的输入电压最高可达30v，在本系统中作为模拟电路5v电源的输出。

所述二阶巴特沃斯低通滤波器设有opa2344运放信号调理电路。二阶巴特沃斯低通滤波器的opa2344运放信号调理电路对dac7611数模转换器输出的信号进行比例放大，和电容电阻组成射极跟踪器，射极跟踪器作用是减少电路对电流的需求，增加输入电阻，增加对电路的驱动能力，降低输出阻抗，调节两个电阻的比值，就可以对输出电压幅度进行适当的放大。

所述hcnr200线性光耦电路设有opa2344运放信号调理电路。经过hcnr200线性光耦电路内部的光电转换，输出的信号有一定的衰减和相位畸变，这时的opa2344运放信号调理电路实现幅频特性的补偿和相位补偿，改善输出波形的质量，减少信号的频率衰减。

所述max1684供电模块设有用于msp430f1611微控制器单独供电的tps73hd301电源芯片。tps73hd301电源芯片将max1684供电模块的5v电压转换成3.3v，供给msp430f1611微控制器使用，避免浪费，降低功耗。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：实现功耗低，结构简单，信号不会交叉的发生器。

附图说明

图1为一种低功耗声信号发生器的结构示意图。

图2为430f1611微控制器模块。

图3为dac7611数模转换器的输出信号连接opa2344运放信号调理电路器的电路图。

图4为二阶巴特沃斯低通滤波器的3个opa2344运放信号调理电路器的电路图。

图5为opa2344运放信号调理电路器连接hcnr200线性光耦电路的电路图。

其中，1集成电板，2信号处理器，3电源管理模块，4msp430f1611微控制器，5dac7611数模转换器，6二阶巴特沃斯低通滤波器，7hcnr200线性光耦电路，8max1684供电模块，9tps73hd301电源芯片，10max831供电模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明范围，在阅读了发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求说限定的范围。

一种低功耗声信号发生器，包括集成电板1，集成电板1包括信号处理器2和电源管理模块3，信号处理器2包括msp430f1611微控制器4，msp430f1611微控制器4的spi串口单次传输8bit数字信号，msp430f1611微控制器4的spi串口传输两次8bit数字信号才能完成一次完整的信号传输，此时通过软件将两次传输的完整信号拼接转换成12bit的原始数据，dac7611数模转换器5将12bit数据信号转换成模拟信号，由于转换出来的波形是台阶式的，台阶式的信号在频域存在许多高频分量，dac7611数模转换器5将转换成模拟信号传输到二阶巴特沃斯低通滤波器6设有opa2344运放信号调理电路；输出的信号经过滤波后台阶式波形消失，将滤波后的信号送入hcnr200线性光耦电路7进行大功率驱动模块能量放大从而达到驱动水声换能。电源管理模块2包括max1684供电模块8和max831供电模块10，dac7611数模转换器5中无极电容c6，无极电容c7，二阶巴特沃斯低通滤波器6中电阻r2，无极电容c9，电解电容c10，电阻r8，电阻r13，电阻r18,电阻r22，电阻r23，电阻r27，电阻r31，无极电容c16，电解电容c18连接用于数字器件供电max1684供电模块8,hcnr200线性光耦电路7中电阻r15连接用于数字器件供电max1684供电模块8，hcnr200线性光耦电路7中电阻r16，电阻r17，电阻r34，无极电容c19，无极电容c20，电解电容c21，电解电容c22连接用于模拟电路max831供电模块10，tps73hd301电源芯片9将max1684供电模块8的5v电压转换成3.3v，供给msp430f1611微控制器4使用。

本发明工作时，msp430f1611微控制器4的dvcc引脚连接无极电容c1一端，无极电容c2的一端和tps73hd301电源芯片9供电的3.3v电压，无极电容c1另一端与极电容c2的另一端均接数字电路接地点，msp430f1611微控制器4的p3.1/simoo/sda引脚连接电阻r50的一端，电阻r50的另一端连接tps73hd301电源芯片9供电的3.3v电压，msp430f1611微控制器4的p3.3/uclk0/scl引脚连接电阻r49的一端，电阻r49的另一端连接tps73hd301电源芯片9供电的3.3v电压，msp430f1611微控制器4的p3.4/utxdo引脚连接dac7611数模转换器5的ld引脚，msp430f1611微控制器4的p3.5/urxdo引脚连接dac7611数模转换器5的cs引脚，msp430f1611微控制器4的p5.1/simo1引脚连接dac7611数模转换器5的sdi引脚，msp430f1611微控制器4的p5.3/uclk1引脚连接dac7611数模转换器clk引脚，dac7611数模转换器5的vdd引脚连接无极电容c6一端，无极电容c7一端和用于数字器件供电max1684供电模块8供电5v电压，无极电容c6一端另一端和极电容c7另一端均接地，，dac7611数模转换器5的clr引脚连接无极电容c6一端，无极电容c7一端和用于数字器件供电max1684供电模块8供电5v电压,dac7611数模转换器5的gnd引脚接数字电路接地点，msp430f1611微控制器4通过引脚将单次输入8bit数字信号，分两次传输一个完整信号通过软件拼接转换成12bit的原始数据，dac7611数模转换器5将12bit数据信号转换成模拟信号，由于dac7611数模转换器5转换出来的波形是台阶式的，台阶式的信号在频域存在许多高频分量，dac7611数模转换器5的vout引脚连接opa2344运放信号调理电路的电解电容c8负端，电解电容c8正端通过电阻r4的一端，电阻r4的另一端连接有电阻r2的一端，电阻r3的一端，电阻r5的一端，电阻r6的一端，电阻r2的另一端连接有用于数字器件供电max1684供电模块8供电5v电压,电阻r3的另一端接入数字电路接地点，电阻r6的另一端接入数字电路接地点，电阻r5的另一端连接运算放大器f1a的正端输入接口，运算放大器f1a的负端输入接口连接电阻r7的一端，运算放大器f1a的正端电源接口接入用于数字器件供电max1684供电模块8供电5v电压，无极电容c9的一端，电解电容c10的一端，无极电容c9的另一端和电解电容c10的另一端均接入数字电路接地点，运算放大器f1a的负端电源接口接入数字电路接地点，运算放大器f1a的输出接口连接r7的另一端和连接电阻r9的一端，这里通过电解电容c8，电阻r7和运算放大器f1a构成射极跟踪器，射极跟踪器减少对上级电路输出电流的需求，增加对后级电路的驱动能力，降低输出阻抗，输出的信号同步跟随上级电路的输出信号而变化，根据公式调节电阻的比值，可对输出的电压幅度进行适当的放大，电阻r9的另一端连接运算放大器f1b的负端输入接口和电阻r10的一端，运算放大器f1b的正端输入接口连接电阻r8的一端，电阻r8的另一端连接用于数字器件供电max1684供电模块8供电2.5v电压，运算放大器f1b的输出接口连接电阻r10的另一端和连接电阻r11的一端，通过电阻r9，电阻r10和运算放大器f1b构成比例放大电路，电阻r11的另一端连接电阻r24的一端，电阻r24另一端连接有电阻r25的一端，电阻r30一端和运算放大器f2a的负端输入接口，运算放大器f2a的正端输入接口接入电阻r23的一端，电阻r22的一端和电阻r26的一端，电阻r22的另一端和电阻r23的另一端连接用于数字器件供电max1684供电模块8供电2.5v电压，运算放大器f2a的正端电源接口连接无极电容c12，电解电容c13和用于数字器件供电max1684供电模块8供电5v电压，无极电容c12和电解电容c13均接数字电路接地点，运算放大器f2a的负端电源接口接数字电路接地点，运算放大器f2a的输出接口连接电阻r25另一端，电阻r28的一端和电阻r29的一端，电阻r28的另一端连接电阻r29的另一端，无极电容c14的一端和运算放大器f2b的负端输入接口，运算放大器f2b的正端输入接口连接电阻r27的一端，电阻r27的另一端连接用于数字器件供电max1684供电模块8供电2.5v电压，运算放大器f2b的输出接口连接无极电容c14的另一端，电阻r26的另一端，电阻r13的一端和电阻r14的一端，电阻r13的另一端连接电阻r14的另一端，无极电容c17的一端和运算放大器f3a的负端输入接口，运算放大器f3a的正端输入接口连接电阻r31的一端，电阻r31的另一端连接用于数字器件供电max1684供电模块8供电2.5v电压，运算放大器f3a的正端电源接口连接无极电容c16，电解电容c18和用于数字器件供电max1684供电模块8供电5v电压，无极电容c16和电解电容c18均接数字电路接地点，运算放大器f3a的负端电源接口接数字电路接地点，运算放大器f3a的输出接口连接无极电容c17的另一端，运算放大器f2a，运算放大器f2b和运算放大器f3a实现低通滤波功能，二阶巴特沃斯低通滤波6中opa2344信号处理电路单只功耗仅仅只有1mw左右，三个芯片总功耗不超过4mw，输出的信号经过滤波后台阶式波形消失，电阻r30的另一端和连接运算放大器f3b正端输入接口和hcnr200线性光耦电路7的pdk1引脚，运算放大器f3b的负端输入接口连接电阻r37的一端和电阻r32的一端，电阻r32的另一端连接电阻r15的一端和电阻r33的一端，，电阻r15的另一端连接用于数字器件供电max1684供电模块8供电5v电压，电阻r33的另一端接地，电阻r37的另一端连接hcnr200线性光耦电路7的pna1引脚，运算放大器f3b的输出接口连接电阻r36的一端，电阻r37的另一端，运算放大器f3b构成负反馈支路，从而起到对滤波器的输出信号进行一定的比例放大，以达到hcnr200线性光耦电路7的输入要求，npn1三极管的一端连接用于数字器件供电max1684供电模块8供电2.5v电压和电阻r12的一端，电阻r12的另一端用于数字器件供电max1684供电模块8供电5v电压，npn1三极管的另一端接入数字电路接地点和无极电容c15的一端，无极电容c15的另一端连接用于数字器件供电max1684供电模块8供电2.5v电压，hcnr200线性光耦电路7的ledk引脚接入数字电路接地点，hcnr200线性光耦电路7的pda2引脚连接运算放大器f4a的正端输入接口和电阻r39的一端，电阻r39的另一端连接电阻r16的一端和电阻r41的一端，电阻r16的另一端连接用于模拟器件供电max831供电模块10供电5v电压，电阻r41的另一端接入模拟电路接地点，hcnr200线性光耦电路7的pdk2引脚连接运算放大器f4a的负端输入接口，电阻r40的一端和无极电容c11的一端，运算放大器f4a正端电源接口连接无极电容c20的一端，电解电容c21的一端和用于模拟器件供电max831供电模块10供电5v电压，无极电容c20另一端和电解电容c21另一端均接模拟电路接地点，运算放大器f4a负端电源接口接模拟电路接地点，运算放大器f4a输出接口连接电阻r40的一另端，无极电容c11的另一端和电阻r35的一端，电阻r35的另一端运算放大器f4b的负端输入接口和电阻r38的一端，运算放大器f4b的正端输入接口连接电阻r34的一端，电阻r34的另一端连接用于模拟器件供电max831供电模块10供电2.5v电压，运算放大器f4b的输出接口连接电阻r38的另一端和运算放大器f5a的正端输入接口，运算放大器f5a的负端输入接口，运算放大器f5a正端电源接口连接无极电容c19的一端，电解电容c22的一端和用于模拟器件供电max831供电模块10供电5v电压，无极电容c19另一端和电解电容c22另一端均接模拟电路接地点，运算放大器f5a负端电源接口接模拟电路接地点，运算放大器f5a输出接口连接运算放大器f5a的负端输入接口和无极电容c23的一端，无极电容c23的另一端接模拟电路接地点，hcnr200线性光耦电路7连接npn2三极管，npn2三极管的一端连接用于模拟器件供电max831供电模块10供电2.5v电压和电阻r17的一端，电阻r17的另一端连接用于模拟器件供电max831供电模块10供电5v电压，npn2三极管的另一端接入模拟电路接地点和无极电容c24的一端，无极电容c24的另一端连接用于模拟器件供电max831供电模块10供电2.5v电压，信号经过hcnr200线性光耦电路7内部电-光-电的转换，输出的信号有衰减和相位畸变，这时将输出信号通过运算放大器f4a，运算放大器f4b和运算放大器f5a构成低通滤波器，能够实现幅频特性的补偿和相位补偿，从而改善输出波形的质量，尽可能的减少信号的频率衰减，数字电路和模拟电路的连接是困扰电子工程师的一个经典难题，如何有效的降低串扰同时保证信号的传输质量是设计者需要考虑的一个大问题,使用了hcnr200线性光耦电路7有效的将数字系统和模拟系统进行了连接，避免了两者之间的信号干扰。