CN105609115A - 一种音频分析仪及其内部自校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种音频分析仪及其内部自校准方法。本发明中音频分析仪在其内部设计了高精度、高稳定度的基准参考电压源，并充分利用音频分析仪的高精度音频发生通道，设计了一种内部自校准方法，该校准方法根据音频分析仪的使用环境及使用特点为使用者在音频分析仪内部提供两种不同校准方式选择，通过以上两种方式配合使用，便可以实现音频分析仪的实时校准，校准时间短，效率高并保证较高的校准精度，延长音频分析仪的校准周期，为使用者节省时间和校准费用。本发明可以明显改善音频分析仪在使用过程中由于环境温度湿度等的变化及器件的老化及漂移特性对测试精度的影响。

Description

一种音频分析仪及其内部自校准方法

技术领域

本发明涉及一种音频分析仪、以及一种音频分析仪内部自校准方法。

背景技术

音频分析仪是用于音频信号发生和分析的专业仪器，测试精度高，测试功能全，广泛应用于通讯设备、音响器材、噪声监测、消费电子以及水声设备的研发、生产等测试场合。音频分析仪在使用过程中由于环境温度、湿度等变化以及器件工作时间的增长，器件的某些特性出现老化及漂移，影响了音频分析通道的精度。为了提高音频分析仪的测量精度，需要定期对其进行计量校准。现有的校准方案主要有两种：

第一种方案采用外部高精度信号源产生各种校准信号，对音频分析仪进行定期校准；该方案需要针对特定工作环境，在每个增益、每种带宽下手动设置不同频率、不同幅度，将设置参数与音频分析通道采集到的参数进行对比，计算出在某一环境状态下，每个增益通道下，不同带宽下的频率响应曲线和幅度响应曲线，并将校准数据存储在音频分析仪内部的存储芯片中。音频分析仪工作过程中，通过对环境温度的监测，在设置不同的带宽、增益的条件时，从存储芯片中调用相应的校准数据对采集到的数据进行补偿，得到较精确的测试数据；

第二种方案可以在音频分析仪的使用过程中，利用内部基准参考电压源产生的电压作为参考，通过不同的增益切换，对音频分析通道进行实时校准。该方案可以实时校准音频分析通道中的偏置误差和增益误差，但是对于非线性误差仍需通过第一种方案进行补偿。该方案较第一种方案可以减小测量过程中的误差，但是其测量精度仍存在缺陷。

以上两种方案在对音频分析仪进行校准时具有如下缺点：(1)需要在不同工作环境下，在不同增益、不同带宽下手动设置不同频率、不同幅度，校准点数多，校准时间长，要实现较精确的测量，需要增加大量校准点，校准数据巨大，调用过程繁琐；(2)在环境温度、湿度等特性发生变化时，校准数据仍然存在误差，实时性较差；(3)上述两种方案由于对校准仪器的精度要求较高，价格昂贵，仅部分有计量资质的单位可以进行校准过程，普通使用者无法进行当前环境下的实时校准，计量校准过程中需要较大的费用支出。

发明内容

本发明的目的在于提出一种音频分析仪，通过在其内部设计基准参考电压源，并充分利用音频分析仪的音频发生通道，利于实现对音频分析通道的校准。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种音频分析仪，包括一号增益控制器、抗混叠滤波器、模数转换器、二号增益控制器、重构滤波器、数模转换器、FPGA和EEPROM；一号增益控制器、抗混叠滤波器与模数转换器依次连接，二号增益控制器、重构滤波器和数模转换器依次连接；模数转换器、数模转换器及EEPROM分别与FPGA连接；音频分析仪还包括基准参考电压源和校准源选择开关；校准源选择开关为单刀双掷开关，其包括一个动端和两个不动端；一号增益控制器与动端连接，基准参考电压源和二号增益控制器分别与其中的一个不动端连接。

此外，本发明还提出了一种音频分析仪内部自校准方法，以对音频分析通道进行实时校准，消除音频分析通道的偏置误差、增益误差和非线性误差，提高测试的准确性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种音频分析仪内部自校准方法，采用上述音频分析仪，该校准方法具体为：

a音频分析仪开机预热后，其内部的温度传感器时刻监测音频分析仪内部的环境温度，当环境温度与当前校准数据对应的温度差超过5摄氏度时，提醒使用者进行快速校准；此时使用者可以控制校准源选择开关选择通过内部基准参考电压源对音频分析通道进行校准；校准结束后，FPGA将校准数据存放于EEPROM中偏置误差和增益误差补偿数据区域；

b当音频分析仪检测到使用者长期没有校准操作后，便会发出校准指令；FPGA控制音频分析通道的校准源选择开关选择内部音频发生通道，并控制音频分析通道的增益，然后根据此增益状态下音频分析通道的信号输入电压范围产生覆盖模数转换器满量程范围的校准电压，并在其上叠加1个LSB的高斯白噪声信号；FPGA将接收到的模数转换器采集数据进行平均后存放在FPGA内存中；当前增益状态下所有的校准数据采集完后，经曲线拟合得到一个5阶多项式；将该5阶多项式的各阶系数存放在EEPROM中；在不同的增益状态下重复进行上述操作，得到对应的多项式。

本发明具有如下优点：

本发明中的音频分析仪通过在内部设计高精度、高稳定度的基准参考源，并和音频发生通道的配合，能够实现对音频分析通道的校准。本发明中的音频分析仪内部自校准方法，无须外部标准信号源，即可实现音频分析通道的校准，校准实时性好，精度高、校准数据量小，无需手动操作，缩短校准时间，减少维护成本。本发明可以明显改善音频分析仪在使用过程中由于环境温度湿度等的变化及器件的老化及漂移特性对测试精度的影响。

附图说明

图1为本发明中一种音频分析仪的结构框图；

其中，1-一号增益控制器，2-抗混叠滤波器，3-模数转换器，4-二号增益控制器，5-重构滤波器，6-数模转换器，7-FPGA，8-EEPROM，9-基准参考电压源，10-校准源选择开关。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

结合图1所示，一种音频分析仪，包括一号增益控制器1、抗混叠滤波器2、模数转换器(简称ADC)3、二号增益控制器4、重构滤波器5、数模转换器(简称DAC)6、FPGA7、EEPROM8、基准参考电压源9和校准源选择开关10。

一号增益控制器1、抗混叠滤波器2与模数转换器3依次连接。二号增益控制器4、重构滤波器5和数模转换器6依次连接。模数转换器3、数模转换器6及EEPROM8分别与FPGA7连接。校准源选择开关10位于基准参考电压源9、一号增益控制器1与二号增益控制器4之间。该校准源选择开关10为单刀双掷开关，包括一个动端和两个不动端；一号增益控制器1与动端连接，基准参考电压源9和二号增益控制器4分别与其中的一个不动端连接。

本发明通过在音频分析仪内部设计高精度、高稳定度的基准参考电压源9，并充分利用音频分析仪的高精度音频发生通道，设计了一种内部自校准方法。该校准方法根据音频分析仪的使用环境及使用特点为使用者在音频分析仪内部提供两种不同校准方式选择。

第一种是音频分析仪开机预热后，其内部的温度传感器时刻监测音频分析仪内部的环境温度，当环境温度与当前校准数据对应的温度差超过5摄氏度时，提醒使用者进行快速校准；此时使用者可以控制校准源选择开关10选择通过内部基准参考电压源9对音频分析通道进行校准，校准时间短，可以保证较高的精度；校准结束后，FPGA7将校准数据存放于EEPROM8中偏置误差和增益误差补偿数据区域。

第二种是当音频分析仪检测到使用者长期没有校准操作后，便会发出校准指令，提醒用户进行更精确的校准；校准指令发出后，FPGA7控制音频分析通道的校准源选择开关10选择内部音频发生通道，并控制音频分析通道的增益，然后根据此增益状态下音频分析通道的信号输入电压范围产生覆盖模数转换器满量程范围的校准电压，并在其上叠加1个LSB的高斯白噪声信号；FPGA7将接收到的模数转换器采集数据进行平均后存放在FPGA内存中；当前增益状态下所有的校准数据采集完后，经曲线拟合得到一个5阶多项式；将该5阶多项式的各阶系数存放在EEPROM中；在不同的增益状态下重复进行上述操作，得到对应的多项式。

通过以上两种方式配合使用，便可以实现音频分析仪的实时校准，校准时间短，效率高并保证较高的校准精度，延长音频分析仪的校准周期，为使用者节省时间和校准费用。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (2)

1.一种音频分析仪，包括一号增益控制器、抗混叠滤波器、模数转换器、二号增益控制器、重构滤波器、数模转换器、FPGA和EEPROM；一号增益控制器、抗混叠滤波器与模数转换器依次连接，二号增益控制器、重构滤波器和数模转换器依次连接；模数转换器、数模转换器及EEPROM分别与FPGA连接；其特征在于，音频分析仪还包括基准参考电压源和校准源选择开关；校准源选择开关为单刀双掷开关，其包括一个动端和两个不动端；一号增益控制器与动端连接，基准参考电压源和二号增益控制器分别与其中的一个不动端连接。

2.一种音频分析仪内部自校准方法，采用如权利要求1所述的一种音频分析仪，其特征在于，该校准方法具体为：

a音频分析仪开机预热后，其内部的温度传感器时刻监测音频分析仪内部的环境温度，当环境温度与当前校准数据对应的温度差超过5摄氏度时，提醒使用者进行快速校准；此时使用者控制校准源选择开关选择通过内部基准参考电压源对音频分析通道进行校准；校准结束后，FPGA将校准数据存放于EEPROM中偏置误差和增益误差补偿数据区域；

b当音频分析仪检测到使用者长期没有校准操作后，便会发出校准指令；FPGA控制音频分析通道的校准源选择开关选择内部音频发生通道，并控制音频分析通道的增益，然后根据此增益状态下音频分析通道的信号输入电压范围产生覆盖模数转换器满量程范围的校准电压，并在其上叠加1个LSB的高斯白噪声信号；FPGA将接收到的模数转换器采集数据进行平均后存放在FPGA内存中；当前增益状态下所有的校准数据采集完后，经曲线拟合得到一个5阶多项式；将该5阶多项式的各阶系数存放在EEPROM中；在不同的增益状态下重复进行上述操作，得到对应的多项式。