CN110932685A

CN110932685A - 一种基于matlab设计的数字幅频均衡功率放大器

Info

Publication number: CN110932685A
Application number: CN201911415662.4A
Authority: CN
Inventors: 易宏博
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2020-03-27

Abstract

本发明公开了一种基于MATLAB设计的数字幅频均衡功率放大器。所述结构包括：前置放大电路、带阻网络，数字幅频均衡模块以及功率放大组件。前置放大器放大来自信号源的微弱电压小信号，对小信号进行第一次处理，将一级输出信号作为二级带阻网络的输入信号，位于第二级的带阻网络对前置放大器电路的输出信号进行滤波，然后进入数字幅频均衡结构，使用MATLAB的M文件计算滤波器系数，实现数字均衡整体算法从而对阻网络输出信号进行幅频均衡，信号经过数字幅频均衡处理后再由功率放大器进行功率放大后实现播放。本发明所述数字幅频均衡功率放大器信号处理效果好、信号保真度和功率转换效率更高。

Description

一种基于MATLAB设计的数字幅频均衡功率放大器

技术领域

本发明属于音频处理和加工领域，具体涉及一种基于MATLAB设计的数字幅频均衡功率放大器。

背景技术

数字均衡技术通常用于信道均衡。由于信道的不均匀特性，需要使用负载线圈均衡方法来改善语音质量。均衡器就是一种起到补充作用的滤波器，这种可调节滤波器能减小信息传输中的互相干扰，校正和补偿系统特性。而信号放大是指经过数字幅频均衡结构处理后，信号在一定范围内的电压幅度波动，再通过功率放大器放大。数字均衡是从包含通信系统接收端噪声的失真信号中获得原始传输信号。本质上，均衡等同于逆滤波或反卷积的过程，即通过对在接收端接收的序列进行去卷积来恢复发送端的传输信息。故而也需要数字均衡算法，其发展呈现先线性后非线性，时域到频域的过程。常见的均衡算法主要有：同态滤波法、FIR均衡算法、IIR均衡算法以及相关的自适应均衡算法。数字信号处理中，FIR滤波器是一种脉冲响应为有限周期的滤波器，其脉冲响应是在有限时间内达到零，符合一定对称条件时同时实现标准的线性相位，故而适于运用到数字幅频均衡电路的设计中，但目前相关设计中仍存在均衡结果不平，效率低下的问题，需要进一步优化设计结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于MATLAB设计的数字幅频均衡功率放大器，以回应背景技术中所提到的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于MATLAB设计的数字幅频均衡功率放大器，包括前置放大电路、带阻网络，数字幅频均衡模块以及功率放大组件。其运行时实现均衡的具体步骤如下：

(1)前置放大器放大：前置放大器放大来自信号源的微弱电压小信号，对小信号进行第一次处理，将一级输出信号作为二级带阻网络的输入信号。

(2)带阻网络滤波：位于第二级的带阻网络对前置放大器电路的输出信号进行滤波，输入的模拟音频信号经过ADC数模转换器转换成数字信号PCM音频数据，输入的pcm音频信号为频率从20Hz～20KHz的正弦波双通道音频数据。

(3)数字幅频均衡处理：上述音频数据进入数字幅频均衡结构，使用MATLAB的M文件计算滤波器系数，一共设置5个峰值滤波器，音频信号pcm_in经高通滤波，对低频部分衰减(500Hz以下)后，输出给峰值滤波器1，对中心频率为4KHz的音频信号进行增强处理；接着输出给峰值滤波器2，对中心频率为8KHz的音频信号进行衰减处理；再输出给峰值滤波器3，对中心频率为10KHz的音频信号进行增强处理；最后输出给峰值滤波器4，对中心频率为12KHz的音频信号进行衰减处理，从而实现数字均衡整体算法从而对阻网络输出信号进行幅频均衡。

(4)功率放大：信号经过数字幅频均衡处理后再由功率放大器进行功率放大。

最终生成均衡后的音频信号传输给播放器播放。

进一步地，可以参照IIR双二阶滤波器设置滤波器系数。

进一步地，在启动audio equalizer后，通过设定APB总线将滤波器系数经SRAM控制器实现预先存储，可以进行均衡器的系数修改。

进一步地，可以进一步增设峰值滤波器以对比频率失真和提高音响艺术的表现效果。

进一步地，可将数字音频均衡器模块集成进行FPGA测试。

进一步地，可以使用低通、带通、陷波和搁置滤波器等来实现音效。

本发明的有益效果为：通过设置5个峰值滤波器，从而调整了不同频段的增益，从而达到校正音频设备产生的频率失真和提高音响艺术的表现效果。经过前置放大部分放大的信号以及带阻网络加以滤波，通过反复调整带阻网络参数，使用MATLAB设计相应带通FIR滤波器，不仅校正了频率失真，还提高了功率转换效率。

附图说明

图1是一种基于MATLAB设计的数字幅频均衡功率放大器的结构图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行进一步描述。

如图1所示，本发明实施例的一种基于MATLAB设计的数字幅频均衡功率放大器，包前置放大电路、带阻网络，数字幅频均衡模块以及功率放大组件。其运行时实现均衡的具体步骤如下：

(1)前置放大器放大：前置放大器放大来自信号源的微弱电压小信号，对小信号进行第一次处理，将一级输出信号作为二级带阻网络的输入信号。前置放大电路，使采用NE5532芯片进行两级放大，在第一级放大中使用600Ω的可调变阻器，放大幅度调节为10倍，第二级放大幅度调节为15倍，电路使用的了电容耦合和滤波，接有源低通滤波器和跟随放大器，低通滤波器1dB通频带为20Hz～20kHz，跟随器起到阻抗匹配和级间隔离的作用600Ω电阻串联接到输出端以确保输出端能达到600Ω阻抗，前置小信号放大倍数在400倍以上，输出电阻达到600Ω，频带为20Hz-20kHz。以10kHz输出时电压幅度为作为参考。

(2)带阻网络滤波：位于第二级的带阻网络对前置放大器电路的输出信号进行滤波，使带阻滤波器技术指标归一变成相对值，选择归一化低通滤波器要提供所需的衰减，使陡度系数不超过求出的数值。第二步把归一化低通滤波器转化为归一化高通滤波器，之后再把高通滤波器标定到截止频率和规定的阻抗值。输入的模拟音频信号经过ADC数模转换器转换成数字信号PCM音频数据，输入的pcm音频信号为频率从20Hz～20KHz的正弦波双通道音频数据。

(4)功率放大：功率放大组件由三角波发生器，比较器，驱动电路组成。先用积分器对信号进行积分，然后通过比较得到三角波。将得到的三角波与输入信号进行比较以通过比较器获得调制波形。使用IR2110做驱动最后一级功率场效应晶体管，然后信号经过数字幅频均衡处理后再由功率放大器进行功率放大。最终生成均衡后的音频信号传输给播放器播放。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。综上所述，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都在本发明保护的范围。

Claims

1.一种基于MATLAB设计的数字幅频均衡功率放大器，其特征在于，所述结构包括：前置放大电路、带阻网络，数字幅频均衡模块以及功率放大组件。

2.根据权利要求1所述的一种基于MATLAB设计的数字幅频均衡功率放大器，其特征在于，具体运作流程如下：

最终生成均衡后的音频信号传输给播放器播放。

3.根据权利要求1所述的一种基于MATLAB设计的数字幅频均衡功率放大器，其特征在于，设置了5个峰值滤波器，通过调整不同频段的增益，从而达到校正音频设备产生的频率失真和提高音响艺术的表现效果。

4.根据权利要求1所述的一种基于MATLAB设计的数字幅频均衡功率放大器，其特征在于，设计信号能通过的最低频率在20Hz至20kHz的低通滤波器，将各个元件的振荡频率调到能够发生谐振，低通滤波器对直流的响应和带通滤波器对中心频率的响应等同，把低通滤波器转化成高通滤波器当成带阻滤波器使用，截止频率为要求的带宽，然后将高通元件间振荡频率能够发生谐振到滤波器的中间频率。

5.根据权利要求1所述的一种基于MATLAB设计的数字幅频均衡功率放大器，其特征在于，前置放大电路，要采用NE5532芯片进行两级放大，600Ω电阻串联接到输出端以确保输出端能达到600Ω阻抗。

6.根据权利要求1所述的一种基于MATLAB设计的数字幅频均衡功率放大器，其特征在于，数字幅频均衡电路采用FIR滤波器，并在结束时采用功率放大电路测试，电路正负极电压设置为±15V，在其中接入一个8Ω大小电阻做负载，前面前置放大电路带阻网络和均衡网路都接入测试电路。用示波器观察末级功率放大输出电压幅度，串联接入两台四位半万用表，测试电源正负极电流值变化。

7.根据权利要求1所述的一种基于MATLAB设计的数字幅频均衡功率放大器，其特征在于，使用一个乘法器和加法器，在不同的工作时钟点计算乘法和加法。为了进一步减少面积，不使用寄存器存储数据，而是将滤波器系数和中间结果临时存在SRAM中，等要用时再读出用于相应的计算。

8.根据权利要求1所述的一种基于MATLAB设计的数字幅频均衡功率放大器，其特征在于，功率放大组件由三角波发生器，比较器，驱动电路构成，使用IR2110做驱动最后一级功率场效应晶体管。