CN112055295B - 利用数字化实时音频信号驱动热致发声装置的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用数字化实时音频信号驱动热致发声装置的方法及系统，该方法先对热致发声装置前的模拟音频信号进行转换和滤波降噪；将经过转换和滤波降噪后的模拟音频信号通过过采样的方式转换为10～16位高精度的数字信号流；对获得的数字信号流进行数字滤波后通过信号的两级数字化调制得到能够随时钟信号变化的数字化的音频信号流；对调制得到的数字化的音频信号流进行整形和功率放大，得到用于驱动热致发声装置播放音频的数字化的音频信号流。所述系统包括输入模块、模数转换模块、调制模块、输出模块和电源管理模块。本发明实现了音频信号的实时数字化转换并驱动热致发声装置，有效消除了热致发声装置的倍频效应，显著降低了装置发声时的功耗。
Description
技术领域
本发明属于音频驱动领域，特别是热致发声装置驱动技术领域，具体涉及一种利用数字化实时音频信号驱动热致发声装置的方法及系统，利用信号输入模块、模数转换模块、调制模块和输出模块协同工作形成一条完整的信号处理链路，对输入音频信号进行实时数字化，并实现实时、高保真、低功耗驱动热致发声装置。
背景技术
目前在声学领域及业界，主流的音频播放扬声器采用的是动圈、动铁或压电等方法，例如目前主流的动圈，其原理在于通过变频的音频信号产生磁场与永磁体的磁场相互作用，推动线圈或磁体运动以推动空气，从而推动振膜振动发声。该方法具备诸多优点，但是随着技术的不断发展，及人们对便捷、超薄、可穿戴设备的追求，迫切需要一种可弯曲、超薄的声学装置产生。
热致发声原理，即利用超薄导电薄膜产生的热量加热空气，使其膨胀或收缩，从而发出声音。相比于传统的动圈、动铁或压电，热致发声装置本身无任何机械振动，仅仅依靠加热空气即可发声。基于热致发声原理的声学装置不需要很大的垂直空间，相较于传统的机械式(动圈、动铁等)振动发声装置，大大降低了对垂直空间的需求。除此之外，基于热致发声原理的声学装置可采用多种材料制备，如铝薄膜、石墨烯等具备良好热学性能的材料，而这些材料大多具备超薄、可弯曲的优势，在可穿戴技术、超薄设备领域具备很大的应用潜力。
由于基于热致发声的声学装置采用的是装置发热的方式加热空气发出声音，其发热功率与输入信号为平方关系，即：P＝I2R，其中，P为声学装置的发热功率，I为输入声学装置的音频信号，R为声学装置的电阻。输入声学装置的音频信号I是包含多种频率的复合信号，当对音频信号进行平方处理时，会出现倍频及多倍频的谐波信号，从而导致了装置发声的完全失真，这也是为何热致发声原理提出以来，未得到广泛应用的原因。
目前一种缓解失真的技术方案为采用“直流+交流”的方式驱动热致发声装置，这种方式虽然能够获得部分单频信号，但其倍频谐波信号依然存在，并且引入了很高的直流焦耳热，进而导致热声发声装置发热严重。
发明内容
本发明的目的是为了为解决现有基于“直流+交流”模式驱动热致发声装置时产生的倍频效应，并实现实时驱动热致发声装置播放音频信号的问题，本发明提供一种利用数字化实时音频信号驱动热致发声装置的方法及系统，能够有效消除热致发声装置固有的倍频效应，并且能够实时驱动热致发声装置播放音频信号。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提出的一种利用数字化实时音频信号驱动热致发声装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对输入热致发声装置前的模拟音频信号进行格式转换和滤波降噪处理，将信号格式转换为后级所需格式并消除模拟音频信号传输过程中引入的噪声；
2)将经过进行格式转换和滤波降噪处理后的模拟音频信号通过过采样的方式转换为10～16位高精度的数字信号流；
3)对获得的数字信号流进行数字滤波，然后通过信号的两级数字化调制得到能够随时钟信号变化的数字化的音频信号流；所述两级数字化调制是利用根据输入音频信号的特征随着时钟信号变化而变化的数字化信号来表示音频信号的特征，在每个时钟周期内，信号保持固定特征，并将采样得到的信号幅度通过调制运算并与参考值进行比较，从而输出0或1的数字脉冲信号；
4)对调制得到的数字化的音频信号流进行整形和功率放大，得到用于驱动热致发声装置播放音频的数字化的音频信号流。
本发明还提出一种利用数字化实时音频信号驱动热致发声装置的系统，其特征在于，包括：
输入模块，包括相互连接的信号格式转换器和两级模拟滤波器。通过音频接口输入音频信号，所述信号格式转换器和两级模拟滤波器依次对输入的音频信号进行信号的格式转换和滤波处理得到差分模拟信号；
模数转换模块，与所述输入模块相连，用于将输入模块得到的模拟信号转换为10～16位高精度数字信号；
调制模块，与所述模数转换模块相连，包括相连接的数字滤波器和信号数字化调制器；模数转换模块输出的数字信号输入到调制模块中，通过数字滤波器和信号的数字化调制模块分别进行滤波和信号的数字化调制；
输出模块，包括相连接的波形整形器，和功率放大电路；由所述调制模块调制得到的数字化的音频信号输入到输出模块中，通过波形整形器和功率放大电路提升驱动信号的质量和功率，以此驱动热致发声装置播放音频；
电源管理模块，与输入模块、模数转换模块、调制模块和输出模块相连，用于为各模块供电。
本发明的特点及有益效果如下：
本发明提供的一种利用数字化实时音频信号驱动热致发声装置的方法及系统，在热致发声装置驱动领域具备实时、低功耗及高保真驱动播放音频的优点。首先本发明基于的是信号的数字化方法，该方法采用数字化的音频信号作用于热致发声装置，能够有效的消除基于热致发声理论的发声装置所固有的倍频效应，相较于传统的直流叠加交流的模拟驱动方式，显著降低了装置发生时的功耗。其次，通过输入模块、模数转换模块、调制模块和输出模块对音频信号进行处理，形成一个实时处理信号的链路，实现了音频信号的实时、低功耗播放。最后在该方法中，在信号输入模块进行了模拟滤波，在调制模块对多位高精度数字信号进行了数字滤波，在输出模块数字化后的音频信号流进行了整形，这些措施有效的提高了信号的保真度。
附图说明
图1为本发明提出的一种利用数字化实时音频信号驱动热致发声装置的系统的结构框图；
图2为基于本发明提出方法的具体实施电路结构示意图；
图3为本发明具体实施电路中输入模块的电路结构示意图；
图4为本发明具体实施电路中利用FPGA实现调制模块的算法框图；
图5为本发明具体实施电路中采用的输出模块的电路结构示意图；
图6为基于本发明的具体实施电路驱动热致发声装置的单频信号频谱响应图；
图7为传统的“直流+交流”模式驱动热致发声装置的单频信号频谱响应图；
图8为相同发声声压响应下，基于本发明提出方法驱动热致发声装置与“直流+交流”模式驱动热致发声装置的功耗对比图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
为了更好地理解本发明，以下详细阐述本发明提出的一种利用数字化实时音频信号驱动热致发声装置的方法及系统的应用实例。
本发明实施例的一种利用数字化实时音频信号驱动热致发声装置的方法，该方法包括以下步骤：
1)对输入热致发声装置前的模拟音频信号进行格式转换和滤波降噪处理，将信号格式转换为后级所需格式并消除模拟音频信号传输过程中引入的噪声；
2)将经过格式转换和滤波降噪处理后的模拟音频信号通过过采样的方式转换为10～16位高精度的数字信号流；
3)对获得的数字信号流进行数字滤波(本实施例中采用常规二阶IIR数字滤波)，然后通过信号的两级数字化调制得到能够随时钟信号变化的数字化的音频信号流；所述两级数字化调制是利用根据输入音频信号的特征(频率和幅度)随着时钟信号变化而变化的数字化信号来表示音频信号的特征，在每个时钟周期内，信号保持固定特征，并将采样得到的信号幅度通过调制运算并与参考值进行比较，从而输出0(比参考值小时)或1(比参考值大时)的数字脉冲信号，该脉冲信号即为如前所述的随时种信号变化的数字化的音频信号流。
4)对调制得到的数字化的音频信号流进行整形和功率放大，其工作电压为可调的6V到12V，从而得到用于驱动热致发声装置播放音频的数字化的音频信号流。
进一步地，本发明还提出基于上述方法的驱动热致发声装置的系统，该系统的结构框图参见图1，音频输入接口100，200为实现实时数字化的信号驱动的系统框图，300为热致发声装置。其中，音频输入接口100采用通用音频接口，利用数字化实时音频信号驱动热致发声装置的系统200主要包含：输入模块210、模数转换模块220、调制模块230、输出模块240以及电源管理模块250。其中：
音频输入接口100与输入模块210相连，用于将音频信号传输至输入模块210。
输入模块210包括相互连接的信号格式转换器211和两级模拟滤波器212；信号格式转换器211和两级模拟滤波器212依次对从音频输入接口100输入的音频信号进行信号的格式转换和滤波处理得到模拟信号。
模数转换模块220与输入模块210相连，用于将输入模块210得到的模拟信号转换为10～16位高精度数字信号。模数转换模块采用的是过采样的方式进行转换，通常音乐的频率在20Hz到20KHz之间，过采样频率要求在远高于音频的最大频率，采样频率越高，经调制模块数字化后的信号用以驱动热致发声装置效果越好，但是考虑到成本和性能的折中，通常采用3MHz过采样频率为最佳。
调制模块230与模数转换模块220相连，包括相连接的数字滤波器231和信号数字化调制器232；数字信号输入到调制模块230中，通过数字滤波器231和信号的数字化调制模块232分别进行滤波和信号的数字化调制。通过调制模块230，将多位高精度的数字信号进行数字滤波，并将其调制为包含实时音频特征的数字化的音频信号流。具体地，调制模块230是利用根据输入音频信号的特征随着时钟信号的变化而变化的数字化的信号来表示音频信号的特征，数字化的信号流作用在热致发声装置上时，装置发热的功率为数字化的信号幅度的平方，在每个时钟周期内，信号保持固定特征，因而平方之后的音频信号与音频频率大小无关，从而有效消除热致发声装置固有的倍频现象。
输出模块240包括相连接的波形整形器241和功率放大电路242；由调制模块230调制得到的数字化的音频信号输入到输出模块240中，通常经过调制模块调制得到的数字化的音频信号流驱动能力有限，故利用波形整形器241和功率放大电路242提升驱动信号的质量和功率，同时提供对信号的整形，以此驱动热致发声装置播放音频，数字化的音频信号波形越理想，作用于热致发声装置播放的音频保真度越高。
电源管理模块250与输入模块210、模数转换模块220、调制模块230和输出模块240相连，用于为各模块供电。
本发明利用信号输入模块、模数转换模块、调制模块和输出模块形成一条完整的信号处理链路，信号流随着时钟周期实时同步变化，实现对输入音频信号的实时数字化，并且驱动热致发声装置播放音频。
本发明实施例的系统中各器件的具体实现方式和功能结合图2～图5分别描述如下：
音频输入接口100采用通用音频接口，与输入模块210相连，用于将音频信号传输至输入模块210。
输入模块210包括相互连接的信号格式转换器211和两级模拟滤波器212；信号格式转换器211与音频输入接口100相连，信号格式转换器211采用AC(交流)耦合的方式对经过输入的音频信号进行格式转换得到差分信号，两级模拟滤波器212对正负差分信号进行滤波得到下级模块所需的差分输入信号；两级模拟滤波器212采用无源RC(电阻和电容)滤波器以及LC(电抗和电容)低通滤波器级联，用于对进过格式转换得到的差分音频信号进行滤波处理。本实施例中输入模块210的电路结构参见图3，该电路包括七个电阻R1～R7、九个电容C1～C9和两个电抗L1～L2，其中，由电阻R1、R2、R5、R6、R7和电容C1、C2、C7、C8、C9组成信号格式转换器211；由电阻R3、电容C3、C4和电抗L1组成正差分信号的两级模拟滤波器212a，由电阻R4、电容C5、C6和电抗L2组成负差分信号的两级模拟滤波器212b。输入模块210的电路结构中各器件的连接关系为：电容C1、C2的一端分别与音频接口100的正极端Vin+、负极端Vin-连接，电容C1的另一端接入正差分信号的两级模拟滤波器212a，并从输入模块210的正极输出端V+输出正差分信号，电容C2的另一端接入负差分信号的两级模拟滤波器212b，并从输入模块210的负极输出端V-输出负差分信号；信号格式转换器211的高位参考电压端Vref_H、电阻R6、电阻R7和信号格式转换器211的低位参考电压端Vref_L依次串联，在电阻R6和高位参考电压端Vref_H的连线与地之间并联接入电容C8，在电阻R7和低位参考电压端Vref_L的连线与地之间并联接入电容C9；电阻R1和R2的一端串联，电阻R1的另一端并联接入电容C1与电阻R3的连线，电阻R2的另一端并联接入电容C2与电阻R4的连线，电阻R5的一端并联接入电阻R1和R2的连线，电阻R5的另一端并联接入电阻R6与电阻R7的连线；将高位参考电压和低位参考电压的电压取中值电压，从而在电容C1与电阻R1的连线上以相同的中值参考电压；然后将音频接口100输入的正、负音频输入信号通过电容C1和C2实现交流耦合，并与中值参考电压进行叠加，从而形成两路音频差分信号。然后分别通过由电阻R3、电容C3、电抗L1和电容C4组成的一级低通滤波器和由电阻R4、电容C5、电抗L2和电容C6组成的二级低通滤波器进行信号滤波。最终在差分信号正极端和差分信号负极端得到滤波后的两路音频差分信号。正差分信号的两级模拟滤波器212a中，电阻R3与电抗L1串联，在电抗L1与电阻R3及正极输出端V+的连线与地之间分别并联接入电容C3和电容C4；负差分信号的两级模拟滤波器212b中，电阻R4与电抗L2串联，在电抗L2和电阻R4及负极输出端V-的连线与地之间分别并联接入电容C5和电容C6。
模数转换模块220采用相连接的A/D转换芯片和电压转换芯片进行实现，由于在系统实现中使用的A/D转换芯片和调制模块230的工作电压不匹配，在此引入电压转换芯片匹配A/D转换芯片和调制模块230的电压。将A/D转换芯片与输入模块210内的信号格式转换器212相连接，用于将信号格式转换器212输出的前级模拟信号转换为10～16位高精度数字信号，A/D转换芯片的输出端与电压转换芯片的输入端相连，通过电压转换芯片将信号电压转换为与下一级模块匹配的电压。本实施例中，模数转换模块220的A/D转换芯片采用型号为ADS820的A/D芯片，其采样频率为3MHz、位数为10位；电压转换芯片采用型号为SN74LVC8T245的具有可配置电压转换和三态输出的8位双电源总线收发器，电压转换芯片需提供两个电压偏置，设置为5V和3.3V。
调制模块230采用FPGA模块，具体包括相连接的数字滤波器231和信号数字化调制器232；数字滤波器231与模数转换模块220相连接，数字滤波器231采用2阶IIR数字滤波器(Infinite Impulse Response Digital Filter，脉冲响应无限长滤波器)，用于对输入的10～16位高精度数字信号Din进行数字滤波处理。信号数字化调制器232采用两级数字化调制结构，将10～16位高精度数字信号调制为数字化的电平信号Stmp。具体地，调制模块230的电路结构参见图4，数字滤波器231的电路为2阶IIR低通滤波器，其系统函数为：
式中，a1，a2，b1，b2，b0为根据低通滤波器的系统函数的零极点并计算出低通滤波器的截止频率为20kHZ确定的系数和常数，Z为数字滤波器的复频域变量。本实施例中，参数b0＝1，b1＝2，b2＝1，a1＝-1.2796，a2＝-0.4776。
数字化调制模块232如图4中所示由两级数字积分器1/(1-Z-1)和配置了参考电压VR(如0V)的比较器构成，比较器的输出反馈通过延时器Z-1分别反馈到两级数字积分器中。该模块的实现过程为：数字信号Din输入到数字滤波器231中，经过滤波之后，输入到数字化调制模块232进行数字化调制，最终得到以数字化的脉冲信号Stmp，该信号即为数字化的音频信号。
输出模块240采用电压转换芯片和两级功率放大器，电压转换芯片用于匹配调制模块230和第一级功率放大器的工作电压，由于输出模块240中第一级功率放大器的工作电压为5V，而调制模块230中FPGA模块的工作电压为3.3V，为了匹配两者之间的电压，在调制模块230与输出模块240之间，接入了电压转换芯片，本实施例中该电压转换芯片采用型号为SN74LVC8T245的电压转换器。两级功率放大器包括相连接的波形整形器241和功率放大电路242；波形整形器241与调制模块230内的信号数字化调制器232相连接，用于对调制后的数字化音频信号Stmp进行整形，从而得到更理想的数字电平信号。功率放大电路242用于将数字化的音频信号的驱动功率进行放大，从而驱动热致发声装置300进行发声。具体地，输出模块240的电路结构参见图5，由两级功率放大器和若干电阻组成；第一级功率放大器OPA1的工作电压为5V，主要功能是对信号进行整形，并且具有信号缓冲的作用，然后输入到第二级功率放大器OPA2中，第二级功率放大器OPA2采用比较器法输入，该第二级功率放大器OPA2的工作电压为6V到12V，提升输出功率，并且调节电阻R12能够控制音量大小。该模块的具体实现为：波形整形器电路中第一级功率放大器OPA1采用宽带宽的功率放大器，该功率放大器的正向输入端接电阻R8进行限流，将第一级功率放大器OPA1的输出端反馈到第一级功率放大器OPA1的负向输入端，构成一个跟随器。将第一级功率放大器OPA1的的输出信号通过电阻R9接入第二级功率放大器OPA2，并与由电阻R10和R11配置的参考电压(如0.12V)进行比较，当第二级功率放大器OPA2的负向输入端电压高于参考电压时，输出为高电平，当第二级功率放大器OPA2的负向输入端电压低于参考电压时输出为低电平，第二级功率放大器OPA2的电源端通过电阻R12和R13构成的偏置分压支路调节对第二级功率放大器OPA2偏置电压的大小，从而调节第二级功率放大器OPA2输出信号Sout功率的大小，即影响热致发声装置300播放音量的大小。
电源管理模块250采用电源管理芯片进行实现，将其与输入模块210、模数转换模块220、调制模块230和输出模块240相连，用于为各模块供电。电压管理模块250由电源管理芯片将12V的供电电压转换为5V和3.3V两路电压，其中A/D转换芯片(ADS820)的工作电压为5V；FPGA模块的工作电压为3.3V；输出模块的工作电压为5V和12V，5V为整形电路的工作电压，12V为功率放大电路的工作电压；电压转换芯片需提供5V和3.3V的供电电压，电压转换芯片的目的就是匹配工作电压为5V的模块和工作电压为3.3V的模块。
利用图2中的电路对热致发声装置进行驱动，得到如图6所示的单频信号驱动的频谱响应图。如图7为采用传统“直流+交流”的信号模式驱动热致发声装置的单频信号驱动的频谱响应图。通过对比图6和图7所示的3KHz输入信号的频率响应图，可以看出其总谐波失真(THD)从86％降低到了2.29％，有效改善了热致发声装置的频率响应特性。
图8为热致发声装置在相同输出声压响应下，基于本发明提出的方法与“直流+交流”模式驱动热致发声装置的功耗对比图。从图中可以看出，采用“直流+交流”的模式驱动热致发声装置时功耗为40mW，采用本发明提出的音频信号的数字化驱动方法，功耗为18mW，降低了热致发声装置的功耗。
综上，因而，考虑到传统的驱动基于热声效应原理的发声装置方法存在的局限性，本发明提出了利用数字化实时音频信号驱动热致发声装置的方法及系统，通过对音频信号的数字化将模拟信号转化为实时数字化的音频信号流(包括PAM、PWM等)，并驱动热致发声装置，从而实现了包含多种频率的复合音频信号实时、高保真、低耗能驱动热致发声装置。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出以上实施列对本发明不构成限定，相关工作人员在不偏离本发明技术思想的范围内，所进行的多样变化和修改，均落在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种利用数字化实时音频信号驱动热致发声装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对输入热致发声装置前的模拟音频信号进行格式转换和滤波降噪处理，将信号格式转换为后级所需格式并消除模拟音频信号传输过程中引入的噪声；
2)将经过格式转换和滤波降噪后的模拟音频信号通过过采样的方式转换为10～16位高精度的数字信号流；
3)对获得的数字信号流进行数字滤波，然后通过信号的两级数字化调制得到能够随时钟信号变化的数字化的音频信号流；所述两级数字化调制是利用根据输入音频信号的特征随着时钟信号变化而变化的数字化信号来表示音频信号的特征，在每个时钟周期内，信号保持固定特征，并将采样得到的信号幅度通过调制运算并与参考值进行比较，从而输出0或1的数字脉冲信号；
4)对调制得到的数字化的音频信号流进行整形和功率放大，得到用于驱动热致发声装置播放音频的数字化的音频信号流。
2.一种利用数字化实时音频信号驱动热致发声装置的系统，其特征在于，包括：
输入模块，包括相互连接的信号格式转换器和两级模拟滤波器，通过音频接口输入音频信号，所述信号格式转换器和两级模拟滤波器依次对输入的音频信号进行信号的格式转换和滤波处理得到差分模拟信号；
模数转换模块，与所述输入模块相连，用于将输入模块得到的模拟信号转换为10～16位高精度数字信号；
调制模块，与所述模数转换模块相连，包括相连接的数字滤波器和信号数字化调制器；模数转换模块输出的数字信号输入到调制模块中，通过数字滤波器和信号的数字化调制模块分别进行滤波和信号的数字化调制；
输出模块，包括相连接的波形整形器，和功率放大电路；由所述调制模块调制得到的数字化的音频信号输入到输出模块中，通过波形整形器和功率放大电路提升驱动信号的质量和功率，以此驱动热致发声装置播放音频；
电源管理模块，与输入模块、模数转换模块、调制模块和输出模块相连，用于为各模块供电。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述输入模块中，信号格式转换器采用AC耦合的方式将输入音频信号转换为差分信号，所述两级模拟滤波器采用无源RC低通滤波器以及LC低通滤波器对差分信号进行滤波，得到所述调制模块所需的差分输入信号。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述输入模块包括七个电阻R1～R7、九个电容C1～C9和两个电抗L1～L2，其中，由电阻R1、R2、R5、R6、R7和电容C1、C2、C7、C8、C9组成所述信号格式转换器；由电阻R3、电容C3、C4和电抗L1组成正差分信号的两级模拟滤波器，由电阻R4、电容C5、C6和电抗L2组成负差分信号的两级模拟滤波器；电容C1、C2的一端分别与音频接口的正极端Vin+、负极端Vin-连接，电容C1的另一端接入正差分信号的两级模拟滤波器，并从输入模块的正极输出端V+输出正差分信号，电容C2的另一端接入负差分信号的两级模拟滤波器，并从输入模块的负极输出端V-输出负差分信号；正差分信号的两级模拟滤波器中，电阻R3与电抗L1串联，在电抗L1与电阻R3及正极输出端V+的连线与地之间分别并联接入电容C3和电容C4；负差分信号的两级模拟滤波器中，电阻R4与电抗L2串联，在电抗L2和电阻R4及负极输出端V-的连线与地之间分别并联接入电容C5和电容C6；信号格式转换器的高位参考电压端Vref_H、电阻R6、电阻R7和信号格式转换器的低位参考电压端Vref_L依次串联，在电阻R6和高位参考电压端Vref_H的连线与地之间并联接入电容C8，在电阻R7和低位参考电压端Vref_L的连线与地之间并联接入电容C9；电阻R1和R2的一端串联，电阻R1的另一端并联接入电容C1与电阻R3的连线，电阻R2的另一端并联接入电容C2与电阻R4的连线，电阻R5的一端并联接入电阻R1和R2的连线，电阻R5的另一端并联接入电阻R6与电阻R7的连线。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述模数转换模块包括相连接的A/D转换芯片和电压转换芯片；A/D转换芯片与输入模块内的信号格式转换器相连接，用于将信号格式转换器输出的模拟信号转换为10～16位高精度数字信号，A/D转换芯片的输出端与电压转换芯片的输入端相连，通过电压转换芯片将信号电压转换为与调制模块匹配的电压。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述调制模块采用FPGA模块，包括相连接的数字滤波器和信号数字化调制器；所述数字滤波器采用2阶IIR数字滤波器；所述信号数字化调制器采用两级数字化调制结构，由两级数字积分器1/(1-Z-1)和配置了参考电压的比较器构成，比较器的输出反馈通过延时器Z-1分别反馈到两级数字积分器中；Z为数字滤波器的复频域变量。
7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述输出模块包括电压转换芯片和两级功率放大器；
所述电压转换芯片用于匹配调制模块和第一级功率放大器的工作电压；
所述两级功率放大器包括相连接的波形整形器和功率放大电路，具体由两级功率放大器和若干电阻组成；电阻R8接入第一级功率放大器的正向输入端进行限流，第一级功率放大器的输出端反馈到第一级功率放大器的负向输入端，构成一个跟随器；第一级功率放大器的的输出端通过电阻R9接入第二级功率放大器的正向输入端，第二级功率放大器的负向输入端接入由电阻R10和R11串联构成的参考电压电路，根据第二级功率放大器负向输入端电压与参考电压的比较输出高低电平，第二级功率放大器的电源端通过电阻R12和R13构成的偏置分压支路调节对第二级功率放大器偏置电压的大小，以此调节第二级功率放大器输出信号功率的大小。
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