CN114978129A - 一种音频信号发生装置的输出方法 - Google Patents

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Abstract

本发明旨在提供一种能够增大输出信号的信噪比，以改善谐波失真和降低输出噪声的音频信号发生装置的输出方法。本发明包括以下步骤：S1.任意波形发生器对若干个第二加法器传输该数字信号，白噪声发生器对若干个第二加法器传输噪声信号；S2.第二加法器将数字信号和噪声信号进行叠加，第二加法器再将加噪后的数字信号传输到数模转换器中；S3.数模转换器将加噪后的数字信号转换为对应的模拟信号，然后将该模拟信号传输到运算放大器中；S4.运算放大器调节模拟信号的权重和幅值，再将调节后的模拟信号传输到第一加法器中；S5.第一加法器将若干个模拟信号叠加起来后再进行输出。本发明应用于音频测试技术领域。

Description

一种音频信号发生装置的输出方法
技术领域
本发明应用于音频测试技术领域，特别涉及一种音频信号发生装置的输出方法。
背景技术
在很多测试应用中，如声学测试，通常需要产生高保真的正弦信号即失真低、附加的噪声也低，而通用的信号发生器普遍不能满足此要求，必须选用或设计专用的音频信号发生器，往往又受限于DAC芯片的性能，无法设计出高性能的音频信号发生器。很多时候还要提升已有型号的性能，只能通过更换更高性能的芯片来实现，或者针对某些特定的频点，加入特定的滤波器，把谐波信号和噪声最大程度的抑制掉。例如，音频测试中常用的1kHz正弦信号，可以在输出增加1kHz的带通滤波器，把其谐波如2kHz、3kHz及大部分噪声都衰减到某个值，这样滤波后信号的信噪比就会得到提升。
但是，更高性能的DAC元器件不易选择，而对于多个频率的输出，必须设置多个对应的滤波器，导致系统变复杂。每个频率的滤波器不能在输出信号时无缝切换，无法保证输出扫频信号时的性能，谐波失真受限于芯片性能，无法得到更多的提升。若能设计出一种通过叠加多路输出信号来增大输出信号的信噪比，以改善音频信号发生器的输出噪声、谐波失真性能的音频信号发生装置的输出方法，则能够很好地解决上述问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种通过叠加多路输出信号来增大输出信号的信噪比，以改善谐波失真和降低输出噪声的音频信号发生装置的输出方法。
本发明所采用的技术方案是：所述输出方法应用的音频信号发生装置包括任意波形发生器、白噪声发生器、若干个第一加法器以及若干个转换模块，所述转换模块包括第二加法器、数模转换器以及运算放大器，所述任意波形器和所述白噪声发生器均与所述第二加法器信号连接，所述第二加法器与所述数模转换器信号连接，所述数模转换器与所述运算放大器信号连接，所述运算放大器与所述第一加法器信号连接，其特征在于，所述输出方法包括以下步骤：
S1.所述任意波形发生器在数字域生成一路数字信号，并对若干个所述第二加法器均传输该数字信号，所述白噪声发生器在数字域生成若干路噪声信号，并分别对若干个所述第二加法器传输噪声信号；
S2.所述第二加法器接收到数字信号和噪声信号后，将这两种信号进行叠加，所述第二加法器再将加噪后的数字信号传输到所述数模转换器中；
S3.所述数模转换器接收到加噪后的数字信号后，将加噪后的数字信号转换为对应的模拟信号，然后将该模拟信号传输到所述运算放大器中；
S4.所述运算放大器接收到模拟信号后调节模拟信号的权重和幅值，再将调节后的模拟信号传输到所述第一加法器中；
S5.所述第一加法器将接收到的若干个模拟信号叠加起来后再进行输出。
进一步地，所述音频信号发生装置还包括若干个模拟低通滤波器，所述第一加法器与所述模拟低通滤波器信号连接；在所述步骤S5中，所述第一加法器将接收到的若干个模拟信号叠加起来后传输到所述模拟低通滤波器中；所述输出方法还包括步骤S6：所述模拟低通滤波器接收到若干个模拟信号后，滤除模拟信号中不必要的带外噪声信号后再进行输出，以进一步降低输出的噪声信号。
进一步地，在所述步骤S2中，让一半数量的所述数模转换器在数字域加入正极噪声信号，另一半数量的所述数模转换器在数字域加入负极噪声信号，使各个所述数模转换器输出的谐波信号的能量被分散，而在数字域加入的负极噪声信号会在模拟域叠加时被正极噪声信号抵消。
进一步地，在所述步骤S1中，数字信号为音频测试常用的正弦波或者正弦扫频信号或者正弦扫幅信号。
进一步地，在所述步骤S2中，若干个所述第二加法器所接收到的噪声信号可以相同，也可以互补，还可以完全不同。
进一步地，所述转换模块的数量设置有四个，所述第一加法器和所述模拟低通滤波器的数量均设置有两个。
进一步地，两个所述数模转换器的正极端均与一个所述运算放大器的输入端相连接，两个所述数模转换器的负极端均与一个所述运算放大器的输入端相连接，两个所述运算放大器的输出端均与一个所述第一加法器的输入端相连接，两个所述第一加法器的输出端分别与两个所述模拟低通滤波器的输入端相连接，所述音频信号发生装置还包括第三加法器，两个所述模拟低通滤波器的输出端均与所述第三加法器的输入端相连接。
本发明的有益效果是：所述第二加法器接收到数字信号和噪声信号后，将这两种信号进行叠加，所述第二加法器再将加噪后的数字信号传输到所述数模转换器中，其中让一半数量的所述数模转换器在数字域加入正极噪声信号，另一半数量的所述数模转换器在数字域加入负极噪声信号，使各个所述数模转换器输出的谐波信号的能量被分散，而在数字域加入的负极噪声信号会在模拟域叠加时被正极噪声信号抵消，这样就不会导致输出信号中有数字域加入的噪声。通过所述第一加法器将接收到的若干个模拟信号叠加起来，所述模拟低通滤波器滤除模拟信号中不必要的带外噪声信号后再进行输出。因此，本发明通过叠加多路输出信号，能够提高输出信号的信噪比，具有改善音频信号发生装置的谐波失真性能，降低输出噪声的效果。
附图说明
图1是本发明的原理示意图；
图2是所述音频信号发生装置的结构示意图；
图3是本发明的效果示意图；
图4是所述音频信号发生装置以电流叠加方式输出信号的结构示意图。
具体实施方式
实施例一
如图2和图3所示，在本实施例中，所述输出方法应用的音频信号发生装置包括任意波形发生器1、白噪声发生器2、第一加法器3以及若干个转换模块，所述转换模块包括第二加法器4、数模转换器5以及运算放大器6，所述任意波形器和所述白噪声发生器2均与所述第二加法器4信号连接，所述第二加法器4与所述数模转换器5信号连接，所述数模转换器5与所述运算放大器6信号连接，所述运算放大器6与所述第一加法器3信号连接，其特征在于，所述输出方法包括以下步骤：
S1.所述任意波形发生器1在数字域生成一路数字信号，并对若干个所述第二加法器4均传输该数字信号，所述白噪声发生器2在数字域生成若干路噪声信号，并分别对若干个所述第二加法器4传输噪声信号；
S2.所述第二加法器4接收到数字信号和噪声信号后，将这两种信号进行叠加，所述第二加法器4再将加噪后的数字信号传输到所述数模转换器5中；
S3.所述数模转换器5接收到加噪后的数字信号后，将加噪后的数字信号转换为对应的模拟信号，然后将该模拟信号传输到所述运算放大器6中；
S4.所述运算放大器6接收到模拟信号后调节模拟信号的权重和幅值，再将调节后的模拟信号传输到所述第一加法器3中；
S5.所述第一加法器3将接收到的若干个模拟信号叠加起来后再进行输出。
如图2和图3所示，在本实施例中，所述音频信号发生装置还包括模拟低通滤波器7，所述第一加法器3与所述模拟低通滤波器7信号连接；在所述步骤S5中，所述第一加法器3将接收到的若干个模拟信号叠加起来后传输到所述模拟低通滤波器7中；所述输出方法还包括步骤S6：所述模拟低通滤波器7接收到若干个模拟信号后，滤除模拟信号中不必要的带外噪声信号后再进行输出，以进一步降低输出的噪声信号。
如图2和图3所示，在本实施例中，在所述步骤S2中，让一半数量的所述数模转换器5在数字域加入正极噪声信号，另一半数量的所述数模转换器5在数字域加入负极噪声信号，使各个所述数模转换器5输出的谐波信号的能量被分散，而在数字域加入的负极噪声信号会在模拟域叠加时被正极噪声信号抵消。其中，各路加噪信号的关系，不仅限于上述极性相反关系，也可以是互补关系。
如图2和图3所示，在本实施例中，在所述步骤S1中，数字信号为音频测试常用的正弦波或者正弦扫频信号或者正弦扫幅信号。
如图2和图3所示，在本实施例中，在所述步骤S2中，若干个所述第二加法器4所接收到的噪声信号可以相同，也可以互补，还可以完全不同。
在本实施例中，本发明的输出方法不仅限于音频信号发生装置，其他使用数模转换器输出高保真信号的装置也同样适用。
如图1所示，在本实施例中，本发明的原理如下：
设第K个数模转换器（DAC）在t时刻的输出信号为：
Figure 494122DEST_PATH_IMAGE001
；
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE002
为有用信号，
Figure 302940DEST_PATH_IMAGE003
为噪声信号。假设
Figure 958043DEST_PATH_IMAGE003
为零均值的白噪声，且其有效值即均方根值为
Figure DEST_PATH_IMAGE004
。此时有信噪比：
Figure 572827DEST_PATH_IMAGE005
；
则K路数模转换器（DAC）的输出叠加后，得出：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
；
由于s为确定信号，K次叠加后幅度会增加K倍。而噪声信号的瞬时幅值是随机的，叠加过程中幅值会随机的抵消，需要考虑其统计均方值：
Figure 137931DEST_PATH_IMAGE007
；
考虑到各路数模转换器（DAC）各自独立，其输出噪声信号
Figure DEST_PATH_IMAGE008
相互独立，则上式中的乘积项均值为零。故而可以得出叠加后噪声的均方根值为：
Figure 976705DEST_PATH_IMAGE009
；
叠加后的信噪比为：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
；
可以看出，K路输出叠加后，信噪比会改善
Figure 994471DEST_PATH_IMAGE011
倍。
实施例二
如图4所示，本实施例与实施例一的不同之处在于：所述转换模块的数量设置有四个，所述第一加法器3和所述模拟低通滤波器7的数量均设置有两个；两个所述数模转换器5的正极端均与一个所述运算放大器6的输入端相连接，两个所述数模转换器5的负极端均与一个所述运算放大器6的输入端相连接，两个所述运算放大器6的输出端均与一个所述第一加法器3的输入端相连接，两个所述第一加法器3的输出端分别与两个所述模拟低通滤波器7的输入端相连接，所述音频信号发生装置还包括第三加法器8，两个所述模拟低通滤波器7的输出端均与所述第三加法器8的输入端相连接。

Claims (7)

1.一种音频信号发生装置的输出方法，所述输出方法应用的音频信号发生装置包括任意波形发生器（1）、白噪声发生器（2）、若干个第一加法器（3）以及若干个转换模块，所述转换模块包括第二加法器（4）、数模转换器（5）以及运算放大器（6），所述任意波形器和所述白噪声发生器（2）均与所述第二加法器（4）信号连接，所述第二加法器（4）与所述数模转换器（5）信号连接，所述数模转换器（5）与所述运算放大器（6）信号连接，所述运算放大器（6）与所述第一加法器（3）信号连接，其特征在于，所述输出方法包括以下步骤：
S1.所述任意波形发生器（1）在数字域生成一路数字信号，并对若干个所述第二加法器（4）均传输该数字信号，所述白噪声发生器（2）在数字域生成若干路噪声信号，并分别对若干个所述第二加法器（4）传输噪声信号；
S2.所述第二加法器（4）接收到数字信号和噪声信号后，将这两种信号进行叠加，所述第二加法器（4）再将加噪后的数字信号传输到所述数模转换器（5）中；
S3.所述数模转换器（5）接收到加噪后的数字信号后，将加噪后的数字信号转换为对应的模拟信号，然后将该模拟信号传输到所述运算放大器（6）中；
S4.所述运算放大器（6）接收到模拟信号后调节模拟信号的权重和幅值，再将调节后的模拟信号传输到所述第一加法器（3）中；
S5.所述第一加法器（3）将接收到的若干个模拟信号叠加起来后再进行输出。
2.根据权利要求1所述的一种音频信号发生装置的输出方法，其特征在于：所述音频信号发生装置还包括若干个模拟低通滤波器（7），所述第一加法器（3）与所述模拟低通滤波器（7）信号连接；在所述步骤S5中，所述第一加法器（3）将接收到的若干个模拟信号叠加起来后传输到所述模拟低通滤波器（7）中；所述输出方法还包括步骤S6：所述模拟低通滤波器（7）接收到若干个模拟信号后，滤除模拟信号中不必要的带外噪声信号后再进行输出，以进一步降低输出的噪声信号。
3.根据权利要求1所述的一种音频信号发生装置的输出方法，其特征在于：在所述步骤S2中，让一半数量的所述数模转换器（5）在数字域加入正极噪声信号，另一半数量的所述数模转换器（5）在数字域加入负极噪声信号，使各个所述数模转换器（5）输出的谐波信号的能量被分散，而在数字域加入的负极噪声信号会在模拟域叠加时被正极噪声信号抵消。
4.根据权利要求1所述的一种音频信号发生装置的输出方法，其特征在于：在所述步骤S1中，数字信号为音频测试常用的正弦波或者正弦扫频信号或者正弦扫幅信号。
5.根据权利要求1所述的一种音频信号发生装置的输出方法，其特征在于：在所述步骤S2中，若干个所述第二加法器（4）所接收到的噪声信号可以相同，也可以互补，还可以完全不同。
6.根据权利要求2所述的一种音频信号发生装置的输出方法，其特征在于：所述转换模块的数量设置有四个，所述第一加法器（3）和所述模拟低通滤波器（7）的数量均设置有两个。
7.根据权利要求6所述的一种音频信号发生装置的输出方法，其特征在于：两个所述数模转换器（5）的正极端均与一个所述运算放大器（6）的输入端相连接，两个所述数模转换器（5）的负极端均与一个所述运算放大器（6）的输入端相连接，两个所述运算放大器（6）的输出端均与一个所述第一加法器（3）的输入端相连接，两个所述第一加法器（3）的输出端分别与两个所述模拟低通滤波器（7）的输入端相连接，所述音频信号发生装置还包括第三加法器（8），两个所述模拟低通滤波器（7）的输出端均与所述第三加法器（8）的输入端相连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116155294A (zh) * 2023-04-17 2023-05-23 深圳前海深蕾半导体有限公司 音频数模转换器、设备、音频信号的数模转换方法及介质

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