音頻信號(hào)分析儀系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

　　音頻信號(hào)經(jīng)過一個(gè)由運(yùn)放和電阻組成的50 Ohm阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)后，經(jīng)由量程控制模塊進(jìn)行處理，若是一般的100mV-5V的電壓，我們選擇直通，也就是說信號(hào)沒有衰減或者放大，但是若信號(hào)太小，12位的A/D轉(zhuǎn)換器在2.5V參考電壓的條件下的最小分辨力為1mV左右，所以如果選擇直通的話其離散化處理的誤差將會(huì)很大，所以若是采集到信號(hào)后發(fā)現(xiàn)其值太小，在20mV-250mV之間的話，我們可以將其認(rèn)定為小信號(hào)，從而選擇信號(hào)經(jīng)過20倍增益的放大器后再進(jìn)行A/D采樣。

　　電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　經(jīng)過12位A/D轉(zhuǎn)換器ADS7819轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)經(jīng)由32位MCU進(jìn)行FFT變換和處理，分析其頻譜特性和各個(gè)頻率點(diǎn)的功率值，然后將這些值送由Atmega16進(jìn)行顯示。信號(hào)由32 位MCU分析后判斷其周期性，然后由Atmegal6進(jìn)行測(cè)量，然后進(jìn)行顯示。

　　單元電路設(shè)計(jì)

　　前級(jí)阻抗匹配和放大電路設(shè)計(jì)

　　信號(hào)輸入后通過R5，R6兩個(gè)100Ohm的電阻和一個(gè)高精度儀表運(yùn)放AD620實(shí)現(xiàn)跟隨作用，由于理想運(yùn)放的輸入阻抗為無(wú)窮大，所以輸入阻抗即為：R5//R6=50Ohm，阻抗匹配后的通過繼電器控制是對(duì)信號(hào)直接送給AD轉(zhuǎn)換還是放大20倍后再進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。在這道題目里，需要檢測(cè)各頻率分量及其功率，并且要測(cè)量正弦信號(hào)的失真度，這就要求在對(duì)小信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)，要盡可能少的引入信號(hào)的放大失真。正弦信號(hào)的理論計(jì)算失真度為零，對(duì)引入的信號(hào)失真非常靈敏，所以對(duì)信號(hào)的放大，運(yùn)放的選擇是個(gè)重點(diǎn)。我們選擇的運(yùn)放是TI公司的低噪聲、低失真的儀表放大器INA217，其失真度在頻率為1KHz，增益為20dB（100倍放大）時(shí)僅為0.004%，其內(nèi)部原理圖如下圖所示。

　　AD轉(zhuǎn)換及控制模塊電路設(shè)計(jì)

　　采用12位AD轉(zhuǎn)換器ADS7819進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送32位控制器進(jìn)行處理。

　　前級(jí)放大和AD轉(zhuǎn)換

　　Atmega16控制板

　　本音頻信號(hào)分析儀由32位MCU為主控制器，通過AD轉(zhuǎn)換，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行采樣，把連續(xù)信號(hào)離散化，然后通過FFT快速傅氏變換運(yùn)算，在時(shí)域和頻域?qū)σ纛l信號(hào)各個(gè)頻率分量以及功率等指標(biāo)進(jìn)行分析和處理，然后通過高分辨率的LCD對(duì)信號(hào)的頻譜進(jìn)行顯示。該系統(tǒng)能夠精確測(cè)量的音頻信號(hào)頻率范圍為20Hz-10KHz，其幅度范圍為5mVpp-5Vpp，分辨力分為20Hz和100Hz兩檔。測(cè)量功率精確度高達(dá)1%，并且能夠準(zhǔn)確的測(cè)量周期信號(hào)的周期，是理想的音頻信號(hào)分析儀的解決方案。