音頻信號分析儀系統電路設計

　　音頻信號經(jīng)過(guò)一個(gè)由運放和電阻組成的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(shuō)信號沒(méi)有衰減或者放大，但是若信號太小，12位的A/D轉換器在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(huà)其離散化處理的誤差將會(huì )很大，所以若是采集到信號后發(fā)現其值太小，在20mV-250mV之間的話(huà)，我們可以將其認定為小信號，從而選擇信號經(jīng)過(guò)20倍增益的放大器后再進(jìn)行A/D采樣。

　　電源系統設計

　　經(jīng)過(guò)12位A/D轉換器ADS7819轉換后的數字信號經(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。信號由32 位MCU分析后判斷其周期性，然后由Atmegal6進(jìn)行測量，然后進(jìn)行顯示。

　　單元電路設計

　　前級阻抗匹配和放大電路設計

　　信號輸入后通過(guò)R5，R6兩個(gè)100Ohm的電阻和一個(gè)高精度儀表運放AD620實(shí)現跟隨作用，由于理想運放的輸入阻抗為無(wú)窮大，所以輸入阻抗即為：R5//R6=50Ohm，阻抗匹配后的通過(guò)繼電器控制是對信號直接送給AD轉換還是放大20倍后再進(jìn)行AD轉換。在這道題目里，需要檢測各頻率分量及其功率，并且要測量正弦信號的失真度，這就要求在對小信號進(jìn)行放大時(shí)，要盡可能少的引入信號的放大失真。正弦信號的理論計算失真度為零，對引入的信號失真非常靈敏，所以對信號的放大，運放的選擇是個(gè)重點(diǎn)。我們選擇的運放是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%，其內部原理圖如下圖所示。

　　AD轉換及控制模塊電路設計

　　采用12位AD轉換器ADS7819進(jìn)行轉換，將轉換的數據送32位控制器進(jìn)行處理。

　　前級放大和AD轉換

　　Atmega16控制板

　　本音頻信號分析儀由32位MCU為主控制器，通過(guò)AD轉換，對音頻信號進(jìn)行采樣，把連續信號離散化，然后通過(guò)FFT快速傅氏變換運算，在時(shí)域和頻域對音頻信號各個(gè)頻率分量以及功率等指標進(jìn)行分析和處理，然后通過(guò)高分辨率的LCD對信號的頻譜進(jìn)行顯示。該系統能夠精確測量的音頻信號頻率范圍為20Hz-10KHz，其幅度范圍為5mVpp-5Vpp，分辨力分為20Hz和100Hz兩檔。測量功率精確度高達1%，并且能夠準確的測量周期信號的周期，是理想的音頻信號分析儀的解決方案。