基于電聲測試儀的正弦波校準(zhǔn)信號源實現(xiàn)設(shè)計

0 引言

測試儀器校準(zhǔn)是保證儀器測量工作準(zhǔn)確性的重要條件［1］。對于電聲測試儀器來說也是如此。例如揚聲器壽命試驗是指對揚聲器進行各種標(biāo)準(zhǔn)的功率測試，通過加速壽命試驗對揚聲器的各項電參量進行測量分析。電聲測試系統(tǒng)在工作中需要用標(biāo)準(zhǔn)信號對儀器進行校準(zhǔn)［2-3］，標(biāo)準(zhǔn)的信號源對于提高電聲測試系統(tǒng)的精度尤為重要。傳統(tǒng)的信號源產(chǎn)生的信號諧波成分較多，這對電聲測試的精度影響非常大。本設(shè)計利用高性能的DDS［4］芯片產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的精密信號源，利用帶通濾波器，信號調(diào)理電路以及程控衰減電路，實現(xiàn)高精度正弦信號的產(chǎn)生。

1 電聲測試系統(tǒng)

1.1 電聲測試系統(tǒng)驗簡介

電聲測試儀包括揚聲器功率試驗儀、揚聲器綜合測試儀、掃頻儀以及揚聲器阻抗儀等。電聲測試系統(tǒng)是利用標(biāo)準(zhǔn)信號經(jīng)過信號調(diào)理電路，然后經(jīng)過功率放大器驅(qū)動揚聲器工作。電聲測試儀就是通過測量揚聲器相關(guān)的電參量來判斷揚聲器的品質(zhì)。能夠在對揚聲器相關(guān)參數(shù)測試的同時，在線監(jiān)測揚聲器的電流、電壓、直流阻、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、阻抗曲線、諧振頻率、諧振阻抗、頻率響應(yīng)、靈敏度等參數(shù)的測量來判斷揚聲器是否發(fā)生故障，以及發(fā)生故障時相關(guān)參數(shù)的變化，以便于分析揚聲器設(shè)計和制造工藝和制造工藝上的缺陷。

1.2 電聲測試儀校準(zhǔn)

電聲測試儀系統(tǒng)在做數(shù)據(jù)處理時需要精確的電路參數(shù)，比如說運算放大器和程控放大器的放大倍數(shù)，還有電壓采集模塊中的衰減倍數(shù)。揚聲器功率試驗開始前，需要對各個模塊的參數(shù)進行測量標(biāo)定，對相關(guān)參數(shù)進行存儲，并且通過I2C 通信傳往上位機。對于揚聲器壽命試驗系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進行測量，是利用精度很高的校準(zhǔn)信號源對于系統(tǒng)進行校準(zhǔn)，通過對相關(guān)繼電器的控制，來對運算放大器、程控放大器、信號衰減電路的相關(guān)參數(shù)進行測量。所以，穩(wěn)定性高、精度高、諧波成分小的校準(zhǔn)信號源對于提高系統(tǒng)的精確性非常重要。

1.3 精密信號源整體方案設(shè)計

本設(shè)計采用嵌入式系統(tǒng)，由下位機軟件和硬件電路組成［5］。下位機軟件是對于STM32進行程序編寫，包括對于DDS芯片的驅(qū)動程序、濾波模塊的時鐘信號源的驅(qū)動和控制、數(shù)字電位器模塊的驅(qū)動程序設(shè)計以及上位機通信的I2C從機程序設(shè)計。如圖1所示，硬件電路主要是由控制電路STM32最小系統(tǒng)和濾波器模塊、信號調(diào)理電路和數(shù)字電位器組成。在整個系統(tǒng)中，上位機通過I2C通信，將產(chǎn)生信號的頻率和相位控制字發(fā)往下位機，然后通過下位機I2C接收程序解析指令，控制DDS芯片產(chǎn)生相應(yīng)的正弦波信號。然后經(jīng)過帶通濾波器進行雜波濾除，再通過數(shù)字電位器［6］電路實現(xiàn)幅值調(diào)節(jié)［7］。