一种噪声采集装置的制作方法

1.本实用新型属于电子技术领域，具体涉及一种噪声采集装置。


背景技术：

2.现有技术中，大多数电子产品都存在噪声问题，噪声问题在一定程度可反应产品是否运行在安全可靠的范围内，但是噪声不是稳定的被测信号，捕获特定频段的噪声并进行分析存在一定的难度。这是因为，一方面采集被测设备噪声过程中，易受周围环境噪声干扰，导致采样结果出现偏差。另一方面，在产品出厂前需要测试产品的组成部分(某个线路板)的噪声情况时，比如开关电源中的变压器啸叫、或者某个器件的振动引起的声音时，被测线路板无法准确模拟出实际整机的动态功耗，也会造成检测结果不准确。
3.综上所述，现有的噪声检测系统存在检测误差大、检测功耗高、结构复杂、成本高等问题，因此需要提供一种结构简单，稳定可靠的噪声采集装置。


技术实现要素：

4.本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种低成本、稳定可靠的噪声采集装置。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种噪声采集装置，其特征在于，包括单片机，噪声采集电路和动态负载电路；
6.所述噪声采集电路包括麦克风、麦克风接口电路和信号处理电路；所述麦克风接口电路用于连接麦克风，所述信号处理电路用于对麦克风采集的信号进行放大处理后发送给所述单片机；
7.所述动态负载电路包括第一负载电阻，第二负载电阻和nmos管v1，第一负载电阻一端与直流电源正极连接，另一端接地，第二负载电阻的一端与直流电源正极连接，另一端与nmos管v1的d极连接；所述nmos管v1的s极接地，g极与单片机的输出端口连接。
8.所述第一负载电阻包括电阻r24、电阻r25，第二负载电阻包括电阻r26，所述电阻 r24和电阻r25并联连接。
9.所述电阻r24、电阻r25、电阻r26的一端与5.3v的直流电源正极连接，所述电阻 r24和电阻r25的阻值为220ω，所述电阻r26的电阻为33ω。
10.所述单片机的型号为stm32f103c8t6。
11.所述噪声采集电路包括两个麦克风，所述信号处理电路包括第一放大电路、第二放大电路、电压跟随电路和第三放大电路；所述第一放大电路和第二放大电路的输入端分别连接一个麦克风的输出端，输出端与第三放大电路的输入端连接，所述电压跟随电路的输出端与所述第三放大电路输入端连接，所述第三放大电路的输出端与所述单片机的输入端连接。
12.所述第一放大电路、第二放大电路、电压跟随电路和第三放大电路的主芯片型号为 mcp6022。
13.所述的一种噪声采集装置，还包括ldo稳压电路，所述ldo稳压电路由被测设备提供5.3v直流电源，通过电源接口提供给ldo稳压电路，所述ldo稳压电路用于将外部被测设备提供电源转换为3.3v直流电压后给所述噪声采集电路和单片机供电。
14.本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：
15.本实用新型针对噪声采集应用，提出一种低成本、稳定可靠的噪声采集装置，通过单片机的io端口输出pwm信号驱动动态负载电路中nmos管的导通频率，进而动态模拟被测设备在运行状态下的功耗变化，能更真实的测试被测设备的真实噪声，因此，本实用新型采集噪声准确高效，稳定可靠，成本低，而且，其应用广泛、可扩展性强，通用性强，对于不同产品或者产品内部的元器件均可实时检测出噪声大小。
附图说明
16.图1为本实用新型实施例提供的一种噪声采集装置的电路结构框图；
17.图2为本实用新型中动态负载电路的电路原理图；
18.图3为本实用新型中单片机的电路原理图；
19.图4为本实用新型中麦克风接口电路的电路原理图；
20.图5为本实用新型中信号处理电路的电路原理图；
21.图6为本实用新型中ldo稳压电路的电路原理图。
具体实施方式
22.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.如图1所述，本实用新型实施例提供了一种噪声采集装置，包括单片机，噪声采集电路和动态负载电路；所述噪声采集电路包括麦克风、麦克风接口电路和信号处理电路；所述麦克风接口电路用于连接麦克风，所述信号处理电路用于对麦克风采集的信号进行放大处理后发送给所述单片机；如图2所示，所述动态负载电路包括电阻r24、电阻r25、电阻r26和nmos管v1，所述电阻r24和电阻r25并联连接后，一端与直流电源正极连接，另一端接地，所述电阻r26的一端与直流电源正极连接，另一端与nmos管v1 的d极连接，所述nmos管v1的s极接地，g极与单片机的输出端口连接。
24.具体地，本实施例中，所述电阻r24、电阻r25、电阻r26的一端与5.3v的直流电源正极连接，所述电阻r24和电阻r25的阻值为220ω，所述电阻r26的电阻为33ω。
25.在单独检测电源板的噪声时，由于没有配上主板等负载，导致单独对电源板测试噪声会不准确。为了模拟整机的情况需要在电源板输出的5.3v系统上加上变化的动态负载。本实施例中，通过将电阻r24、电阻r25(220欧)并联接到主系统电源5.3v上，可以稳定产生一个50ma的负载。电阻r26和nmos管构成功耗变化部分电路，通过mcu 输出pwm来周期性的控制mos管的开通关断，开关频率为50khz，会产生一个100ma 左右变化的负载。这样叠加出来的功耗变化和实际整机的功耗变化基本上一致，可以满足单独对电源单板测试噪声的要求。本实施例中，动态负载电路可以真实模拟出整机设备的功耗变化情况，这样在出厂测
试阶段只需要对电源板检测就能满足要求，检测出不良，而不用等到整机组装测试阶段。当功耗发生变化时，电源板上主要的噪声发生器件 (变压器)就会随之发生高低变化的啸叫，然后麦克风采集声音信号输出电压信号给运放，运放将电压信号放大处理后输出给mcu处理，实现噪声信号的采集。
26.因此，本实施例中提供了一种噪声采集装置，通过设置动态负载电路，可以模拟整机设备动态负载变化的电路，目的是只对电源板检测(主要噪声产生的电路板)即可实现对整机检测的结果，方便生产阶段检测处理。
27.如图3所示，为本实施例中单片机的电路原理图，具体地，本实施例中，所述单片机的型号为stm32f103c8t6，其具有arm cortex-m3内核，负责对数据的采集分析处理，还用于通过pwm输出驱动动态负载电路中nmos管的导通频率，进而动态模拟被测设备在运行状态下的功耗变化，这样能更真实的反应被测设备的真实噪声。
28.进一步地，如图4～5所示，本实施例中，所述噪声采集电路包括两个麦克风，所述信号处理电路包括第一放大电路、第二放大电路、电压跟随电路和第三放大电路；所述第一放大电路和第二放大电路的输入端分别连接一个麦克风的输出端，输出端与第三放大电路的输入端连接，所述电压跟随电路的输出端与所述第三放大电路输入端连接，所述第三放大电路的输出端与所述单片机的输入端连接。
29.如图5所示，本实施例中，所述第一放大电路中的主芯片d2a、第二放大电路的主芯片d2b分别采集一个麦克风输出的电压信号，然后将信号放大100倍，电压跟随电路中的芯片d3b，提供一个1.65v的电压抬升电路，将第三放大电路的主芯片d3a输入端的差分信号抬升至正电压信号，然后第三放大电路的主芯片d3a通道信号跟随后输出给单片机mcu。具体地，如图4所示，本实施例中，所述第一放大电路、第二放大电路、电压跟随电路和第三放大电路的主芯片型号为microchip的mcp6022，mcp6022为双通道轨到轨运放。
30.具体地，本实施例中，麦克风采用全向指式咪头麦克风，可以对来自不同角度的声音采样，其灵敏度基本相同。使用双麦克风采集噪声，采用背靠背方式一个对准被测设备，另外一个对准外部环境。电路上采用差分信号输入的方式，如果两个麦克风同时采集到环境噪声，其差值就会抵消，而设备噪声则由于距离两个麦克风距离不同而采集到声音大小不同，这样就可以有效采集被测设备噪声而去除环境干扰。数据处理时，可以采用fft算法对频谱进行分析，根据被测设备特定的噪声频段，过滤其他频段噪声。
31.进一步地，如图6所示，本实施例提供的一种噪声采集装置，还包括ldo稳压电路，电路设置有一个ldo稳压器ts2，噪声采集装置由被测设备提供5.3v电源，通过电源接口提供给ldo稳压器，所述ldo稳压器用于将外部被测设备提供电源转换为3.3v直流电压后给所述噪声采集电路和单片机供电。因此，本实施例采用输入输出轨到轨、低失调电压、高共模抑制比的运算放大器。电源设计上采用的器件低功耗、低压差、低噪声。这些器件的选择对信号的处理更加稳定，输出结果也更加准确。
32.综上所述，本实用新型提供了一种噪声采集装置，可以对产品进行噪声测试，在产品出厂前需要测试产品的组成部分(某个线路板)的噪声情况时，比如开关电源中的变压器啸叫、或者某个器件的振动引起的声音时，由于负载处于动态变化当中，单纯测试线路板无法准确需要实际测量功耗的变化范围，实测整机工作状态时的功耗变化情况，本实用新型通过mcu的io口输出pwm波形来动态控制动态负载电路中nmos管的导通时间，可以使每个功
耗变化周期的时间小于采集数据的时间，这样可以比较完整的采集实际的声音情况。例如，nmos管的导通频率设置为50khz，可以真实模拟出实际的高频噪声信号，而采集数据的周期在10秒左右，这样每输出一个周期内的采集结果，都涵盖了功耗变化而导致的噪声变化范围。
33.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种噪声采集装置，其特征在于，包括单片机，噪声采集电路和动态负载电路；所述噪声采集电路包括麦克风、麦克风接口电路和信号处理电路；所述麦克风接口电路用于连接麦克风，所述信号处理电路用于对麦克风采集的信号进行放大处理后发送给所述单片机；所述动态负载电路包括第一负载电阻，第二负载电阻和nmos管v1，第一负载电阻一端与直流电源正极连接，另一端接地，第二负载电阻的一端与直流电源正极连接，另一端与nmos管v1的d极连接；所述nmos管v1的s极接地，g极与单片机的输出端口连接。2.根据权利要求1所述的一种噪声采集装置，其特征在于，所述第一负载电阻包括电阻r24、电阻r25，第二负载电阻包括电阻r26，所述电阻r24和电阻r25并联连接。3.根据权利要求2所述的一种噪声采集装置，其特征在于，所述电阻r24、电阻r25、电阻r26的一端与5.3v的直流电源正极连接，所述电阻r24和电阻r25的阻值为220ω，所述电阻r26的电阻为33ω。4.根据权利要求1所述的一种噪声采集装置，其特征在于，所述单片机的型号为stm32f103c8t6。5.根据权利要求1所述的一种噪声采集装置，其特征在于，所述噪声采集电路包括两个麦克风，所述信号处理电路包括第一放大电路、第二放大电路、电压跟随电路和第三放大电路；所述第一放大电路和第二放大电路的输入端分别连接一个麦克风的输出端，输出端与第三放大电路的输入端连接，所述电压跟随电路的输出端与所述第三放大电路输入端连接，所述第三放大电路的输出端与所述单片机的输入端连接。6.根据权利要求5所述的一种噪声采集装置，其特征在于，所述第一放大电路、第二放大电路、电压跟随电路和第三放大电路的主芯片型号为mcp6022。7.根据权利要求1所述的一种噪声采集装置，其特征在于，还包括ldo稳压电路，所述ldo稳压电路用于将被测设备提供的电源转换为3.3v直流电压后给所述噪声采集电路和单片机供电。

技术总结
本实用新型属于电子技术领域，公开了一种噪声采集装置，包括单片机，噪声采集电路和动态负载电路；噪声采集电路包括麦克风、麦克风接口电路和信号处理电路；麦克风接口电路用于连接麦克风，信号处理电路用于对麦克风采集的信号进行放大处理后发送给单片机；动态负载电路包括第一负载电阻，第二负载电阻和NMOS管V1，第一负载一端与直流电源正极连接，另一端接地，第二负载电阻的一端与直流电源正极连接，另一端与NMOS管V1的D极连接，NMOS管V1的S极接地，G极与单片机的输出端口连接。通过单片机的IO端口输出PWM信号驱动动态负载电路中NMOS管的导通频率，进而动态模拟被测设备在运行状态下的功耗变化，能更真实的测试被测设备的真实噪声。的真实噪声。的真实噪声。


技术研发人员：崔健 张立嘉 姜宇果
受保护的技术使用者：青岛东软载波科技股份有限公司
技术研发日：2021.09.17
技术公布日：2022/5/25