一种音频放大器自噪声自动测试仪设计和实现

王红川+张卫+胡金华

摘 要：文章设计并实现了前置放大器的自噪声（一般为微伏级）测试系统，该测试系统能够自动测量并生成报告。测试系统在无特殊的电磁屏蔽的环境下就可以完成测量。

关键词：前放；测试系统；设计

1 研究背景及意义

前置放大器（以下简称前放）是整个接收系统的第一级处理单元，其性能的好坏对信号的后续处理起到了至关重要的作用。由于前放的输入信号极其微弱，故对其自噪声的大小要求非常高。厂所正常的测量环境存在地磁和电磁等各种干扰，传统测量方法一直存在以下问题：

1.1 测量干扰大

前放的自噪声要求是不大于1μv，而电源干扰、接地干扰，周围无线通信等电子设备工作辐射干扰等都有可能在测试的时候通过测试线或地线引入[通常能达到毫伏（mv）级]，造成自噪声检测错误甚至无法检测。

1.2 测量工具自身限制

传统测量工具如示波器自噪声幅度为2-3mv，远大于微伏级测试要求。

1.3 测试效率低

本文针对上述问题，设计并实现一款高精度自动化测试设备。该设备采用成熟可靠的测量技术，操作简便，不用人工干预即可得到测量结果，极大地提高测量效率。

2 本文研究内容

本文主要研究基于LabVIEW软件平台下前放自噪声自动测试系统的设计和开发，目的是设计并开发高精度、高可靠性、自动化的前放测试系统，具体研究内容如下：

（1）研究前放自噪声的测量方法，设计測试系统方案，确定性能指标；

（2）设计测试系统硬件和软件，包括关键器件的选型和专用适配电路的设计以及软件界面的设计等；

（3）研究系统软硬件的调试方法，提高软硬件工作的稳定性和可靠性。

3 测量方法

前放自噪声技术要求是在其工作通带1kHz～9kHz内，输入端短接的情况下，等效噪声不大于1μV。前放自身虽有10倍放大量，仍然无法直接测量，因此将其输出信号进行100倍的放大，再进行测量，具体的测试连接如图1：

需要注意的是，由于测量的信号是小信号，为了减小外界电磁环境对测量的干扰，需要在三个涉及小信号的器件外进行屏蔽处理，即外加屏蔽盒。

4 技术指标

自噪声测量误差≤15%。

5 总体结构

通过对自动测试技术的分析，结合前放测试的特点和需要，并调研市场现有测试模块性能，制定了自噪声测试系统总体设计方案，本系统拟采用通用化设计，共由三部分组成，即通用模块、专用模块和待测模块。通用模块采用市面上可采购的器件，主要实现人机交互、功能实时控制和信号实时采集等功能。专用模块是通用模块与待测模块的适配器。

5.1 人机交互模块

实现系统的显示控制，实现对采集信号的对比、分析等处理，计算相应的测量结果，最后送显示模块。

5.2 信号采集模块

信号采集模块负责对前放输出信号的采集，采集后的信号还要经过1-9kHz的数字滤波器滤除带外噪声。

5.3 输出信号适配模块

由于前放输出端信号非常小，加入低噪声宽带放大器，使输出信号在1mV以上，达到数据采集的要求。

5.4 显控软件

显控台软件基于Windows XP操作系统进行开发，开发语言为图形化编程语言LabVIEW，开发环境为LabVIEW2014。

5.5 适配装置主控芯片程序

适配装置主控芯片的主要功能是接收测试系统主机显控台软件下达的指令并按照指令要求对选通电路作出相应的控制动作。

6 硬件实现

测试系统主机硬件均为商业产成品，适配装置由15V直流电源、测试控制电路和宽带后置放大电路组成。供电电源采用EMS 2448电源，该电源具有纹波系数小，屏蔽效果好等特点。主控芯片采用Atmega 328P AVR单片机，主要完成测试系统主机数据的接收、控制后级放大器。后级放大采用OP37G低噪放大器，放大量为60dB。

7 测量程序

8 测量验证

验证原理是同时用传统测量方法和测试系统对前放自噪声进行测量，计算两者的误差。由于无法得知被测前放的真实自噪声，因此采用多次测量并计算平均值作为测试系统自噪声测量的参考值。

从图中可以看出噪声经过滤波后频域被限制在1kHz-9kHz。传统的测试方法经5次测量计算平均值得到自噪声结果为0.832μv，计算误差结果为（0.832-0.779）÷0.832=6.3%，满足技术指标要求。

9 结束语

前放测试系统目前已经完成，经试验验证后满足指标设计并投入实际应用，大大减少了因外界电磁干扰引起的检测错误，检测效率得到了显著提高。

参考文献

[1]陈梓城.电子设备维修技术[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2]杨允谊.数字声纳接收机电路[Z].海军电子工程学院，1995.

[3]Robert H. Bishop. LabVIEW 7 实用教程[M].乔瑞萍，林欣，等，译.北京：电子工业出版社，2005.