文档介绍：1
音频信号分析仪
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本系统基于离散傅立叶变换原理，以单片机和可编程逻辑器件FPGA构成的最小系统为控制核心，由前级信号调理模块、抗混叠滤波模块、AD637检波模块、A/D采样模块等模块构成。能准确判断比
转换速率
等效输
入噪声
1．0mV
18nA
90dB
1V/us
23nV/
对于小信号处理电路结构的设计，本系统有以下几个特色。放大电路的第一级倍数较大，可以增强对小信号的放大能力，同时也减少了外来噪声的干扰。利用同相放大接法输入阻抗高的特性提取小信号。为防止大信号经过小信号通道的放大使运放进入饱和区对运放不利，我们在输入端加入钳位二极管。同时小信号的处理应特别注意抗干扰措施：首先电源去耦，减少放大器各部分电路之间通过公共直流电源产生的寄生耦合，稳定放大器工作，防止产生振荡和干扰。其次地线接法，单点接地，地线要粗短。再次，信号线尽量不交叉，也不平行，用双绞线或屏蔽线走，减少串扰。还有，充分利用运放增益带宽积恒定的特性，可以通过提高增益来减小带宽，从而阻止高频噪声的通过。最后，小信号放大电路模块要远离干扰源电路。
功率谱表示单位频带内信号功率随频率的变化情况，它反映了信号功率在频域的分布情况。对于功率谱的测量我们采用的是周期图法。
已知随机信号的功率谱和自相关函数是傅氏变换对，即功率谱。而自相关函数定义为：，则
用有限长的样本序列来估计功率密度谱即为。
对于的求解，我们在FPGA内部完成了2048点的基2时域抽取法FFT运算。数值运算采用浮点型，旋转因子由查表得到。我们设置FPGA的运算时钟为100MHz，从而能在455ms内完成一次2048点的运算，远小于题目5s的时间限制。
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计算出了各频率分量上的功率大小，那么根据失真度的定义，即信号中全部谐波分量的能量与基波能量之比的平方根值，正弦信号的失真度可以很方便得求出。
我们根据相关性能够反映信号相似程度的特点来解决周期性的判断问题。
对于信号与互相关函数的定义为：， ，表示时刻。在时刻的值，等于将保持不动而左移个抽样周期，然后，两个抽样序列在所有对应时刻值相乘，再加和。如果=，则上面定义的互相关就变成了自相关函数：。它表示信号的波形与自身经过时刻后的波形的相似程度。当m=0时具有极大值，即相似性最好的时候。当移位时间恰好等于一个周期时，又有一个极大值，且两个极大值相等，则周期即为移位时间m.
实际测试时采样点要包含两个以上的周期，先取长为L的窗对数据进行加窗后再作上述的相关运算。得到需要的移位时间K后，根据采样频率即可计算出周期大小T为（为采样率）。
对于前级信号调理部分的电路设计已在理论分析中详细论述，主要用来调理基本要求中幅值范围在100mV-10V的信号。
.2 A/D采样
系统中对数据的采集我们选用12位A/D转换器MAX197来实现。它有0~5V ,0~10V,-5~5V ,-10~10V四种输入量程选择，采样率可达100ksps。同时具有八个模拟通道，可方便地选择通道，且可根据各个通道的