基于自动增益控制的声信号处理电路

   

    0 引言

    要对声传感器输出的微弱信号进行采集等工作,必须对输出的微弱信号进行调理,当传感器感知的目标信号距离在变化,目标声音大小也在变化,即传声器接收的信号幅度强弱相差较大时,其放大器的增益必须有自动增益控制功能[1],按照常规的信号处理方法来解决此问题比较困难,故设计了基于自动增益控制的信号处理电路。

    1 声传感器选择及工作原理

    采用驻极体电容式传声器,驻极体是一种永久性带电的介电材料,它能把声能或机械能转换成电能,或者将电能转换成机械能或声能[2]。

    通常把1片驻极体膜紧贴在1块金属板上,另1片驻极体膜相对安放,中间为10Lm的薄空气层,构成驻极体传感器。2片相对而立的驻极体膜形成一个电容器,根据静电感应原理,与驻极体相对应的金属板上会感应出大小相等、方向相反的电荷。驻极体上的电极在空隙中形成静电场,在声波作用下,驻极体箔会产生位移d,d与所加声强成正比,因此传感器输出的电压仅与声强有关,而与频率无关。

    2 信号处理电路设计

    传声器通过敏感元件把声信号(声压的变化)转换成电信号,再经过放大以电压形式输出,其质量和性能直接影响到系统的精度和能否正确反映被测信号的全部信息。针对这一点设了声信号处理电路,从而实现消除共模干扰,对微弱小信号进行放大、滤波、差分输出[3]。其基本框图如图1所示。

    2.1 声电转换电路

    声电转换电路由声传感器和基本放大电路组成,具体电路如图2所示。

    信号处理前端一般采用低噪声前置放大器[4],此电路采用专用的音频前置放大器NE5534,它具有宽频带、低噪声及失真小等优点,传感器和电阻R2=(10 k8)串联由+5V电压供电,输出经过电容C3,再经过基本放大电路放大后输出,这个电路的放大倍数为R4/R3,C1、C4为电源的去藕电容。对该电路进行了实验和测试,采用同一个声源(蜂鸣器),并在距离传感器不同距离时测试了该电路的输出。实验时放大倍数设置为100,实验数据记录如表1所示。

    该实验验证了声音信号离传感器越远,传感器的输出信号就越弱;反之,输出信号就越强。

    2.2 自动增益控制电路

    因为目标信号距离声传感器较远时,输出信号很微弱,要采集此信号,放大器的倍数就要增大,但是,放大倍数增大时,对近距离的目标,输出信号将会出现饱和情况,因此设计了自动增益电路,它能自动调节电路的放大倍数;在信号输入微弱时,放大倍数增大,使输出信号变大;同样在输入信号很强时,放大倍数减小,使输出信号变小[5],从而解决了上述问题。其自动增益控制电路如图3所示。