- 立体声信号相位差电平差测试仪设计方案

2.1.2理论分析及实现

立体声信号是20Hz~20 kHz的音频信号，用uSL、uSR分别表示由音响设备输出的左右声道信号，其数学表达式为：

uSL（t）=USLsin（ωSLt+ψIL）（1）

uSR（t）=USRsin（ωSRt+ψIR）（2）

在式（1）和式（2）中，ψ是初相，ωt+ψ是相位。相位的表达式为：

φ（t）=ωt+ψ（3）

由式（3）可知，相位是时间t的线性函数。左右声道的φSL（t）和φSR（t）是2个简谐振荡的相位，则其相位差为：

φS（t）=φSL（t）-φSR（t）=（ωSL-ωSR）t+（ψSL-ψSR）=ψSt+（ψSL-ψSR）（4）

由式（4）可知，相位差也是时间t的线性函数。φ对ω偏导数是群延时，群延时tp为

由音响设备输出的左右声道信号“uSL、uSR，经过频谱分析及处理电路后，得到uL、uR信号，uL、uR是同频率的正弦信号，即ωL=ωR，则有：

φ（t）=φL（t）-φR（t）=（ωL-ωR）t+（ψL-ψR）=ψL-ψR（6）

由式（6）可知，uL、uR信号的相位差是一个常数，并由初相之差决定。如将L信号作为基准信号，L、R信号即uL、uR信号的表达式为：

uL（t）=ULsinωt（7）

uR（t）=URsin（ωt+ψ）（8）

这时，L、R信号相位差为：

φ=0-ψ=-ψ（9）

式（9）中的负号表示L滞后R一个ψ角度。所以只需要测量计算出相位差φ即可，或用△ψ表示LR信号的相位差。

如图4所示，是图4中A点、B点、C点、D点、E点的波形图。

图4 ABCDE各点的波形图

图4中，uA、uB是L信号和R信号，是正弦波；uC、uD是L、R信号经电压比较器整形后的方波，uE是2个方波相与后得到的矩形波，D是占空比。用过零鉴相法，测量两个矩形波信号的占空比。过零鉴相法是：两个正弦波，频率相同，让其经过鉴相网络后，变为方波。其前沿对应于正弦波的正向过零点，后沿对应于正弦波的负向过零点。再将两个方波送入到触发器的复位端和置位端，被测量方波的前沿将其复位，基准方波的前沿将触发器复位。触发器输出的脉冲宽度即是两个信号过零点的时间差，即图4中的占空比D.

再将uE放大后，送入占空比检测电路，在输出端F得到一个直流电压，数值是0~100 mV，这个直流信号即代表占空比D，是反映相位差的一个量，D从［（0~100%）×T］变化，其中T为A点（或B点）信号的周期。如F点输出信号为10 mV时，D=10%×T，则L（A点信号）和R（B点信号）的相位差△φ=180°-10%x360°。当D=0时，R、L信号的相位差为180°，即反相，这时立体声信号严重失真。

2.2电平差检测模块

图5所示为电平差检测电路原理图。因左右声道电平差检测电路图完全一样，所以图5是左声道电平差检测电路原理图。电平差检测电路由衰减器、交流直流变换电路和放大器三级组成，其中IC7 NE5532及其周围器件组成衰减器，将输入L信号电压的有效值衰减到200 mV.IC 8AD736及其周围器件组成交流变直流电路。IC9 NE5532及其周围器件组成放大器，将信号放大后送入单片机的A/D端。为了提高精度和减小误差，前级衰减器和后级放大器设计成自动校零型电路。

图5 电平差检测电路原理图