信号分配器及基于信号分配器的测试装置和方法

技术领域

本申请涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种信号分配器及基于信号分配器的测试装置和方法。

背景技术

SPDIF(Sony/Philips Digital Interface，数字音频接口)，是SONY、PHILIPS数字音频接口的简称，广泛应用在投影仪、电视机和功放机上。由于被广泛应用，现在已成为民用数字音频格式标准。

在音箱类产品研发测试过程中，采用了一台SPDIF信源对应一台待测设备的方式，对产品进行各种环境下的负载测试。这种测试方法在同时测试多台待测设备时则需要多台SPDIF信源，导致测试设备成本增加，并且难以对众多单独工作的信源进行统一管理。

发明内容

本申请提供一种信号分配器及基于信号分配器的测试装置和方法，用以解决现有技术中在测试多台音箱时需要多台SPDIF信源设备的问题。

第一方面，本申请提供一种信号分配器，所述信号分配器包括：

一隔离变压器模块，其用于接收由一信源输出的一路差分信号并对该路差分信号进行隔离直流处理后输出；

一差分信号接收器，其与所述隔离变压器模块连接，用于接收差分信号，并将该路差分信号转换为多路单端信号；

多个电平转换与阻抗匹配模块，每个电平转换与阻抗匹配模块均与所述差分信号接收器连接，每个电平转换与阻抗匹配模块对应接收一路单端信号，用于将该路单端信号转换为对应的差分信号输出。

在本申请的一实施例中，所述信号分配器还包括供电模块，所述供电模块包括直流转直流变换器和线性稳压器，所述直流转直流变换器分别与所述差分信号接收器和所述线性稳压器连接，所述线性稳压器分别与每个电平转换与阻抗匹配模块连接，所述直流转直流变换器用于给所述差分信号接收器供电，所述线性稳压器用于给每个电平转换与阻抗匹配模块供电。

在本申请的一实施例中，所述隔离变压器模块包括输入端P1、第一二极管D8、第一电容C13、第一电阻R5以及隔离变压器L2；

输入端P1分别与第一二极管D8的第一端和第一电容C13的第二端连接，第一电容C13的第一端分别与第一电阻R5的第一端和隔离变压器L2的初级绕组的第四端连接，第一二极管D8的第二端、第一电阻R5的第二端以及初级绕组的第三端均接地，隔离变压器L2的次级绕组与所述差分信号接收器连接；

输入端P1将接收的差分信号经过第一电容C13进行隔离直流分量后，再通过第一电阻R5进行阻抗匹配并输入至隔离变压器L2的初级绕组，由隔离变压器L2的次级绕组将所述差分信号输出。

在本申请的一实施例中，所述差分信号接收器包括差分信号转单端信号芯片U3、第二电阻R6以及第二电容C14；

差分信号转单端信号芯片U3的第一引脚与隔离变压器L2的次级绕组的第二端连接，第二引脚与隔离变压器L2的次级绕组的第一端连接，第三引脚与第二电阻R6串联后分别与每个电平转换与阻抗匹配模块连接，第八引脚接地，第十六引脚与所述直流转直流变换器连接，第十六引脚串联第二电容C14后接地。

在本申请的一实施例中，每个电平转换与阻抗匹配模块均包括第三电容C17、第四电容C20、第五电容C23、第六电容C26、第一三极管Q3、第三电阻R9、第四电阻R12以及第二二极管D3；

每个电平转换与阻抗匹配模块的输入端分别与第四电容C20的第二端和第一三极管Q3的基极连接，第三电容C17的第二端分别与第一三极管Q3的集电极和所述线性稳压器连接，第三电容C17的第一端接地，第一三极管Q3的发射极与第三电阻R9的第一端连接，第三电阻R9的第二端分别第四电阻R12的第一端和第五电容C23第二端连接，第五电容C23的第一端分别与第六电容C26的第二端、第二二极管D3的第一端以及输出端P4连接，第四电容C20的第一端、第四电阻R12的第二端、第六电容C26的第一端以及第二二极管D3的第二端均接地；

通过接收来自所述差分信号接收器的单端信号控制第一三极管Q3的通断，当第一三极管Q3导通时，来自所述线性稳压器的电源信号经过第三电阻R9和第四电阻R12分压后使得第四电阻R12两端的电压为第一电压，而当第一三极管Q3断开时，使得第四电阻R12两端的电压为第二电压；

通过所述单端信号控制第一三极管Q3的通断和通过所述电源信号进行驱动输出，将所述单端信号转换为第四电阻R12两端的差分信号，所述差分信号通过调节第四电阻R12的阻值以进行阻抗匹配，并通过第五电容C23进行隔离直流分量后从输出端P4输出。

在本申请的一实施例中，所述信源为SPDIF信源，所述SPDIF信源通过音频线RCA与所述隔离变压器模块连接，每个电平转换与阻抗匹配模块均通过音频线RCA与对应的待测设备连接。

第二方面，本申请还提供一种基于信号分配器的测试装置，所述测试装置包括如第一方面任一项所述的信号分配器。

在本申请的一实施例中，所述测试装置还包括一台SPDIF信源和多台待测设备，所述信号分配器的输入端与所述SPDIF信源连接，所述信号分配器的输出端分别与每台待测设备连接以对待测设备进行测试。

第三方面，本申请还提供一种基于信号分配器的测试方法，所述测试方法采用如第一方面任一项所述的信号分配器实现将一路差分信号转换为多路差分信号输出。

在本申请的一实施例中，所述将一路差分信号转换为多路差分信号输出的步骤包括：

接收一SPDIF信源输出的一路SPDIF差分信号，并将该路SPDIF差分信号进行隔离直流处理；

将隔离直流处理后的该路SPDIF差分信号转换为多路单端信号，并将每路单端信号转换为对应的差分信号；

将每路差分信号输入至对应的待测设备进行测试。本申请提供的一种信号分配器及基于信号分配器的测试装置和方法，通过提供的隔离变压器模块对输入的一路差分信号进行隔离直流处理后，再通过差分信号接收器将所述一路差分信号转换为多路单端信号，最后通过多个电平转换与阻抗匹配模块将多路单端信号再转换为对应的多路差分信号输出，由此本申请可实现将一路差分信号转换为多路差分信号输出，从而实现采用一台信源对多台待测设备进行测试，降低了测试成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的信号分配器的结构示意图；

图2(a)是本申请实施例提供的供电模块的输入电路图；

图2(b)是本申请实施例提供的供电模块的直流转直流变换器电路图；

图2(c)是本申请实施例提供的供电模块的线性稳压器电路图；

图3是本申请实施例提供的隔离变压器模块和差分信号接收器的电路图；

图4是本申请实施例提供的电平匹配与转化模块的电路图；

图5是本申请实施例提供的测试装置的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的测试方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。

以下对本申请涉及的技术术语进行描述：

SPDIF信源表示具有储存功能或者具有读取外部储存功能并能够进行音频解码的SPDIF信号输出设备。

为了解决现有技术中在测试多台音箱时需要多台SPDIF信源设备的问题，本申请提供一种信号分配器及基于信号分配器的测试装置和方法，通过提供的隔离变压器模块对输入的一路差分信号进行隔离直流处理后，再通过差分信号接收器将所述一路差分信号转换为多路单端信号，最后通过多个电平转换与阻抗匹配模块将多路单端信号再转换为对应的多路差分信号输出，由此本申请可实现将一路差分信号转换为多路差分信号输出，从而实现采用一台信源对多台待测设备进行测试，降低了测试成本。

需要说明的是，本申请所述信号分配器适用于SPDIF信源，也可适用于频率相近(例如3MHz左右)的数字信源。

下面结合图1-图6描述本申请的信号分配器及基于信号分配器的测试装置和方法。

请参考图1，图1是本申请实施例提供的信号分配器的结构示意图。一种信号分配器100，信号分配器100用于接收信源150(例如是SPDIF信源)输出的差分信号，并将该差分信号进行转换为多路差分信号以输出至对应的待测设备160(例如音箱)，每路差分信号对应一台待测设备160。信源150是用于产生待测设备160测试所需要的信号。

示例性地，信号分配器100包括一隔离变压器模块110、一差分信号接收器120以及1～N个电平转换与阻抗匹配模块130，N为大于1的自然数。

具体地，隔离变压器模块110用于接收由一信源150输出的一路差分信号，并对该路差分信号进行隔离直流处理后输出。

差分传输是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法(单端信号)，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相等，相位相反。在这两根线上传输的信号就是差分信号。而单端信号是相对于差分信号而言的，单端输入指信号有一个参考端和一个信号端构成，参考端一般为地端。

具体地，差分信号接收器120与隔离变压器模块110连接，差分信号接收器120用于接收差分信号，并将该路差分信号转换为多路单端信号。

具体地，每个电平转换与阻抗匹配模块130均与差分信号接收器120连接，每个电平转换与阻抗匹配模块130对应接收一路单端信号，用于将该路单端信号转换为对应的差分信号输出。

例如，一电平转换与阻抗匹配模块130输出一路差分信号至一待测设备160，电平转换与阻抗匹配模块130的数量与待测设备160的数量相等，一个电平转换与阻抗匹配模块130输出一路差分信号。

在本申请的一些实施例中，信号分配器100还包括供电模块140，供电模块140与外部直流输入电源连接。供电模块140包括直流转直流(DC-DC)变换器141和线性稳压器142。直流转直流变换器141分别与差分信号接收器120和线性稳压器142连接，线性稳压器142分别与每个电平转换与阻抗匹配模块130连接，直流转直流变换器141用于给差分信号接收器120供电，线性稳压器142用于给每个电平转换与阻抗匹配模块130供电。

例如，外部输入电源为12V，供电模块140将外部输入电源12V转换为5V电源和3.3V电源，其中5V电源用于给差分信号接收器120供电，3.3V电源用于给每个电平转换与阻抗匹配模块130供电。

需要说明的是，本申请所述信源可以是SPDIF信源，也可以是其它频率相近的数字信源。SPDIF信源150可通过音频线RCA(Radio Corporation of American，俗称莲花接头，是一种音视频接线端子)与隔离变压器模块110连接，每个电平转换与阻抗匹配模块130均通过音频线RCA与对应的待测设备160连接。

在本申请的一实施例中，SPDIF是数字音频信号，从传输介质上来分为同轴和光纤两种，这两种方式可传输的信号是相同的。光纤音频转换方式：音频信号->数字信号->光信号->数字信号->音频信号；同轴音频转换方式：音频信号->数字信号->音频信号。同轴音频接口优点：减少了电-光、光-电的转换过程使保真度更高，本申请所述信号分配器适用于同轴音频接口，如果需要应用于光纤音频接口，可通过增加一光电转换模块来实现。

因此，本申请通过提供的隔离变压器模块110对输入的一路差分信号进行隔离直流处理后，再通过差分信号接收器120将所述一路差分信号转换为多路单端信号，最后通过多个电平转换与阻抗匹配模块130将多路单端信号再转换为对应的多路差分信号输出，由此可实现将一路差分信号转换为多路差分信号输出，从而实现采用一台信源150即可对多台待测设备160进行测试，而不需要像现有技术那样采用一台信源150对应一台待测设备160进行测试，降低了测试成本。

以下通过具体实施例描述本申请所述信号分配器。

请参考图2(a)、图2(b)以及图2(c)，图2(a)是本申请实施例提供的供电模块的输入电路图；图2(b)是本申请实施例提供的供电模块的直流转直流变换器电路图；图2(c)是本申请实施例提供的供电模块的线性稳压器电路图。

在图2(a)中，供电模块的输入电路包括一DC插座J6、电容C40和电容C41，外部输入电源分别与DC插座J6的第一端、电容C40的第二端以及电容C41的第二端连接，DC插座J6的第二～三端、电容C40的第一端以及电容C41的第一端接地。当插座J6接通外部输入电源后，电压经过电容C40和电容C41进行滤波后输出。图2(a)示出的外部输入电源为12V，但本申请并不限于12V。

在图2(b)中，直流转直流(DC-DC)变换器的电路主要是实现将输入电路中的12V电源转换为5V电源输出。直流转直流变换器的电路包括芯片U1、电容C1～C8、电阻R1～R4以及电感L1。电容C6、电容C7以及电容C8并联后的第二端均与外部输入电源12V连接，第一端均接地。

芯片U1的第一引脚接地，第二引脚分别与电感L1的第一端和电容C1的第二端连接，电容C1的第一端与芯片U1的第六引脚连接，芯片U3的第三引脚分别与电阻R2的第一端、电容C8的第二端、电容C7的第二端、电容C6的第二端以及外部输入电源连接，电阻R2的第二端分别与芯片U1的第五引脚和电阻R4的第一端连接，电阻R4的第二端接地。芯片U1的第四引脚分别与电阻R1的第二端、电容C2的第一端以及电阻R3的第一端连接，电阻R1的第一端与电感L1的第二端连接，电容C2的第二端与电感L1的第二端连接，电阻R3的第二端接地。电容C3、电容C4以及电容C5并联后的第二端均与电感L1的第二端和输出端连接，电容C3、电容C4以及电容C5并联后的第一端接地。

在图2(c)中，线性稳压器的电路主要是实现将直流转直流变换器电路输出的5V电源转换为3.3V电源输出。线性稳压器的电路包括芯片U2以及电容C9～C12。电容C11和电容C12并联后的第二端分别与5V电源输入端和芯片U2的第三引脚连接，电容C11和电容C12并联后的第一端接地。芯片U2的第四引脚与第二引脚连接。芯片U2的第一引脚接地。电容C9和电容C10并联后的第二端分别与芯片U2的第二引脚和输出端连接，电容C9和电容C10并联后的第一端接地。

需要说明的是，本申请电路中的

请参考图3，图3是本申请实施例提供的隔离变压器模块和差分信号接收器的电路图。隔离变压器模块包括输入端P1、二极管D8、电容C13、电阻R5以及隔离变压器L2。输入端P1分别与二极管D8的第一端和电容C13的第二端连接，电容C13的第一端分别与电阻R5的第一端和隔离变压器L2的初级绕组的第四端连接，二极管D8的第二端、电阻R5的第二端以及初级绕组的第三端均接地，隔离变压器L2的次级绕组与差分信号接收器连接。

其中，二极管D8是ESD(Electro-Static discharge，静电释放)管，用于静电防护。电阻R5是阻抗匹配电阻，是对输入信号的阻抗匹配，匹配后可减少输入信号的损失。阻抗匹配(impedance matching)主要用于传输线上，以此来达到所有高频的微波信号均能传递至负载点的目的，而且几乎不会有信号反射回来源点，从而提升能源效益。

输入端P1将接收的差分信号经过电容C13进行隔离直流分量后，再通过电阻R5进行阻抗匹配并输入至隔离变压器L2的初级绕组，由隔离变压器L2的次级绕组将所述差分信号输出。隔离变压器L2可以减少外部信号干扰，避免意外高压将输入源打坏，起保护作用。

再参考图3，差分信号接收器包括差分信号转单端信号芯片U3、电阻R6以及电容C14。差分信号转单端信号芯片U3的第一引脚与隔离变压器L2的次级绕组的第二端连接，差分信号转单端信号芯片U3的第二引脚与隔离变压器L2的次级绕组的第一端连接，差分信号转单端信号芯片U3的第三引脚与电阻R6串联后分别与每个电平转换与阻抗匹配模块连接，差分信号转单端信号芯片U3的第八引脚接地，差分信号转单端信号芯片U3的第十六引脚与直流转直流变换器连接，第十六引脚串联电容C14后接地。

需要说明的是，本申请采用差分信号转单端信号芯片U3实现将差分信号转单端信号的功能，可降低实现成本。

由此可见，直流转直流变换器将外部输入的12V电源转换为5V电源后输出至差分信号转单端信号芯片U3的第十六引脚，以作为差分信号转单端信号芯片U3的供电电源。而隔离变压器L2的次级绕组将差分信号输出给差分信号转单端信号芯片U3的第一引脚和第二引脚，差分信号转单端信号芯片U3将所述差分信号转换为5V的单端信号，从差分信号转单端信号芯片U3第三引脚输出给后端的每个电平转换与阻抗匹配模块。

请参考图4，图4是本申请实施例提供的电平匹配与转化模块的电路图。每个电平匹配与转换模块的电路如图4所示，每个电平转换与阻抗匹配模块均包括电容C17、电容C20、电容C23、电容C26、三极管Q3、电阻R9、电阻R12以及二极管D3。

每个电平转换与阻抗匹配模块的输入端(即图4示出的SPDIF 5V)分别与电容C20的第二端和三极管Q3的基极连接，电容C17的第二端分别与三极管Q3的集电极和线性稳压器的输出端(即3.3V电源)连接，电容C17的第一端接地，三极管Q3的发射极与电阻R9的第一端连接，电阻R9的第二端分别电阻R12的第一端和电容C23第二端连接，电容C23的第一端分别与电容C26的第二端、二极管D3的第一端以及输出端P4连接，电容C20的第一端、电阻R12的第二端、电容C26的第一端以及二极管D3的第二端均接地。

通过接收来自差分信号接收器的单端信号(即SPDIF_5V)控制三极管Q3的通断，当三极管Q3导通时，来自线性稳压器的电源信号(例如3.3V)经过电阻R9和电阻R12分压后使得电阻R12两端的电压为第一电压(例如为1V)；而当三极管Q3断开时，使得电阻R12两端的电压为第二电压(例如为0V)。

需要说明的是，本申请是通过5V的单端信号控制三极管Q3的通断，并通过电阻R9和电阻R12进行分压，分压后电阻R12两端的信号视为差分信号。而3.3V的电源信号用于提供高电平电压，本申请是通过3.3V电源信号进行驱动输出，而不是使用5V单端信号直接驱动。

因此，本申请是通过5V的单端信号控制三极管Q3的通断，并通过3.3V电源进行驱动输出，实现将5V的单端信号转换为电阻R12两端的差分信号(例如该差分信号的幅度约为1V)，所述差分信号可通过调节电阻R12的阻值以进行阻抗匹配，并通过电容C23进行隔离直流分量后从输出端P4输出至对应的待测设备。因而实现了将一路差分信号转换为多路差分信号输出，从而实现采用一台信源对多台待测设备进行测试，降低了测试成本。

下面对本申请提供的基于信号分配器的测试装置进行描述，下文描述的基于信号分配器的测试装置与上文描述的信号分配器可相互对应参照。

在本申请的一些实施例中，本申请实施例还提供一种基于信号分配器的测试装置，所述测试装置包括如上所述的信号分配器100。

示例性地，如图5所示，所述测试装置还包括一台SPDIF信源150和多台待测设备160，信号分配器100的输入端与所述SPDIF信源150连接，信号分配器100的输出端分别与每台待测设备160连接，以对待测设备160进行测试。

在本申请的一些实施例中，本申请实施例还提供一种基于信号分配器的测试方法，所述测试方法采用如上所述的信号分配器实现将一路差分信号转换为多路差分信号输出。

示例性地，如图6所示，所述将一路差分信号转换为多路差分信号输出的步骤包括：

步骤510，接收一SPDIF信源输出的一路SPDIF差分信号，并将该路SPDIF差分信号进行隔离直流处理。

步骤520，将隔离直流处理后的该路SPDIF差分信号转换为多路单端信号，并将每路单端信号转换为对应的差分信号。

步骤530，将每路差分信号输入至对应的待测设备进行测试。

在此需要说明的是，本申请实施例提供的上述基于信号分配器的测试方法，能够实现上述信号分配器实施例所实现的功能，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与信号分配器实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。