Qualitätskontrolle von A2B Mikrofon-Modulen

Quality Control of A2B Microphone Modules

A2B (Automotive Audio Bus) ist eine digitale Netzwerk-Technologie, die von AD (Analog Devices) dazu entwickelt wurde, um Audio-Komponenten und -Geräte in einem Auto zu verbinden. Dafür verwendet das A2B Netzwerk nicht geschirmte Zweidraht Kabel (UTP), wodurch sich Gewicht und Komplexität der Kabelbäume signifikant reduzieren. Über die Zweidraht-A2B-Schnittstelle läuft sowohl die Stromversorgung, Netzwerk-Steuerung als auch die bidirektionale Übertragung der hochaufgelösten Audio Daten auf mehreren Kanälen.

Aufgrund der schnell wachsenden Verbreitung von Spracherkennung im Auto verfügt ein A2B-System in der Regel über ein MEMS-Mikrofonmodul. Um dessen einwandfreie Funktion zu gewährleisten, sind die absoluten Spezifikationen der verbauten MEMS-Mikrofone, und – was noch wichtiger ist – deren relatives Verhalten zueinander zu prüfen.

Auf dieser Seite erfahren Sie, wie Sie A2B-Mikrofonmodule an ein akustisches Testsystem anschließen und die relevanten Parameter in einem zuverlässigen Test-Verfahren messen können.

Auf einen Blick

  • Für Messungen von A2B Mikrofon-Modulen
  • Einfache Integration in die NTi Audio Mikrofon-Testlösung
  • Charakterisierung der einzelnen Mikrofone und des kompletten Moduls

Schnittstelle zu einem A2B Mikrofon-Modul

Die A2B-Schnittstellendefinition ist proprietär. Um z.B. für die Qualitätsprüfung des Mikrofonarrays auf die Audiodaten zuzugreifen ist ein Gerät erforderlich, das die A2B-Netzwerkdaten in ein analoges oder digitales AES / EBU Format wandelt. Anschliessend können die gewandelten Audiokanalsignale (z.B. der digitalen MEMS-Mikrofone) zum Audioanalysator geführt werden. Zu diesem Zweck gibt es einige kommerziell verfügbare A2B-Schnittstellengeräte wie z.B. den A2B Analyzer von Mentor. Dieser ist programmierbar und lässt sich vollständig in das NTi Audio Mikrofontestsystem integrieren.

Sobald die Mikrofonsignale am Audio Analysator verfügbar sind, führt dieser die Messprozeduren für digitale MEMS Mikrofon-Arrays durch.

Die typischen Parameter für eine Qualitätsprüfung sind dieselben wie für den Test der meisten anderen Mikrofone: Empfindlichkeit, Frequenzgang, Verzerrung und Signal-Rausch-Abstand (SNR). Für eine vollständige Charakterisierung eines Mikrofons in einer Laborumgebung werden zusätzlich Parameter wie EIN (Equivalent Input Noise) und Dynamik-Bereich gemessen oder berechnet.

Bei allen absoluten Messungen (d.h. solchen, die nicht in % oder dB ausgedrückt werden) unterscheiden sich die Einheiten digitaler MEMS-Mikrofone gegenüber analogen Mikrofonen. Während für letztere die Empfindlichkeit in mV/Pa oder dBV/Pa ausgedrückt wird, ist die Einheit für digitale Mikrofone dBFs. Dies steht für „Dezibel unter Vollaussteuerung“ (decibel full scale) und beschreibt die Differenz der Aussteuerung eines digitalen Mikrofons bei 94 dBSPL (1 Pa) bis zur maximalen digitalen Aussteuerung dieses Mikrofons. Dieser Punkt der maximalen digitalen Aussteuerung wird auch als AOP (Acoustic Overload Point) bezeichnet.

Akustische vs. digitale Betrachtung

Zur Charakterisierung eines A2B Mikrofon-Moduls ist es von Interesse, wie sich Werte der bestückten MEMS-Mikrofone relativ zueinander verhalten. Ein typischer Parameter ist die „Empfindlichkeits-Spanne“, d.h. die Differenz zwischen der höchsten und niedrigsten Empfindlichkeit aller bestückten MEMS-Mikrofone auf der Leiterplatte.


Besonderheiten von digitalen MEMS-Mikrofonen

Digitale MEMS-Mikrofone liefern Daten im ½-Cycle-PDM-Format. Das Mikrofon benötigt dazu einen Taktsignal-Eingang (CLK) und liefert die Daten über seinen DATA-Ausgang. Jeweils zwei Mikrofone teilen sich eine Datenleitung. Daher ist jedes Mikrofon entweder als "linkes" oder "rechtes" Mikrofon konfiguriert. Dies erfolgt durch eine Verdrahtung des L/R-Eingangs mit Vdd oder Masse. Die Speisespannung von MEMS-Mikrofonen liegt meist bei 1,8 V oder 3,3 V.

Im Normalbetrieb schreibt das linke Mikrofon bei jeder steigenden Flanke des Taktsignals ein Datenbit, während das rechte Mikrofon bei jeder fallenden Flanke sein Datenbit schreibt. Während ein Mikrofon Daten schreibt, versetzt das andere seinen DATA-Ausgangs-Pin in einen „High-Impedance“ Zustand. Der DSP, der die Daten empfängt, trennt daraufhin die linken und rechten Signaldaten wieder getrennt und formt diese zu zwei Audio Signalen.

Normalbetrieb von zwei digitalen MEMS-Mikrofonen

Was aber passiert, wenn eines der beiden Mikrofone fehlerhaft bestückt ist oder ganz fehlt?

Betrieb mit einem funktionsunfähigen bzw. nicht bestückten MEMS-Mikrofon

In diesem Beispiel fehlt das rechte Mikrofon, weshalb nur das linke Mikrofon in die gemeinsame Datenleitung schreibt. An den fallenden Flanken versetzt das linke Mikrofon seine DATA-Leitung in einen hochohmigen Zustand. Daher behält die DATA-Leitung den gleichen Zustand bei, wie er zuvor vom linken Mikrofon geschrieben wurde. Aus der Perspektive des empfangenden DSP scheint das rechte Mikrofon somit dieselben Daten zu liefern wie das linke Mikrofon, d.h. die beiden Datenströme sind identisch! Das Testsystem muss diesen Zustand erkennen, der eine grundlegende Fehlfunktion des zu prüfenden A2B Mikrofon-Moduls darstellt.

Die empfohlene NTi Audio-Lösung

Das Messsystem zum Prüfen von A2B Mikrofon Modulen besteht aus einem Audio-Analysator, einem Mentor A2B Analyzer mit A2B Service API, einem Referenzlautsprecher und einem Referenzmikrofon. Die Systemsteuerung erfolgt über eine PC-Software.

A2B Modul Testsystemübersicht


Der FX100 Audio Analysator

Der FX100 erzeugt die Prüfsignale für den Referenzlautsprecher und analysiert die von den MEMS-Mikrofonen sowie vom Referenzmikrofon kommenden Signale. Abhängig von der Anzahl der MEMS-Mikrofone und den zeitlichen Anforderungen können zusätzliche parallele Kanäle oder Eingangsumschalter verwendet werden.


Mentor A2B Analyzer

MEMS Mic Test Box

A2B Analyzer von Mentor Automotive

Der Mentor A2B Analyzer bietet eine Schnittstelle zum Anschluss des Prüflings an den A2B-Bus, konfiguriert den A2B-Bus und die angeschlossenen Elemente und wird vollständig von der NTi Audio-Mikrofontestsoftware gesteuert.


Der Referenzlautsprecher

Dieser muss genügend Bandbreite und Schalldruck bieten, um die geforderten Testparameter abzudecken. Es wird empfohlen, einen koaxialen Lautsprecher (Punkt-Schallquelle) zu verwenden, um eine gleichmässige Schallverteilung zu erreichen.


Das Referenzmikrofon

Mit dem Referenzmikrofon wird der Schalldruckpegel vom Lautsprecher zum Zeitpunkt der Messung bestimmt. Mit dieser Information lässt sich eine Abweichung oder Drift vom Referenzlautsprecher kompensieren.


Die Software

Für EOL-Tests (End Of Line) von A2B Mikrofon-Modulen ist die RT-Mic-Software die ideale Wahl. Sie bietet eine einfache Konfiguration, geführte Abläufe für Kalibrierung, Referenzdaten-Erfassung und Limit-Berechnung. Jedes Mikrofon wird charakterisiert und anhand von Gut/Schlecht-Kriterien beurteilt. Die Ergebnisse der einzelnen MEMS-Mikrofone fliessen in das Gesamtergebnis.

RT-Mic EOL QC software


Optionen & Zubehör

Messung und Protokollierung der Temperatur, relativen Luftfeuchtigkeit und des Luftdrucks mit Hilfe eines Umgebungssensors.

Einlesen der Seriennummer des Prüflings mit einem Barcodescanner.

Bestimmung der Richtcharakteristik eines einzelnen MEMS-Mikrofons mit einem Drehteller.

Vorteile

  • Einfache Schnittstelle zu A2B Mikrofon-Modulen
  • Zuverlässige und schnelle Messung aller relevanten akustischen Parameter der einzelnen MEMS-Mikrofone
  • Analyse einzelner MEMS Mikrofone ebenso wie von Mikrofon-Arrays
  • Automatische Erkennung nicht funktionsfähiger oder fehlender MEMS-Mikrofone.
  • Schlüsselfertige Lösung für die End-of-Line Qualitätskontrolle.

Konfiguration

Flexus FX100 Audio Analyzer

A2B Mikrofon Modul Test System

beinhaltet

  • Flexus FX100 Audio Analyzer
  • Mentor A2B Analyzer mit A2B Service API
  • Messmikrofon M2010
  • RT-Microphone Software für Flexus

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