To test the acoustic parameters of a digital MEMS microphone, the digital signal must interface directly with the audio analyzer system, or be converted to a different format, e.g. analog. 品質管理で要求される測定パラメータは、他の多くのマイクロホンのテストと同じです。一般的に感度、周波数レスポンス、歪み、SN比（SNR）が測定されます。For a complete microphone characterization typically performed in a lab environment, parameters such as EIN (Equivalent Input Noise), PSR (Power Supply Rejection), PSRR (Power Supply Rejection Rate), and Dynamic Range are measured or calculated. Optionally, the directional behavior of a microphone at different frequencies can be measured by using a turntable.
デジタルMEMSマイクロホンで使われる単位は、アナログとは異なります。アナログマイクロホンの感度はmV/PaまたはdBV/Paで表されますが、デジタルマイクロホンではdBFS（デシベル・フルスケール）が使われます。デシベル・フルスケールは最大値を指し、94 dBSPL （1Pa）からデジタルマイクロホンの最大デジタル出力までがそのマイクロホンのヘッドルームになります。最大デジタル出力の値は、最大入力音圧レベル（AOP）と同じ意味で扱われます。
サウンドレベルとデジタルレベルの対比
Testing single MEMS microphones is very rare. In most cases, the MEMS microphones are tested on an assembled PCB containing several MEMS microphones. For characterizing the performance of that PCB, it is of interest how the assembled MEMS microphones behave relative to each other. A typical parameter is the “Sensitivity Span”; the difference between the highest and lowest sensitivity measured on the assembled MEMS microphones.
デジタルMEMSマイクロホンの特徴
デジタルMEMSマイクロホンは、½サイクルPDMフォーマットでデータを伝送します。MEMSマイクロホンはCLK入力が必要とされ、DATAからデータを出力します。そして、二つのマイクロホンでひとつのデータラインを共有します。したがって、それぞれのマイクロホンは、右または左チャンネルに設定されます。この設定はL/R入力ピンがVddまたはグランドに接続されるかによって決まります。MEMSマイクロホンの多くは、1.8 Vまたは3.3 Vで動作します。
通常動作では、左のマイクロホンはクロック信号の各立ち上りエッジで、また右のマイクロホンは各立ち下りエッジでデータビットを書き込みます。片方のマイクロホンがデータを書き込んでいる間、 もう片方のマイクロホンはハイインピーダンスモードになり、DATA出力にデータを配置します。DSPではデータを受信し、右と左の二つの信号ストリームに分割します。
二つのデジタルMEMSマイクロホンによる通常動作
しかし、二つのマイクロホンのうち、ひとつが正しく組み込まれていないか動作していない場合はどうなるでしょう？
MEMSマイクロホンのひとつに不具合がある場合
図の例では右のマイクロホンが欠けており、左のマイクロホンだけがデータラインにデータビットを書き込んでいます。立ち下りエッジでは、左のマイクロホンがハイインピーダンスモードでデータラインを配置しています。そのため、データラインは前に左のマイクロホンにより書き込まれた同じ状態を保持します。その結果、受信しているDSPでは右のマイクロホンが左のマイクロホンと全く同じように見えます。この二つのデータストリームは全く一致しています。This problem must be addressed by the test system, as detecting a missing microphone is a fundamental feature when testing a MEMS array PCB.
The clock frequencies used to operate digital MEMS microphones range typically between a few hundred kHz, up to 3MHz. A lower clock rate means lower power consumption, but also lower audio quality.
To ensure digital signal integrity, it’s recommended to keep the distances between digital MEMS microphones and the audio test system as short as possible. These microphones are simply not designed to drive a long high-capacitance cable.