Digital MEMS Microphone Array 품질 관리

MEMS Mic

디지털 MEMS (MicroelectroMechanical System) 마이크는 자동차 및 산업용 어플리케이션뿐만 아니라 다양한 장치에 사용되는 구성 요소입니다. 디지털 MEMS 마이크는 A/D 변환기뿐만 아니라 음향 센서를 하나의 실리콘 칩에 결합 합니다.  PCB (회로 기판)에 아주 작은 풋 프린트만 있으면되고 마이크를 신호 프로세서에 직접 연결할 수 있습니다.

음성 인식 애플리케이션 기술의 발전으로 인해 디지털 MEMS 마이크는 종종 어레이 (Array) 형태로 사용됩니다. 완벽한 작동을 보장하기 위해 규격 값, 어레이 (Array)에있는 모든 마이크의 값을 테스트해야합니다. 이 페이지에서는 디지털 MEMS 마이크를 음향 테스트 시스템에 연결하는 방법과 신뢰할 수있는 QC 절차를 위해 관련 핵심 파라미터를 측정하는 방법을 설명합니다.

요약

  • 디지털 MEMS 마이크의 단일 부품 또는 어레이 측정
  • 편리한 NTi Audio 마이크 테스트 솔루션 제공
  • 다양한 전압 공급 및 작동 클럭 주파수 제공

테스트 대상

디지털 MEMS 마이크의 음향 파라미터를 검사하기 위해, 디지털 신호는 오디오 분석기 시스템과 직접 인터페이스 되거나, 또는 다른 포맷(예 : 아날로그)으로 변환 되어야 합니다. QC검사의 주요 관점은 대부분의 다른 마이크 테스트와 동일합니다. 감도, 주파수 응답, 왜곡, 때로는 신호 대 잡음비 (SNR). 실험실 환경에서 일반적으로 수행되는 완벽한 마이크 특성화를 위해 EIN (Equivalent Input Noise), PSR (Power Supply Rejection), PSRR (Power Supply Rejection Rate) 및 동적 범위와 같은 매개 변수가 측정되거나 계산됩니다. 필요에 따라 턴테이블을 사용하여 서로 다른 주파수에서 마이크로폰의 방향성을 측정 할 수 있습니다.

모든 절대 측정 (% 또는 dB로 표현되지 않은 측정)의 경우 디지털 MEMS 마이크의 단위가 다릅니다. 아날로그 마이크의 감도는 mV/Pa 또는 dBV/Pa로 표시되지만 디지털 마이크의 단위는 dBF입니다. 이것은 "decibels below Fullscale"을 나타내며 94dBSPL (1Pa)에서 해당 마이크의 최대 디지털 출력까지의 디지털 마이크의 헤드 룸을 나타냅니다. 최대 디지털 출력 포인트는 AOP (Acoustic Overload Point)라고도합니다.

Acoustic vs. Digital vs. Analog Domain

단일 MEMS 마이크 검사를 하는 경우는 매우 드뭅니다. 대부분의 경우, 여러 개의 MEMS 마이크가 조립된 PCB에서 테스트됩니다. PCB의 성능을 특성화하기 위해 조립된 MEMS 마이크가 서로 상대적으로 어떻게 작동하는지 관심을 기울여야합니다. 일반적인 매개 변수는 조립된 MEMS 마이크에서 측정된 최고 감도와 최저 감도의 차이인 "Sensitivity Span"입니다.


디지털 MEMS 마이크의 특징

디지털 MEMS 마이크는 ½주기 PDM 형식으로 데이터를 전달합니다. 마이크는 CLK 입력이 필요하며 데이터를 DATA 출력으로 전달합니다. 또한 두 개의 마이크가 하나의 데이터 라인을 공유합니다. 따라서 각 마이크는 "왼쪽"또는 "오른쪽"마이크 중 하나로 구성됩니다. 이것은 L/R 입력 핀을 Vdd 또는 접지로 와이어 함으로써 이루어집니다. MEMS 마이크는 대부분 1.8V 또는 3.3V로 공급됩니다.

정상 작동시 "왼쪽"마이크는 클록 신호의 각 상승 에지에 데이터 비트를 쓰고 "오른쪽"마이크는 각 하강 에지에 데이터 비트를 씁니다. 하나의 마이크가 데이터를 쓰는 동안 다른 하나는 DATA 출력을 하이 임피던스 모드로 전환합니다. 데이터를 수신하는 DSP에서, 좌 우 신호 데이터는 분리되어 두 개의 신호 스트림으로 합쳐집니다.

2개의 디지털 MEMS 마이크의 정상적인 작동

아래는 두 마이크 중 하나가 제대로 조립되지 않았거나 작동하지 않는 경우 입니다.

하나의 MEMS 마이크가 작동하지 않거나 누락된 경우의 작동

위 사진에서는 오른쪽 마이크가 누락되어 있으므로 왼쪽 마이크만 데이터 라인에 쓰고 있습니다. 하강 에지에서 왼쪽 마이크는 DATA 라인을 하이 임피던스 상태로 설정합니다. 따라서 DATA행은 이전에 왼쪽 마이크에서 작성한 상태를 유지합니다. 결과적으로 DSP 수신 관점에서 보면, 두 개의 데이터 스트림이 동일하기 때문에 오른쪽 마이크는 왼쪽 마이크와 정확히 같은 데이터를 전달하는 것처럼 보입니다. 이 문제는 MEMS 어레이 PCB를 테스트 할 때 빠진 마이크 감지가 기본 기능이기 때문에 테스트 시스템을 통하여 해결되어야 합니다.

디지털 MEMS 마이크를 작동시키는 데 사용되는 클럭 주파수는 일반적으로 수백 kHz에서 최대 3MHz 사이입니다. 클럭 속도가 낮을수록 전력 소모는 낮지만 오디오의 품질 또한 낮아집니다.

디지털 MEMS 마이크는 긴 고용량 케이블을 구동하도록 설계되지 않았기 때문에 디지털 신호 무결성을 보장을 원하신다면 디지털 MEMS 마이크와 오디오 테스트 시스템 사이의 거리를 가능한 짧게 유지하는 것이 좋습니다.

NTi Audio에서 권장하는 오디오 솔루션

디지털 MEMS 마이크 어레이 테스트를 위한 기본 측정 시스템은 Audio Analyzer, NTi Audio MEMS interface box, 기준 라우드 스피커 및 기준 마이크로 구성됩니다. 시스템은 PC 소프트웨어에 의해 제어됩니다.

6 MEMS 마이크 어레이 PCB 검사를 위한 검사 구성


FX100 Audio Analyzer

FX100은 기준 라우드 스피커에 대한 테스트 신호를 생성하고 MEMS 마이크뿐만 아니라 표준 마이크에서 나오는 신호를 분석합니다. MEMS 마이크의 수와 시간에 따라 추가 병렬 채널 또는 입력 스위처를 사용할 수 있습니다.


NTi Audio MEMS Mic Interface box

MEMS Mic Test Box

MEMS Microphone Text Box

병렬로 최대 8개의 디지털 MEMS 마이크을 연결할 수 있는 인터페이스를 제공합니다. 각 MEMS 마이크 신호는 변환되어 평형 오디오 출력으로 보내집니다. MEMS Mic Interface box는 MEMS 마이크에 1.8V 또는 3.3V 전원을 공급하며 서로 다른 클록 주파수를 선택할 수 있습니다. 연결되지 않았거나 작동하지 않는 MEMS 마이크를 감지하여 LED를 통해 사용자에게 시각화됩니다. MEMS Mic Interface box는 USB 인터페이스를 통해 PC와 통신합니다.


표준 라우드 스피커

표준 라우드 스피커는 필요한 검사 조건을 만족하기에 충분한 대역폭과 음압을 제공해야합니다. 비 균일한 사운드 분배를 피하기 위해 동축 디자인 (포인트 소스) 라우드 스피커를 사용하는 것이 좋습니다.


표준 마이크

표준 마이크는 각 측정 중에 라우드 스피커에서 나오는 실제 신호를 측정 하기위해 필요 합니다. 표준 마이크로 부터 받은 정보로, 표준 라우드 스피커로부터 편차 또는 드리프트를 알 수 있습니다.


PC Software

디지털 MEMS 마이크 어레이 PCB의 EOL(End of Line) 테스트를 위해서는 RT-Mic 소프트웨어가 필요로 합니다. 이 소프트웨어는 다루기 쉬운 구성, 교정을위한 안내 워크 플로, 참조 데이터 수집 및 한도 계산을 제공합니다. 각 마이크는 PASS/FAIL 기준에 따라 측정되고 판단됩니다. 개별 MEMS 마이크 테스트의 결과는 전체 DUT (Device Under Test) 결과로 요약됩니다.

RT-Mic EOL QC software


추가 옵션 및 액세서리

환경 센서는 측정 데이터와 함께 온도, 상대 습도 및 기압을 측정하고 기록 할 수 있습니다.

바코드 스캐너를 사용하여 측정 된 DUT의 일련 번호를 읽을 수 있습니다. 턴테이블은 단일 MEMS 마이크로폰의 지향 특성을 결정하는 데 사용됩니다.

특징

  • 최대 8 개의 MEMS 마이크를 연결이 가능 (스마트 디바이스, 자동차 어플리케이션 등에 사용되는 모든 MEMS 어레이 PCB를 포함).
  • 모든 관련 음향 파라미터를 빠르고 정확하게 측정.
  • 단일 MEMS 마이크 및 PCB 측정.
  • 작동하지 않거나 누락된 MEMS 마이크 통합 감지.
  • EOL 테스트 어플리케이션을위한 턴키 솔루션.
  • MEMS 마이크 전압 공급 및 클럭 주파수를 선택.

Configuration

Flexus FX100 Audio Analyzer

Digital MEMS Microphone Test System

구성 품목

  • Flexus FX100 Audio Analyzer
  • Measurement Microphone M2010
  • RT-Microphone Software for Flexus
  • MEMS Mic Interface Box